基于輕型車國六標準的道路滑行阻力試驗

辛運，羅澤敏，黃鵬，董幸之，熊俊西，謝杰聰

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

環境保護部、國家質檢總局近日聯合發布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法[1]（中國第六階段）》（以下簡稱“輕型車國六標準”），公布了第六階段輕型汽車的排放要求和實施時間。其對油耗及排放的要求越來越高，而整車道路滑行阻力是影響整車油耗的主要因素。因此研究輕型車國六標準實施后對整車道路滑行阻力的影響就至關重要。

測定道路行駛阻力的方法主要有道路滑行法與風洞法[2]，道路滑行法因其成本低、簡單易實現，被國內外企業及檢測機構普遍采用[3]，本文基于輕型車國六標準中的道路滑行法，對某車型道路滑行阻力進行試驗研究，對比了其與輕型車國五標準的區別。最后利用Matlab設計了道路滑行阻力分析軟件，實現對試驗數據的處理及分析。

1 輕型車國六標準道路滑行試驗方法

根據標準GB18352.6—2016輕型汽車污染物排放限值及測試方法（中國第六階段）中要求，采用固定式風速儀法進行道路滑行阻力試驗。

1.1 試驗條件

1.1.1 試驗道路

試驗時要求道路表面應該是平坦、清潔、干燥的，也沒有能夠妨礙道路載荷測量的障礙物或風障，測試道路的縱向坡度不應超過 ±1%。

1.1.2 氣象條件

在整個試驗期間，要求：5秒平均風速低于5m/s，2秒峰值風速低于8m/s，試驗道路的橫風小于2m/s，風速應在高出路面0.7m處測量；大氣溫度在 5℃-40℃以內，滿足以上條件可進行道路滑行阻力試驗。最終將滑行阻力校正至基準狀態下（大氣壓力：100kPa，大氣溫度：293K，空氣密度：1.189kg/m3，風速：0m/s）。

1.2 車輛準備

1.2.1 車輛準備及配重

輕型車國六標準中規定車輛需配載為測試質量Mav進行試驗，測試質量表示為：車輛的基準質量（車輛的整備質量+100kg）、選裝裝配質量及代表性負荷質量三者之和。在試驗前后，試驗車輛、司機和設備都需要進行稱重，其分別表示為mav1和mav2，根據其平均值得到實際試驗質量mav。

1.2.2 車輛狀態確認及磨合

試驗前確認車輛處于正常運行狀態，并對車輛進行適當的磨合，試驗車輛里程數至少為 10000km，但不應超過80000km。且輪胎在實際道路上至少磨合 200km，輪胎花紋深度在100%-80%之間。

1.2.3 車輛預熱

車輛預熱前，車輛應該在離合器斷開，或自動擋處于空擋時，通過輕踩剎車，使車速在5-10秒內穩定地從80km/h降低到20km/h。預熱后車輛以118km/h的速度至少進行20分鐘的預熱，直到達到穩定狀態。

1.3 道路滑行試驗

1.3.1 通過滑行時間計算道路載荷

首先將車輛加速到比基準車速vj高10km/h的車速，并維持穩定至少1分鐘，然后將變速箱置于“空擋”位置，記錄測試車輛從滑行至的時間。在與車輛相反的方向進行同樣的試驗操作，記錄時間，重復i次上述試驗，最終從其中挑選 n組試驗數據，使其滿足式（3）條件。

首先根據式（1）計算基準車速vj下第i次往返試驗的調和平均值。

利用式（2）計算基準車速vj下n次試驗的調和平均值。

式中：pj表示基準車速 vj下的統計學精度；表示標準差，其可用式（4）表示；

n表示試驗次數，根據n查表1可得h的值。

表1 根據n確定系數h

基準車速vj下n次往返滑行時間的算術平均值可用式（5）計算。

利用式（6）計算基準車速 vj下，往返平均滑行時間的調和平均值。

根據功率法，通過式（7）計算基準速度 vj下道路行駛阻力，采用最小二乘法對各基準車速vj下的阻力進行二次擬合，分別得到行駛阻力曲線的常數項 f0、一次項 f1、二次項f2。

