基于重復性的汽車滑行試驗方法研究

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(huán)境問題日益突出，中國鄭重承諾雙碳目標，有關法規(guī)要求愈加嚴格[1-3]，各行業(yè)開展雙碳研究，汽車的節(jié)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(jīng)濟性能優(yōu)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(shù)據(jù)的重復性是最重要的環(huán)節(jié)。

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(tǒng)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(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)重復性符合統(tǒng)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(shù)不少于 4次，試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計準確度P在30km/h～70km/h的速度范圍內(nèi)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(shù)據(jù)處理研究，為了保證測試精度，試驗數(shù)據(jù)符合統(tǒng)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(shù)，強調(diào)需要進行多次重復試驗，剔除明顯不合適的數(shù)據(jù)（某數(shù)值與相鄰的兩數(shù)平均值相比，若超過 2倍或者小于50%），每次往返試驗的數(shù)據(jù)要取都取，要舍都舍，有效試驗至少要包含5個往返數(shù)據(jù)[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(shù)據(jù)，使統(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)，重型汽車的滑行試驗即使在不少于 8次的情況下，其統(tǒng)計準確度也很難小于2%，對于總質(zhì)量更大的重型車，要保證統(tǒng)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(jù)，各汽車廠家都在想辦法減小阻力以節(jié)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(shù)[10]。

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

同一輛車不同時段的測試數(shù)據(jù)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(jié)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(jié)果能滿足有關法規(guī)[1-4]要求?，F(xiàn)以乘用車為例，從試驗條件、熱車、試驗和數(shù)據(jù)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(shù)

研究對象有關參數(shù)如表1所示。

表1 研究對象及參數(shù)

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(jié)果分析

2.1 試驗條件確認與準備

1.車輛狀態(tài)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(zhì)量、道路平直、道路干燥、道路清潔、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、車輛狀態(tài)、走合里程、車輛干凈、車輛門窗艙門關閉、空調(diào)關閉、衛(wèi)星數(shù)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(zhì)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(jīng)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(wèi)星

表4 環(huán)境參數(shù)

圖3 走合里程確認

圖4 胎壓確認

圖5 質(zhì)量及輪荷測量

圖6 風速儀

圖7 數(shù)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(xù)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(shù)據(jù)的重復性，車輛需持續(xù)行駛，并關注相關技術狀態(tài)及參數(shù)。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(shù)[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(xù)試驗，盡量保持初速度相近。

2.3 試驗數(shù)據(jù)及分析

1.環(huán)境參數(shù)，試驗數(shù)據(jù)確認

從表4可知，試驗后的環(huán)境參數(shù)滿足要求。

根據(jù)經(jīng)驗，要求滑行試驗時間算數(shù)平均值不能出現(xiàn) 4個連續(xù)增加的數(shù)據(jù)。如果符合要求，則進行數(shù)據(jù)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(zhì)量狀態(tài)，重新熱車和試驗。從表 5可知，試驗時間總值沒連續(xù)增加，符合要求。

表5 滑行試驗時間

2.試驗數(shù)據(jù)評估

規(guī)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理時常有異常數(shù)據(jù)，大多數(shù)情況下，某次試驗數(shù)據(jù)只有某一段異常，很多數(shù)據(jù)可以用。為了保證樣本數(shù)，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(shù)，以RSD最小為目標，剔除2個數(shù)據(jù)。對車速范圍90 km/h→80 km/h的8個數(shù)據(jù)，從表7可知，剔除1個數(shù)據(jù)后，RSD從2.41%減小到2.12%；在此數(shù)據(jù)基礎上，再剔除 1個數(shù)據(jù)后，RSD從2.12%減小到1.62%。

表7 車速范圍90 km/h→80 km/h數(shù)據(jù)及相對標準偏差值

從表 8可知，剔除的數(shù)據(jù)是隨機的，表明這種剔除數(shù)據(jù)的方法有一定的合理性；從表7可知，剔除數(shù)據(jù)后的RSD明顯減小。

表8 剔除后的數(shù)據(jù)情況

2.4 數(shù)據(jù)處理程序設計

1.第一次剔除

在excel中算出某數(shù)據(jù)與8個數(shù)據(jù)平均值差值的絕對值，剔除最大差值絕對值對應的數(shù)據(jù)，留下7個數(shù)據(jù)，如表9所示。

E2（篩選結(jié)果為10.52，E2表示第E列，第2行。）

=VLOOKUP(LARGE($B$2:$B$9,2),$B$2:$C$9,2,0)

E3（篩選結(jié)果為9.96）

=VLOOKUP(LARGE($B$2:$B$9,3),$B$2:$C$9,2,0)后面的數(shù)據(jù)依次類推。

2.第二次剔除

算出某數(shù)據(jù)與7個數(shù)據(jù)平均值差值的絕對值，剔除最大差值絕對值對應的數(shù)據(jù)，留下6個數(shù)據(jù)，如表9所示。

表9 剔除數(shù)據(jù)情況舉例

F2（篩選結(jié)果為10.40）

=VLOOKUP(LARGE($D$2:$D$8,2),$D$2:$E$8,2,0)

F3（篩選結(jié)果為9.96）

=VLOOKUP(LARGE($D$2:$D$8,3),$D$2:$E$8,2,0)后面的數(shù)據(jù)依次類推。

2.5 Δv對相對標準偏差的影響

從圖 9可知，與基準車速的速度偏差Δv[1]越大，相對標準偏差RSD越小[2]。

圖9 不同Δv對相對標準偏差的影響

2.6 不同時段試驗的數(shù)據(jù)重復性對比

不同時段，同一車輛、同一駕駛員在同一車道的滑行試驗數(shù)據(jù)對比，見表 10，相對標準偏差小于5%，有一定的可信度。

表10 （續(xù)）

表10 不同時段的數(shù)據(jù)重復性對比

3 結(jié)論

本文的熱車方法、實驗方法和數(shù)據(jù)處理方法提高了實驗數(shù)據(jù)的重復性，保留了一定的樣本量，減少了人為因素和人為失誤，提高了效率。具體如下：

（1）此熱車方法和試驗方法的8組試驗數(shù)據(jù)的重復性較好。此數(shù)據(jù)處理方法剔除的數(shù)據(jù)是隨機的，并保留一定的樣本數(shù)量，不同時段的試驗數(shù)據(jù)相對標準偏差較小，有一定的合理性。

（2）編制了剔除數(shù)據(jù)的方法，減少了人為因素和人為失誤的影響，提高了效率。

（3）Δv越大，相對標準偏差越小，更容易滿足試驗數(shù)據(jù)的重復性要求，建議確定Δv值。

（4）建議讓每一次的初速度盡量相近，例如初速度比基準速度大13 km/h～15 km/h。