底盘测功机阻力设定对油耗试验的影响

于志鹏，于洋洋



底盘测功机阻力设定对油耗试验的影响

于志鹏，于洋洋

（华晨汽车工程研究院标定开发工程室，辽宁 沈阳 110141）

NEDC循环中，基于试验验证测量轻型车I型排放试验结果时，底盘测功机不同阻力设定的方法对排放、油耗结果有影响。在查表法和滑行法两种不同的阻力设定下，对测功机的阻力设定方法进行理论分析，进行油耗的影响进行了试验研究。试验结果表明，Ⅰ型试验时，利用标准推荐阻力对底盘测功机进行设定时测得的综合油耗比利用实际滑行阻力设定时测得的高。

底盘测功机；阻力设定；油耗

1 前言

随着汽车保有量的增加汽车油耗越来越受车主的关注，汽车排放的水平也和环境保护息息相关，相应而来排放法规的要求也趋于严格，目前国内的排放实验室有许多，相关设备达到了国内国际先进水平。基于目前法规宽松的规范，不同的试验组采用的试验方法不近相同，因此造成的排放及油耗结果差异较大。这其中最大的因素主要由测功机加载的道路模拟系数差异造成，实际上厂家采用的方法与汽车在实际道路上行驶的工况符合程度差别较大。这在很大程度上影响了汽车排放、燃油消耗的试验结果。本文研究的底盘测功机加载系数对油耗进行了研究分析，比较了不同阻力设定的情况下的油耗结果。

2 阻力设定的理论

2.1 底盘测功机加载系数设定

汽车在行驶过程中,会受到轮胎滚动阻力、空气阻力、传动系综合阻力、重力沿坡道分解的阻力及车辆惯性阻力等的影响。车辆在道路上做匀速直线运动时的力的方程式为：

F：发动机输出的力；F：滚动阻力；F：空气阻力；F：传动系阻力；F：坡度阻力；F：车辆惯性阻力（包括：平移质量惯性力和旋转质量惯性力）

2.2 底盘测功机上车辆受力分析

车辆在底盘测功机转毂上行驶时，转毂和驱动轮做相对旋转运动，此时测功机和车辆是相对静止的，汽车的速度此时为零，轮毂面代替路面，由此可以得出车辆在底盘测功机上运动时力的关系方程为：

通过理论分析推倒，汽车在转毂和道路的受力模型是不同的，在测功机转毂上运行时，只能通过转毂系数的加载把车辆在道路上的风阻模拟进测功机中，转毂滚动阻力理论上小于道路轮胎滚阻。当前的加载模拟方法是滑行方法来确定加载系数，即力与速度的关系曲线，这就是转毂加载设定。转毂变频器通过这个系数关系来补偿车辆的受力差异，来模拟车辆在转毂上反应在路面运行的真实状况。

2.3 车轮滚阻

车轮在路面行驶过程中，与路面形成摩擦阻力和由相对运动形成的滚动阻力，轮胎滚阻Fr的数学模型为[1]

：轮胎压力；：作用在轮胎上的力；：车速；：负值系数，：正值系数；、、均为常数。

由(3)可得出，轮胎滚动阻力是一个与速度相关的二次函数构成。

2.4 汽车行驶时的空气阻力

车辆在正常使用的行驶过程中，与空气相对运动摩擦产生的相互作用力叫做空气阻力，主要是压力阻力和摩擦阻力的合力，数学模型为[2]

2.5 车辆的传动系综合阻力

传动系阻力由相对运动存在的机械部件的摩擦引起的机械阻力和硬件油液系统搅动摩擦形成的液力阻力两部分组成，此数学模型为[3-4]

n0：与速度无关的阻力系数；F：阻力的速度影响系数。（传动系内阻力）

2.6 重力沿坡道方向的分力即坡道阻力

车辆在倾斜线路上运行时，需克服由坡道产生的重力分力称为坡道阻力。坡道阻力的数学表达式为[5]

m：车辆质量；g：重力加速度：α'：纵向坡度角。

2.7 车辆惯性阻力

车辆变速行驶时，除克服上述阻力外，还要克服因自身质量运动变化产生的惯性力，其由平移质量惯性力和旋转质量惯性力两部分组成，数学式为：

F：车辆行驶时所受的惯性阻力；m：车辆平移质量；1：驱动轮转动惯量；2：从动轮转动惯量；3：发动机曲轴部件的转动惯量；4：离合器、变速器、二次传动装置等旋转部件的转动惯量；1、2、3和4均为系数。