式中：mav表示試驗前后的平均試驗質量；mr為車輛的旋轉質量，mr=（基準質量+25kg）*0.03。

1.3.2 基準狀態的校正

輕型車國六標準中規定需將式（7）校正至基準狀態，根據式（8）計算空氣阻力校正因子K2。

式中：T、P分別表示試驗過程中的平均大氣溫度與大氣壓力。

根據式（9）計算風速修正系數w2。

式中：vw表示風速，且當時，w2=0。

根據式（10）計算測試質量修正因子

式中：TMH表示試驗車輛的測試質量。

利用公式（11）得到基準狀態下的道路滑行阻力曲線。

2 實例分析

2.1 試驗車輛參數

以某在研車型為試驗車，在車輛狀態及氣象條件等滿足試驗要求條件下進行試驗，試驗車輛的基本信息如表 2所示。

表2 試驗車輛的基本信息

2.2 試驗場地與試驗設備

試驗設備名稱和參數，如表3所示。試驗場地為襄陽東風汽車試驗場的性能試驗道路（長直線）。

表3 試驗設備名稱和參數

2.3 試驗數據采集及處理

滑行試驗的起始車速為135km/h，結束車速為15km/h。在實際試驗中，車輛滑行開始的最高車速需≥145km/h，滑行結束的最低車速≤10km/h。受試驗場地長度限制，滑行試驗分三段進行，重復8次試驗，記錄滑行時間，如表4所示。

表4 滑行試驗時間

表5 減速時間

根據式（7）式，計算不同車速下的道路行駛阻力F測量，如表6所示，行駛阻力曲線的系數：。

表6 道路行駛阻力

利用式（8）～（10）分別計算測試質量修正因子K1=-1.1026，空氣阻力校正因子 K2=0.9815，風速修正因子w2=0，其中滾動滾動阻力修正因子K0=0.0086。

根據式（11）計算基準狀態下的道路行駛阻力曲線：

3 國六與國五排放標準行駛阻力對比

與輕型車國五標準相比[4]，輕型車國六標準對測試車輛的試驗質量、車輛磨合里程、輪胎條件、基準車速、車輛預熱等作出更嚴格的要求；在數據處理上提出利用往返滑行時間的調和平均值代替算術平均值；在試驗結果上引入空氣阻力校正因子、滾動阻力修正因子、風速修正因子、測試質量修正因子等四個修正因子，將道路行駛阻力校正至基準狀態。

取同一臺車在氣象條件與車輛狀態接近的條件下，按照輕型車國五標準要求進行道路滑行阻力試驗，獲取基準車速120～20km/h時的道路行駛阻力曲線：

對比輕型車國五與國六標準道路行駛阻力曲線如圖1所示。

圖1 阻力曲線對比

對比兩種標準下的行駛阻力可知：輕型車國六標準下的道路行駛阻力比國五標準下平均大40N，且高速段行駛阻力差異尤為明顯。

4 設計軟件介紹

在工程應用中為便于計算分析道路行駛阻力，利用Matlab設計GUI程序界面[5]。實現對道路行駛阻力試驗數據的存儲及分析，程序主界面如圖2所示。

圖2 程序主界面

4.1 輸入車輛信息與試驗條件

打開道路行駛阻力分析軟件主界面，在車輛信息與試驗條件界面下輸入車輛基本信息、輪胎信息，及車輛卡鉗狀態、試驗的氣象條件、試驗車輛的質量信息等，如圖3所示。

選擇Vbox導出的滑行試驗的原始試驗數據，進行計算。

圖3 車輛信息與試驗條件界面

4.2 分析計算

打開阻力分析界面，查看試驗結果，如圖4所示。分別顯示輕型車國六、國五標準下的道路行駛阻力、擬合系數、阻力曲線及氣象條件。

圖4 試驗結果

同時所設計的軟件具有數據存儲的功能，對所分析處理的試驗數據建立數據庫，可以一鍵導入處理完成的車輛滑行阻力，實現對車輛滑行阻力數據的管理及對比分析。

5 結論

本文結合試驗分析了輕型車國六標準中車輛道路滑行阻力的試驗方法，對比了輕型車國六與國五標準的區別，并以Matlab為基礎設計了道路滑行阻力分析軟件，實現對試驗數據的快速處理及管理，為企業、檢測機構節省大量的時間。該軟件也能為輕型車國六標準中道路滑行阻力的試驗和數據處理提供指導。

[1] 國家環境保護部.GB18352.6-2016輕型車汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）.北京:中國環境科學出版社,2016.

[2] 國家環境保護總局.GB18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國V階段）.北京:中國環境科學出初版,2013.

[3] 曾海鵬,胡振濤等.車輛道路滑行法及其數據處理[J].汽車技術2015（3）,46～41.

[4] 汽車滑行阻力數據處理方法及軟件實現[J].汽車工程師 2015（12）,33～36.

[5] 羅華飛. MATLAB GUI設計學習手記[M].北京:北京航空航天大學出版社,2010:141～162.