不同預(yù)處理方法的風(fēng)洞法測(cè)量車輛道路行駛阻力研究

關(guān)鍵詞：風(fēng)洞法；道路行駛阻力；滑行法；循環(huán)能量

0 前言

車輛道路行駛阻力作為新能源汽車最重要的指標(biāo)之一，一直受到各大主機(jī)廠的關(guān)注。我國(guó)最新實(shí)施的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）》標(biāo)準(zhǔn)中提出了一種新的汽車行駛阻力測(cè)量方法——風(fēng)洞法［1］，相比傳統(tǒng)的道路阻力滑行法，風(fēng)洞法的測(cè)試可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，不受外界環(huán)境約束和影響，測(cè)試的可重復(fù)性好、準(zhǔn)確率高［2］。但在實(shí)際風(fēng)洞法試驗(yàn)中，部分車輛存在需進(jìn)行制動(dòng)后才可進(jìn)入空檔，隨后立刻滑行的情況，汽車有可能存在發(fā)生制動(dòng)后卡鉗回位不及時(shí)，摩擦片仍與制動(dòng)盤接觸產(chǎn)生摩擦力，從而對(duì)車輪形成一定的阻滯力矩［3-4］，這可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況有所偏差。在GB 18352.6—2016 的附件CC. 4.2.4.1.1中也提到，在剎車預(yù)熱試驗(yàn)后，不應(yīng)該對(duì)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)再進(jìn)一步的人工調(diào)整。

本文選取需進(jìn)行制動(dòng)才可進(jìn)入空檔和無(wú)需制動(dòng)就可進(jìn)入空檔的2 款樣車作為測(cè)試對(duì)象，在風(fēng)洞法測(cè)試中改變滾動(dòng)阻力測(cè)量的預(yù)處理過(guò)程，以便減少人為操作，從而讓卡鉗有充分的回位時(shí)間。對(duì)比研究了2 種預(yù)處理方法的試驗(yàn)結(jié)果，為后續(xù)試驗(yàn)方法修正及標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的修訂提供技術(shù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

1. 1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為了對(duì)比不同車輛制動(dòng)后行駛阻力的變化，選取樣車A（需進(jìn)行制動(dòng)才可進(jìn)入空檔）和樣車B（無(wú)需進(jìn)行制動(dòng)可進(jìn)入空檔）進(jìn)行風(fēng)洞法道路行駛阻力測(cè)量。

2款試驗(yàn)車?yán)锍虜?shù)均超過(guò)3 000 km，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，調(diào)整胎壓至下限值。對(duì)車輛進(jìn)行配載稱重，調(diào)整至試驗(yàn)所需測(cè)試質(zhì)量，記錄4 個(gè)輪胎的輪眉高度，樣車基本參數(shù)見(jiàn)表1［5］。

1. 2 滑行法

滑行法主要參照GB 18352.6—2016附件CC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 和樣車B 進(jìn)行道路行駛阻力測(cè)量。實(shí)際滑行環(huán)境下測(cè)得的2 款樣車道路行駛阻力試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

1. 3 現(xiàn)有風(fēng)洞法測(cè)試方法

現(xiàn)有風(fēng)洞法測(cè)試由空氣阻力測(cè)量和滾動(dòng)阻力測(cè)量組成，按照標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.6—2016 附件CC.3.2 和CC.6.4.1 條款要求進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)空氣阻力、滾動(dòng)阻力即可計(jì)算出基準(zhǔn)速度下的道路行駛阻力F_j，計(jì)算公式為：

F_j = F_Dj + F_Aj （1）

式中：F_Dj 為滾動(dòng)阻力，單位N；F_Aj 為空氣阻力，單位N。

1. 4 新的試驗(yàn)方法

鑒于進(jìn)行制動(dòng)后一定時(shí)間內(nèi)車輛容易產(chǎn)生制動(dòng)拖滯力，會(huì)對(duì)滾動(dòng)阻力的測(cè)量產(chǎn)生偏差，而且在GB 18352.6—2016 附件CC. 4.2.4.1.1 中也提到在剎車預(yù)熱試驗(yàn)后，不應(yīng)該對(duì)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的人工調(diào)整。因此，為了減少制動(dòng)拖滯力對(duì)滾動(dòng)阻力測(cè)量結(jié)果的影響，本文提出新的風(fēng)洞法預(yù)處理方法，讓制動(dòng)卡鉗有充足的回位時(shí)間，以最大限度地減小制動(dòng)拖滯力［5］。新的試驗(yàn)方法為：

