基于臺(tái)架模擬檢測(cè)汽車滑行性能的試驗(yàn)研究

仝曉平，劉元鵬，陳南峰

（1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088；2.石家莊華燕交通科技有限公司，河北 石家莊 050277）

0 引 言

汽車滑行性能是評(píng)價(jià)汽車在道路行駛時(shí)各轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大小的技術(shù)指標(biāo)，常通過(guò)滑行距離進(jìn)行評(píng)價(jià)。滑行距離縮短，表明行駛阻力增大，油耗增加。為控制車輛燃料消量耗，保持車輛正常技術(shù)狀況，國(guó)內(nèi)綜合性能檢測(cè)站執(zhí)行的GB 18565-2001《營(yíng)運(yùn)車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》[1]中規(guī)定了兩種汽車滑行性能檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)：在道路上進(jìn)行初速度為30km/h時(shí)的滑行距離試驗(yàn)[2]；在測(cè)功機(jī)上進(jìn)行初速度為30km/h時(shí)的滑行距離試驗(yàn)。但這兩種方法在實(shí)踐中存在技術(shù)操作上的障礙，因此，需要對(duì)汽車滑行性能的指標(biāo)和方法進(jìn)行重新研究和探索。

1 滑行性能檢測(cè)方法的分析

1.1 道路試驗(yàn)

1.1.1 道路試驗(yàn)方法

依據(jù)GB 18565-2001《營(yíng)運(yùn)車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》，汽車在道路上進(jìn)行滑行距離試驗(yàn)的方法如下：

（1）應(yīng)在平坦（縱向坡度不應(yīng)超過(guò)1%）、干燥和清潔的硬路面上進(jìn)行，風(fēng)速≤3m/s；

（2）車輛空載，輪胎氣壓應(yīng)符合規(guī)定值；

（3）被試車輛行駛速度高于30km/h后，置變速器于空擋，開始滑行，當(dāng)速度為30km/h時(shí)用速度計(jì)或第五輪儀測(cè)量滑行距離；

（4）試驗(yàn)至少往返各滑行一次，往返區(qū)段盡量重合；

（5）檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表1的要求。

表1 車輛滑行距離要求

1.1.2 存在的問(wèn)題

作為綜合性能檢測(cè)站，不具備進(jìn)行車輛道路試驗(yàn)的條件與能力，且檢測(cè)時(shí)間節(jié)拍也不能滿足檢測(cè)要求，該方法作為對(duì)年檢幾千至上萬(wàn)臺(tái)車次的檢測(cè)站并無(wú)操作性。

1.2 汽車底盤測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

1.2.1 臺(tái)架試驗(yàn)方法

依據(jù)GB 18565-2001《營(yíng)運(yùn)車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》，汽車在底盤測(cè)功機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行滑行距離試驗(yàn)的方法如下：

（1）汽車輪胎氣壓應(yīng)符合規(guī)定值，傳動(dòng)系潤(rùn)滑油油溫不低于50℃；

（2）根據(jù)測(cè)試汽車的基準(zhǔn)質(zhì)量選定底盤測(cè)功機(jī)的相應(yīng)當(dāng)量慣量，當(dāng)?shù)妆P測(cè)功機(jī)所配備的飛輪系統(tǒng)慣量級(jí)數(shù)不能準(zhǔn)確滿足測(cè)試汽車的當(dāng)量慣量需要時(shí)，可選配與測(cè)試汽車整備質(zhì)量最接近的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量級(jí)，但應(yīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果作必要的修正；

（3）將試驗(yàn)車輛驅(qū)動(dòng)輪置于底盤測(cè)功機(jī)滾筒上，啟動(dòng)汽車，按引導(dǎo)系統(tǒng)提示加速至高于規(guī)定車速（30 km/h）后，置變速器于空擋，利用車輛貯藏的動(dòng)能，使其運(yùn)轉(zhuǎn)直至車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)；

（4）記錄汽車從30km/h開始的滑行距離；（5）檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表1的要求。

1.2.2 存在的問(wèn)題

（1）道路試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)的阻力條件分析[3]。在道路試驗(yàn)時(shí)，汽車總質(zhì)量加各轉(zhuǎn)動(dòng)件當(dāng)量慣量之和為m的汽車在初速度V=30 km/h時(shí)的動(dòng)能（mV2/2）被風(fēng)阻、驅(qū)動(dòng)輪及各從動(dòng)輪與路面間的滾動(dòng)阻力、汽車傳動(dòng)系阻力所消耗。設(shè)路面滑行過(guò)程中各速度下的平均阻力為F，滑行距離為S，則mV2/2=F·S。

汽車在滾筒半徑為R的測(cè)功機(jī)上作臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，設(shè)測(cè)功機(jī)臺(tái)架旋轉(zhuǎn)件及汽車驅(qū)動(dòng)輪和傳動(dòng)系總慣量為J，汽車在初速度V=30 km/h時(shí)的動(dòng)能JV2（/2R2）被驅(qū)動(dòng)輪與滾筒間的滾動(dòng)阻力、汽車傳動(dòng)系阻力、測(cè)功機(jī)臺(tái)架內(nèi)部阻力所消耗。設(shè)臺(tái)架滑行過(guò)程中各速度下的平均阻力為Ft，滑行距離為St，則JV2（/2R2）=F·tSt。

