主动进气格栅对汽车性能的影响

严金霞

(中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122)

主动进气格栅(Active Grille Shutter，以下简称AGS系统)是近些年汽车工程技术领域一项新兴的节油技术，它具备成本相对较低，节能效果明显的特点[1].进气格栅是汽车前部造型的重要组成部分，影响着整车的设计风格[2].市面上大部分汽车的进气格栅是固定结构，而AGS系统通过在行驶过程中合理地控制前进气格栅的开度，达到调节进入发动机舱冷却风量的目的，降低行驶过程中的内循环阻力，提升整车燃油经济性.

对于传统燃油汽车来说，AGS系统是通过机油温度、进气温度、发动机水温等信息，依靠控制电机实现对进气格栅的百叶片开启角度的控制起作用的装置.当百叶片开启角度发生变化时，进入发动机舱内的气流量、气流的方向会受到影响，从而引起整车冷却系统的有效迎风面积的变化.内部流场等气动阻力发生变化，进而影响汽车性能产生影响.主动进气格栅系统能够改善发动机暖机过程中的排放，提升整车驾驶性能[3].

随着纯电动汽车市场的普及推广，AGS系统也被广泛应用到纯电动汽车上，能够控制电池的冷却.同样，AGS系统可以通过电机温度、进气温度、进气温度等信息，实现进气格栅的百叶片开启一定角度或者关闭.

1 对滑行阻力的影响

AGS系统主要用来通过控制冷却空气流来改进车辆气动阻力.由于冷却系统是设计用来在即使是最差的驾驶条件下也能提供足够冷却风量，所以在其他驾驶条件下，有多余的气流和因此带来的阻力的增加.尤其在中高速时，格栅叶片的关闭能够带来明显的风阻优化，改善二氧化碳的排放.

当车速较高时行车，如果车窗开得太大，强大的风阻就会成为车辆的负担.同理，作为发动机舱的“窗户”，主动闭合式进气格栅如果自动监测发动机温度，在确保无需额外空气冷却时主动关闭，同样会为车辆带来更低的风阻系数，继而提升传统燃油车的燃油经济性，延长纯电动汽车的续航里程.

滑行阻力的测试在重庆西部汽车试验场的性能道路进行.该道路平直且具有足够长度，在水平路段进行.滑行数据通过安装在车内的Vbox设备来采集.对样车进行有主动进气格栅、无主动进气格栅两状态下的对比试验.选取1辆多用途乘用车(样车1)、1辆轿车(样车2)、1辆纯电动轿车(样车3)，依据标准《GB/T 12545.1-2001乘用车燃料消耗量试验方法》[4].分别对3辆样车进行2个状态下的120km/h的滑行对比试验.

试验前需对车辆进行充分热车.试验期间关闭车窗、空调、前照灯，以确定车辆的总行驶阻力.3辆样车滑行数据分别见表1、表2、表3.滑行阻力曲线如图1、图2、图3所示.

从表1至表3，图1至图3分析可知，有主动进气格栅状态下的样车滑行时间长，行驶阻力较小，阻力优化效果较明显.当车辆配置主动进气格栅时，进入发动机舱或是电池舱的气流量和气流流向均会受到影响，引起整车冷却系统的有效迎风面积、内部流场等气动阻力的变化 ，进而优化整车的滑行阻力.

表1 滑行数据(样车1)

Tab.1 Glide data(Sample car 1)

车速v/km·h-1时间间隔平均值T/s(无)时间间隔平均值T/s(带)行驶阻力F/N(无)行驶阻力F/N(带)1207.547.72604.45590.431108.228.42554.48540.761008.148.86559.58514.09909.539.78478.15465.638010.5810.73430.62424.567012.5812.63362.00360.846014.3414.27317.59319.245016.1316.38282.40278.154019.2818.45236.28246.983022.3721.54203.64211.522025.8224.15176.46188.66

图1 阻力曲线(样车1)Fig.1 Resistance curve(Sample car 1)

表2 滑行数据(样车2)

Tab.2 Glide data(Sample car 2)

车速v/km·h-1时间间隔平均值T/s(无)时间间隔平均值T/s(带)行驶阻力F/N(无)行驶阻力F/N(带)1206.196.30727.0714.91107.016.97641.8646.01008.248.27546.3544.0909.339.30482.1484.08010.7511.00418.4409.27013.1312.89342.8349.06016.4515.38273.5292.55018.8618.77238.6239.74023.5122.12191.4203.43028.7926.78156.3168.02034.8332.93129.2136.7

