基于國六車載風速儀滑行法的試驗研究

張曉龍 張鵬飛 應宇汀

摘 要：傳統車載滑行道路法基于固定式風速儀，測量條件是試驗環境低風速條件，且對試驗環境過程中的風速要求嚴格，而且風速對試驗結果影響極大，會導致數據一致性不穩定;車載風速儀滑行的分析模型理論適用于高低風速環境下，試驗過程中實時測量補償車輛前部風速，對風阻和機械阻力獨立分析，因此數據穩定性高。關鍵詞：車載風速儀滑行;車輛滑行;風速修正;航偏角中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2019）01-88-03

Onboard-anemometer based coastdown Experimental Research

Zhang Xiaolong， Zhang Pengfei， Ying Yuting

（CATARC Automotive Quality Inspection Center （Ningbo） Co.?Ltd， Zhejiang Ningbo 315336）

Abstract：?The traditional Road-load measurement on road is based on a fixed anemometer. The measurement conditions are low wind speed conditions in the test environment， and the wind speed requirements in the test environment are strict， and the wind speed has a great influence on the test results， which leads to unstable data consistency; The analysis model theory of Onboard-anemometer based coastdown， is suitable for high and low wind speed environment. The real-time measurement compensates the front wind speed of the vehicle during the test， and the wind resistance and mechanical resistance are analyzed independently， so the data stability is high.Keywords：?Onboard-anemometer based coastdown; Vehicle taxiing; Wind speed correction; Yaw angleCLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2019）01-88-03

引言

美國汽車工程師學會于1996年在固定式風速儀滑行法（SAE J1263）的基礎上，發布了車載風速儀滑行法求道路行駛阻力的法規《ROAD LOAD MEASUREMENT USING ONBOARD ANEMOMETRY AND COASDOWN TECHNI?-QUES》，該方法結合了測試設備和分析方法的新發展，更加準確地定義了車輛速度區間內的道路載荷，與固定式風速儀滑行法相比，主要變化包括使用了車載風速儀用于直接實時測量和補償車輛前部的風速條件。根據SAE J2263的介紹，固定式風速儀仍可作為求解車輛載荷的一個選擇，但僅適用于在低風速條件下，可見車載式風速儀法在不同的風速條件下能得到更加準確的結果。

聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）于2015年發布了《Draft global technical regulation on Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedures （WLTP）》（ECE/TRANS/WP.29/GRPE/?2016/3），其中車輛行駛阻力求解的章節，參考了美標SAE J2263的相關法規，介紹了車載風速儀滑行求解車輛行駛阻力，另外也修訂了固定式風速儀滑行法，相對于ECE-R83法規，改法規允許進行分段滑行、放寬統計精度（0.03）以及改進了修正方法。

車載風速儀滑行法自美國汽車工程師學會發布SAE J2263以來，美國福特、通用和克萊斯勒均已經采用該方法進行車輛道路載荷測試。從2008年開始，聯合國歐洲經濟委員會開始著手編寫包含車載風速儀滑行發的WLTP排放法規，試驗方法和分析模型跟美標SAE J2263保持了高度的一致，但在基準狀態的修正方法上有所區別。

道路載荷數據測量及處理直接影響車輛排放、燃油消耗以及電動車的續駛里程的真實性。GB 18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（國六）》^[1]中道路載荷試驗引進了車載風速儀滑行法，此前傳統的道路載荷試驗都是基于固定式風速儀滑行法，此試驗方法受環境影響巨大，數據修正都是基于風速風向均勻且定向，因此數據誤差及一致性較差;車載風速儀滑行法利用車載風速儀實時補償車輛前部風速，受環境影響較小，相比于固定式風速儀滑行法具有數據誤差小，穩定性好的優點。

1 試驗

1.1 道路是滿足試驗條件的中汽中心鹽城試驗場性能路

道路總長6300m，最長直線段2403m，道路坡度0.3%，滿足國六標準要求的試驗道路。

1.2 大氣條件

1.2.1 風

試驗過程中，總平均風速應小于7m/s，峰值風速應小于10m/s，試驗道路橫向風速矢量小于4m/s。

1.2.2 溫濕度

推薦在大氣溫度在5℃-40℃范圍內都可進行滑行試驗，也可在1℃-5℃進行試驗。試驗期間最高溫度和最低溫度之間相差5℃，對每次滑行根據實測溫度的算術平均值進行修正。

