輕型車轉鼓阻力設定影響因素試驗研究

潘 朋 王建海 田冬蓮

（中國汽車技術研究中心）

1 前言

在試驗室進行車輛滑行試驗時，由于試驗條件的差異會導致轉鼓阻力設定的偏差，進而會對車輛的排放和油耗造成較大影響，因此，轉鼓阻力設定的準確性對試驗結果起著至關重要的作用。為此，針對轉鼓滑行試驗前車輛的熱車狀況、在轉鼓上的固定方式、驅動輪胎壓力和驅動輪胎上的有效載荷等影響轉鼓阻力設定因素進行了車輛滑行對比試驗，提出了減小各因素對轉鼓阻力設定影響的建議。

2 試驗研究

2.1 試驗車輛

試驗車輛為1輛狀態穩定的某型輕型汽油車，車輛參數見表1。

表1 試驗車輛參數

2.2 試驗設備

主要試驗設備見表2。

表2 主要試驗設備

2.3 試驗方案

采用相同的車輛道路滑行阻力，對試驗樣車分別進行了試驗前熱車狀況、車輛不同固定方式、不同驅動輪胎壓力和驅動輪上不同有效載荷等4組轉鼓滑行對比試驗，試驗均按照GB18352.3—2005法規的相關試驗要求進行。

3 試驗結果及分析

3.1 熱車狀況對轉鼓加載阻力的影響

GB18352.3—2005中要求，汽車在轉鼓上滑行前，應采用合適的方法使車輛達到運轉溫度[1]。在試驗室內，通常是將車輛以某一恒定速度運行一段時間或在運行1個NEDC循環（見圖1）后進行滑行試驗。該試驗采用3種熱車方式，即樣車以80 km/h車速運行10 min、120 km/h車速運行30 min和運行1個完整的NEDC循環，3種熱車方式下轉鼓加載阻力及偏差值見圖2和圖 3。 圖中，F1、F2、F3分別為80 km/h 10 min熱車、120 km/h 30 min熱車、NEDC循環熱后的轉鼓加載阻力。

由圖2和圖3可看出，車輛以120 km/h運行30 min后進行滑行試驗時，隨車速的增加，其轉鼓加載阻力比以80 km/h運行10 min的熱車方式增大約9～18 N，比運行NEDC循環熱車方式增大約10～23 N；而采用80 km/h運行10 min熱車方式的轉鼓加載阻力與NEDC循環熱車方式的轉鼓加載阻力偏差較小，隨車速增加，前者比后者僅增大約0.5～5 N。由此可知，以120 km/h運行30 min的方式熱車最充分，轉鼓加載阻力最大，而另外2種熱車方式對車輛預熱的效果相當，轉鼓加載阻力較小且相近。

車輛在轉鼓上的受力平衡方程[2]為:

由式（1）可知，在道路目標滑行阻力Fa、驅動輪與轉鼓滾動阻力Fr和轉鼓內阻FPl一定的情況下，在滑行試驗前，車輛預熱越充分，車輛傳動系的阻力FC就越小，轉鼓加載阻力FPAU就越大。

由上述可知，不同的熱車方式對轉鼓加載阻力的設定有較大影響，因此，試驗室內滑行試驗前的熱車方式應采用與車輛在道路滑行試驗前相同的方式，以保證車輛狀態的一致性和試驗數據的穩定性。

3.2 車輛固定方式對轉鼓加載阻力的影響

在試驗室內的轉鼓上對樣車進行固定時，前驅車輛可采用前端鏈條拉緊、后端用輪胎夾具固定的方式；而后驅和四驅車輛的前、后兩端均需用鏈條固定。該試驗僅對前驅車輛固定方式的差異對轉鼓加載阻力的影響進行研究。

該試驗采用夾具固定樣車的后端從動輪，車輛前端使用鏈條分別以水平方向、與水平方向向下呈 30°、與水平方向向下呈 60°等 3種方式固定（圖 4），每次滑行試驗前其它試驗條件保持不變，3種固定方式下的轉鼓加載阻力見圖5，各轉鼓加載阻力偏差值見圖 6。圖6中，F水平、F30°、F60°分別為鏈條在 3種固定方式下的轉鼓加載阻力。

從圖5和圖6可看出，鏈條與水平方向向下呈一定角度固定車輛時，夾角越大，樣車的轉鼓加載阻力越小。隨車速的增加，夾角為60°時的轉鼓加載阻力比夾角為30°時降低了約9～12 N，比水平方向固定車輛時降低了約15～22 N。這是由于鏈條向下以一定角度固定車輛時，夾角越大，鏈條的拉力F作用在驅動輪垂直方向上的分力FL越大，即FL1＜FL2＜FL3，見圖 7。

在輪胎壓力相同的情況下，滾動阻力Fr模型公式[3]為:

式中，P為輪胎壓力；α為負值系數；β為正值系數；a、b、c 為常數；v 為車速。

由此可得到3種車輛固定方式下驅動輪胎受到的滾動阻力大小關系為:Fr水平＜Fr30°＜Fr60°。 在道路目標滑行阻力、轉鼓內阻和車輛傳動系阻力不變的情況下，由式（1）可得到轉鼓加載阻力大小關系為:F水平＞F30°＞F60°。

由上述試驗數據和受力分析可知，在進行轉鼓滑行試驗時，鏈條應盡量以水平拉緊車輛的方式固定車輛，以減小固定裝置對車輛驅動輪胎垂直方向上的分力，從而減小車輛固定方式對轉鼓阻力設定造成的影響。

