于志鵬，于洋洋

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底盤測功機(jī)阻力設(shè)定對油耗試驗的影響

于志鵬，于洋洋

（華晨汽車工程研究院標(biāo)定開發(fā)工程室，遼寧 沈陽 110141）

NEDC循環(huán)中，基于試驗驗證測量輕型車I型排放試驗結(jié)果時，底盤測功機(jī)不同阻力設(shè)定的方法對排放、油耗結(jié)果有影響。在查表法和滑行法兩種不同的阻力設(shè)定下，對測功機(jī)的阻力設(shè)定方法進(jìn)行理論分析，進(jìn)行油耗的影響進(jìn)行了試驗研究。試驗結(jié)果表明，Ⅰ型試驗時，利用標(biāo)準(zhǔn)推薦阻力對底盤測功機(jī)進(jìn)行設(shè)定時測得的綜合油耗比利用實際滑行阻力設(shè)定時測得的高。

底盤測功機(jī)；阻力設(shè)定；油耗

1 前言

隨著汽車保有量的增加汽車油耗越來越受車主的關(guān)注，汽車排放的水平也和環(huán)境保護(hù)息息相關(guān)，相應(yīng)而來排放法規(guī)的要求也趨于嚴(yán)格，目前國內(nèi)的排放實驗室有許多，相關(guān)設(shè)備達(dá)到了國內(nèi)國際先進(jìn)水平?；谀壳胺ㄒ?guī)寬松的規(guī)范，不同的試驗組采用的試驗方法不近相同，因此造成的排放及油耗結(jié)果差異較大。這其中最大的因素主要由測功機(jī)加載的道路模擬系數(shù)差異造成，實際上廠家采用的方法與汽車在實際道路上行駛的工況符合程度差別較大。這在很大程度上影響了汽車排放、燃油消耗的試驗結(jié)果。本文研究的底盤測功機(jī)加載系數(shù)對油耗進(jìn)行了研究分析，比較了不同阻力設(shè)定的情況下的油耗結(jié)果。

2 阻力設(shè)定的理論

2.1 底盤測功機(jī)加載系數(shù)設(shè)定

汽車在行駛過程中,會受到輪胎滾動阻力、空氣阻力、傳動系綜合阻力、重力沿坡道分解的阻力及車輛慣性阻力等的影響。車輛在道路上做勻速直線運動時的力的方程式為：

F：發(fā)動機(jī)輸出的力；F：滾動阻力；F：空氣阻力；F：傳動系阻力；F：坡度阻力；F：車輛慣性阻力（包括：平移質(zhì)量慣性力和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力）

2.2 底盤測功機(jī)上車輛受力分析

車輛在底盤測功機(jī)轉(zhuǎn)轂上行駛時，轉(zhuǎn)轂和驅(qū)動輪做相對旋轉(zhuǎn)運動，此時測功機(jī)和車輛是相對靜止的，汽車的速度此時為零，輪轂面代替路面，由此可以得出車輛在底盤測功機(jī)上運動時力的關(guān)系方程為：

通過理論分析推倒，汽車在轉(zhuǎn)轂和道路的受力模型是不同的，在測功機(jī)轉(zhuǎn)轂上運行時，只能通過轉(zhuǎn)轂系數(shù)的加載把車輛在道路上的風(fēng)阻模擬進(jìn)測功機(jī)中，轉(zhuǎn)轂滾動阻力理論上小于道路輪胎滾阻。當(dāng)前的加載模擬方法是滑行方法來確定加載系數(shù)，即力與速度的關(guān)系曲線，這就是轉(zhuǎn)轂加載設(shè)定。轉(zhuǎn)轂變頻器通過這個系數(shù)關(guān)系來補(bǔ)償車輛的受力差異，來模擬車輛在轉(zhuǎn)轂上反應(yīng)在路面運行的真實狀況。

2.3 車輪滾阻

車輪在路面行駛過程中，與路面形成摩擦阻力和由相對運動形成的滾動阻力，輪胎滾阻Fr的數(shù)學(xué)模型為[1]

：輪胎壓力；：作用在輪胎上的力；：車速；：負(fù)值系數(shù)，：正值系數(shù)；、、均為常數(shù)。

由(3)可得出，輪胎滾動阻力是一個與速度相關(guān)的二次函數(shù)構(gòu)成。

2.4 汽車行駛時的空氣阻力

車輛在正常使用的行駛過程中，與空氣相對運動摩擦產(chǎn)生的相互作用力叫做空氣阻力，主要是壓力阻力和摩擦阻力的合力，數(shù)學(xué)模型為[2]

2.5 車輛的傳動系綜合阻力

傳動系阻力由相對運動存在的機(jī)械部件的摩擦引起的機(jī)械阻力和硬件油液系統(tǒng)攪動摩擦形成的液力阻力兩部分組成，此數(shù)學(xué)模型為[3-4]

n0：與速度無關(guān)的阻力系數(shù)；F：阻力的速度影響系數(shù)。（傳動系內(nèi)阻力）

2.6 重力沿坡道方向的分力即坡道阻力

車輛在傾斜線路上運行時，需克服由坡道產(chǎn)生的重力分力稱為坡道阻力。坡道阻力的數(shù)學(xué)表達(dá)式為[5]

m：車輛質(zhì)量；g：重力加速度：α'：縱向坡度角。

2.7 車輛慣性阻力

車輛變速行駛時，除克服上述阻力外，還要克服因自身質(zhì)量運動變化產(chǎn)生的慣性力，其由平移質(zhì)量慣性力和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力兩部分組成，數(shù)學(xué)式為：

