曾海鵬胡振濤張亞軍逯海

（1.機械科學研究院；2.東風汽車工程研究院）

車輛道路滑行法及其數據處理

曾海鵬1胡振濤2張亞軍2逯海2

（1.機械科學研究院；2.東風汽車工程研究院）

利用道路滑行能量變化法對測試車輛進行了道路滑行試驗，基于采集的試驗數據建立了滑行數據處理程序模板。介紹了該模板的主要內容和使用方法，利用該模板可計算出車輛實際滑行阻力曲線及滑行偏差。

1 前言

現行標準GB/T 19233—2008《輕型汽車燃料消耗量試驗方法》和GB/T 12545.1—2008《汽車燃料消耗量試驗方法第1部分：乘用車燃料消耗量試驗方法》中明確規(guī)定，仲裁試驗時，應按GB 18352.3—2005中CC.5.1規(guī)定確定車輛的行駛阻力，而車輛行駛阻力測量數據的準確性直接影響著排放數據和燃料消耗量的真實性。汽車生產企業(yè)為得到真實可靠的排放數據和燃料消耗量，要求新車型在進行開發(fā)和認證試驗過程中采用道路滑行阻力進行底盤測功機的阻力設定。而掌握車輛行駛阻力測量方法及全面掌控試驗數據處理過程，將有助于企業(yè)減少開發(fā)時間，也有助于檢測機構更有效地發(fā)揮和利用試車場的有限資源。

2 車輛道路行駛阻力測量

測量車輛道路行駛阻力的方法主要有道路滑行能量變化法（簡稱道路滑行法）和等速下扭矩測量方法等2種，目前國內外采用較多的是道路滑行法。道路滑行法的目的是測量車輛在道路上等速行駛時的阻力，該阻力經校正后用于在底盤測功機上進行模擬試驗。

2.1 試驗條件

2.1.1 道路要求

道路應平直且具有足夠的長度，坡度必須恒定在±0.1%內。

2.1.2 大氣條件

試驗時平均風速必須小于3 m/s，最大風速小于5 m/s。此外，試驗道路的側向風速分量必須小于2 m/s，風速應在高出路面0.7 m處測量。試驗時空氣密度與基準狀態(tài)（100 kPa，20℃）空氣密度相差不能超過±7.5%。

2.1.3 車輛準備和確認

被測試車輛車型為**2033***4，VIN碼（車輛識別碼）為L*******4AN029641，基準質量為1 755 kg，當量慣量為1 810 kg。被測試車輛處于正常運行狀態(tài)，并經過3 000 km磨合后進行調整。被測試車輛按照制造廠使用說明書進行了各項目的確認檢查。

2.2 試驗準備

車輛裝上必備的試驗儀器后裝載至其基準質量。車輛水平調整至載荷的重心位于前排外側座椅兩“R”點的中間，并位于通過這兩點的直線上。道路試驗時關閉車窗、空調系統、前照燈罩蓋以及其它與行駛無關的附屬設施，并除去車輛偽裝，以減少風阻對車輛的影響。

試驗開始前，車輛應以不同速度至少運行30 min以上，并且盡量保證每個擋位按一定時間交替運行，直到車輛水溫達到正常。

2.3 道路滑行試驗

2.3.1 試驗設備和試驗場

試驗設備采用手持式氣象站和整車性能測試系統，試驗設備參數見表1。試驗場為國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心（襄陽）汽車試驗場?；性囼灥某跏架囁僮罡邽?30 km/h，由于試驗場的性能場地直線長度為1 km，不足以讓車輛從初速度130 km/h一直滑行到0 km/h，因此車輛進行道路滑行試驗時都必須進行分段滑行。

表1 試驗設備參數

2.3.2 試驗規(guī)程

首先將被測試車輛加速到比選定試驗車速V高出10 km/h的車速，然后將變速器置于“空擋”位置，測量車輛從V2=V+ΔV減速至V1=V-ΔV（ΔV≤5 km/h）所需時間t1；在車輛行駛相反方向進行同樣試驗，所測量時間為t2，取t1與t2的平均值。

