輕型汽車道路載荷測(cè)量方法對(duì)比試驗(yàn)研究

易金花 嚴(yán)杰 劉廷

摘 要：標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》中提出了四種道路載荷測(cè)量方法——滑行法，扭矩法，風(fēng)洞法，計(jì)算法。針對(duì)3輛樣車采用滑行法、風(fēng)洞法和計(jì)算法進(jìn)行了實(shí)車試驗(yàn)和計(jì)算，對(duì)比和分析了這三種測(cè)量方法的結(jié)果偏差。結(jié)果表明，風(fēng)洞法測(cè)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(fēng)洞法與滑行法測(cè)量道路載荷結(jié)果基本一致;計(jì)算法測(cè)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(jì)算法可作為企業(yè)測(cè)量道路載荷的參考方法。

關(guān)鍵詞：國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn);道路載荷測(cè)量;風(fēng)洞法;滑行法;計(jì)算法

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》^[1]（國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)）提出了四種道路載荷測(cè)量方法，分別是滑行法、扭矩法、風(fēng)洞法、計(jì)算法。滑行法是目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行道路載荷測(cè)量的主要方法，通過(guò)實(shí)際道路滑行計(jì)算阻力得到道路載荷;扭矩法實(shí)施過(guò)程與滑行法一致，在輪轂上安裝扭矩傳感器后，通過(guò)滑行方法測(cè)量扭矩，計(jì)算得到道路載荷;風(fēng)洞法是將風(fēng)洞與底盤(pán)測(cè)功機(jī)或平帶式測(cè)功機(jī)相結(jié)合確定道路載荷的測(cè)量方法，即在測(cè)功機(jī)上測(cè)量車輛滾動(dòng)阻力，在空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞中測(cè)量車輛空氣動(dòng)力學(xué)阻力^[2-5]，將兩種阻力結(jié)果相加后得到道路載荷;計(jì)算法則是根據(jù)車輛質(zhì)量、長(zhǎng)寬高等參數(shù)計(jì)算默認(rèn)道路載荷。

滑行法是國(guó)內(nèi)普遍采用的道路載荷測(cè)量方法^[6]，風(fēng)洞法和計(jì)算法是與滑行法實(shí)施做法完全不同的道路載荷測(cè)量方法。本文針對(duì)3輛具有代表性的車型，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中滑行法與風(fēng)洞法、計(jì)算法的要求進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)及計(jì)算分析，以滑行法結(jié)果為基準(zhǔn)，比較三種測(cè)量方法的結(jié)果偏差，為企業(yè)提供選擇道路載荷測(cè)試方法的建議。

1 道路載荷測(cè)量方法

1.1 滑行法

根據(jù)GB 18352.6—2016中固定式風(fēng)速儀法道路滑行試驗(yàn)的測(cè)試要求，對(duì)樣車A（2.0T+7WDCT）、樣車B（1.4T+6MT）和樣車C（1.5T+6AT）進(jìn)行道路載荷測(cè)量。

1.1.1 車輛準(zhǔn)備

樣車A、樣車B和樣車C磨合里程為3000km，試驗(yàn)前將樣車胎壓調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試質(zhì)量（測(cè)試質(zhì)量=基準(zhǔn)質(zhì)量+選裝裝備+15%車輛最大負(fù)載），滑行前進(jìn)行車輪拖滯力測(cè)量（熱態(tài)），確保車輛傳動(dòng)系等功能狀態(tài)正常。樣車參數(shù)如表1所示。

1.1.2 試驗(yàn)環(huán)境

道路滑行試驗(yàn)在襄樊東風(fēng)汽車試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)氣溫為17～19.6℃，大氣壓力為100.8～102.9 kPa，風(fēng)速為0.3 m/s，試驗(yàn)環(huán)境滿足溫度5～40℃、5 s內(nèi)平均風(fēng)速低于5 m/s的要求。

