车辆道路滑行法及其数据处理

曾海鹏胡振涛张亚军逯海

（1.机械科学研究院；2.东风汽车工程研究院）

车辆道路滑行法及其数据处理

曾海鹏1胡振涛2张亚军2逯海2

（1.机械科学研究院；2.东风汽车工程研究院）

利用道路滑行能量变化法对测试车辆进行了道路滑行试验，基于采集的试验数据建立了滑行数据处理程序模板。介绍了该模板的主要内容和使用方法，利用该模板可计算出车辆实际滑行阻力曲线及滑行偏差。

1 前言

现行标准GB/T 19233—2008《轻型汽车燃料消耗量试验方法》和GB/T 12545.1—2008《汽车燃料消耗量试验方法第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法》中明确规定，仲裁试验时，应按GB 18352.3—2005中CC.5.1规定确定车辆的行驶阻力，而车辆行驶阻力测量数据的准确性直接影响着排放数据和燃料消耗量的真实性。汽车生产企业为得到真实可靠的排放数据和燃料消耗量，要求新车型在进行开发和认证试验过程中采用道路滑行阻力进行底盘测功机的阻力设定。而掌握车辆行驶阻力测量方法及全面掌控试验数据处理过程，将有助于企业减少开发时间，也有助于检测机构更有效地发挥和利用试车场的有限资源。

2 车辆道路行驶阻力测量

测量车辆道路行驶阻力的方法主要有道路滑行能量变化法（简称道路滑行法）和等速下扭矩测量方法等2种，目前国内外采用较多的是道路滑行法。道路滑行法的目的是测量车辆在道路上等速行驶时的阻力，该阻力经校正后用于在底盘测功机上进行模拟试验。

2.1 试验条件

2.1.1 道路要求

道路应平直且具有足够的长度，坡度必须恒定在±0.1%内。

2.1.2 大气条件

试验时平均风速必须小于3 m/s，最大风速小于5 m/s。此外，试验道路的侧向风速分量必须小于2 m/s，风速应在高出路面0.7 m处测量。试验时空气密度与基准状态（100 kPa，20℃）空气密度相差不能超过±7.5%。

2.1.3 车辆准备和确认

被测试车辆车型为**2033***4，VIN码（车辆识别码）为L*******4AN029641，基准质量为1 755 kg，当量惯量为1 810 kg。被测试车辆处于正常运行状态，并经过3 000 km磨合后进行调整。被测试车辆按照制造厂使用说明书进行了各项目的确认检查。

2.2 试验准备

车辆装上必备的试验仪器后装载至其基准质量。车辆水平调整至载荷的重心位于前排外侧座椅两“R”点的中间，并位于通过这两点的直线上。道路试验时关闭车窗、空调系统、前照灯罩盖以及其它与行驶无关的附属设施，并除去车辆伪装，以减少风阻对车辆的影响。

试验开始前，车辆应以不同速度至少运行30 min以上，并且尽量保证每个挡位按一定时间交替运行，直到车辆水温达到正常。

2.3 道路滑行试验

2.3.1 试验设备和试验场

试验设备采用手持式气象站和整车性能测试系统，试验设备参数见表1。试验场为国家汽车质量监督检验中心（襄阳）汽车试验场。滑行试验的初始车速最高为130 km/h，由于试验场的性能场地直线长度为1 km，不足以让车辆从初速度130 km/h一直滑行到0 km/h，因此车辆进行道路滑行试验时都必须进行分段滑行。

表1 试验设备参数

2.3.2 试验规程

首先将被测试车辆加速到比选定试验车速V高出10 km/h的车速，然后将变速器置于“空挡”位置，测量车辆从V2=V+ΔV减速至V1=V-ΔV（ΔV≤5 km/h）所需时间t1；在车辆行驶相反方向进行同样试验，所测量时间为t2，取t1与t2的平均值。