統計準確度p的定義為：

式中，kt為表2中給定的系數；s=為標準偏差；n為試驗次數。

表2 時間系數與試驗次數的關聯數

按式（2）計算功率P：

式中，V為試驗車速；ΔV為與車速V的速度偏差；M為基準質量；T為時間。

在道路上測定的功率P測定應按式（3）校正至基準狀態(tài)下的功率：

式中，RR為速度V時的滾動阻力；R空氣為速度V時的空氣阻力；RT=RR+R空氣為總運行阻力；KR為滾動阻力的溫度校正系數，取8.64×10-3/℃，或經型式核準機關批準過的制造廠給定的校正系數；t大氣為道路試驗時大氣溫度；t基準=20℃為基準大氣溫度；r為試驗條件下空氣密度；r0為基準狀態(tài)（100 kPa，20℃）下空氣密度。

標準規(guī)定RR/RT和R空氣/RT應由車輛制造廠根據公司的正常數據來確定，但實際上制造廠無法給出該數據，通常按標準推薦公式計算滾動阻力與總阻力的比值：

式中，a、b為各種速度下的比值系數，由表3給出。

表3 滾動阻力與總運行阻力在不同速度下的比值系數

其中R空氣/RT由式（6）并代入式（5）得出：

3 試驗數據的處理

為快捷地處理分析道路滑行試驗所采集的數據是否能達到標準要求（p≤2%），利用EXCEL編寫了一套簡單可行的滑行試驗數據處理模板，檢測員可在試驗現場利用該模板在10 min內進行有效數據處理，并做出分析判定。該模板主要包括數據工作表、結果計算工作表、報告工作表、描述工作表以及COASTDOWN執(zhí)行宏等。數據工作表的主要功能是將道路滑行試驗采集的數據導入EXCEL工作簿，并經簡單處理后存儲以備后期分析計算；結果計算工作表主要功能是進行數據的分析處理，包括車輛基本信息及試驗環(huán)境條件表、減速時間處理暫存表、修正因子計算表、數據計算結果表和目標阻力系數表等，通過這些表格可以直觀地看出被測車輛在道路上所測得數據是否滿足標準要求；報告工作表是樣車滑行結果的簡易報表；描述工作表主要對校正系數K和空氣密度的計算進行簡要說明。

3.1 數據工作表

數據工作表見表4。工作表中滑行次數設計為15次，滑行往返1次計為1次試驗，分為南北方向。表中速度是從125 km/h～0按5 km/h的步長進行數據導入，而一般試驗數據采集是按1 km/h的步長，因此在數據導入此表前需要將非5倍數的速度點數據剔除。

3.2 結果計算工作表

3.2.1 被測車輛的基本信息及試驗環(huán)境條件表

被測車輛的基本信息及試驗環(huán)境條件表見表5。表5中僅需要輸入滑行次數，其它參數和信息從報告工作表中直接引用。

表4 數據工作表

表5 被測車輛的基本信息及試驗環(huán)境條件

表5中空氣密度可由理想氣體狀態(tài)方程求解，因為壓強p壓強與體積的乘積v與熱力學溫度T溫度之比為一常量R，而常量R就為該氣體的氣體常數，可以查出R=287.053 J/(kg·K)。

因質量m、密度ρ與體積v的關系為m＝ρv，則可得出：

根據式（7）可計算出1 kg空氣在基準狀態(tài)下的密度ρ基態(tài)＝p壓強m/T溫度/R=100/293.15/287.053×1 000＝1.188 kg/m3；表5中試驗條件下的空氣密度ρ＝p壓強m/T溫度/R=100/（273.15+32）/287.053×1 000＝1.142 kg/m3。

表5中控制參數部分是可變的，一般情況下步長均設置為5，做其它研究時可以設置為1，相對應的數據工作表格式要做調整。對于滑行次數則根據實際測量結果進行分析確定，標準中規(guī)定最少滑行4次，該表最多可設置為15次。

3.2.2 減速時間處理暫存表

減速時間處理暫存表見表6，是不同速度下每次試驗的平均減速時間。表6中數據是通過COAST?DOWN執(zhí)行宏對數據工作表的數據進行處理后得到的。COASTDOWN執(zhí)行宏每運行1次，表6中的數據會刷新1次，此表的數據只是在此處進行暫時存儲以用于后續(xù)的其它計算。