（1） 將環(huán)境艙溫度設(shè)置為20 ℃恒溫，將轉(zhuǎn)轂的等效慣量設(shè)置為車輛的測(cè)試質(zhì)量，將已經(jīng)測(cè)量出來(lái)的空氣阻力項(xiàng)系數(shù)輸入到轉(zhuǎn)轂中，具體輸入?yún)?shù)見(jiàn)表4。

（2） 按照常規(guī)道路滑行試驗(yàn)預(yù)熱方法在底盤測(cè)功機(jī)上對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)熱至少1 200 s，然后切換至空檔讓車速自由滑行至靜止。

（3） 車輛靜止后，在控制電腦上調(diào)出車輛滑行模式，由轉(zhuǎn)轂帶動(dòng)車輛加速到比最高基準(zhǔn)速度至少高出10 km/h（即達(dá)到140 km/h）后開(kāi)始滑行。

（4） 數(shù)據(jù)處理過(guò)程仍參照標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.6—2016中的處理方法對(duì)車輛滾動(dòng)阻力進(jìn)行計(jì)算。

通過(guò)車輛自由減速和轉(zhuǎn)轂帶動(dòng)車輛加速，借此操作可以不再對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)操作，同時(shí)給車輛制動(dòng)卡鉗充足的回位時(shí)間，減少了制動(dòng)拖滯力對(duì)滑行結(jié)果的影響。新的試驗(yàn)方法并不影響對(duì)空氣阻力的測(cè)量，所以空氣阻力仍使用之前的測(cè)試數(shù)據(jù)，然后根據(jù)空氣阻力和滾動(dòng)阻力即可計(jì)算出基準(zhǔn)速度下的道路行駛阻力。新方法的風(fēng)洞法行駛阻力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

2 試驗(yàn)分析

2. 1 樣車A

2. 1. 1 行駛阻力分析

分別采用風(fēng)洞法和道路滑行法獲得的試驗(yàn)樣車A 的道路行駛阻力如圖1 所示。以道路滑行法所測(cè)得的行駛阻力結(jié)果作為參照基準(zhǔn)值，計(jì)算風(fēng)洞法與道路滑行法測(cè)試結(jié)果的相對(duì)偏差，結(jié)果如圖2所示。

從圖1 可以看出，在各個(gè)基準(zhǔn)速度點(diǎn)上，對(duì)于試驗(yàn)樣車A，使用原有標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理方法測(cè)得的道路行駛阻力與實(shí)際道路滑行法測(cè)得的道路行駛阻力的最大值相差約25.1 N，最小值相差約1.2 N，平均差值為4.9 N；新方法與實(shí)際道路滑行法測(cè)得的道路行駛阻力的最大值相差約47.7 N，最小值相差約3.2 N，平均差值為23.8 N。

從圖2 可以看出，對(duì)于試驗(yàn)樣車A，使用原有標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)處理方法測(cè)試結(jié)果與滑行法測(cè)試結(jié)果的最大偏差為5.90%，最小偏差為0.27%，平均偏差為0.19%；新方法測(cè)試結(jié)果與滑行法測(cè)試結(jié)果的最大偏差為5.80%，最小偏差為1.54%，平均偏差為4.06%。

由上述結(jié)果可知，現(xiàn)有方法的測(cè)試結(jié)果與滑行法測(cè)試結(jié)果基本一致，新方法所測(cè)得的行駛阻力雖趨勢(shì)與滑行法一致，但小于滑行法所得測(cè)試結(jié)果，且存在較大偏差。由新方法的預(yù)處理方法確實(shí)可以減少制動(dòng)拖滯力的影響，測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。

2. 1. 2 循環(huán)能量差分析

根據(jù)GB 18352.6—2016 的規(guī)定，風(fēng)洞法與道路滑行法之間的循環(huán)能量差需在±5% 以內(nèi)，才能證明所使用的試驗(yàn)方法的測(cè)量結(jié)果有效。循環(huán)能量差的計(jì)算公式為：

式中：ε_k 為車輛基于全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)（WLTC）的風(fēng)洞法與道路滑行法試驗(yàn)中測(cè)得的循環(huán)能量差，單位% ；E_k，WTM 為車輛采用風(fēng)洞法獲得的基于WLTC 的道路循環(huán)能量，單位J；E_k，c 為車輛采用道路滑行法獲得的基于WLTC的道路循環(huán)能量，單位J。

