輕型汽車道路載荷測量方法對比試驗研究

易金花 嚴杰 劉廷

摘 要：標準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）》中提出了四種道路載荷測量方法——滑行法，扭矩法，風洞法，計算法。針對3輛樣車采用滑行法、風洞法和計算法進行了實車試驗和計算，對比和分析了這三種測量方法的結(jié)果偏差。結(jié)果表明，風洞法測得的道路載荷結(jié)果與滑行法的平均偏差在1.25%以內(nèi)，風洞法與滑行法測量道路載荷結(jié)果基本一致;計算法測得的道路載荷結(jié)果與滑行法的平均偏差在33.1%以內(nèi)，計算法可作為企業(yè)測量道路載荷的參考方法。

關(guān)鍵詞：國Ⅵ排放標準;道路載荷測量;風洞法;滑行法;計算法

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-126-04

Comparative Test and Research on Road Load Measurement Method for Light Vehicle

Yi Jinhua， Yan Jie， Liu Ting

（?The Automotive Engineering Institute of Guangzhou Automobile Group Co.， Ltd.， Guangdong Guangzhou 511434?）

Abstract：?It is proposed in China standard GB 18352.6-2016<LIMITS AND MEASUREMENT METHODS FOR EMISSI?-IONS FROM LIGHT-DUTY VEHICEL （?CHINA STAGE 6?）?>four road load measurement methods-coastdown method， torque method， wind tunnel method， calculation method. To compare and analysis the deviation of the coastdown method， wind tunnel method and calculation method， three vehicles were tested and calculated by these three measurement methods. The results show that deviation between the road load measurement methods by the wind tunnel method and the coastdown method is within 1.25%， the results of wind tunnel method and coastdown method are basically the same; and the deviation between the road load measurement methods by calculation method and the coastdown method is within 33.1%， the calculation method can be used as a reference method for enterprises.

Keywords： CHINA VI emission standard; Road Load Measurement; Wind tunnel method; Coastdown method; Calculation method

CLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）10-126-04

前言

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）》^[1]（國Ⅵ標準）提出了四種道路載荷測量方法，分別是滑行法、扭矩法、風洞法、計算法。滑行法是目前國內(nèi)進行道路載荷測量的主要方法，通過實際道路滑行計算阻力得到道路載荷;扭矩法實施過程與滑行法一致，在輪轂上安裝扭矩傳感器后，通過滑行方法測量扭矩，計算得到道路載荷;風洞法是將風洞與底盤測功機或平帶式測功機相結(jié)合確定道路載荷的測量方法，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^[2-5]，將兩種阻力結(jié)果相加后得到道路載荷;計算法則是根據(jù)車輛質(zhì)量、長寬高等參數(shù)計算默認道路載荷。

滑行法是國內(nèi)普遍采用的道路載荷測量方法^[6]，風洞法和計算法是與滑行法實施做法完全不同的道路載荷測量方法。本文針對3輛具有代表性的車型，依據(jù)標準中滑行法與風洞法、計算法的要求進行實車試驗及計算分析，以滑行法結(jié)果為基準，比較三種測量方法的結(jié)果偏差，為企業(yè)提供選擇道路載荷測試方法的建議。

1 道路載荷測量方法

1.1 滑行法

根據(jù)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（2.0T+7WDCT）、樣車B（1.4T+6MT）和樣車C（1.5T+6AT）進行道路載荷測量。

1.1.1 車輛準備

樣車A、樣車B和樣車C磨合里程為3000km，試驗前將樣車胎壓調(diào)整至標準要求的下限值，調(diào)節(jié)四輪定位參數(shù)符合出廠要求，車輛加滿油并稱重配載至測試質(zhì)量（測試質(zhì)量=基準質(zhì)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(tài)），確保車輛傳動系等功能狀態(tài)正常。樣車參數(shù)如表1所示。

1.1.2 試驗環(huán)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17～19.6℃，大氣壓力為100.8～102.9 kPa，風速為0.3 m/s，試驗環(huán)境滿足溫度5～40℃、5 s內(nèi)平均風速低于5 m/s的要求。