（2）道路試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)的初始能量分析。要使在同一初速度下的臺(tái)架試驗(yàn)與路試時(shí)的初始能量一致，應(yīng)使JV2（/2R2）=mV2/2，即m=J/R2；

令J/R2=K

測(cè)功機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)不同慣量的飛輪，使其慣量匹配后的K值等于被測(cè)車輛的當(dāng)量慣量m。但因汽車質(zhì)量的分布范圍較大，采用機(jī)械慣量模擬無(wú)法滿足要求，GB 18565-2001《營(yíng)運(yùn)車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》雖然要求“應(yīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果作必要的修正”，但并未給出修正的方法和條件，若采用電慣量模擬則制造成本過(guò)高。

（3）阻力條件分析[4]。道路試驗(yàn)阻力與測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)阻力差異很大，測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)阻力無(wú)法代替道路試驗(yàn)阻力，導(dǎo)致測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)得出的滑行距離無(wú)法與道路試驗(yàn)的滑行距離等效評(píng)價(jià)。如用測(cè)功機(jī)通過(guò)加載來(lái)模擬道路阻力，前提需是道路阻力已知，需先進(jìn)行道路滑行試驗(yàn)，也就失去了再進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)的意義。

2 道路與臺(tái)架滑行試驗(yàn)比對(duì)分析

2.1 汽車底盤測(cè)功機(jī)

試驗(yàn)采用滾筒直徑370mm、臺(tái)架當(dāng)量慣量807kg的底盤測(cè)功機(jī)，通過(guò)兩次滑行法測(cè)取不同速度下的臺(tái)架內(nèi)部阻力[5]。

2.2 試驗(yàn)車輛

試驗(yàn)選用了5輛試驗(yàn)車，試驗(yàn)車在路試時(shí)的技術(shù)參數(shù)見表2。

2.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

表2 試驗(yàn)車路試狀態(tài)技術(shù)參數(shù)

圖1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

（1）將試驗(yàn)車后部裝上五輪儀，在道路上往返行駛滑行各3次，測(cè)取初速度為30km/h的滑行距離。

（2）將試驗(yàn)車驅(qū)動(dòng)軸、非驅(qū)動(dòng)軸分別停在底盤測(cè)功機(jī)滾筒上，用反拖電機(jī)拖動(dòng)到30km/h以上開始滑行，各進(jìn)行3次，測(cè)取滑行距離。試驗(yàn)時(shí)測(cè)功機(jī)只使用基本慣量，不掛接其他飛輪。

（3）將試驗(yàn)車驅(qū)動(dòng)軸、非驅(qū)動(dòng)軸分別停在底盤測(cè)功機(jī)滾筒上，用反拖電機(jī)拖動(dòng)，分別測(cè)取5，10，15，20，25，30km/h速度點(diǎn)的阻力，減去相應(yīng)速度點(diǎn)的測(cè)功機(jī)內(nèi)部阻力，計(jì)算得到被測(cè)軸滾動(dòng)阻力。

（4）根據(jù)測(cè)功機(jī)臺(tái)架測(cè)得的車輪滾動(dòng)阻力與滑行距離，計(jì)算得到各車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（見表2）。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)2.3試驗(yàn)方法，試驗(yàn)得到路試滑行距離與測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)滑行距離，計(jì)算出各自的均值。依據(jù)能量守恒原理，通過(guò)測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)取各軸滾筒阻力，估算風(fēng)阻系數(shù)計(jì)算出滑行距離。數(shù)據(jù)見表3、表4。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 道路滑行距離與汽車底盤阻力的關(guān)系分析

依據(jù)能量守恒原理，汽車在路面行駛時(shí)，滑行的初始動(dòng)能=mV2/2，被滑行阻力F×滑行距離S做功消耗。在已知當(dāng)量慣量m，滑行阻力F時(shí)，可計(jì)算出滑行距離S[6]。

為較精確地計(jì)算能量消耗的過(guò)程，將滑行速度區(qū)間分為 6 段：30～25km/h、25～20km/h、20～15km/h、15～10 km/h、10～5 km/h、5～0 km/h。在已測(cè)試和計(jì)算得到汽車當(dāng)量慣量后，可依據(jù)各段的平均風(fēng)阻和各段平均底盤阻力計(jì)算出各段的滑行距離，最終計(jì)算得到30 km/h滑行到0 km/h的滑行距離S。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3中，按車頭形狀目測(cè)估算，取風(fēng)阻系數(shù)計(jì)算結(jié)果如下[7]：

