車輛行駛阻力測量風洞法與滑行法對比試驗研究

易金花 陳麗霞 嚴杰

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

主題詞：道路行駛阻力 風洞法 滑行法 國Ⅵ排放標準

1 前言

相對于國Ⅴ排放標準[1]，GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[2]（國Ⅵ標準）中提出了一種新的道路行駛阻力測量方法——風洞法。風洞法是將風洞與底盤測功機或平帶式測功機相結合確定道路行駛阻力的測量方法，即在測功機上測量車輛滾動阻力，在空氣動力學風洞中測量車輛空氣動力學阻力[3-5]，將兩種阻力結果相加后得到汽車道路行駛阻力。

滑行法是國內普遍采用的道路行駛阻力測量方法[6]，而風洞法是從歐Ⅵ標準[7]直接引入的，為此，本文針對2輛具有代表性的車型，根據滑行法與風洞法的測試要求進行實車試驗及對比分析，以驗證風洞法測量結果的準確性，并對循環能量進行計算分析，驗證所用測試設備的有效性。

2 道路行駛阻力測量方法

2.1 滑行法

根據GB 18352.6—2016中固定式風速儀法道路滑行試驗的測試要求，對樣車A和樣車B進行道路行駛阻力測量。

2.1.1 車輛準備

樣車A與樣車B磨合里程為3 000km，試驗前將樣車胎壓調整至標準要求的下限值，調節四輪定位參數符合出廠要求，車輛加滿油并稱重配載至測試質量（測試質量＝基準質量+選裝裝備+15%車輛最大負載），滑行前進行車輪拖滯力測量（熱態），確保車輛傳動系等功能狀態正常。樣車參數如表1所示。

表1 樣車試驗參數

2.1.2 試驗環境

道路滑行試驗在襄樊東風汽車試驗場進行，試驗時氣溫為17.0～17.6 ℃，大氣壓力為100.8～101.0 kPa，風速為0 m/s，試驗環境滿足溫度5～40℃、5 s內平均風速低于5 m/s的要求。

2.1.3 試驗過程

試驗步驟如下：

a.正式滑行前，樣車以118 km/h的速度行駛20 min進行預熱。

b.車輛正式滑行，樣車行駛速度達到140 km/h，并維持車速穩定1 min，然后將變速器置于“空擋”位置，盡量不轉動轉向盤，不采取制動，用行駛記錄儀記錄車輛從(vj+5 km/h)滑行至(vj-5 km/h)的時間Δtjai（i表示第i次滑行，i=1,2,…,n），其中，基準速度vj分別取為130 km/h、120 km/h……30 km/h、20 km/h。

c.在同一條道路相反方向進行步驟b的試驗，記錄反向滑行時間Δtjbi。

重復步驟b和c的試驗過程，獲得3組連續測量結果，結果應滿足基準速度vj下測量結果的統計精度pj：

其中，基準速度vj下的平均滑行時間Δtj和每組測量的平均滑行時間Δtji分別為：

式中，n為滑行測量組數；σj為標準偏差；h為給定的系數，參照GB 18352.6—2016，取為2.8。

2.1.4 滑行法結果

基準速度vj下的道路行駛阻力算術平均值Fj計算式為：

式中，Mav為道路行駛阻力測試開始至結束時試驗車輛的平均質量；Mr為所有轉動零部件的等效有效質量，可按照車輛的基準質量的3%進行估算。

根據式（4）計算得到的Fj，采用最小二乘法計算得到行駛阻力公式中的f0、f1、f2：

式中，F為道路行駛阻力；f0、f1、f2分別為道路行駛阻力曲線的常數項、一次項系數、二次項系數；v為車輛行駛車速。

將以上實際滑行環境下測得的道路阻力F修正到基準狀態（大氣壓力P0=100 kPa，大氣溫度T0=293 K，干空氣密度ρ0=1.189 kg/m3，風速為0 m/s），修正公式為：

