車輛道路滑行法及其數(shù)據(jù)處理

曾海鵬胡振濤張亞軍逯海

（1.機(jī)械科學(xué)研究院；2.東風(fēng)汽車工程研究院）

車輛道路滑行法及其數(shù)據(jù)處理

曾海鵬1胡振濤2張亞軍2逯海2

（1.機(jī)械科學(xué)研究院；2.東風(fēng)汽車工程研究院）

利用道路滑行能量變化法對(duì)測(cè)試車輛進(jìn)行了道路滑行試驗(yàn)，基于采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了滑行數(shù)據(jù)處理程序模板。介紹了該模板的主要內(nèi)容和使用方法，利用該模板可計(jì)算出車輛實(shí)際滑行阻力曲線及滑行偏差。

1 前言

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19233—2008《輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法》和GB/T 12545.1—2008《汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法第1部分：乘用車燃料消耗量試驗(yàn)方法》中明確規(guī)定，仲裁試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按GB 18352.3—2005中CC.5.1規(guī)定確定車輛的行駛阻力，而車輛行駛阻力測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響著排放數(shù)據(jù)和燃料消耗量的真實(shí)性。汽車生產(chǎn)企業(yè)為得到真實(shí)可靠的排放數(shù)據(jù)和燃料消耗量，要求新車型在進(jìn)行開發(fā)和認(rèn)證試驗(yàn)過程中采用道路滑行阻力進(jìn)行底盤測(cè)功機(jī)的阻力設(shè)定。而掌握車輛行駛阻力測(cè)量方法及全面掌控試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程，將有助于企業(yè)減少開發(fā)時(shí)間，也有助于檢測(cè)機(jī)構(gòu)更有效地發(fā)揮和利用試車場(chǎng)的有限資源。

2 車輛道路行駛阻力測(cè)量

測(cè)量車輛道路行駛阻力的方法主要有道路滑行能量變化法（簡(jiǎn)稱道路滑行法）和等速下扭矩測(cè)量方法等2種，目前國內(nèi)外采用較多的是道路滑行法。道路滑行法的目的是測(cè)量車輛在道路上等速行駛時(shí)的阻力，該阻力經(jīng)校正后用于在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)條件

2.1.1 道路要求

道路應(yīng)平直且具有足夠的長(zhǎng)度，坡度必須恒定在±0.1%內(nèi)。

2.1.2 大氣條件

試驗(yàn)時(shí)平均風(fēng)速必須小于3 m/s，最大風(fēng)速小于5 m/s。此外，試驗(yàn)道路的側(cè)向風(fēng)速分量必須小于2 m/s，風(fēng)速應(yīng)在高出路面0.7 m處測(cè)量。試驗(yàn)時(shí)空氣密度與基準(zhǔn)狀態(tài)（100 kPa，20℃）空氣密度相差不能超過±7.5%。

2.1.3 車輛準(zhǔn)備和確認(rèn)

被測(cè)試車輛車型為**2033***4，VIN碼（車輛識(shí)別碼）為L(zhǎng)*******4AN029641，基準(zhǔn)質(zhì)量為1 755 kg，當(dāng)量慣量為1 810 kg。被測(cè)試車輛處于正常運(yùn)行狀態(tài)，并經(jīng)過3 000 km磨合后進(jìn)行調(diào)整。被測(cè)試車輛按照制造廠使用說明書進(jìn)行了各項(xiàng)目的確認(rèn)檢查。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

車輛裝上必備的試驗(yàn)儀器后裝載至其基準(zhǔn)質(zhì)量。車輛水平調(diào)整至載荷的重心位于前排外側(cè)座椅兩“R”點(diǎn)的中間，并位于通過這兩點(diǎn)的直線上。道路試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉車窗、空調(diào)系統(tǒng)、前照燈罩蓋以及其它與行駛無關(guān)的附屬設(shè)施，并除去車輛偽裝，以減少風(fēng)阻對(duì)車輛的影響。

試驗(yàn)開始前，車輛應(yīng)以不同速度至少運(yùn)行30 min以上，并且盡量保證每個(gè)擋位按一定時(shí)間交替運(yùn)行，直到車輛水溫達(dá)到正常。

2.3 道路滑行試驗(yàn)