1.1.3 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(wěn)定1 min，然后將變速器置于“空擋”位置，盡量不轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，不采取制動，用行駛記錄儀記錄車輛從（v_j+5 km/h）滑行至（v_j-5 km/h）的時間?t_jai（i代表第i次滑行，i=1，2，…，n），其中，基準速度v_j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?t_jbi。

重復步驟b和c的試驗過程，獲得3組連續(xù)測量結(jié)果，結(jié)果應滿足基準速度v_j下測量結(jié)果的統(tǒng)計精度p_j：

其中，基準速度v_j下的平均滑行時間?t_j和每組測量的平均滑行時間?t_ji分別為：

式中，n為滑行測量組數(shù);σ_j為標準偏差;h為給定的系數(shù)，參照GB 18352.6，取為2.8。

1.1.4 滑行法結(jié)果

基準速度v_j下的道路載荷算術(shù)平均值F_j計算式為：

式中，M_av為道路道路載荷測試開始至結(jié)束時試驗車輛的平均質(zhì)量;M_r為所有轉(zhuǎn)動零部件的等效有效質(zhì)量，可按照車輛的基準質(zhì)量的3%進行估算。

根據(jù)式（4）計算得到的F_j，采用最小二乘法計算得到道路載荷公式中的f₀，f₁，f₂：

式中，F為道路載荷;f₀，f₁，f₂分別為道路載荷曲線的常數(shù)項、一次項系數(shù)、二次項系數(shù);v為車輛行駛車速。

將以上實際滑行環(huán)境下測得的道路載荷F修正到基準狀態(tài)（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^*為修正后的道路載荷;K₀為滾動阻力修正因子;K₁為測試質(zhì)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(huán)境溫度的算術(shù)平均值。

3輛樣車的道路滑行試驗結(jié)果如表2所示。

1.2 風洞法

1.2.1 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3輛樣車空氣動力學阻力測量。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(tài)一致。

依照風洞試驗要求對樣車進行固定，并在基準速度v_j下測量基準速度下空氣阻力系數(shù)與迎風面積的乘積（C_DA_f）_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F_Aj計算式為：

式中，ρ₀為干空氣密度。

樣車空氣動力學阻力測量結(jié)果如表3所示。

1.2.2 滾動阻力測試

在環(huán)境艙中進行3輛樣車的滾動阻力測試，試驗前按照道路滑行試驗加載方式進行配重，采用標準GB 18352.6—2016中穩(wěn)定車速下的測量方法進行試驗。試驗環(huán)境溫度為20℃，按照表4對底盤測功機進行參數(shù)設(shè)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。

試驗從最高基準速度130km/h開始，到最低基準速度20km/h結(jié)束，每個基準速度穩(wěn)定10s后進行連續(xù)6s的輪邊力測量，測量頻率為10Hz，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f_jD。

