基于輕型車國六標(biāo)準(zhǔn)和國五標(biāo)準(zhǔn)下的道路滑行阻力比對研究

楊國安　吳鵬　王威

摘 要：闡述了乘用車道路滑行的工作原理，比較了基于輕型車國六標(biāo)準(zhǔn)的道路滑行法（簡稱國六滑行法）和基于國五標(biāo)準(zhǔn)的道路滑行法（簡稱國五滑行法）在阻力模型建立、滑行時(shí)間計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果修正等方面的差異，并開展了實(shí)車驗(yàn)證。理論和實(shí)踐表明，國六滑行法比國五滑行法阻力大。

關(guān)鍵詞：滑行阻力 國五 國六 比對

1 引言

道路滑行阻力是通過滑行計(jì)算所得的車輛道路載荷。目前，道路滑行法可以選擇國六滑行法或國五滑行法，前者是基于GB18352.6-2016附件CC規(guī)定所測試的車輛行駛阻力，后者是基于GB18352.5-2013附件CH規(guī)定所測試的車輛行駛阻力。國內(nèi)外學(xué)者對國六和國五滑行法研究較多，李國棟等對汽車滑行阻力系數(shù)的測定方法進(jìn)行研究;曾海鵬等提出了利用excel工具來計(jì)算滑行阻力的工作方法;辛運(yùn)等對國六滑行法的試驗(yàn)方法及與國五滑行法的差異進(jìn)行了比對研究，并設(shè)計(jì)了道路行駛阻力處理軟件;張曉龍等對國六車載風(fēng)速儀滑行法進(jìn)行了研究;高岳等對風(fēng)洞法和道路滑行法進(jìn)行了對比測試。這些研究集中體現(xiàn)在如何驗(yàn)證國六和國五標(biāo)準(zhǔn)條款的具體內(nèi)容，對滑行阻力模型建立原理和滑行時(shí)間計(jì)算方法的改變對試驗(yàn)結(jié)果的影響并未開展分析。本文從道路滑行法基本原理著手，對上述內(nèi)容進(jìn)行比對研究。

2 道路滑行法基本原理

滑行是指汽車直線行駛時(shí)，使傳動(dòng)裝置脫離動(dòng)力機(jī)構(gòu)，靠慣性前進(jìn)。汽車滑行試驗(yàn)是在汽車滑行過程中測量相關(guān)參數(shù)的試驗(yàn)，其主要目的是求汽車的行駛阻力。

根據(jù)能量守恒原理，汽車滑行試驗(yàn)時(shí)，車速從v+ΔV減速到v-ΔV的機(jī)械能增量ΔE等于各阻力（矩）所作的功-Δw，即：

合并同類項(xiàng)可得：

根據(jù)功率定義可得：

式中：瞬時(shí)功率;瞬時(shí)行駛阻力;RM試驗(yàn)時(shí)汽車質(zhì)量;汽車旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;r車輪滾動(dòng)半徑;Δt汽車從車速v+ΔV減速滑行到v-ΔV的時(shí)間，其所對應(yīng)的車速變化為2ΔV。

經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證[4]，若取ΔV=5km/h則誤差約為0.5km/h;若取ΔV=10km/h，則誤差約為1km/h。一般取ΔV=5km/h時(shí)的折線，即可代替實(shí)際曲線而不影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，（3）（4）可表示為：

式中，定義為車輛旋轉(zhuǎn)部分的當(dāng)量慣量。

3 滑行阻力模型比對

國六滑行法等同歐Ⅵ的滑行法，標(biāo)準(zhǔn)GB18352.6-2016附件CC明確國六的滑行阻力按公式（7）計(jì)算：

式中：為道路載荷測定開始和結(jié)束時(shí)試驗(yàn)車輛的平均質(zhì)量，kg;Mr為CC.2.5.1定義的轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的等效有效質(zhì)量，可以用試驗(yàn)或計(jì)算的方法確定，也可以根據(jù)車輛的基準(zhǔn)質(zhì)量的3%進(jìn)行估算;在基準(zhǔn)速度下，測量得到的往返滑行時(shí)間調(diào)和平均值，s;ΔV車速V的速度偏差，km/h;Fj6為國六標(biāo)準(zhǔn)下的滑行阻力，N。

國一至國五階段法規(guī)等同采用歐Ⅰ至歐Ⅴ階段法規(guī)，標(biāo)準(zhǔn)GB18352.5-2013附件CH明確國五的功率按公式（8）計(jì)算：

對公式（7）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，求得：

式中：為國五標(biāo)準(zhǔn)下的滑行阻力，KN;P為功率，kw;V為試驗(yàn)車速，m/s;ΔV為與車速V的速度偏差;M為基準(zhǔn)質(zhì)量，kg;T為時(shí)間，s。

對公式（9）國五階段的滑行阻力按公式（7）國六階段的滑行阻力的單位進(jìn)行換算，求得為：

式中：為國五標(biāo)準(zhǔn)下的滑行阻力，N;ΔV為與車速V的速度偏差，km/h;M為基準(zhǔn)質(zhì)量，kg;T為時(shí)間，s。

比較式（7）和式（6）可知，滑行阻力考慮了旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力Mr的影響;比較式（10）和式（6）可知，滑行阻力沒有考慮旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力Mr的影響。

比較國五和國六階段的滑行阻力：

式（11）中有兩個(gè)比例因子，在質(zhì)量比例因子中，因試驗(yàn)前將車輛加載到基準(zhǔn)質(zhì)量，故有，又轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的等效有效質(zhì)量按車輛的基準(zhǔn)質(zhì)量的3%估算，有30%t，得≈0.971<1;在時(shí)間比例因子中，國五使用往返平均時(shí)間的算術(shù)平均值，而國六使用往返平均時(shí)間的調(diào)和平均值，根據(jù)數(shù)學(xué)原理，算術(shù)平均值大于等于調(diào)和平均值，故≤1。因此，<1，同一臺車，在同樣的試驗(yàn)條件下，國六的滑行阻力比國五的滑行阻力大。