2.3.1 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)場(chǎng)

試驗(yàn)設(shè)備采用手持式氣象站和整車性能測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)見表1。試驗(yàn)場(chǎng)為國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽）汽車試驗(yàn)場(chǎng)?；性囼?yàn)的初始車速最高為130 km/h，由于試驗(yàn)場(chǎng)的性能場(chǎng)地直線長(zhǎng)度為1 km，不足以讓車輛從初速度130 km/h一直滑行到0 km/h，因此車輛進(jìn)行道路滑行試驗(yàn)時(shí)都必須進(jìn)行分段滑行。

表1 試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)

2.3.2 試驗(yàn)規(guī)程

首先將被測(cè)試車輛加速到比選定試驗(yàn)車速V高出10 km/h的車速，然后將變速器置于“空擋”位置，測(cè)量車輛從V2=V+ΔV減速至V1=V-ΔV（ΔV≤5 km/h）所需時(shí)間t1；在車輛行駛相反方向進(jìn)行同樣試驗(yàn)，所測(cè)量時(shí)間為t2，取t1與t2的平均值。

統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度p的定義為：

式中，kt為表2中給定的系數(shù)；s=為標(biāo)準(zhǔn)偏差；n為試驗(yàn)次數(shù)。

表2 時(shí)間系數(shù)與試驗(yàn)次數(shù)的關(guān)聯(lián)數(shù)

按式（2）計(jì)算功率P：

式中，V為試驗(yàn)車速；ΔV為與車速V的速度偏差；M為基準(zhǔn)質(zhì)量；T為時(shí)間。

在道路上測(cè)定的功率P測(cè)定應(yīng)按式（3）校正至基準(zhǔn)狀態(tài)下的功率：

式中，RR為速度V時(shí)的滾動(dòng)阻力；R空氣為速度V時(shí)的空氣阻力；RT=RR+R空氣為總運(yùn)行阻力；KR為滾動(dòng)阻力的溫度校正系數(shù)，取8.64×10-3/℃，或經(jīng)型式核準(zhǔn)機(jī)關(guān)批準(zhǔn)過的制造廠給定的校正系數(shù)；t大氣為道路試驗(yàn)時(shí)大氣溫度；t基準(zhǔn)=20℃為基準(zhǔn)大氣溫度；r為試驗(yàn)條件下空氣密度；r0為基準(zhǔn)狀態(tài)（100 kPa，20℃）下空氣密度。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定RR/RT和R空氣/RT應(yīng)由車輛制造廠根據(jù)公司的正常數(shù)據(jù)來確定，但實(shí)際上制造廠無法給出該數(shù)據(jù)，通常按標(biāo)準(zhǔn)推薦公式計(jì)算滾動(dòng)阻力與總阻力的比值：

式中，a、b為各種速度下的比值系數(shù)，由表3給出。

表3 滾動(dòng)阻力與總運(yùn)行阻力在不同速度下的比值系數(shù)

其中R空氣/RT由式（6）并代入式（5）得出：

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

為快捷地處理分析道路滑行試驗(yàn)所采集的數(shù)據(jù)是否能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求（p≤2%），利用EXCEL編寫了一套簡(jiǎn)單可行的滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模板，檢測(cè)員可在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)利用該模板在10 min內(nèi)進(jìn)行有效數(shù)據(jù)處理，并做出分析判定。該模板主要包括數(shù)據(jù)工作表、結(jié)果計(jì)算工作表、報(bào)告工作表、描述工作表以及COASTDOWN執(zhí)行宏等。數(shù)據(jù)工作表的主要功能是將道路滑行試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL工作簿，并經(jīng)簡(jiǎn)單處理后存儲(chǔ)以備后期分析計(jì)算；結(jié)果計(jì)算工作表主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，包括車輛基本信息及試驗(yàn)環(huán)境條件表、減速時(shí)間處理暫存表、修正因子計(jì)算表、數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表和目標(biāo)阻力系數(shù)表等，通過這些表格可以直觀地看出被測(cè)車輛在道路上所測(cè)得數(shù)據(jù)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；報(bào)告工作表是樣車滑行結(jié)果的簡(jiǎn)易報(bào)表；描述工作表主要對(duì)校正系數(shù)K和空氣密度的計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。

