不同預處理方法的風洞法測量車輛道路行駛阻力研究
2024-01-01 00:00:00張書鳴陳建均譚文林龍海生席椿富周碧
汽車與新動力 2024年3期
關鍵詞：風洞法；道路行駛阻力；滑行法；循環能量
0 前言
車輛道路行駛阻力作為新能源汽車最重要的指標之一，一直受到各大主機廠的關注。我國最新實施的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）》標準中提出了一種新的汽車行駛阻力測量方法——風洞法［1］，相比傳統的道路阻力滑行法，風洞法的測試可以在實驗室內進行，不受外界環境約束和影響，測試的可重復性好、準確率高［2］。但在實際風洞法試驗中，部分車輛存在需進行制動后才可進入空檔，隨后立刻滑行的情況，汽車有可能存在發生制動后卡鉗回位不及時，摩擦片仍與制動盤接觸產生摩擦力，從而對車輪形成一定的阻滯力矩［3-4］，這可能導致試驗結果與實際情況有所偏差。在GB 18352.6—2016 的附件CC. 4.2.4.1.1中也提到，在剎車預熱試驗后，不應該對車輛的制動系統再進一步的人工調整。
本文選取需進行制動才可進入空檔和無需制動就可進入空檔的2 款樣車作為測試對象，在風洞法測試中改變滾動阻力測量的預處理過程，以便減少人為操作，從而讓卡鉗有充分的回位時間。對比研究了2 種預處理方法的試驗結果，為后續試驗方法修正及標準執行的修訂提供技術依據。
1 試驗方案
1. 1 試驗準備
為了對比不同車輛制動后行駛阻力的變化，選取樣車A（需進行制動才可進入空檔）和樣車B（無需進行制動可進入空檔）進行風洞法道路行駛阻力測量。
2款試驗車里程數均超過3 000 km，滿足標準要求，調整胎壓至下限值。對車輛進行配載稱重，調整至試驗所需測試質量，記錄4 個輪胎的輪眉高度，樣車基本參數見表1［5］。
1. 2 滑行法
滑行法主要參照GB 18352.6—2016附件CC中固定式風速儀法道路滑行試驗的測試要求，對樣車A 和樣車B 進行道路行駛阻力測量。實際滑行環境下測得的2 款樣車道路行駛阻力試驗結果見表2。
1. 3 現有風洞法測試方法
現有風洞法測試由空氣阻力測量和滾動阻力測量組成，按照標準GB 18352.6—2016 附件CC.3.2 和CC.6.4.1 條款要求進行試驗，結果見表3。
根據空氣阻力、滾動阻力即可計算出基準速度下的道路行駛阻力Fj，計算公式為：
Fj = FDj + FAj （1）
式中：FDj 為滾動阻力，單位N；FAj 為空氣阻力，單位N。
1. 4 新的試驗方法
鑒于進行制動后一定時間內車輛容易產生制動拖滯力，會對滾動阻力的測量產生偏差，而且在GB 18352.6—2016 附件CC. 4.2.4.1.1 中也提到在剎車預熱試驗后，不應該對車輛的制動系統進行進一步的人工調整。因此，為了減少制動拖滯力對滾動阻力測量結果的影響，本文提出新的風洞法預處理方法，讓制動卡鉗有充足的回位時間，以最大限度地減小制動拖滯力［5］。新的試驗方法為：
（1） 將環境艙溫度設置為20 ℃恒溫，將轉轂的等效慣量設置為車輛的測試質量，將已經測量出來的空氣阻力項系數輸入到轉轂中，具體輸入參數見表4。
（2） 按照常規道路滑行試驗預熱方法在底盤測功機上對車輛進行預熱至少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，在控制電腦上調出車輛滑行模式，由轉轂帶動車輛加速到比最高基準速度至少高出10 km/h（即達到140 km/h）后開始滑行。
（4） 數據處理過程仍參照標準GB 18352.6—2016中的處理方法對車輛滾動阻力進行計算。
通過車輛自由減速和轉轂帶動車輛加速，借此操作可以不再對車輛進行制動操作，同時給車輛制動卡鉗充足的回位時間，減少了制動拖滯力對滑行結果的影響。新的試驗方法并不影響對空氣阻力的測量，所以空氣阻力仍使用之前的測試數據，然后根據空氣阻力和滾動阻力即可計算出基準速度下的道路行駛阻力。新方法的風洞法行駛阻力計算結果見表5。
2 試驗分析
2. 1 樣車A
2. 1. 1 行駛阻力分析
分別采用風洞法和道路滑行法獲得的試驗樣車A 的道路行駛阻力如圖1 所示。以道路滑行法所測得的行駛阻力結果作為參照基準值，計算風洞法與道路滑行法測試結果的相對偏差，結果如圖2所示。
