輕型車轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定影響因素試驗研究

潘 朋 王建海 田冬蓮

（中國汽車技術(shù)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(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)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(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定的準(zhǔn)確性對試驗結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。為此，針對轉(zhuǎn)鼓滑行試驗前車輛的熱車狀況、在轉(zhuǎn)鼓上的固定方式、驅(qū)動輪胎壓力和驅(qū)動輪胎上的有效載荷等影響轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定因素進行了車輛滑行對比試驗，提出了減小各因素對轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)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(tài)穩(wěn)定的某型輕型汽油車，車輛參數(shù)見表1。

表1 試驗車輛參數(shù)

2.2 試驗設(shè)備

主要試驗設(shè)備見表2。

表2 主要試驗設(shè)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(qū)動輪胎壓力和驅(qū)動輪上不同有效載荷等4組轉(zhuǎn)鼓滑行對比試驗，試驗均按照GB18352.3—2005法規(guī)的相關(guān)試驗要求進行。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 熱車狀況對轉(zhuǎn)鼓加載阻力的影響

GB18352.3—2005中要求，汽車在轉(zhuǎn)鼓上滑行前，應(yīng)采用合適的方法使車輛達到運轉(zhuǎn)溫度[1]。在試驗室內(nèi)，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(huán)（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(huán)，3種熱車方式下轉(zhuǎn)鼓加載阻力及偏差值見圖2和圖 3。 圖中，F(xiàn)1、F2、F3分別為80 km/h 10 min熱車、120 km/h 30 min熱車、NEDC循環(huán)熱后的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(huán)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(zhuǎn)鼓加載阻力與NEDC循環(huán)熱車方式的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓加載阻力最大，而另外2種熱車方式對車輛預(yù)熱的效果相當(dāng)，轉(zhuǎn)鼓加載阻力較小且相近。

車輛在轉(zhuǎn)鼓上的受力平衡方程[2]為:

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

由上述可知，不同的熱車方式對轉(zhuǎn)鼓加載阻力的設(shè)定有較大影響，因此，試驗室內(nèi)滑行試驗前的熱車方式應(yīng)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(tài)的一致性和試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

3.2 車輛固定方式對轉(zhuǎn)鼓加載阻力的影響

在試驗室內(nèi)的轉(zhuǎn)鼓上對樣車進行固定時，前驅(qū)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(qū)和四驅(qū)車輛的前、后兩端均需用鏈條固定。該試驗僅對前驅(qū)車輛固定方式的差異對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓加載阻力見圖5，各轉(zhuǎn)鼓加載阻力偏差值見圖 6。圖6中，F(xiàn)水平、F30°、F60°分別為鏈條在 3種固定方式下的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓加載阻力越小。隨車速的增加，夾角為60°時的轉(zhuǎn)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(qū)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(fù)值系數(shù)；β為正值系數(shù)；a、b、c 為常數(shù)；v 為車速。

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

由上述試驗數(shù)據(jù)和受力分析可知，在進行轉(zhuǎn)鼓滑行試驗時，鏈條應(yīng)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(qū)動輪胎垂直方向上的分力，從而減小車輛固定方式對轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定造成的影響。

3.3 驅(qū)動輪胎壓力對轉(zhuǎn)鼓加載阻力的影響

GB18352.3—2005中規(guī)定:輪胎壓力應(yīng)與制造廠規(guī)定的相同，并與為調(diào)整底盤測功機而進行的預(yù)備性道路試驗所使用的壓力相同[1]。為驗證驅(qū)動輪胎壓力偏差對轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定的影響，在其它試驗條件相同的情況下，將車輛驅(qū)動輪胎壓力分別設(shè)定為廠家標(biāo)稱壓力220 kPa、高于和低于標(biāo)稱壓力30 kPa 3種方式進行轉(zhuǎn)鼓滑行試驗，結(jié)果見圖8和圖9。圖 9 中，F(xiàn)190kPa、F220kPa、F250kPa分別為 3 種驅(qū)動輪胎壓力下的轉(zhuǎn)鼓加載阻力。

