基于臺架模擬檢測汽車滑行性能的試驗研究

仝曉平，劉元鵬，陳南峰

（1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.石家莊華燕交通科技有限公司，河北 石家莊 050277）

0 引 言

汽車滑行性能是評價汽車在道路行駛時各轉動部件轉動阻力大小的技術指標，常通過滑行距離進行評價。滑行距離縮短，表明行駛阻力增大，油耗增加。為控制車輛燃料消量耗，保持車輛正常技術狀況，國內綜合性能檢測站執行的GB 18565-2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》[1]中規定了兩種汽車滑行性能檢測方法和評價指標：在道路上進行初速度為30km/h時的滑行距離試驗[2]；在測功機上進行初速度為30km/h時的滑行距離試驗。但這兩種方法在實踐中存在技術操作上的障礙，因此，需要對汽車滑行性能的指標和方法進行重新研究和探索。

1 滑行性能檢測方法的分析

1.1 道路試驗

1.1.1 道路試驗方法

依據GB 18565-2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》，汽車在道路上進行滑行距離試驗的方法如下：

（1）應在平坦（縱向坡度不應超過1%）、干燥和清潔的硬路面上進行，風速≤3m/s；

（2）車輛空載，輪胎氣壓應符合規定值；

（3）被試車輛行駛速度高于30km/h后，置變速器于空擋，開始滑行，當速度為30km/h時用速度計或第五輪儀測量滑行距離；

（4）試驗至少往返各滑行一次，往返區段盡量重合；

（5）檢驗結果應符合表1的要求。

表1 車輛滑行距離要求

1.1.2 存在的問題

作為綜合性能檢測站，不具備進行車輛道路試驗的條件與能力，且檢測時間節拍也不能滿足檢測要求，該方法作為對年檢幾千至上萬臺車次的檢測站并無操作性。

1.2 汽車底盤測功機臺架試驗

1.2.1 臺架試驗方法

依據GB 18565-2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》，汽車在底盤測功機臺架上進行滑行距離試驗的方法如下：

（1）汽車輪胎氣壓應符合規定值，傳動系潤滑油油溫不低于50℃；

（2）根據測試汽車的基準質量選定底盤測功機的相應當量慣量，當底盤測功機所配備的飛輪系統慣量級數不能準確滿足測試汽車的當量慣量需要時，可選配與測試汽車整備質量最接近的轉動慣量級，但應對檢測結果作必要的修正；

（3）將試驗車輛驅動輪置于底盤測功機滾筒上，啟動汽車，按引導系統提示加速至高于規定車速（30 km/h）后，置變速器于空擋，利用車輛貯藏的動能，使其運轉直至車輪停止轉動；

（4）記錄汽車從30km/h開始的滑行距離；（5）檢驗結果應符合表1的要求。

1.2.2 存在的問題

（1）道路試驗與臺架試驗的阻力條件分析[3]。在道路試驗時，汽車總質量加各轉動件當量慣量之和為m的汽車在初速度V=30 km/h時的動能（mV2/2）被風阻、驅動輪及各從動輪與路面間的滾動阻力、汽車傳動系阻力所消耗。設路面滑行過程中各速度下的平均阻力為F，滑行距離為S，則mV2/2=F·S。

汽車在滾筒半徑為R的測功機上作臺架試驗時，設測功機臺架旋轉件及汽車驅動輪和傳動系總慣量為J，汽車在初速度V=30 km/h時的動能JV2（/2R2）被驅動輪與滾筒間的滾動阻力、汽車傳動系阻力、測功機臺架內部阻力所消耗。設臺架滑行過程中各速度下的平均阻力為Ft，滑行距離為St，則JV2（/2R2）=F·tSt。