1.1.3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)步驟如下：

a.正式滑行前，樣車以118 km/h的速度行駛20 min進(jìn)行預(yù)熱。

b.車輛正式滑行，樣車行駛速度達(dá)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(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，不采取制動(dòng)，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(shí)間?t_jai（i代表第i次滑行，i=1，2，…，n），其中，基準(zhǔn)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(jìn)行步驟b的試驗(yàn)，記錄反向滑行時(shí)間?t_jbi。

重復(fù)步驟b和c的試驗(yàn)過(guò)程，獲得3組連續(xù)測(cè)量結(jié)果，結(jié)果應(yīng)滿足基準(zhǔn)速度v_j下測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)精度p_j：

其中，基準(zhǔn)速度v_j下的平均滑行時(shí)間?t_j和每組測(cè)量的平均滑行時(shí)間?t_ji分別為：

式中，n為滑行測(cè)量組數(shù);σ_j為標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)速度v_j下的道路載荷算術(shù)平均值F_j計(jì)算式為：

式中，M_av為道路道路載荷測(cè)試開(kāi)始至結(jié)束時(shí)試驗(yàn)車輛的平均質(zhì)量;M_r為所有轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的等效有效質(zhì)量，可按照車輛的基準(zhǔn)質(zhì)量的3%進(jìn)行估算。

根據(jù)式（4）計(jì)算得到的F_j，采用最小二乘法計(jì)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(xiàng)、一次項(xiàng)系數(shù)、二次項(xiàng)系數(shù);v為車輛行駛車速。

將以上實(shí)際滑行環(huán)境下測(cè)得的道路載荷F修正到基準(zhǔn)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(fēng)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(dòng)阻力修正因子;K₁為測(cè)試質(zhì)量修正因子;K₂為空氣阻力修正因子;w₁為風(fēng)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(yàn)結(jié)果如表2所示。

1.2 風(fēng)洞法

1.2.1 空氣動(dòng)力學(xué)阻力測(cè)試

在同濟(jì)大學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)室進(jìn)行3輛樣車空氣動(dòng)力學(xué)阻力測(cè)量。試驗(yàn)前的車輛準(zhǔn)備和配載方式均與道路滑行試驗(yàn)要求相同，確保兩種方法的車身姿態(tài)一致。

依照風(fēng)洞試驗(yàn)要求對(duì)樣車進(jìn)行固定，并在基準(zhǔn)速度v_j下測(cè)量基準(zhǔn)速度下空氣阻力系數(shù)與迎風(fēng)面積的乘積（C_DA_f）_j，每個(gè)基準(zhǔn)速度下測(cè)量時(shí)間為60 s，測(cè)量頻率為5 Hz。

樣車基準(zhǔn)速度下的空氣動(dòng)力學(xué)阻力F_Aj計(jì)算式為：

式中，ρ₀為干空氣密度。

樣車空氣動(dòng)力學(xué)阻力測(cè)量結(jié)果如表3所示。

1.2.2 滾動(dòng)阻力測(cè)試

在環(huán)境艙中進(jìn)行3輛樣車的滾動(dòng)阻力測(cè)試，試驗(yàn)前按照道路滑行試驗(yàn)加載方式進(jìn)行配重，采用標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.6—2016中穩(wěn)定車速下的測(cè)量方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)環(huán)境溫度為20℃，按照表4對(duì)底盤(pán)測(cè)功機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，依照道路滑行試驗(yàn)預(yù)熱方法在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行車輛預(yù)處理。

試驗(yàn)從最高基準(zhǔn)速度130km/h開(kāi)始，到最低基準(zhǔn)速度20km/h結(jié)束，每個(gè)基準(zhǔn)速度穩(wěn)定10s后進(jìn)行連續(xù)6s的輪邊力測(cè)量，測(cè)量頻率為10Hz，測(cè)量期間車速保持恒定，記錄各基準(zhǔn)速度點(diǎn)底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)得的輪邊力f_jD。

