基于輕型車國六標準和國五標準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準的道路滑行法（簡稱國六滑行法）和基于國五標準的道路滑行法（簡稱國五滑行法）在阻力模型建立、滑行時間計算和試驗結(jié)果修正等方面的差異，并開展了實車驗證。理論和實踐表明，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)的測定方法進行研究;曾海鵬等提出了利用excel工具來計算滑行阻力的工作方法;辛運等對國六滑行法的試驗方法及與國五滑行法的差異進行了比對研究，并設(shè)計了道路行駛阻力處理軟件;張曉龍等對國六車載風速儀滑行法進行了研究;高岳等對風洞法和道路滑行法進行了對比測試。這些研究集中體現(xiàn)在如何驗證國六和國五標準條款的具體內(nèi)容，對滑行阻力模型建立原理和滑行時間計算方法的改變對試驗結(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，使傳動裝置脫離動力機構(gòu)，靠慣性前進。汽車滑行試驗是在汽車滑行過程中測量相關(guān)參數(shù)的試驗，其主要目的是求汽車的行駛阻力。

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

合并同類項可得：

根據(jù)功率定義可得：

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

經(jīng)實例驗證[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時的折線，即可代替實際曲線而不影響測量結(jié)果的準確性，因此，（3）（4）可表示為：

式中，定義為車輛旋轉(zhuǎn)部分的當量慣量。

3 滑行阻力模型比對

國六滑行法等同歐Ⅵ的滑行法，標準GB18352.6-2016附件CC明確國六的滑行阻力按公式（7）計算：

式中：為道路載荷測定開始和結(jié)束時試驗車輛的平均質(zhì)量，kg;Mr為CC.2.5.1定義的轉(zhuǎn)動零部件的等效有效質(zhì)量，可以用試驗或計算的方法確定，也可以根據(jù)車輛的基準質(zhì)量的3%進行估算;在基準速度下，測量得到的往返滑行時間調(diào)和平均值，s;ΔV車速V的速度偏差，km/h;Fj6為國六標準下的滑行阻力，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)，標準GB18352.5-2013附件CH明確國五的功率按公式（8）計算：

對公式（7）進行轉(zhuǎn)換，求得：

式中：為國五標準下的滑行阻力，KN;P為功率，kw;V為試驗車速，m/s;ΔV為與車速V的速度偏差;M為基準質(zhì)量，kg;T為時間，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行換算，求得為：

式中：為國五標準下的滑行阻力，N;ΔV為與車速V的速度偏差，km/h;M為基準質(zhì)量，kg;T為時間，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）中有兩個比例因子，在質(zhì)量比例因子中，因試驗前將車輛加載到基準質(zhì)量，故有，又轉(zhuǎn)動零部件的等效有效質(zhì)量按車輛的基準質(zhì)量的3%估算，有30%t，得≈0.971<1;在時間比例因子中，國五使用往返平均時間的算術(shù)平均值，而國六使用往返平均時間的調(diào)和平均值，根據(jù)數(shù)學原理，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）的正向滑行時間tjaj（i代表第i次滑行試驗）。相反方向進行同樣的試驗，測反向滑用時間tjaj。ΔV取整數(shù)值5km/h，基準速度分別取：130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30和20km/h。

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

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

（3）計算道路載荷。

計算速度Vj時的行駛阻力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為在基準速度Vj下，測量得到的往返滑行時間調(diào)和平均值，s;Δtja、Δtjb分別對應(yīng)于基準速度在方向a和方向b上的滑行時間的算術(shù)平均值，s;mav為平均測試質(zhì)量，kg;mr所有轉(zhuǎn)動部件的等效質(zhì)量可根據(jù)車輛的基準質(zhì)量加上25kg之和的3%進行估算。

根據(jù)各個基準速度計算得到的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f0、一次項f1和二次項f2分別為滑行阻力曲線的常數(shù)項系數(shù)、一次項系數(shù)和二次項系數(shù)。即：

（4）將試驗狀態(tài)測得的道路行駛阻力曲線修正到基準狀態(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、一次項系數(shù)和二次項系數(shù);k0為滾動阻力修正因子;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風阻修正值。

4.2 國五滑行法

（1）首先將試驗車輛加速至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）所需時間t1;在車輛行駛相反方向進行同樣的試驗，所測時間為t2。ΔV取整數(shù)值5km/h，基準速度分別取：120、100、80、60、40和20km/h。

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

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

（3）計算功率P。

計算速度Vj時的行駛阻力功率P。

式中，V為試驗速度;ΔV為與車速V的速度偏差;M為基準質(zhì)量;T為時間。

（4）將試驗狀態(tài)測得的功率修正到基準狀態(tài)下的功率：

式中：RR為速度v時的滾動阻力;R空氣為速度v時的空氣阻力;RT為總運行阻力=RR+R空氣;KR為滾動阻力的溫度修正系數(shù);t為道路試驗時大氣溫度;℃;t0為基準大氣溫度=20℃;ρ為試驗條件下空氣密度;ρ0為基準狀態(tài)（20℃，1000kpa）下空氣密度。

5 實車滑行試驗比對

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、國五滑行法進行試驗，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方法外，在測試車輛的試驗質(zhì)量、往返滑行時間計算方式和校正因子（空氣阻力、滾動阻力、風速、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際。理論與實際證明，國六滑行阻力比國五大，隨著車速提高其差異愈加明顯。

參考文獻：

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