（2）道路試驗與臺架試驗的初始能量分析。要使在同一初速度下的臺架試驗與路試時的初始能量一致，應使JV2（/2R2）=mV2/2，即m=J/R2；

令J/R2=K

測功機應設計不同慣量的飛輪，使其慣量匹配后的K值等于被測車輛的當量慣量m。但因汽車質量的分布范圍較大，采用機械慣量模擬無法滿足要求，GB 18565-2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》雖然要求“應對檢測結果作必要的修正”，但并未給出修正的方法和條件，若采用電慣量模擬則制造成本過高。

（3）阻力條件分析[4]。道路試驗阻力與測功機臺架試驗阻力差異很大，測功機臺架試驗阻力無法代替道路試驗阻力，導致測功機臺架試驗得出的滑行距離無法與道路試驗的滑行距離等效評價。如用測功機通過加載來模擬道路阻力，前提需是道路阻力已知，需先進行道路滑行試驗，也就失去了再進行臺架試驗的意義。

2 道路與臺架滑行試驗比對分析

2.1 汽車底盤測功機

試驗采用滾筒直徑370mm、臺架當量慣量807kg的底盤測功機，通過兩次滑行法測取不同速度下的臺架內部阻力[5]。

2.2 試驗車輛

試驗選用了5輛試驗車，試驗車在路試時的技術參數見表2。

2.3 試驗方法

試驗現場如圖1所示。

表2 試驗車路試狀態技術參數

圖1 試驗現場

（1）將試驗車后部裝上五輪儀，在道路上往返行駛滑行各3次，測取初速度為30km/h的滑行距離。

（2）將試驗車驅動軸、非驅動軸分別停在底盤測功機滾筒上，用反拖電機拖動到30km/h以上開始滑行，各進行3次，測取滑行距離。試驗時測功機只使用基本慣量，不掛接其他飛輪。

（3）將試驗車驅動軸、非驅動軸分別停在底盤測功機滾筒上，用反拖電機拖動，分別測取5，10，15，20，25，30km/h速度點的阻力，減去相應速度點的測功機內部阻力，計算得到被測軸滾動阻力。

（4）根據測功機臺架測得的車輪滾動阻力與滑行距離，計算得到各車軸的轉動慣量（見表2）。

2.4 試驗結果

依據2.3試驗方法，試驗得到路試滑行距離與測功機臺架試驗滑行距離，計算出各自的均值。依據能量守恒原理，通過測功機臺架試驗測取各軸滾筒阻力，估算風阻系數計算出滑行距離。數據見表3、表4。

3 試驗數據分析

3.1 道路滑行距離與汽車底盤阻力的關系分析

依據能量守恒原理，汽車在路面行駛時，滑行的初始動能=mV2/2，被滑行阻力F×滑行距離S做功消耗。在已知當量慣量m，滑行阻力F時，可計算出滑行距離S[6]。

為較精確地計算能量消耗的過程，將滑行速度區間分為 6 段：30～25km/h、25～20km/h、20～15km/h、15～10 km/h、10～5 km/h、5～0 km/h。在已測試和計算得到汽車當量慣量后，可依據各段的平均風阻和各段平均底盤阻力計算出各段的滑行距離，最終計算得到30 km/h滑行到0 km/h的滑行距離S。計算結果見表3。

表3中，按車頭形狀目測估算，取風阻系數計算結果如下[7]：

（1）昌河車為雙排小客貨車，近似為平頭車，風阻系數取0.7時，與道路試驗的誤差為1.9%；

（2）捷達王轎車車頭近似流線型，風阻系數取0.4時，與道路試驗的誤差為-4.9%；

（3）依維柯車車頭風阻較小，風阻系數取0.5時，與道路試驗的誤差為3%；

（4）躍進車車頭近似平頭，風阻系數取0.8時，與道路試驗的誤差為5%；

（5）東風車車頭近似平頭，風阻系數取0.8時，與道路試驗的誤差為4.0%。

上述計算得到的30km/h至0km/h的滑行距離與實際道路試驗結果的誤差，由風阻系數粗略取值的誤差造成，如適當調整風阻系數的取值，使其更加接近實際值，理論計算的滑行距離與實際道路試驗結果將會進一步接近。