3 两种阻力设定方法的比较

根据要求，可采用查表法或滑行法对测功机进行阻力进行设定，即标准推荐阻力设定GB18352.5—2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》中，如无相对应的当量惯量，则选用与测试质量大一级的当量惯量对应的系数进行测试，如表1所示：

表1 系数设定值

根据实验情况做出阻力值对比图1，图1中是滑行法和查表法阻力加载系数对应的曲线，在底盘测功机上设定后可模拟车辆速度与阻力的关系。从中可看出车速处于低速段的时候，滑行阻力略大于查表阻力值，随后车速增加至约50km/h至90km/h之间的某一速度值时，滑行阻力会和查表阻力形成交叉点，此时滑行阻力等于查表阻力，在此交点之后，滑行阻力值小于查表阻力。究其原因，推荐阻力值是综合了许多车型及情形给出的平均值，并不能与所有车型滑行阻力相一致，因而在某区间内会与实际滑行方法有交点，否则就失去了制定推荐阻力的意义，并且随着当量惯量的增加，该交叉点从低速点向高速点偏移，这说明了查表法是车辆加载分析方法的一种折中，因此查表法和滑行法阻力一定会有交叉点，否则就偏离了制定查表阻力设定方法的初衷。从图1可发现，高速区的查表阻力比滑行阻力要高，在NEDC循环中，低速段的理论行驶里程是4.052km，而高速的理论行驶里程是6.955km，根据phase1和phase2公里数的差异可推断用查表的方式加载阻力做出的车辆油耗值要比滑行阻力设定所测量的油耗结果可能要偏高一些。

图2 1590当量惯量

图3 1700当量惯量

图4 1810当量惯量

4 两种阻力设定方法对油耗结果的影响

基于试验的验证，统计不同当量惯量的车辆在两种不同的设定下对车辆的油耗结果的影响。

图5

基于图5中试验数据可以分析出，转毂的阻力加载是一元二次函数，阻力随着车速的增加而不断提高，因此两种阻力加载在高速阶段的差别是最大的，如果两种设定在高速阶段的阻力差值大，则会直接反应在车辆的油耗中。由于两种阻力设定方法之间力的差异较小，从而造成在该循环下两种阻力设定对油耗影响不大。

5 结论

5.1 在进行油耗试验时

要尽量使用道路滑行阻力进行设定，来准确的反应车辆的真实油耗水平。

5.2 在使用推荐阻力进行设定时

车速较低时，测功机对车辆施加的查表阻力要低于滑行阻力。车速在50km/h至90km/h之间的某一点，两种方法的阻力值会相同。在车速高于这一点时，测功机对车辆施加的查表阻力要高于滑行阻力。随着当量惯量的增加，阻力相同的交叉点会从50km/h左右向高速点漂移。

5.3 进行轻型车辆I型试验测定油耗时

使用查表法测定的油耗结果比滑行法测定的油耗结果高。

[1] TheEngineeringSocietyforAdvancingMobilityLandSeaAirand Space. StepwiseCoastdownMethodologyforMeasuringTireRollingResistance[S].SAEJ2452,1996.

[2] TheEngineeringSocietyforAdvancingMobilityLandSeaAirand Space. AerodynamicTestingofRoadVehicles-TestingMethodsandProcedures[S].SAEJ2084,1996.

[3] 郁增德,谢军,王传鼎.底盘测功机模拟道路滑行试验[J].汽车技术,1991(6):24-27.

[4] 张学利,何勇.在用汽车传动系阻力的研究[J].公路交通科技, 2001(3):91-93.

[5] 陈文润,王培玲,严峻,等.摩托车底盘测功机动力学原理[J].机械设计,2001(2):22-25.

Effect of resistance setting of chassis dynamometer on fuel consumption test

Yu Zhipeng, Yu Yangyang

（Huachen Automotive Engineering Research Institute calibration development engineering room, Liaoning Shenyang 110141 )

In the NEDC cycle, the results of the different resistance setting of the chassis dynamometer have an impact on the emission and fuel consumption results when the test results are tested to measure the type I emission test results of light vehicles. Under two different resistance setting, the method of resistance setting of dynamometer is analyzed and the influence of oil consumption is studied. The test results show that in type I test, the comprehensive oil consumption measured by the standard recommended resistance to the chassis dynamometer is higher than that of the actual sliding resistance setting.

Chassis Dynamometer;Resistance Setting;Fuel Consumption

B

1671-7988(2018)16-96-03

U467

B

1671-7988(2018)16-96-03

CLC NO.: U467

于志鹏，就职于华晨汽车工程研究院标定开发工程室。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.035