F：車輛行駛時所受的慣性阻力；m：車輛平移質(zhì)量；1：驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動慣量；2：從動輪轉(zhuǎn)動慣量；3：發(fā)動機(jī)曲軸部件的轉(zhuǎn)動慣量；4：離合器、變速器、二次傳動裝置等旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量；1、2、3和4均為系數(shù)。

3 兩種阻力設(shè)定方法的比較

根據(jù)要求，可采用查表法或滑行法對測功機(jī)進(jìn)行阻力進(jìn)行設(shè)定，即標(biāo)準(zhǔn)推薦阻力設(shè)定GB18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》中，如無相對應(yīng)的當(dāng)量慣量，則選用與測試質(zhì)量大一級的當(dāng)量慣量對應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行測試，如表1所示：

表1 系數(shù)設(shè)定值

根據(jù)實驗情況做出阻力值對比圖1，圖1中是滑行法和查表法阻力加載系數(shù)對應(yīng)的曲線，在底盤測功機(jī)上設(shè)定后可模擬車輛速度與阻力的關(guān)系。從中可看出車速處于低速段的時候，滑行阻力略大于查表阻力值，隨后車速增加至約50km/h至90km/h之間的某一速度值時，滑行阻力會和查表阻力形成交叉點，此時滑行阻力等于查表阻力，在此交點之后，滑行阻力值小于查表阻力。究其原因，推薦阻力值是綜合了許多車型及情形給出的平均值，并不能與所有車型滑行阻力相一致，因而在某區(qū)間內(nèi)會與實際滑行方法有交點，否則就失去了制定推薦阻力的意義，并且隨著當(dāng)量慣量的增加，該交叉點從低速點向高速點偏移，這說明了查表法是車輛加載分析方法的一種折中，因此查表法和滑行法阻力一定會有交叉點，否則就偏離了制定查表阻力設(shè)定方法的初衷。從圖1可發(fā)現(xiàn)，高速區(qū)的查表阻力比滑行阻力要高，在NEDC循環(huán)中，低速段的理論行駛里程是4.052km，而高速的理論行駛里程是6.955km，根據(jù)phase1和phase2公里數(shù)的差異可推斷用查表的方式加載阻力做出的車輛油耗值要比滑行阻力設(shè)定所測量的油耗結(jié)果可能要偏高一些。

圖2 1590當(dāng)量慣量

圖3 1700當(dāng)量慣量

圖4 1810當(dāng)量慣量

4 兩種阻力設(shè)定方法對油耗結(jié)果的影響

基于試驗的驗證，統(tǒng)計不同當(dāng)量慣量的車輛在兩種不同的設(shè)定下對車輛的油耗結(jié)果的影響。

圖5

基于圖5中試驗數(shù)據(jù)可以分析出，轉(zhuǎn)轂的阻力加載是一元二次函數(shù)，阻力隨著車速的增加而不斷提高，因此兩種阻力加載在高速階段的差別是最大的，如果兩種設(shè)定在高速階段的阻力差值大，則會直接反應(yīng)在車輛的油耗中。由于兩種阻力設(shè)定方法之間力的差異較小，從而造成在該循環(huán)下兩種阻力設(shè)定對油耗影響不大。

5 結(jié)論

5.1 在進(jìn)行油耗試驗時

要盡量使用道路滑行阻力進(jìn)行設(shè)定，來準(zhǔn)確的反應(yīng)車輛的真實油耗水平。

5.2 在使用推薦阻力進(jìn)行設(shè)定時

車速較低時，測功機(jī)對車輛施加的查表阻力要低于滑行阻力。車速在50km/h至90km/h之間的某一點，兩種方法的阻力值會相同。在車速高于這一點時，測功機(jī)對車輛施加的查表阻力要高于滑行阻力。隨著當(dāng)量慣量的增加，阻力相同的交叉點會從50km/h左右向高速點漂移。

5.3 進(jìn)行輕型車輛I型試驗測定油耗時

使用查表法測定的油耗結(jié)果比滑行法測定的油耗結(jié)果高。

[1] TheEngineeringSocietyforAdvancingMobilityLandSeaAirand Space. StepwiseCoastdownMethodologyforMeasuringTireRollingResistance[S].SAEJ2452,1996.

[2] TheEngineeringSocietyforAdvancingMobilityLandSeaAirand Space. AerodynamicTestingofRoadVehicles-TestingMethodsandProcedures[S].SAEJ2084,1996.

[3] 郁增德,謝軍,王傳鼎.底盤測功機(jī)模擬道路滑行試驗[J].汽車技術(shù),1991(6):24-27.

[4] 張學(xué)利,何勇.在用汽車傳動系阻力的研究[J].公路交通科技, 2001(3):91-93.

[5] 陳文潤,王培玲,嚴(yán)峻,等.摩托車底盤測功機(jī)動力學(xué)原理[J].機(jī)械設(shè)計,2001(2):22-25.

Effect of resistance setting of chassis dynamometer on fuel consumption test

Yu Zhipeng, Yu Yangyang

（Huachen Automotive Engineering Research Institute calibration development engineering room, Liaoning Shenyang 110141 )

In the NEDC cycle, the results of the different resistance setting of the chassis dynamometer have an impact on the emission and fuel consumption results when the test results are tested to measure the type I emission test results of light vehicles. Under two different resistance setting, the method of resistance setting of dynamometer is analyzed and the influence of oil consumption is studied. The test results show that in type I test, the comprehensive oil consumption measured by the standard recommended resistance to the chassis dynamometer is higher than that of the actual sliding resistance setting.

Chassis Dynamometer;Resistance Setting;Fuel Consumption

B

1671-7988(2018)16-96-03

U467

B

1671-7988(2018)16-96-03

CLC NO.: U467

于志鵬，就職于華晨汽車工程研究院標(biāo)定開發(fā)工程室。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.035