图 2 阻力曲线(样车2)Fig.2 Resistance curve(sample car 2)

表3 滑行数据(样车3)

Tab.3 Glide data(Sample car 3)

车速v/km·h-1时间间隔平均值T/s(无)时间间隔平均值T/s(带)行驶阻力F/N(无)行驶阻力F/N(带)1205.435.76742.22699.151106.566.87614.07586.281007.457.74540.71520.22908.448.72477.37461.83809.369.80430.27410.827010.9111.28369.30357.026012.4712.81322.91314.325014.0814.12286.06285.314016.1416.18249.62248.983018.4718.52218.04217.482018.1418.55221.99217.11

图3 阻力曲线(样车3)Fig.3 Resistance curve(Sample car 3)

通过对3辆样车进行实际道路上的滑行试验，模拟出滑行阻力系数，用于后续的对传统汽车燃油消耗量的影响和纯电动汽车续驶里程的影响的分析，不采用传统的方法查表法.传统的滑行阻力系数是通过标准《GB18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国 V 阶段)》[5]中的表格查询得到.采用对样车进行摸底试验的方法更能真实地反映出滑行阻力情况.

2 对传统汽车燃油消耗量的影响

将2辆传统燃油汽车滑行试验得出的阻力曲线系数输入到底盘测功机上，模拟出实际道路上的行驶阻力，对燃料消耗量进行测试.底盘测功机正前方的鼓风机的转速是随着整车车速的变化而变化，两侧的鼓风机可以有效降低轮胎摩擦产生的热量.从而为整车提供不同的进风气流，使整车的散热状态与实际道路相似.

底盘测功上试验采用NEDC工况进行试验，NEDC含4个市区工况和1个市郊工况[5].运行试验循环之前，事先试运行试验循环，以确定如何正确地操作加速踏板和制动踏板，从而使实际循环接近理论循环并在规定的公差范围内[6].试验前应使发动机在规定的条件下进行足够次数的模拟循环试验，直至温度稳定.

燃料消耗量的结果见表4.由表4分析可知，样车1有主动进气格栅状态下，油耗降低1.2%，即0.1 L/100 km.样车2有主动进气格栅状态下，油耗降低2.3%，即0.2 L/100 km.

表4 燃油消耗量数据

Tab.4 Fuel consumption data

样车无主动进气格栅/L·(100km)-1有主动进气格栅/L·(100km)-118.6 8.527.57.3

AGS系统对整车油耗的最大影响因素为整车阻力的大小，整车阻力越小，整车燃料消耗量越低.AGS系统可以有效的降低燃料消耗.

3 对纯电动汽车续驶里程的影响

续驶里程是电动汽车在动力蓄电池完全充电状态下，以一定的行驶工况，能连续行驶的最大距离[6].将纯电动轿车滑行试验得出的阻力曲线系数，输入到底盘测功机上以模拟阻力，进行续驶里程的测试.同样，底盘测功机正前方和两侧面的鼓风机为整车提供不同的进风气流，使整车的散热状态与实际道路相似.运行试验循环之前，也应事先试运行试验循环，以确定驾驶员能正确地操作加速踏板和制动踏板，降低驾驶员的操作误差.并使发动机可进行足够次数的模拟循环试验，直至温度稳定.

试验循环由4个市区循环和1个市郊循环程序组成，理论试验距离为11.022 km，时间为19 min 40 s，试验标准见文献[6].进行循环之前，使发动机在规定的条件下进行足够次数的模拟循环试验，直至温度稳定.

续驶里程的结果见表5.由表5分析可知，样车3有主动进气格栅状态下，续驶里程增加3%，即5.8 km.

表5 续驶里程数据

Tab.5 Driving mileage data

样车无主动进气格栅/ km有主动进气格栅/ km3201.3207.1

AGS系统对纯电动汽车续驶里程的最大影响因素也是整车阻力的大小，整车阻力越小，续驶里程越大.AGS系统可以有效的增加续航里程.

4 结论

AGS系统可在行驶过程中降低行驶过程中的滑行阻力.AGS系统能够有效降低整车阻力，随着车速增加效果越来越明显.

AGS系统能够有效降低传统汽车燃油消耗量，提升整车的燃油经济性.有主动进气格栅状态下，样车1油耗降低1.2%，样车2油耗降低2.3%.

AGS系统能够有效延长纯电动汽车的续驶里程.有主动进气格栅状态下，样车3续驶里程增加3%.