统计准确度p的定义为：

式中，kt为表2中给定的系数；s=为标准偏差；n为试验次数。

表2 时间系数与试验次数的关联数

按式（2）计算功率P：

式中，V为试验车速；ΔV为与车速V的速度偏差；M为基准质量；T为时间。

在道路上测定的功率P测定应按式（3）校正至基准状态下的功率：

式中，RR为速度V时的滚动阻力；R空气为速度V时的空气阻力；RT=RR+R空气为总运行阻力；KR为滚动阻力的温度校正系数，取8.64×10-3/℃，或经型式核准机关批准过的制造厂给定的校正系数；t大气为道路试验时大气温度；t基准=20℃为基准大气温度；r为试验条件下空气密度；r0为基准状态（100 kPa，20℃）下空气密度。

标准规定RR/RT和R空气/RT应由车辆制造厂根据公司的正常数据来确定，但实际上制造厂无法给出该数据，通常按标准推荐公式计算滚动阻力与总阻力的比值：

式中，a、b为各种速度下的比值系数，由表3给出。

表3 滚动阻力与总运行阻力在不同速度下的比值系数

其中R空气/RT由式（6）并代入式（5）得出：

3 试验数据的处理

为快捷地处理分析道路滑行试验所采集的数据是否能达到标准要求（p≤2%），利用EXCEL编写了一套简单可行的滑行试验数据处理模板，检测员可在试验现场利用该模板在10 min内进行有效数据处理，并做出分析判定。该模板主要包括数据工作表、结果计算工作表、报告工作表、描述工作表以及COASTDOWN执行宏等。数据工作表的主要功能是将道路滑行试验采集的数据导入EXCEL工作簿，并经简单处理后存储以备后期分析计算；结果计算工作表主要功能是进行数据的分析处理，包括车辆基本信息及试验环境条件表、减速时间处理暂存表、修正因子计算表、数据计算结果表和目标阻力系数表等，通过这些表格可以直观地看出被测车辆在道路上所测得数据是否满足标准要求；报告工作表是样车滑行结果的简易报表；描述工作表主要对校正系数K和空气密度的计算进行简要说明。

3.1 数据工作表

数据工作表见表4。工作表中滑行次数设计为15次，滑行往返1次计为1次试验，分为南北方向。表中速度是从125 km/h～0按5 km/h的步长进行数据导入，而一般试验数据采集是按1 km/h的步长，因此在数据导入此表前需要将非5倍数的速度点数据剔除。

3.2 结果计算工作表

3.2.1 被测车辆的基本信息及试验环境条件表

被测车辆的基本信息及试验环境条件表见表5。表5中仅需要输入滑行次数，其它参数和信息从报告工作表中直接引用。

表4 数据工作表

表5 被测车辆的基本信息及试验环境条件

表5中空气密度可由理想气体状态方程求解，因为压强p压强与体积的乘积v与热力学温度T温度之比为一常量R，而常量R就为该气体的气体常数，可以查出R=287.053 J/(kg·K)。

因质量m、密度ρ与体积v的关系为m＝ρv，则可得出：

根据式（7）可计算出1 kg空气在基准状态下的密度ρ基态＝p压强m/T温度/R=100/293.15/287.053×1 000＝1.188 kg/m3；表5中试验条件下的空气密度ρ＝p压强m/T温度/R=100/（273.15+32）/287.053×1 000＝1.142 kg/m3。

表5中控制参数部分是可变的，一般情况下步长均设置为5，做其它研究时可以设置为1，相对应的数据工作表格式要做调整。对于滑行次数则根据实际测量结果进行分析确定，标准中规定最少滑行4次，该表最多可设置为15次。

3.2.2 减速时间处理暂存表

减速时间处理暂存表见表6，是不同速度下每次试验的平均减速时间。表6中数据是通过COAST⁃DOWN执行宏对数据工作表的数据进行处理后得到的。COASTDOWN执行宏每运行1次，表6中的数据会刷新1次，此表的数据只是在此处进行暂时存储以用于后续的其它计算。