表6 減速時間處理暫存表

3.2.3 修正因子計算表

修正因子計算表見表7。表7中的系數a、b由表3給出，K值由式（4）、式（5）及表4中的環(huán)境參數計算得出。

表7 修正因子計算表

3.2.4 數據計算結果表

數據計算結果表見表8。計算結果包括平均時間Tˉ、統計精度、校正時間Tˉ校正、測量力F測量和校正力F校正、測量功率P測量和校正功率P校正、底盤測功機設定減速時間T設定等。

表8是滑行7次的計算結果。當滑行次數大于9時，平均時間和統計精度的計算數據就會顯示在表8中“←”所示的單元格內。因為表7的平均時間和統計精度需要運用IF函數，而EXCEL中IF函數最多只允許7個嵌套，從第4次到第15次共需要12個嵌套，所以平均時間和統計精度各需要2列才能表示清楚。

經多次車輛行駛阻力試驗表明，少于6次滑行試驗的車輛能夠符合標準要求的幾乎沒有。

3.2.5 目標阻力系數表

目標阻力系數表見表9。測量車輛行駛阻力的最終目的是為底盤測功機提供模擬數據。底盤測功機一般有3種模擬方式：直接輸入校正后的力、直接輸入校正后的減速時間和輸入校正后力的二次曲線方程的系數，通常的方式是輸入校正后力的二次曲線方程的系數，即目標阻力系數。表9中F0、F1和F2分別表示二次曲線的常數項、一次項和二次項。

表8 數據計算結果表

表9 目標阻力系數表

3.3 報告工作表

報告工作表主要是方便企業(yè)和檢測員更直觀地得到樣車的信息及滑行結果，主要分為樣車基本信息及環(huán)境條件、車輛行駛阻力結果（原始數據）和車輛行駛阻力結果（校正至轉轂基準狀態(tài)）等三部分內容。

3.3.1 樣車基本信息及環(huán)境條件

樣車基本信息及試驗環(huán)境條件見表10。

表10 樣車基本信息及環(huán)境條件

3.3.2 車輛行駛阻力結果（原始數據）

車輛行駛阻力結果（原始數據）是校正前最原始的車輛滑行結果，包含試驗時大氣壓力、溫度、相應速度下的阻力和功率以及阻力二次曲線的常數項及二次項系數等，見表11。

3.3.3 車輛行駛阻力結果（校正至轉轂基準狀態(tài)）

車輛行駛阻力結果（校正至轉轂基準狀態(tài)）是校正后的車輛滑行結果，包含試驗時大氣壓力、溫度、相應速度下的阻力和功率、阻力二次曲線圖及其常數項和二次項系數，見表12。

表11 車輛行駛阻力結果（原始數據）

表12 車輛行駛阻力結果（校正至轉轂基準狀態(tài)）

4 結束語

道路滑行法測量車輛的道路行駛阻力要做到統一測試標準、統一測試規(guī)范和統一檢測條件，這樣數據的一致性和精確性才能得到有效保障。試驗證明，滑行試驗數據處理模板能夠方便快捷處理道路滑行數據，為企業(yè)、檢測員和檢測機構節(jié)省大量的時間和空間，該模板也能為其它車輛的道路滑行試驗和數據處理提供指導。

1 國家環(huán)境保護總局.GB 18352.3—2005輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）.北京：中國環(huán)境科學出版社，2005.

2 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會.GB/T 19233—2008輕型汽車燃料消耗量試驗方法.北京：中國標準出版社，2008.

3 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會.GB/T 12545.1—2008.汽車燃料消耗量試驗方法第一部分：乘用車燃料消耗量試驗方法.北京：中國標準出版社，2009.

4 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會.GB/T 27840—2011重型商用車燃料消耗量測量方法.北京：中國標準出版社，2012.

（責任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2015年1月16日。

Vehicle Road Coasting Energy Variation Method and Data Processing Template

Zeng Haipeng1,Hu Zhentao2,Zhang Yajun2,Lu Hai2
（1.China Academy of Machinery Science&Technology;2.DFAC Automotive Engineering Institute）

Road coasting test is made to test vehicle with the road coasting energy variation method,and coasting data processing template is established with the acquired test data.Main content and use method of this template are introduced,vehicle real coasting resistance curve and coasting error can be calculated with this template.

Vehicle,Road coasting energy,Coasting energy variation method,Data processing

車輛 道路滑行阻力 滑行能量變化法 數據處理

U467.1+1

A

1000-3703（2015）03-0036-06