4 滑行方法比對

國一至國五階段，排放和油耗試驗(yàn)都是使用NEDC工況，其滑行阻力是基于GB18352.5-2013附件CH規(guī)定所確定車輛的行駛阻力;從國六開始，其排放和油耗試驗(yàn)使用WLTC工況，其滑行阻力是基于GB18352.6-2016中CC規(guī)定所確定車輛的行駛阻力。

4.1 國六滑行法

（1）將試驗(yàn)車輛加速至140km/h，然后將變速器置于“空擋”位置，測量車輛速度從Vj+ΔV滑行到Vj-ΔV（ΔV≤5km/h）的正向滑行時(shí)間tjaj（i代表第i次滑行試驗(yàn)）。相反方向進(jìn)行同樣的試驗(yàn)，測反向滑用時(shí)間tjaj。ΔV取整數(shù)值5km/h，基準(zhǔn)速度分別?。?30、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30和20km/h。

（2）重復(fù)上述試驗(yàn)，直到Vj的滑行平均時(shí)間滿足統(tǒng)計(jì)精度pj的要求。

式中：pj為基準(zhǔn)速度Vj下測量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)精度;n為測量的組數(shù);σj為標(biāo)準(zhǔn)偏差;h為系數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)中查表可得;Δtj基準(zhǔn)速度Vj的算術(shù)平均滑行時(shí)間，s。σj、Δtj的具體計(jì)算公式參照GB 18352.6-2016中的CC.4.3.1.4.2。

（3）計(jì)算道路載荷。

計(jì)算速度Vj時(shí)的行駛阻力Fj，得到F-V道路行駛阻力曲線，利用最小二乘法得到系數(shù)f0、f1、f2。

式中：Δtj為在基準(zhǔn)速度Vj下，測量得到的往返滑行時(shí)間調(diào)和平均值，s;Δtja、Δtjb分別對應(yīng)于基準(zhǔn)速度在方向a和方向b上的滑行時(shí)間的算術(shù)平均值，s;mav為平均測試質(zhì)量，kg;mr所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的等效質(zhì)量可根據(jù)車輛的基準(zhǔn)質(zhì)量加上25kg之和的3%進(jìn)行估算。

根據(jù)各個(gè)基準(zhǔn)速度計(jì)算得到的Fj按照最小二乘法可以擬合與速度相關(guān)的二次函數(shù)，其常數(shù)項(xiàng)f0、一次項(xiàng)f1和二次項(xiàng)f2分別為滑行阻力曲線的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)、一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)。即：

（4）將試驗(yàn)狀態(tài)測得的道路行駛阻力曲線修正到基準(zhǔn)狀態(tài)。

式中：為修正后的道路載荷;f0、f1、f2為道路載荷的常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù);k0為滾動(dòng)阻力修正因子;k1為測試質(zhì)量修正因子;k2空氣阻力修正因子;T為環(huán)境大氣溫度的算術(shù)平均值;v為車速;w1風(fēng)阻修正值。

4.2 國五滑行法

（1）首先將試驗(yàn)車輛加速至130km/h，然后將變速器置于“空擋”位置，測量車輛從V2=V+ΔV減速至V1=V-ΔV（ΔV≤5km/h）所需時(shí)間t1;在車輛行駛相反方向進(jìn)行同樣的試驗(yàn)，所測時(shí)間為t2。ΔV取整數(shù)值5km/h，基準(zhǔn)速度分別?。?20、100、80、60、40和20km/h。

（2）重復(fù)上述試驗(yàn)，直到V的滑行平均時(shí)間滿足統(tǒng)計(jì)精度p的要求。

式中：k1為系數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)中查表可得;n為試驗(yàn)次數(shù);為第i次往返減速時(shí)間的平均值;s為標(biāo)準(zhǔn)偏差。S和的具體計(jì)算公式參照GB 18352.5-2015中的CF.5.1.1.2.6。

（3）計(jì)算功率P。

計(jì)算速度Vj時(shí)的行駛阻力功率P。

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

（4）將試驗(yàn)狀態(tài)測得的功率修正到基準(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為總運(yùn)行阻力=RR+R空氣;KR為滾動(dòng)阻力的溫度修正系數(shù);t為道路試驗(yàn)時(shí)大氣溫度;℃;t0為基準(zhǔn)大氣溫度=20℃;ρ為試驗(yàn)條件下空氣密度;ρ0為基準(zhǔn)狀態(tài)（20℃，1000kpa）下空氣密度。

5 實(shí)車滑行試驗(yàn)比對

選擇某款車型MT和CVT各1輛，車輛基本參數(shù)信息見表1。車輛磨合完成后，對MT車、CVT車分別按國六、國五滑行法進(jìn)行試驗(yàn)，求得的滑行系數(shù)見表2，滑行曲線見圖1和圖2。由滑行曲線可知，同一輛車在相同的試驗(yàn)條件下，國六滑行阻力大于國五滑行阻力，與公式（11）分析所得的結(jié)論一致。

6 結(jié)語

與國五滑行法相比，國六滑行法除了改變試驗(yàn)方法外，在測試車輛的試驗(yàn)質(zhì)量、往返滑行時(shí)間計(jì)算方式和校正因子（空氣阻力、滾動(dòng)阻力、風(fēng)速、測試質(zhì)量）等方面均有所改變，其邊界條件更合理和更接近實(shí)際。理論與實(shí)際證明，國六滑行阻力比國五大，隨著車速提高其差異愈加明顯。

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