3.3 驅動輪胎壓力對轉鼓加載阻力的影響

GB18352.3—2005中規定:輪胎壓力應與制造廠規定的相同，并與為調整底盤測功機而進行的預備性道路試驗所使用的壓力相同[1]。為驗證驅動輪胎壓力偏差對轉鼓阻力設定的影響，在其它試驗條件相同的情況下，將車輛驅動輪胎壓力分別設定為廠家標稱壓力220 kPa、高于和低于標稱壓力30 kPa 3種方式進行轉鼓滑行試驗，結果見圖8和圖9。圖 9 中，F190kPa、F220kPa、F250kPa分別為 3 種驅動輪胎壓力下的轉鼓加載阻力。

從圖8和圖9可看出，隨驅動輪胎壓力的降低，試驗樣車的轉鼓加載阻力也逐漸減小。隨車速的增加，驅動輪胎壓力為190 kPa時的轉鼓加載阻力比驅動輪胎壓力為220 kPa時降低了約14～21 N，比驅動輪胎壓力為250 kPa時降低了約25～43 N。這是由于當車輛驅動輪胎壓力降低時，輪胎在轉鼓滾筒上的變形增大[2]，由式（2）可知，驅動輪胎與滾筒間的滾動阻力增加，即 Fr190kPa＞Fr220kPa＞Fr250kPa，在其它試驗條件不變的情況下，再由式（1）可得轉鼓加載阻力大小關系為:F190kPa＜F220kPa＜F250kPa。

通過對上述試驗數據分析可知，驅動輪胎壓力的差異對轉鼓加載阻力影響較大，車輛驅動輪胎壓力越低，輪胎與轉鼓滾筒間的滾動阻力越大，轉鼓滑行阻力的設定就會比正常輪胎壓力時的偏低[4]。因此，車輛在進行滑行試驗前應先檢查驅動輪胎壓力，使之符合廠家規定的數值；此外，如果廠家在進行車輛道路滑行試驗時對輪胎壓力有特別要求，在試驗室進行轉鼓滑行試驗時，車輛驅動輪胎壓力的設置還應與道路滑行時的保持一致。

3.4 驅動輪上有效載荷對轉鼓加載阻力的影響

在試驗室內進行滑行試驗時，通常只允許1名試驗人員坐在駕駛員座位上[3]。為驗證汽車驅動輪上有效載荷的差異對轉鼓加載阻力的影響，在其它試驗條件相同的情況下，分別采用車內有1名駕駛員、無駕駛員和正副2名駕駛員等3種方式進行轉鼓滑行試驗，結果見圖 10 和圖 11。 圖 11 中，F無駕駛員、F1名駕駛員、F2名駕駛員分別為3種有效載荷下的轉鼓加載阻力。

從圖10和圖11可看出，隨試驗人員的增多，轉鼓加載阻力逐漸減小。隨車速增加，車內乘坐2名駕駛員時的轉鼓加載阻力比1名駕駛員時降低了約6～14 N，比無駕駛員時降低了約15～25 N。這是由于隨車內乘員增多，車輛驅動輪上的有效載荷增大，作用在驅動輪上的垂直方向分力FL增大。在輪胎壓力一定的情況下，由式（2）可得車輛所受滾動阻力大小關系為:Fr無駕駛員＜Fr1名駕駛員＜Fr2名駕駛員，在其它試驗條件不變的情況下，由式（1）可得轉鼓加載阻力大小關系為:F無駕駛員＞F1名駕駛員＞F2名駕駛員。

由上述試驗結果可知，車輛在進行轉鼓滑行試驗時，應采用試驗室通常采用的標準滑行方法，以減小驅動輪上載荷的差異對轉鼓阻力設定的影響。

4 轉鼓阻力設定實例

根據上述試驗研究結果及試驗方法對試驗車輛進行轉鼓阻力設定，設定步驟見表3，并連續進行3次試驗，結果見圖12和圖13。圖13中，F第1次、F第2次、F第3次分別為3次試驗的轉鼓加載阻力。

表3 轉鼓阻力設定

從圖12和圖13可看出，按照表3中試驗步驟進行的3次轉鼓滑行試驗，總體偏差較小，最小偏差僅為0.02 N，最大偏差小于3.5 N。因此，在試驗室進行轉鼓滑行試驗時，嚴格按照統一的試驗規范操作能夠最大限度地減小試驗誤差，確保試驗數據的穩定性和有效性。

5 結束語

對某型試驗樣車進行了多組轉鼓滑行對比試驗，結果表明，在試驗室內進行滑行試驗時，試驗前的熱車方式應與道路滑行試驗前的熱車方式一致，以保證車輛狀態的一致性和試驗數據的穩定性；鏈條應盡可能以水平拉緊車輛的方式固定車輛，以減小固定裝置作用在車輛驅動輪胎垂直方向上的分力；應保證車輛驅動輪胎的壓力符合廠家規定的數值，車輛驅動輪胎壓力設置還應與在道路滑行時保持一致；為減小驅動輪上載荷的差異對轉鼓阻力設定的影響，應采用試驗室通常采用的標準滑行方法。

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

2 陳春梅.滑行法確定底盤測功機加載數值研究:[碩士論文]，2009.

3 王志偉，王恩宇.底盤測功機阻力設定對輕型車排放影響的試驗研究.汽車技術，2009（9）:55～57.

4 嚴朝勇，譚擁軍，劉越琪.基于底盤測功機的油耗研究.交通標準化，2009（4）:66～68.