將底盤(pán)測(cè)功機(jī)上測(cè)得的曲面輪邊力f_jD修正到等效的平坦基準(zhǔn)路面上：

式中，F_Dj為修正到基準(zhǔn)路面上的輪邊力;R_w為1/2車輪公稱直徑;R_D為底盤(pán)測(cè)功機(jī)滾筒半徑。

3輛樣車的滾動(dòng)阻力計(jì)算結(jié)果如表5所示。

1.2.3 風(fēng)洞法結(jié)果

根據(jù)空氣阻力F_Aj、滾動(dòng)阻力F_Dj可計(jì)算得到基準(zhǔn)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(jì)算法

計(jì)算法是根據(jù)車輛參數(shù)計(jì)算默認(rèn)的道路載荷方法，車輛參數(shù)見(jiàn)表1。

按下列公式計(jì)算默認(rèn)道路載荷：

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

其中，f_s1?=0，f_s0值按式（10）計(jì)算得到，單位N：

式中，TM為車輛測(cè)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(xiàng)值，見(jiàn)表7。

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

2 測(cè)量方法對(duì)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(fēng)洞法與計(jì)算法測(cè)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(cè)試結(jié)果作為基準(zhǔn)值，風(fēng)洞法與滑行法道路載荷結(jié)果的相對(duì)偏差結(jié)果如表9所示，計(jì)算法與滑行法道路載荷結(jié)果的相對(duì)偏差結(jié)果如表10所示。

對(duì)表2、表6的滑行法與風(fēng)洞法道路載荷結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，在基準(zhǔn)速度點(diǎn)上，對(duì)于樣車A，風(fēng)洞法與滑行法測(cè)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(duì)于樣車B，兩種方法測(cè)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(duì)于樣車C，兩種方法測(cè)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(fēng)洞法與滑行法得到的道路載荷曲線趨勢(shì)一致且基本重合。

由表9可知，對(duì)于樣車A，風(fēng)洞法與滑行法測(cè)得的道路載荷最大偏差為2.6%，平均偏差為1.25%;對(duì)于樣車B，最大偏差為2.7%，平均偏差為0.28%;對(duì)于樣車C，最大偏差為2.48%，平均偏差為0.81%。風(fēng)洞法與滑行法測(cè)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(fēng)洞法與滑行法測(cè)量道路載荷結(jié)果基本相同。

對(duì)表2、表8的滑行法與計(jì)算法道路載荷結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，樣車A的兩種方法測(cè)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(jì)算法與滑行法得到的道路載荷曲線對(duì)比，計(jì)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(shì)上計(jì)算法斜率偏大。

由表10可知，對(duì)于樣車A，計(jì)算法與滑行法測(cè)得的道路載荷最大偏差為39.2%，平均偏差為30.9%;對(duì)于樣車B，最大偏差為59.1%，平均偏差為32.3%;對(duì)于樣車C，最大偏差為56.2%，平均偏差為33.1%。3輛樣車計(jì)算法與滑行法測(cè)得的道路載荷平均偏差在33.1%以內(nèi)，計(jì)算法的道路載荷測(cè)量結(jié)果相對(duì)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(jì)算法的常數(shù)項(xiàng)及二次項(xiàng)系數(shù)相對(duì)滑行法的均偏大，從計(jì)算法的公式理論上分析，計(jì)算法適用于車重偏重以及外造型偏硬朗（風(fēng)阻系數(shù)大）的車型。

3 結(jié)論

本文針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.6—2016中提出的滑行法、風(fēng)洞法和計(jì)算法測(cè)量道路載荷的方法進(jìn)

行了實(shí)車測(cè)試和計(jì)算分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，3輛樣車采用風(fēng)洞法測(cè)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(fēng)洞法與滑行法測(cè)量道路載荷的結(jié)果基本一致;3輛樣車采用計(jì)算法測(cè)量道路載荷與滑行法的結(jié)果偏差在33.1%以內(nèi)，計(jì)算法可作為企業(yè)計(jì)算道路載荷的參考方法。

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