基于国六车载风速仪滑行法的试验研究

张晓龙 张鹏飞 应宇汀

摘 要：传统车载滑行道路法基于固定式风速仪，测量条件是试验环境低风速条件，且对试验环境过程中的风速要求严格，而且风速对试验结果影响极大，会导致数据一致性不稳定;车载风速仪滑行的分析模型理论适用于高低风速环境下，试验过程中实时测量补偿车辆前部风速，对风阻和机械阻力独立分析，因此数据稳定性高。关键词：车载风速仪滑行;车辆滑行;风速修正;航偏角中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：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

美国汽车工程师学会于1996年在固定式风速仪滑行法（SAE J1263）的基础上，发布了车载风速仪滑行法求道路行驶阻力的法规《ROAD LOAD MEASUREMENT USING ONBOARD ANEMOMETRY AND COASDOWN TECHNI -QUES》，该方法结合了测试设备和分析方法的新发展，更加准确地定义了车辆速度区间内的道路载荷，与固定式风速仪滑行法相比，主要变化包括使用了车载风速仪用于直接实时测量和补偿车辆前部的风速条件。根据SAE J2263的介绍，固定式风速仪仍可作为求解车辆载荷的一个选择，但仅适用于在低风速條件下，可见车载式风速仪法在不同的风速条件下能得到更加准确的结果。

联合国欧洲经济委员会（UNECE）于2015年发布了《Draft global technical regulation on Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedures （WLTP）》（ECE/TRANS/WP.29/GRPE/ 2016/3），其中车辆行驶阻力求解的章节，参考了美标SAE J2263的相关法规，介绍了车载风速仪滑行求解车辆行驶阻力，另外也修订了固定式风速仪滑行法，相对于ECE-R83法规，改法规允许进行分段滑行、放宽统计精度（0.03）以及改进了修正方法。

车载风速仪滑行法自美国汽车工程师学会发布SAE J2263以来，美国福特、通用和克莱斯勒均已经采用该方法进行车辆道路载荷测试。从2008年开始，联合国欧洲经济委员会开始着手编写包含车载风速仪滑行发的WLTP排放法规，试验方法和分析模型跟美标SAE J2263保持了高度的一致，但在基准状态的修正方法上有所区别。

道路载荷数据测量及处理直接影响车辆排放、燃油消耗以及电动车的续驶里程的真实性。GB 18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（国六）》^[1]中道路载荷试验引进了车载风速仪滑行法，此前传统的道路载荷试验都是基于固定式风速仪滑行法，此试验方法受环境影响巨大，数据修正都是基于风速风向均匀且定向，因此数据误差及一致性较差;车载风速仪滑行法利用车载风速仪实时补偿车辆前部风速，受环境影响较小，相比于固定式风速仪滑行法具有数据误差小，稳定性好的优点。

1 试验

1.1 道路是满足试验条件的中汽中心盐城试验场性能路

道路总长6300m，最长直线段2403m，道路坡度0.3%，满足国六标准要求的试验道路。

1.2 大气条件

1.2.1 风

试验过程中，总平均风速应小于7m/s，峰值风速应小于10m/s，试验道路横向风速矢量小于4m/s。

1.2.2 温湿度

推荐在大气温度在5℃-40℃范围内都可进行滑行试验，也可在1℃-5℃进行试验。试验期间最高温度和最低温度之间相差5℃，对每次滑行根据实测温度的算术平均值进行修正。

1.3 车辆准备

1.3.1 可选车辆里程数超过3000km的车辆或者选择里程数10000km-80000km之间的车辆。

1.3.2 应在实际道路上应选择磨合大于200km的轮胎，胎纹深度在初始胎纹的100%～80%之间。

1.3.3 车轮前束和外倾角定位至企业规定范围内车辆纵轴上的最大偏差状态;如果企业要求，则按企业要求设置偏差值。

1.3.4 试验车辆的轮胎压力、前轮定位、离地间隙、车身高度、动力传动系统和车轮轴承润滑、制动装置等符合企业规定。

1.4 试验准备

1.4.1 车辆测试质量=基准质量+选装装备质量+代表性负荷质量;计算旋转质量M_r，分别测量试验前后的实际质量。

1.4.2 车辆预热前通过刹车，使车辆在5-10s的时间内稳定地从80km/h减速至20km/h，此后不再对刹车系统调整。

1.4.3 车辆在WLTC测试循环90%V_max行驶至少20分钟达到稳定状态。

1.5 仪器校准

按照ISO 10521-1^[2]中的附件A《Examples of onboard-ane -mometer calibrationprocedure》进行风速和风向角的校准。

车辆表面空气速度与车速大小相同方向相反，实际测试过程中由于车辆阻塞现象导致表面空气相对速度（Va）小于车速V，因此我们需对Va进行修正，得到真正的空气相对速度。关系图如下所示：

1.6 试验数据采集

以5Hz的频率测量记录试验过程中的滑行时间、车速、相对于车速的空气风速速度和方向，还应以最小1Hz的频率对大气温度进行同步测量。

1.7 试验修正系数

由于风速和偏离角的影响，试验前应先确定相对风速和偏离角造成的车辆阻塞的修正因子，预热阶段记录车速V、相对风速Vr、以及偏离角Y。此次试验中双向采集，每次单向以80km/h匀速采集3次500m，得出修正因子。

1.8 试验过程

按照基准速度20km/h，以10km/h的步长增加至最高基准速度130km/h，车辆修正速度为约整（V_max-14km/h）≤130km/h，然后将变速器置空挡，滑行至15km/h。试验过程中以高于最高基准速度10km/h的车速开始滑行试验。

1.9 数据处理

根据实时数据采集出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代表机械阻力系数、a_0、a_1、a₂、a_3、a₄代表空气动力学阻力系数，是偏离角的函数、C_D（θ）是偏离角θ处空气动力学阻力系數、D_areo代表空气阻力、A_f代表迎风面积、V_r相对风速。

1.10 数据筛选

剔除汽车行驶过程中风向偏离车辆行驶方向±20°的数据点，剔除相对风速小于5km/h的数据点。数据分析在基准车速范围内。

车载风速仪统计准则满足收敛条件如下：

ΔF_i（V_j）：道路在和值与剔除第i对数据得到的道路载荷之差;

F（V_j）：道路载荷值;

n：双向滑行试验次数，n≥5。

1.11 数据修正至基准状态

数据修正与固定式风速仪修正一致，根据公式，拟合出f₀、f₁、f₂，根据标准的基准状态校正。

空气阻力校正：

滚动阻力修正：

风速修正阻力：

测试质量修正：

2 结果分析比对

本次车载风速仪试验通过对某SUV车型测试试验，分别得到道路行驶阻力曲线、机械阻力曲线及空气阻力曲线如图3所示。

之前同款车型通过国五^[3]得出数据如图所示：

3 结束语

本文通过对国六车载风速仪滑行法方法进行梳理，相比固定式引入风速测量及修正，且实际测试中车载风速仪基本不受外界环境影响，较大程度的反应车辆的真实性能，且能在试验效率上提高。本文未涉及空气动力学的相关内容，对该领域应进一步研究探讨。

参考文献

[1] GB 18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（国六）.[S].

[2] ISO 10521-1 2006（E）.[S].

[3] GB 18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法（国五）.[S].