3.1 數(shù)據(jù)工作表

數(shù)據(jù)工作表見表4。工作表中滑行次數(shù)設(shè)計(jì)為15次，滑行往返1次計(jì)為1次試驗(yàn)，分為南北方向。表中速度是從125 km/h～0按5 km/h的步長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，而一般試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集是按1 km/h的步長(zhǎng)，因此在數(shù)據(jù)導(dǎo)入此表前需要將非5倍數(shù)的速度點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除。

3.2 結(jié)果計(jì)算工作表

3.2.1 被測(cè)車輛的基本信息及試驗(yàn)環(huán)境條件表

被測(cè)車輛的基本信息及試驗(yàn)環(huán)境條件表見表5。表5中僅需要輸入滑行次數(shù)，其它參數(shù)和信息從報(bào)告工作表中直接引用。

表4 數(shù)據(jù)工作表

表5 被測(cè)車輛的基本信息及試驗(yàn)環(huán)境條件

表5中空氣密度可由理想氣體狀態(tài)方程求解，因?yàn)閴簭?qiáng)p壓強(qiáng)與體積的乘積v與熱力學(xué)溫度T溫度之比為一常量R，而常量R就為該氣體的氣體常數(shù)，可以查出R=287.053 J/(kg·K)。

因質(zhì)量m、密度ρ與體積v的關(guān)系為m＝ρv，則可得出：

根據(jù)式（7）可計(jì)算出1 kg空氣在基準(zhǔn)狀態(tài)下的密度ρ基態(tài)＝p壓強(qiáng)m/T溫度/R=100/293.15/287.053×1 000＝1.188 kg/m3；表5中試驗(yàn)條件下的空氣密度ρ＝p壓強(qiáng)m/T溫度/R=100/（273.15+32）/287.053×1 000＝1.142 kg/m3。

表5中控制參數(shù)部分是可變的，一般情況下步長(zhǎng)均設(shè)置為5，做其它研究時(shí)可以設(shè)置為1，相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)工作表格式要做調(diào)整。對(duì)于滑行次數(shù)則根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析確定，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最少滑行4次，該表最多可設(shè)置為15次。

3.2.2 減速時(shí)間處理暫存表

減速時(shí)間處理暫存表見表6，是不同速度下每次試驗(yàn)的平均減速時(shí)間。表6中數(shù)據(jù)是通過COAST?DOWN執(zhí)行宏對(duì)數(shù)據(jù)工作表的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到的。COASTDOWN執(zhí)行宏每運(yùn)行1次，表6中的數(shù)據(jù)會(huì)刷新1次，此表的數(shù)據(jù)只是在此處進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)以用于后續(xù)的其它計(jì)算。

表6 減速時(shí)間處理暫存表

3.2.3 修正因子計(jì)算表

修正因子計(jì)算表見表7。表7中的系數(shù)a、b由表3給出，K值由式（4）、式（5）及表4中的環(huán)境參數(shù)計(jì)算得出。

表7 修正因子計(jì)算表

3.2.4 數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表

數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表見表8。計(jì)算結(jié)果包括平均時(shí)間Tˉ、統(tǒng)計(jì)精度、校正時(shí)間Tˉ校正、測(cè)量力F測(cè)量和校正力F校正、測(cè)量功率P測(cè)量和校正功率P校正、底盤測(cè)功機(jī)設(shè)定減速時(shí)間T設(shè)定等。

表8是滑行7次的計(jì)算結(jié)果。當(dāng)滑行次數(shù)大于9時(shí)，平均時(shí)間和統(tǒng)計(jì)精度的計(jì)算數(shù)據(jù)就會(huì)顯示在表8中“←”所示的單元格內(nèi)。因?yàn)楸?的平均時(shí)間和統(tǒng)計(jì)精度需要運(yùn)用IF函數(shù)，而EXCEL中IF函數(shù)最多只允許7個(gè)嵌套，從第4次到第15次共需要12個(gè)嵌套，所以平均時(shí)間和統(tǒng)計(jì)精度各需要2列才能表示清楚。

經(jīng)多次車輛行駛阻力試驗(yàn)表明，少于6次滑行試驗(yàn)的車輛能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求的幾乎沒有。