表6 减速时间处理暂存表

3.2.3 修正因子计算表

修正因子计算表见表7。表7中的系数a、b由表3给出，K值由式（4）、式（5）及表4中的环境参数计算得出。

表7 修正因子计算表

3.2.4 数据计算结果表

数据计算结果表见表8。计算结果包括平均时间T¯、统计精度、校正时间T¯校正、测量力F测量和校正力F校正、测量功率P测量和校正功率P校正、底盘测功机设定减速时间T设定等。

表8是滑行7次的计算结果。当滑行次数大于9时，平均时间和统计精度的计算数据就会显示在表8中“←”所示的单元格内。因为表7的平均时间和统计精度需要运用IF函数，而EXCEL中IF函数最多只允许7个嵌套，从第4次到第15次共需要12个嵌套，所以平均时间和统计精度各需要2列才能表示清楚。

经多次车辆行驶阻力试验表明，少于6次滑行试验的车辆能够符合标准要求的几乎没有。

3.2.5 目标阻力系数表

目标阻力系数表见表9。测量车辆行驶阻力的最终目的是为底盘测功机提供模拟数据。底盘测功机一般有3种模拟方式：直接输入校正后的力、直接输入校正后的减速时间和输入校正后力的二次曲线方程的系数，通常的方式是输入校正后力的二次曲线方程的系数，即目标阻力系数。表9中F0、F1和F2分别表示二次曲线的常数项、一次项和二次项。

表8 数据计算结果表

表9 目标阻力系数表

3.3 报告工作表

报告工作表主要是方便企业和检测员更直观地得到样车的信息及滑行结果，主要分为样车基本信息及环境条件、车辆行驶阻力结果（原始数据）和车辆行驶阻力结果（校正至转毂基准状态）等三部分内容。

3.3.1 样车基本信息及环境条件

样车基本信息及试验环境条件见表10。

表10 样车基本信息及环境条件

3.3.2 车辆行驶阻力结果（原始数据）

车辆行驶阻力结果（原始数据）是校正前最原始的车辆滑行结果，包含试验时大气压力、温度、相应速度下的阻力和功率以及阻力二次曲线的常数项及二次项系数等，见表11。

3.3.3 车辆行驶阻力结果（校正至转毂基准状态）

车辆行驶阻力结果（校正至转毂基准状态）是校正后的车辆滑行结果，包含试验时大气压力、温度、相应速度下的阻力和功率、阻力二次曲线图及其常数项和二次项系数，见表12。

表11 车辆行驶阻力结果（原始数据）

表12 车辆行驶阻力结果（校正至转毂基准状态）

4 结束语

道路滑行法测量车辆的道路行驶阻力要做到统一测试标准、统一测试规范和统一检测条件，这样数据的一致性和精确性才能得到有效保障。试验证明，滑行试验数据处理模板能够方便快捷处理道路滑行数据，为企业、检测员和检测机构节省大量的时间和空间，该模板也能为其它车辆的道路滑行试验和数据处理提供指导。

1 国家环境保护总局.GB 18352.3—2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）.北京：中国环境科学出版社，2005.

2 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会.GB/T 19233—2008轻型汽车燃料消耗量试验方法.北京：中国标准出版社，2008.

3 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会.GB/T 12545.1—2008.汽车燃料消耗量试验方法第一部分：乘用车燃料消耗量试验方法.北京：中国标准出版社，2009.

4 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会.GB/T 27840—2011重型商用车燃料消耗量测量方法.北京：中国标准出版社，2012.

（责任编辑文 楫）

修改稿收到日期为2015年1月16日。

Vehicle Road Coasting Energy Variation Method and Data Processing Template

Zeng Haipeng1,Hu Zhentao2,Zhang Yajun2,Lu Hai2
（1.China Academy of Machinery Science&Technology;2.DFAC Automotive Engineering Institute）

Road coasting test is made to test vehicle with the road coasting energy variation method,and coasting data processing template is established with the acquired test data.Main content and use method of this template are introduced,vehicle real coasting resistance curve and coasting error can be calculated with this template.

Vehicle,Road coasting energy,Coasting energy variation method,Data processing

车辆 道路滑行阻力 滑行能量变化法 数据处理

U467.1+1

A

1000-3703（2015）03-0036-06