以WLTC 進(jìn)行測(cè)試，對(duì)樣車A 在2 種試驗(yàn)方法下的循環(huán)能量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6 可以看出，樣車A 的循環(huán)能量差均在標(biāo)準(zhǔn)要求的5%范圍內(nèi)，說(shuō)明2 種預(yù)處理方法都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2. 2 樣車B

2. 2. 1 行駛阻力結(jié)果分析

分別采用風(fēng)洞法和道路滑行法獲得的試驗(yàn)樣車B的道路行駛阻力如圖3 所示。以道路滑行法測(cè)得的行駛阻力結(jié)果作為參照基準(zhǔn)值，計(jì)算風(fēng)洞法與道路滑行法的測(cè)試結(jié)果相對(duì)偏差，結(jié)果如圖4 所示。

從圖3 可以看出，在各個(gè)基準(zhǔn)速度點(diǎn)上，對(duì)于試驗(yàn)樣車B，使用原有標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)處理方法測(cè)得的道路行駛阻力與實(shí)際道路滑行法測(cè)得的道路行駛阻力的最大值相差約12.5 N，最小值相差約0.3 N，平均差值為2.9 N；新方法測(cè)得的道路行駛阻力與實(shí)際道路滑行法測(cè)得的道路行駛阻力的最大值相差約11 N，最小值相差約0.9 N，平均差值為4.3 N。

從圖4 可以看出，對(duì)于試驗(yàn)樣車B，現(xiàn)有方法測(cè)得的行駛阻力與滑行法的最大偏差為5.60%，最小偏差為0.10%，平均偏差為0.19%；新方法測(cè)得的行駛阻力與滑行法的最大偏差為8.90%，最小偏差為0.15%，平均偏差為1.90%。

由上述結(jié)果可知，現(xiàn)有方法和新方法所測(cè)得的行駛阻力與滑行法測(cè)試結(jié)果基本一致，這也驗(yàn)證了2 種預(yù)處理方法下風(fēng)洞法測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2. 2. 2循環(huán)能量差分析

以WLTC進(jìn)行測(cè)試，采用2 種試驗(yàn)方法對(duì)樣車B 的循環(huán)能量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表7。由表7 可以看出，樣車B 車的循環(huán)能量差均在標(biāo)準(zhǔn)要求的5%范圍內(nèi)，說(shuō)明2 種預(yù)處理方法都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

對(duì)比2 輛樣車，發(fā)現(xiàn)樣車A 在現(xiàn)有方法下的循環(huán)能量差為-1.090%，新方法下的循環(huán)能量差為-2.744%，而樣車B 車在現(xiàn)有方法下的循環(huán)能量差為-0.542%，新方法下的循環(huán)能量差為0.357%。A 車在2 種方法下的能量差存在較大差距，雖然均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但是新方法確實(shí)可以減少制動(dòng)拖滯力的影響，測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3 結(jié)語(yǔ)

本文選取需進(jìn)行制動(dòng)才可進(jìn)入空檔和無(wú)需制動(dòng)就可進(jìn)入空檔的2 輛樣車進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)GB 18352.6—2016 中提出的風(fēng)洞法測(cè)量道路行駛阻力的方法進(jìn)行預(yù)處理改進(jìn)，以轉(zhuǎn)轂帶動(dòng)車輛加速的方式，給予制動(dòng)卡鉗充足的回位時(shí)間，以達(dá)成減少制動(dòng)拖滯力影響的目的，同時(shí)與滑行法測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

試驗(yàn)結(jié)果表明，2 款試驗(yàn)樣車采用的2 種預(yù)處理測(cè)試方法獲得的道路行駛阻力與道路滑行法之間的循環(huán)能量差均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±5% 以內(nèi)的要求，但樣車A 采用新方法測(cè)得的道路行駛阻力總體偏小，并且與滑行法偏差較大，說(shuō)明該方法確實(shí)可以達(dá)到減小制動(dòng)拖滯力影響的目的，由此可得到更貼合車輛原本狀態(tài)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明該方法對(duì)能耗相關(guān)的數(shù)據(jù)測(cè)試具有較好的借鑒意義。

目前，市面上需制動(dòng)才可進(jìn)入空檔的車輛并不多見(jiàn)，整體試驗(yàn)范本偏小，因此后續(xù)需對(duì)多種車型進(jìn)行進(jìn)一步研究，以期得到更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和結(jié)論。