從圖1 可以看出，在各個基準速度點上，對于試驗樣車A，使用原有標準預處理方法測得的道路行駛阻力與實際道路滑行法測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；新方法與實際道路滑行法測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，對于試驗樣車A，使用原有標準中預處理方法測試結果與滑行法測試結果的最大偏差為5.90%，最小偏差為0.27%，平均偏差為0.19%；新方法測試結果與滑行法測試結果的最大偏差為5.80%，最小偏差為1.54%，平均偏差為4.06%。
由上述結果可知，現有方法的測試結果與滑行法測試結果基本一致，新方法所測得的行駛阻力雖趨勢與滑行法一致，但小于滑行法所得測試結果，且存在較大偏差。由新方法的預處理方法確實可以減少制動拖滯力的影響，測試結果更為準確。
2. 1. 2 循環能量差分析
根據GB 18352.6—2016 的規定，風洞法與道路滑行法之間的循環能量差需在±5% 以內，才能證明所使用的試驗方法的測量結果有效。循環能量差的計算公式為：
式中：εk 為車輛基于全球統一輕型車輛測試循環（WLTC）的風洞法與道路滑行法試驗中測得的循環能量差，單位% ；Ek，WTM 為車輛采用風洞法獲得的基于WLTC 的道路循環能量，單位J；Ek，c 為車輛采用道路滑行法獲得的基于WLTC的道路循環能量，單位J。
以WLTC 進行測試，對樣車A 在2 種試驗方法下的循環能量進行了計算，結果見表6。由表6 可以看出，樣車A 的循環能量差均在標準要求的5%范圍內，說明2 種預處理方法都能滿足標準要求。
2. 2 樣車B
2. 2. 1 行駛阻力結果分析
分別采用風洞法和道路滑行法獲得的試驗樣車B的道路行駛阻力如圖3 所示。以道路滑行法測得的行駛阻力結果作為參照基準值，計算風洞法與道路滑行法的測試結果相對偏差，結果如圖4 所示。
從圖3 可以看出，在各個基準速度點上，對于試驗樣車B，使用原有標準中預處理方法測得的道路行駛阻力與實際道路滑行法測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；新方法測得的道路行駛阻力與實際道路滑行法測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，對于試驗樣車B，現有方法測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%。
由上述結果可知，現有方法和新方法所測得的行駛阻力與滑行法測試結果基本一致，這也驗證了2 種預處理方法下風洞法測量結果的準確性。
2. 2. 2循環能量差分析
以WLTC進行測試，采用2 種試驗方法對樣車B 的循環能量進行了計算，結果見表7。由表7 可以看出，樣車B 車的循環能量差均在標準要求的5%范圍內，說明2 種預處理方法都能滿足標準要求。
對比2 輛樣車，發現樣車A 在現有方法下的循環能量差為-1.090%，新方法下的循環能量差為-2.744%，而樣車B 車在現有方法下的循環能量差為-0.542%，新方法下的循環能量差為0.357%。A 車在2 種方法下的能量差存在較大差距，雖然均符合標準要求，但是新方法確實可以減少制動拖滯力的影響，測試結果更為準確。
3 結語
本文選取需進行制動才可進入空檔和無需制動就可進入空檔的2 輛樣車進行對比驗證，通過對GB 18352.6—2016 中提出的風洞法測量道路行駛阻力的方法進行預處理改進，以轉轂帶動車輛加速的方式，給予制動卡鉗充足的回位時間，以達成減少制動拖滯力影響的目的，同時與滑行法測量結果進行了對比分析。
試驗結果表明，2 款試驗樣車采用的2 種預處理測試方法獲得的道路行駛阻力與道路滑行法之間的循環能量差均滿足標準規定的±5% 以內的要求，但樣車A 采用新方法測得的道路行駛阻力總體偏小，并且與滑行法偏差較大，說明該方法確實可以達到減小制動拖滯力影響的目的，由此可得到更貼合車輛原本狀態的試驗數據，說明該方法對能耗相關的數據測試具有較好的借鑒意義。
目前，市面上需制動才可進入空檔的車輛并不多見，整體試驗范本偏小，因此后續需對多種車型進行進一步研究，以期得到更為準確的數據和結論。