1.3 車輛準備

1.3.1 可選車輛里程數超過3000km的車輛或者選擇里程數10000km-80000km之間的車輛。

1.3.2 應在實際道路上應選擇磨合大于200km的輪胎，胎紋深度在初始胎紋的100%～80%之間。

1.3.3 車輪前束和外傾角定位至企業規定范圍內車輛縱軸上的最大偏差狀態;如果企業要求，則按企業要求設置偏差值。

1.3.4 試驗車輛的輪胎壓力、前輪定位、離地間隙、車身高度、動力傳動系統和車輪軸承潤滑、制動裝置等符合企業規定。

1.4 試驗準備

1.4.1 車輛測試質量=基準質量+選裝裝備質量+代表性負荷質量;計算旋轉質量M_r，分別測量試驗前后的實際質量。

1.4.2 車輛預熱前通過剎車，使車輛在5-10s的時間內穩定地從80km/h減速至20km/h，此后不再對剎車系統調整。

1.4.3 車輛在WLTC測試循環90%V_max行駛至少20分鐘達到穩定狀態。

1.5 儀器校準

按照ISO 10521-1^[2]中的附件A《Examples of onboard-ane -mometer calibrationprocedure》進行風速和風向角的校準。

車輛表面空氣速度與車速大小相同方向相反，實際測試過程中由于車輛阻塞現象導致表面空氣相對速度（Va）小于車速V，因此我們需對Va進行修正，得到真正的空氣相對速度。關系圖如下所示：

1.6 試驗數據采集

以5Hz的頻率測量記錄試驗過程中的滑行時間、車速、相對于車速的空氣風速速度和方向，還應以最小1Hz的頻率對大氣溫度進行同步測量。

1.7 試驗修正系數

由于風速和偏離角的影響，試驗前應先確定相對風速和偏離角造成的車輛阻塞的修正因子，預熱階段記錄車速V、相對風速Vr、以及偏離角Y。此次試驗中雙向采集，每次單向以80km/h勻速采集3次500m，得出修正因子。

1.8 試驗過程

按照基準速度20km/h，以10km/h的步長增加至最高基準速度130km/h，車輛修正速度為約整（V_max-14km/h）≤130km/h，然后將變速器置空擋，滑行至15km/h。試驗過程中以高于最高基準速度10km/h的車速開始滑行試驗。

1.9 數據處理

根據實時數據采集出Me、（）、V、V_r、ρ，由公式

得出A_m、B_m、C_m、a_0、a_1、a₂、a_3、a₄的值。

上式（1）、（2）、（3）中A_m、B_m、C_m代表機械阻力系數、a_0、a_1、a₂、a_3、a₄代表空氣動力學阻力系數，是偏離角的函數、C_D（θ）是偏離角θ處空氣動力學阻力系數、D_areo代表空氣阻力、A_f代表迎風面積、V_r相對風速。

1.10 數據篩選

剔除汽車行駛過程中風向偏離車輛行駛方向±20°的數據點，剔除相對風速小于5km/h的數據點。數據分析在基準車速范圍內。

車載風速儀統計準則滿足收斂條件如下：

ΔF_i（V_j）：道路在和值與剔除第i對數據得到的道路載荷之差;

F（V_j）：道路載荷值;

n：雙向滑行試驗次數，n≥5。

1.11 數據修正至基準狀態

數據修正與固定式風速儀修正一致，根據公式，擬合出f₀、f₁、f₂，根據標準的基準狀態校正。

空氣阻力校正：

滾動阻力修正：

風速修正阻力：

測試質量修正：

2 結果分析比對

本次車載風速儀試驗通過對某SUV車型測試試驗，分別得到道路行駛阻力曲線、機械阻力曲線及空氣阻力曲線如圖3所示。

之前同款車型通過國五^[3]得出數據如圖所示：

3 結束語

本文通過對國六車載風速儀滑行法方法進行梳理，相比固定式引入風速測量及修正，且實際測試中車載風速儀基本不受外界環境影響，較大程度的反應車輛的真實性能，且能在試驗效率上提高。本文未涉及空氣動力學的相關內容，對該領域應進一步研究探討。

參考文獻

[1] GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法（國六）.[S].

[2] ISO 10521-1 2006（E）.[S].

[3] GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（國五）.[S].