表3 路試與測功機臺架試驗滑行距離比較

表4 測功機臺試測取的各測速點滑行阻力

3.2 汽車滑行阻力占整車質量百分比分析

車輪與底盤傳動系阻力的構成主要為軸承阻力、車輪表面滾動阻力等，轉動件表面風阻影響較小。在表4中計算出的各測試速度點下，汽車底盤滑行阻力占整車質量百分比隨著車速的增加而增加；但隨著速度的增加，速度等間隔增加時其阻力增量在減小，阻力變化趨于穩定。在該次試驗的各試驗車中，汽車底盤滑行阻力占整車質量百分比的最大值：最高車速速度30km/h時不超過3%，在5km/h時不超過2%。

4 結束語

汽車在滑行過程中存在風阻、輪胎與地面滾動阻力、車輪總成阻力及傳動部件阻力等影響因素。依據上述試驗數據和計算結果，驗證了汽車在道路滑行時，滑行距離與汽車滑行阻力之間的相關關系。其中在道路滑行時，滑行阻力中的風阻是不會隨著汽車技術狀況而改變的（除非改變車身形狀），車輪總成阻力及傳動部件阻力就成為影響汽車滑行性能的唯一變量。因此，車輪阻滯力與滑行性能具相關性，除滑行距離外，車輪阻滯力也是評價汽車滑行性能的重要指標。

目前，GB 18565-2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》、GB 7258-2004《機動車運行安全技術條件》規定的汽車各輪阻滯力占所在軸荷百分比不得超過5%。如同軸左、右均為5%，軸阻滯力將達所在軸荷的10%；各軸均達10%，則整車阻滯力將達整車質量的10%。以東風EQ1090為例，試驗中整車試驗狀態時的空載質量為3773kg，底盤阻力最大將允許3698N，且是在滾筒反力式制動臺上以2.5km/h時的測試允許值。若在額定功率工況約80km/h時速下，估計將達5000N左右，此時空載運行的汽車底盤阻力損耗功率將達到111.1kW，顯然車輪阻滯率要求過低，不能滿足控制汽車底盤阻力，以達到減少燃料消耗量的要求和目的[8]。

根據試驗與其他相關試驗數據分析，在2.5km/h的滾筒反力式制動臺上檢測時，各車輪阻滯力一般應在軸荷的2%以下（該阻力是輪胎與滾筒表面的滾動阻力與車輪總成、傳動部件的正常阻力之和，阻滯力超過軸荷的2%以上部分即為非正常阻力），這與抽取的2500份綜檢報告單中的數據基本吻合。考慮到車況差異與滾筒反力式制動臺的測試誤差（目前JJG 906-2009《滾筒反力式制動檢驗臺》允許誤差±3%），建議空載檢測時，控制整車車輪阻滯力在整車空載質量的5%以下，并以此作為汽車滑行性能的考核指標之一。

[1]GB 18565—2001營運車輛綜合性能要求和檢驗方法[S].北京：中國標準出版社，2001.

[2]GB 7258—2004機動車運行安全技術條件[S].北京：中國標準出版社，2004.

[3]JJG 906—2009滾筒反力式制動檢驗臺[S].北京：中國計量出版社，2009.

[4]李丹，錢國剛.分兩段進行滑行試驗的數據處理方法探討[J].天津汽車，2008（10）：36-39.

[5]顧洪建，李騰騰.混合動力客車道路滑行試驗研究[J].拖拉機與農用運輸車，2010（6）：22-27.

[6]張富興，吳瑞.重型汽車滑行試驗方法的研究[J].北京汽車，2010（3）：20-23.

[7]高有山，李興虎.汽車滑行阻力分析[J].汽車技術，2008（4）：56-59.

[8]劉浩學，林彩霞，馬強駿，等.基于臺架檢測汽車滑行距離的修正模型[J].長安大學學報：自然科學版，2006（2）：85-89.