式中，F*為修正后的道路行駛阻力；K0為滾動阻力修正因子；K1為測試質量修正因子；K2為空氣阻力修正因子；w1為風阻修正值；T為環境溫度的算術平均值。

樣車A、樣車B的道路滑行試驗結果如表2所示。

表2 滑行法行駛阻力測試結果

2.2 風洞法

2.2.1 空氣動力學阻力測試

在同濟大學空氣動力學風洞試驗室進行2輛樣車的空氣動力學阻力測量，如圖1所示。試驗前的車輛準備和配載方式均與道路滑行試驗要求相同，確保兩種方法的車身姿態一致。

圖1 樣車風洞試驗

依照風洞試驗要求對樣車進行固定，并在基準速度vj下測量空氣阻力系數與迎風面積的乘積(CDAf)j，每個基準速度下測量時間為60 s，測量頻率為5 Hz。

樣車基準速度下的空氣動力學阻力FAj計算式為：

式中，ρ0為干空氣密度。

2輛樣車空氣動力學阻力測量結果如表3所示。

表3 風洞試驗時2輛樣車空氣動力學阻力測量結果

2.2.2 滾動阻力測試

在環境艙中進行樣車A與樣車B的滾動阻力測試，如圖2所示。

圖2 樣車滾動阻力試驗

試驗前按照道路滑行試驗加載方式進行配重，采用GB 18352.6—2016中穩定車速下的測量方法進行試驗。試驗環境溫度為20℃，按照表4對底盤測功機進行參數設定，依照道路滑行試驗預熱方法在底盤測功機上進行車輛預處理。

表4 底盤測功機相關參數

試驗從最高基準速度130 km/h開始，到最低基準速度20 km/h結束，每個基準速度穩定10 s后進行連續6 s的輪邊力測量，測量頻率為10 Hz，測量期間車速保持恒定，記錄各基準速度點底盤測功機測得的輪邊力fjD。

將底盤測功機上測得的曲面輪邊力fjD修正到等效的平坦基準路面上：

式中，FDj為修正到基準路面上的輪邊力；Rw為1/2車輪公稱直徑；RD為底盤測功機滾筒半徑。

2輛樣車的滾動阻力計算結果如表5所示。

表5 滾動阻力測量結果

2.2.3 風洞法結果

根據空氣阻力FAj、滾動阻力FDj可計算得到基準速度下的道路行駛阻力Fwj=FDj+FAj，結果如表6所示。

表6 風洞法行駛阻力測試結果

3 兩種測量方法對比分析

3.1 行駛阻力結果分析

采用風洞法與滑行法獲取的樣車道路行駛阻力如圖3所示，以滑行法行駛阻力測試結果作為基準值，計算風洞法與滑行法結果的偏差，結果如表7所示。

圖3 2種測試方法得到的2輛樣車道路行駛阻力

表7 風洞法與道路滑行法阻力測試結果相對偏差

由圖3可知，在基準速度點上，對于樣車A，兩種方法測得的道路行駛阻力最大相差17 N，最小相差2 N，平均差值為7.5 N；對于樣車B，兩種方法測得的道路行駛阻力最大相差17.8 N，最小相差0.2 N，平均差值為4.9 N。

由表7可知：對于樣車A，兩種方法測得的行駛阻力最大偏差為2.6%，平均偏差為1.25%；對于樣車B，最大偏差為2.7%，平均偏差為0.28%。上述結果表明，兩種方法測得的道路行駛阻力平均相差在±7.5 N范圍內，平均偏差在±1.25%范圍內，表明風洞法測得的行駛阻力與滑行法測試結果基本一致，驗證了風洞法測量結果的準確性。

3.2 循環能量差

國Ⅵ標準中規定，將風洞法和滑行法的測量結果進行循環能量需求計算，若兩者的循環能量差εk在±5%范圍內，可證明所用測試設備的有效性。

循環能量差計算式為：

式中，εk為某車輛在WLTC循環試驗中，風洞法與滑行法的循環能量差；Ek,WTM、Ek,c分別為某車輛基于風洞法、滑行法獲得的道路行駛阻力，行駛1個WLTC的循環能量需求。

根據式（9）計算2輛樣車循環能量差，結果如表8所示。

表8 循環能量差計算結果

由表8可知，樣車A和樣車B的風洞法和滑行法之間的循環能量差均在±1%以內，滿足國家標準規定的±5%以內的要求，表明試驗所用測試設備有效。

4 結束語

本文針對GB 18352.6—2016中提出的風洞法測量道路行駛阻力的方法進行了實車驗證，并與滑行法測量結果進行了對比分析。試驗結果表明，2輛樣車采用的2種方法獲得的道路行駛阻力之間的循環能量差別均滿足標準規定的±5%以內的要求，驗證了風洞法測試結果的準確性和測試設備的有效性。