將底盤測功機上測得的曲面輪邊力f_jD修正到等效的平坦基準路面上：

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

3輛樣車的滾動阻力計算結(jié)果如表5所示。

1.2.3 風洞法結(jié)果

根據(jù)空氣阻力F_Aj、滾動阻力F_Dj可計算得到基準速度下的道路載荷F_wj=F_Dj+F_Aj，結(jié)果如表6所示。

1.3 計算法

計算法是根據(jù)車輛參數(shù)計算默認的道路載荷方法，車輛參數(shù)見表1。

按下列公式計算默認道路載荷：

式中，F_s為道路載荷;f_s0，f_s1，f_s2分別為計算法道路載荷曲線的常數(shù)項、一次項系數(shù)、二次項系數(shù);v為行駛車速。

其中，f_s1?=0，f_s0值按式（10）計算得到，單位N：

式中，TM為車輛測試質(zhì)量。

f_s2單位為N?（h/km）²，由下式確定：

式中，W為車輛寬度，H為車輛高度。

根據(jù)式（10）和式（11），得到道路載荷曲線各系數(shù)項值，見表7。

根據(jù)表7的樣車道路載荷曲線系數(shù)，由式（9）可計算出各基準速度下的道路載荷Fs，結(jié)果見表8所示。

2 測量方法對比分析

根據(jù)表2、表6、表8，樣車A、樣車B和樣車C采用滑行法、風洞法與計算法測得的道路載荷曲線分別如圖1、圖2、圖3所示，以滑行法道路載荷測試結(jié)果作為基準值，風洞法與滑行法道路載荷結(jié)果的相對偏差結(jié)果如表9所示，計算法與滑行法道路載荷結(jié)果的相對偏差結(jié)果如表10所示。

對表2、表6的滑行法與風洞法道路載荷結(jié)果進行對比，在基準速度點上，對于樣車A，風洞法與滑行法測得的道路載荷最大相差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載荷最大相差17.8 N，最小相差0.2 N，平均差值為4.9 N;對于樣車C，兩種方法測得的道路載荷最大相差9N，最小相差0.1 N，平均差值為3.2N。由圖1～圖3可知，風洞法與滑行法得到的道路載荷曲線趨勢一致且基本重合。

由表9可知，對于樣車A，風洞法與滑行法測得的道路載荷最大偏差為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%;對于樣車C，最大偏差為2.48%，平均偏差為0.81%。風洞法與滑行法測得的道路載荷平均偏差在±1.25%以內(nèi)。以上結(jié)果綜合表明3輛樣車采用風洞法與滑行法測量道路載荷結(jié)果基本相同。

對表2、表8的滑行法與計算法道路載荷結(jié)果進行對比，樣車A的兩種方法測得的道路載荷的平均差值為150 N;樣車B的平均差值為129N;樣車C的平均差值為151.5N。由圖1～圖3可知，計算法與滑行法得到的道路載荷曲線對比，計算法曲線整體明顯均高于滑行法曲線，速度越大，兩者差值越大，即變化趨勢上計算法斜率偏大。

由表10可知，對于樣車A，計算法與滑行法測得的道路載荷最大偏差為39.2%，平均偏差為30.9%;對于樣車B，最大偏差為59.1%，平均偏差為32.3%;對于樣車C，最大偏差為56.2%，平均偏差為33.1%。3輛樣車計算法與滑行法測得的道路載荷平均偏差在33.1%以內(nèi)，計算法的道路載荷測量結(jié)果相對滑行法結(jié)果明顯偏大。

綜合圖1～圖3和表10結(jié)果，3輛樣車的計算法的常數(shù)項及二次項系數(shù)相對滑行法的均偏大，從計算法的公式理論上分析，計算法適用于車重偏重以及外造型偏硬朗（風阻系數(shù)大）的車型。

3 結(jié)論

本文針對標準GB 18352.6—2016中提出的滑行法、風洞法和計算法測量道路載荷的方法進

行了實車測試和計算分析。試驗結(jié)果表明，3輛樣車采用風洞法測量道路載荷與滑行法的結(jié)果偏差在±1.25%以內(nèi)，證明了風洞法與滑行法測量道路載荷的結(jié)果基本一致;3輛樣車采用計算法測量道路載荷與滑行法的結(jié)果偏差在33.1%以內(nèi)，計算法可作為企業(yè)計算道路載荷的參考方法。

參考文獻

[1] 中華人民共和國環(huán)境保護部.汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）：GB 18352.6—2016[S].北京：中國環(huán)境科學出版社， 2016.

[2] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3] 易金花，陳麗霞，嚴杰.車輛行駛阻力測量風洞法與滑行法對比試驗研究[J].汽車技術(shù)， 2019（7）： 59-62.

[4] 陳細軍.汽車空氣動力學特性風洞試驗研究[D].長沙：湖南大學， 2009.

[5] OICA.Global Technical Regulation on Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures （WLTP） [S]. ECE： TRANS，2016.

[6] 幸運，羅澤敏，黃鵬，等.基于輕型車國六標準的道路滑行阻力試驗[J].汽車實用技術(shù)， 2018（3）： 61-6.