基于重復性的汽車滑行試驗方法研究

2023-01-31 02:12:48熊萬全汪勝華黃渝童王尚禮

汽車實用技術 2023年1期

熊萬全，汪勝華，徐磊，黃渝童，王尚禮

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

環境問題日益突出，中國鄭重承諾雙碳目標，有關法規要求愈加嚴格[1-3]，各行業開展雙碳研究，汽車的節能減排是雙碳目標的重要工作，滑行試驗道路載荷[2]測定為汽車排放和油耗測試的基礎。汽車滑行道路載荷的減小對汽車整車動力經濟性能優化有重要意義，所以對滑行試驗的研究至關重要，滑行試驗數據的重復性是最重要的環節。

GB 18352.5—2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）（下文簡稱國五）要求滑行試驗至少往返各進行 4次，對于重復性的要求指標統計準確度P≤2%[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）（下文簡稱國六）要求滑行試驗至少有往返3次的數據，數據重復性符合統計精度Pj≤0.03[2]。GB/T 27840—2021重型商用車輛燃料消耗量測量方法要求滑行試驗次數不少于 4次，試驗數據的統計準確度P在30km/h～70km/h的速度范圍內不應大于4%，在其他速度點不應大于5%[3]。GB/T 12536—2017汽車滑行試驗方法要求滑行試驗至少往返各進行3次，初速度為50 km/h時的同方向的滑行距離S的差異不應超過5%[4]。曾海鵬等人開展了車輛道路滑行法及其數據處理研究，為了保證測試精度，試驗數據符合統計準確度P≤2%，建議應開展不少于6次滑行試驗[5]。韓宗奇研究用滑行試驗法測定汽車空氣阻力系數，強調需要進行多次重復試驗，剔除明顯不合適的數據（某數值與相鄰的兩數平均值相比，若超過 2倍或者小于50%），每次往返試驗的數據要取都取，要舍都舍，有效試驗至少要包含5個往返數據[6]。辛運等基于輕型車國六標準的道路滑行阻力試驗，從 8次試驗中，選取其中 5組試驗數據，使統計精度Pj≤0.03[7]。張富興等對汽車滑行做了大量研究得出結論，在充分熱車的情況下，輕型汽車通常需要進行6～15次滑行試驗才能滿足統計準確度P≤2%的要求[8]。對重型汽車滑行試驗方法的研究中發現，重型汽車的滑行試驗即使在不少于 8次的情況下，其統計準確度也很難小于2%，對于總質量更大的重型車，要保證統計準確度，難度進一步加大[9]。

汽車滑行試驗為排放、油耗測試提供阻力依據，各汽車廠家都在想辦法減小阻力以節能減排。公告認證試驗時，汽車廠家都力爭獲得滑行阻力較小的曲線和系數[10]。

在實際工作中，一般需要做 8～10組數據，有時需要更多組數據，并從中篩選，才能滿足統計準確度P≤2%的要求，工作量很大[8-9,11]，為了減少數據處理工作量，赫圣杰等開發軟件實現了自動篩選。

同一輛車不同時段的測試數據差別較大，相對標準偏差（Relative Standard Deviation, RSD）大于5%，可信度較低，這給檢測人員帶來了困擾。檢測結果具有較高的重復性是最基本、最重要的要求。

綜上，筆者在有關研究的基礎上，針對滑行試驗的重復性進行系統研究，提出一種高效、普適性高、試驗初速度要求更嚴格、重復性更好、試驗數據處理效率更高的熱車方法和試驗方法。筆者開展了電動倒三輪、乘用車、特種車的試驗驗證，試驗結果能滿足有關法規[1-4]要求。現以乘用車為例，從試驗條件、熱車、試驗和數據處理等進行說明和論證。

1 研究對象、儀器設備、道路

1.1 研究對象及參數

研究對象有關參數如表1所示。

表1 研究對象及參數

1.2 試驗設備

試驗設備信息如表2所示。

表2 試驗設備

1.3 試驗道路

試驗道路狀況如表3、圖1和圖2所示。

表3 試驗道路

圖1 中國汽研大足試驗基地直線性能道

圖2 道路面狀況（無遮擋物、清潔、干燥）

2 試驗過程及結果分析

2.1 試驗條件確認與準備

1.車輛狀態及條件確認

記錄車輛標識碼（Vehicle Identification Number, VIN）檢測確認輪胎型號、輪胎花紋深度、胎壓、試驗質量、道路平直、道路干燥、道路清潔、環境風速、環境溫度、車輛狀態、走合里程、車輛干凈、車輛門窗艙門關閉、空調關閉、衛星數量等是否符合標準及技術文件的要求[2,12,13]。為了保證試驗質量，要求同一車道上只有一輛車試驗，相鄰車道不允許有車輛試驗。讓滑行試驗經驗豐富的人員進行熱車和試驗。

從表1、表3、表4可知，滿足標準和技術文件要求，有關測試檢查如圖2—圖8所示。

圖8 VBOX顯示9個衛星

表4 環境參數

圖3 走合里程確認

圖4 胎壓確認

圖5 質量及輪荷測量

圖6 風速儀

圖7 數顯溫濕度表

2.熱車方法

以車速20 km/h～40 km/h、低負荷沿直線道路行駛一周，行駛距離約為 6 km；連續行駛 30分鐘，期間每一個行駛方向應含有急加速到最高車速的90%、以最高車速的 90%行駛、擋位的變化、減速、輕制動和中制動等工況。熱車期間，為保證試驗數據的重復性，車輛需持續行駛，并關注相關技術狀態及參數。與此同時還需選擇加速和制動參考物，進行滑行試驗所需的滑行道路應盡量重合等。

2.2 試驗

熱車后應立即進行試驗，急加速讓初速度達到比基準車速高13 km/h～15 km/h時，隨即掛上空擋，直至車輛滑行到 0，用 VOBX測試記錄車速、距離、時間等參數[9,13]。測試8次（車輛往返一次為一次測試實驗），滑行的道路重合≥90%，連續試驗，盡量保持初速度相近。

2.3 試驗數據及分析

1.環境參數，試驗數據確認

從表4可知，試驗后的環境參數滿足要求。

根據經驗，要求滑行試驗時間算數平均值不能出現 4個連續增加的數據。如果符合要求，則進行數據處理；如果不符合要求，表明走合里程不夠或者熱車不充分，需重新注入燃油至整備質量狀態，重新熱車和試驗。從表 5可知，試驗時間總值沒連續增加，符合要求。

表5 滑行試驗時間

2.試驗數據評估

規定車速步長為10 km/h，確定與基準車速的速度偏差Δv[1]為5 km/h[2]，對每一個基準速度的8個數據，計算RSD，從表6可知，除了車速范圍90 km/h→80 km/h的RSD較大外，其余數據均小于2%。其中，車速20 km/h→10 km/h、10 km/h→0 km/h的RSD較大，標準對15 km/h→0 km/h沒有要求。

表6 滑行試驗時間的相對標準偏差

3.試驗數據處理

數據處理時常有異常數據，大多數情況下，某次試驗數據只有某一段異常，很多數據可以用。為了保證樣本數，對于RSD的評估，至少有6個樣本，考慮到試驗成本、重復性要求，確定測試8組數，以RSD最小為目標，剔除2個數據。對車速范圍90 km/h→80 km/h的8個數據，從表7可知，剔除1個數據后，RSD從2.41%減小到2.12%；在此數據基礎上，再剔除 1個數據后，RSD從2.12%減小到1.62%。