3.2.5 目標(biāo)阻力系數(shù)表

目標(biāo)阻力系數(shù)表見表9。測(cè)量車輛行駛阻力的最終目的是為底盤測(cè)功機(jī)提供模擬數(shù)據(jù)。底盤測(cè)功機(jī)一般有3種模擬方式：直接輸入校正后的力、直接輸入校正后的減速時(shí)間和輸入校正后力的二次曲線方程的系數(shù)，通常的方式是輸入校正后力的二次曲線方程的系數(shù)，即目標(biāo)阻力系數(shù)。表9中F0、F1和F2分別表示二次曲線的常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)和二次項(xiàng)。

表8 數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表

表9 目標(biāo)阻力系數(shù)表

3.3 報(bào)告工作表

報(bào)告工作表主要是方便企業(yè)和檢測(cè)員更直觀地得到樣車的信息及滑行結(jié)果，主要分為樣車基本信息及環(huán)境條件、車輛行駛阻力結(jié)果（原始數(shù)據(jù)）和車輛行駛阻力結(jié)果（校正至轉(zhuǎn)轂基準(zhǔn)狀態(tài)）等三部分內(nèi)容。

3.3.1 樣車基本信息及環(huán)境條件

樣車基本信息及試驗(yàn)環(huán)境條件見表10。

表10 樣車基本信息及環(huán)境條件

3.3.2 車輛行駛阻力結(jié)果（原始數(shù)據(jù)）

車輛行駛阻力結(jié)果（原始數(shù)據(jù)）是校正前最原始的車輛滑行結(jié)果，包含試驗(yàn)時(shí)大氣壓力、溫度、相應(yīng)速度下的阻力和功率以及阻力二次曲線的常數(shù)項(xiàng)及二次項(xiàng)系數(shù)等，見表11。

3.3.3 車輛行駛阻力結(jié)果（校正至轉(zhuǎn)轂基準(zhǔn)狀態(tài)）

車輛行駛阻力結(jié)果（校正至轉(zhuǎn)轂基準(zhǔn)狀態(tài)）是校正后的車輛滑行結(jié)果，包含試驗(yàn)時(shí)大氣壓力、溫度、相應(yīng)速度下的阻力和功率、阻力二次曲線圖及其常數(shù)項(xiàng)和二次項(xiàng)系數(shù)，見表12。

表11 車輛行駛阻力結(jié)果（原始數(shù)據(jù)）

表12 車輛行駛阻力結(jié)果（校正至轉(zhuǎn)轂基準(zhǔn)狀態(tài)）

4 結(jié)束語

道路滑行法測(cè)量車輛的道路行駛阻力要做到統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一測(cè)試規(guī)范和統(tǒng)一檢測(cè)條件，這樣數(shù)據(jù)的一致性和精確性才能得到有效保障。試驗(yàn)證明，滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模板能夠方便快捷處理道路滑行數(shù)據(jù)，為企業(yè)、檢測(cè)員和檢測(cè)機(jī)構(gòu)節(jié)省大量的時(shí)間和空間，該模板也能為其它車輛的道路滑行試驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理提供指導(dǎo)。

1 國家環(huán)境保護(hù)總局.GB 18352.3—2005輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

2 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 19233—2008輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

3 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 12545.1—2008.汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法第一部分：乘用車燃料消耗量試驗(yàn)方法.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

4 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 27840—2011重型商用車燃料消耗量測(cè)量方法.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

（責(zé)任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2015年1月16日。

Vehicle Road Coasting Energy Variation Method and Data Processing Template

Zeng Haipeng1,Hu Zhentao2,Zhang Yajun2,Lu Hai2
（1.China Academy of Machinery Science&Technology;2.DFAC Automotive Engineering Institute）

Road coasting test is made to test vehicle with the road coasting energy variation method,and coasting data processing template is established with the acquired test data.Main content and use method of this template are introduced,vehicle real coasting resistance curve and coasting error can be calculated with this template.

Vehicle,Road coasting energy,Coasting energy variation method,Data processing

車輛 道路滑行阻力 滑行能量變化法 數(shù)據(jù)處理

U467.1+1

A

1000-3703（2015）03-0036-06