從圖8和圖9可看出，隨驅(qū)動輪胎壓力的降低，試驗樣車的轉(zhuǎn)鼓加載阻力也逐漸減小。隨車速的增加，驅(qū)動輪胎壓力為190 kPa時的轉(zhuǎn)鼓加載阻力比驅(qū)動輪胎壓力為220 kPa時降低了約14～21 N，比驅(qū)動輪胎壓力為250 kPa時降低了約25～43 N。這是由于當(dāng)車輛驅(qū)動輪胎壓力降低時，輪胎在轉(zhuǎn)鼓滾筒上的變形增大[2]，由式（2）可知，驅(qū)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(zhuǎn)鼓加載阻力大小關(guān)系為:F190kPa＜F220kPa＜F250kPa。

通過對上述試驗數(shù)據(jù)分析可知，驅(qū)動輪胎壓力的差異對轉(zhuǎn)鼓加載阻力影響較大，車輛驅(qū)動輪胎壓力越低，輪胎與轉(zhuǎn)鼓滾筒間的滾動阻力越大，轉(zhuǎn)鼓滑行阻力的設(shè)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(yīng)先檢查驅(qū)動輪胎壓力，使之符合廠家規(guī)定的數(shù)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(zhuǎn)鼓滑行試驗時，車輛驅(qū)動輪胎壓力的設(shè)置還應(yīng)與道路滑行時的保持一致。

3.4 驅(qū)動輪上有效載荷對轉(zhuǎn)鼓加載阻力的影響

在試驗室內(nèi)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(qū)動輪上有效載荷的差異對轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)鼓滑行試驗，結(jié)果見圖 10 和圖 11。 圖 11 中，F(xiàn)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(zhuǎn)鼓加載阻力。

從圖10和圖11可看出，隨試驗人員的增多，轉(zhuǎn)鼓加載阻力逐漸減小。隨車速增加，車內(nèi)乘坐2名駕駛員時的轉(zhuǎn)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(nèi)乘員增多，車輛驅(qū)動輪上的有效載荷增大，作用在驅(qū)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(guān)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(zhuǎn)鼓加載阻力大小關(guān)系為:F無駕駛員＞F1名駕駛員＞F2名駕駛員。

由上述試驗結(jié)果可知，車輛在進行轉(zhuǎn)鼓滑行試驗時，應(yīng)采用試驗室通常采用的標(biāo)準(zhǔn)滑行方法，以減小驅(qū)動輪上載荷的差異對轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定的影響。

4 轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定實例

根據(jù)上述試驗研究結(jié)果及試驗方法對試驗車輛進行轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定，設(shè)定步驟見表3，并連續(xù)進行3次試驗，結(jié)果見圖12和圖13。圖13中，F(xiàn)第1次、F第2次、F第3次分別為3次試驗的轉(zhuǎn)鼓加載阻力。

表3 轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓滑行試驗時，嚴(yán)格按照統(tǒng)一的試驗規(guī)范操作能夠最大限度地減小試驗誤差，確保試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和有效性。

5 結(jié)束語

對某型試驗樣車進行了多組轉(zhuǎn)鼓滑行對比試驗，結(jié)果表明，在試驗室內(nèi)進行滑行試驗時，試驗前的熱車方式應(yīng)與道路滑行試驗前的熱車方式一致，以保證車輛狀態(tài)的一致性和試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；鏈條應(yīng)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(qū)動輪胎垂直方向上的分力；應(yīng)保證車輛驅(qū)動輪胎的壓力符合廠家規(guī)定的數(shù)值，車輛驅(qū)動輪胎壓力設(shè)置還應(yīng)與在道路滑行時保持一致；為減小驅(qū)動輪上載荷的差異對轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定的影響，應(yīng)采用試驗室通常采用的標(biāo)準(zhǔn)滑行方法。

1 國家環(huán)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(huán)境科學(xué)出版社，2005.

2 陳春梅.滑行法確定底盤測功機加載數(shù)值研究:[碩士論文]，2009.

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

4 嚴(yán)朝勇，譚擁軍，劉越琪.基于底盤測功機的油耗研究.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009（4）:66～68.