（1）昌河車為雙排小客貨車，近似為平頭車，風(fēng)阻系數(shù)取0.7時(shí)，與道路試驗(yàn)的誤差為1.9%；

（2）捷達(dá)王轎車車頭近似流線型，風(fēng)阻系數(shù)取0.4時(shí)，與道路試驗(yàn)的誤差為-4.9%；

（3）依維柯車車頭風(fēng)阻較小，風(fēng)阻系數(shù)取0.5時(shí)，與道路試驗(yàn)的誤差為3%；

（4）躍進(jìn)車車頭近似平頭，風(fēng)阻系數(shù)取0.8時(shí)，與道路試驗(yàn)的誤差為5%；

（5）東風(fēng)車車頭近似平頭，風(fēng)阻系數(shù)取0.8時(shí)，與道路試驗(yàn)的誤差為4.0%。

上述計(jì)算得到的30km/h至0km/h的滑行距離與實(shí)際道路試驗(yàn)結(jié)果的誤差，由風(fēng)阻系數(shù)粗略取值的誤差造成，如適當(dāng)調(diào)整風(fēng)阻系數(shù)的取值，使其更加接近實(shí)際值，理論計(jì)算的滑行距離與實(shí)際道路試驗(yàn)結(jié)果將會(huì)進(jìn)一步接近。

表3 路試與測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)滑行距離比較

表4 測(cè)功機(jī)臺(tái)試測(cè)取的各測(cè)速點(diǎn)滑行阻力

3.2 汽車滑行阻力占整車質(zhì)量百分比分析

車輪與底盤傳動(dòng)系阻力的構(gòu)成主要為軸承阻力、車輪表面滾動(dòng)阻力等，轉(zhuǎn)動(dòng)件表面風(fēng)阻影響較小。在表4中計(jì)算出的各測(cè)試速度點(diǎn)下，汽車底盤滑行阻力占整車質(zhì)量百分比隨著車速的增加而增加；但隨著速度的增加，速度等間隔增加時(shí)其阻力增量在減小，阻力變化趨于穩(wěn)定。在該次試驗(yàn)的各試驗(yàn)車中，汽車底盤滑行阻力占整車質(zhì)量百分比的最大值：最高車速速度30km/h時(shí)不超過(guò)3%，在5km/h時(shí)不超過(guò)2%。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車在滑行過(guò)程中存在風(fēng)阻、輪胎與地面滾動(dòng)阻力、車輪總成阻力及傳動(dòng)部件阻力等影響因素。依據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了汽車在道路滑行時(shí)，滑行距離與汽車滑行阻力之間的相關(guān)關(guān)系。其中在道路滑行時(shí)，滑行阻力中的風(fēng)阻是不會(huì)隨著汽車技術(shù)狀況而改變的（除非改變車身形狀），車輪總成阻力及傳動(dòng)部件阻力就成為影響汽車滑行性能的唯一變量。因此，車輪阻滯力與滑行性能具相關(guān)性，除滑行距離外，車輪阻滯力也是評(píng)價(jià)汽車滑行性能的重要指標(biāo)。

目前，GB 18565-2001《營(yíng)運(yùn)車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》、GB 7258-2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定的汽車各輪阻滯力占所在軸荷百分比不得超過(guò)5%。如同軸左、右均為5%，軸阻滯力將達(dá)所在軸荷的10%；各軸均達(dá)10%，則整車阻滯力將達(dá)整車質(zhì)量的10%。以東風(fēng)EQ1090為例，試驗(yàn)中整車試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)的空載質(zhì)量為3773kg，底盤阻力最大將允許3698N，且是在滾筒反力式制動(dòng)臺(tái)上以2.5km/h時(shí)的測(cè)試允許值。若在額定功率工況約80km/h時(shí)速下，估計(jì)將達(dá)5000N左右，此時(shí)空載運(yùn)行的汽車底盤阻力損耗功率將達(dá)到111.1kW，顯然車輪阻滯率要求過(guò)低，不能滿足控制汽車底盤阻力，以達(dá)到減少燃料消耗量的要求和目的[8]。

根據(jù)試驗(yàn)與其他相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在2.5km/h的滾筒反力式制動(dòng)臺(tái)上檢測(cè)時(shí)，各車輪阻滯力一般應(yīng)在軸荷的2%以下（該阻力是輪胎與滾筒表面的滾動(dòng)阻力與車輪總成、傳動(dòng)部件的正常阻力之和，阻滯力超過(guò)軸荷的2%以上部分即為非正常阻力），這與抽取的2500份綜檢報(bào)告單中的數(shù)據(jù)基本吻合。考慮到車況差異與滾筒反力式制動(dòng)臺(tái)的測(cè)試誤差（目前JJG 906-2009《滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)》允許誤差±3%），建議空載檢測(cè)時(shí)，控制整車車輪阻滯力在整車空載質(zhì)量的5%以下，并以此作為汽車滑行性能的考核指標(biāo)之一。

[1]GB 18565—2001營(yíng)運(yùn)車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[2]GB 7258—2004機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[3]JJG 906—2009滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009.

[4]李丹，錢國(guó)剛.分兩段進(jìn)行滑行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法探討[J].天津汽車，2008（10）：36-39.

[5]顧洪建，李騰騰.混合動(dòng)力客車道路滑行試驗(yàn)研究[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2010（6）：22-27.

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