基于轻型车国六标准和国五标准下的道路滑行阻力比对研究

杨国安　吴鹏　王威

摘 要：阐述了乘用车道路滑行的工作原理，比较了基于轻型车国六标准的道路滑行法（简称国六滑行法）和基于国五标准的道路滑行法（简称国五滑行法）在阻力模型建立、滑行时间计算和试验结果修正等方面的差异，并开展了实车验证。理论和实践表明，国六滑行法比国五滑行法阻力大。

关键词：滑行阻力 国五 国六 比对

1 引言

道路滑行阻力是通过滑行计算所得的车辆道路载荷。目前，道路滑行法可以选择国六滑行法或国五滑行法，前者是基于GB18352.6-2016附件CC规定所测试的车辆行驶阻力，后者是基于GB18352.5-2013附件CH规定所测试的车辆行驶阻力。国内外学者对国六和国五滑行法研究较多，李国栋等对汽车滑行阻力系数的测定方法进行研究;曾海鹏等提出了利用excel工具来计算滑行阻力的工作方法;辛运等对国六滑行法的试验方法及与国五滑行法的差异进行了比对研究，并设计了道路行驶阻力处理软件;张晓龙等对国六车载风速仪滑行法进行了研究;高岳等对风洞法和道路滑行法进行了对比测试。这些研究集中体现在如何验证国六和国五标准条款的具体内容，对滑行阻力模型建立原理和滑行时间计算方法的改变对试验结果的影响并未开展分析。本文从道路滑行法基本原理着手，对上述内容进行比对研究。

2 道路滑行法基本原理

滑行是指汽车直线行驶时，使传动装置脱离动力机构，靠惯性前进。汽车滑行试验是在汽车滑行过程中测量相关参数的试验，其主要目的是求汽车的行驶阻力。

根据能量守恒原理，汽车滑行试验时，车速从v+ΔV减速到v-ΔV的机械能增量ΔE等于各阻力（矩）所作的功-Δw，即：

合并同类项可得：

根据功率定义可得：

式中：瞬时功率;瞬时行驶阻力;RM试验时汽车质量;汽车旋转部分的转动惯量;r车轮滚动半径;Δt汽车从车速v+ΔV减速滑行到v-ΔV的时间，其所对应的车速变化为2ΔV。

经实例验证[4]，若取ΔV=5km/h则误差约为0.5km/h;若取ΔV=10km/h，则误差约为1km/h。一般取ΔV=5km/h时的折线，即可代替实际曲线而不影响测量结果的准确性，因此，（3）（4）可表示为：

式中，定义为车辆旋转部分的当量惯量。

3 滑行阻力模型比对

国六滑行法等同欧Ⅵ的滑行法，标准GB18352.6-2016附件CC明确国六的滑行阻力按公式（7）计算：

式中：为道路载荷测定开始和结束时试验车辆的平均质量，kg;Mr为CC.2.5.1定义的转动零部件的等效有效质量，可以用试验或计算的方法确定，也可以根据车辆的基准质量的3%进行估算;在基准速度下，測量得到的往返滑行时间调和平均值，s;ΔV车速V的速度偏差，km/h;Fj6为国六标准下的滑行阻力，N。

国一至国五阶段法规等同采用欧Ⅰ至欧Ⅴ阶段法规，标准GB18352.5-2013附件CH明确国五的功率按公式（8）计算：

对公式（7）进行转换，求得：

式中：为国五标准下的滑行阻力，KN;P为功率，kw;V为试验车速，m/s;ΔV为与车速V的速度偏差;M为基准质量，kg;T为时间，s。

对公式（9）国五阶段的滑行阻力按公式（7）国六阶段的滑行阻力的单位进行换算，求得为：

式中：为国五标准下的滑行阻力，N;ΔV为与车速V的速度偏差，km/h;M为基准质量，kg;T为时间，s。

比较式（7）和式（6）可知，滑行阻力考虑了旋转质量惯性力Mr的影响;比较式（10）和式（6）可知，滑行阻力没有考虑旋转质量惯性力Mr的影响。

比较国五和国六阶段的滑行阻力：

式（11）中有两个比例因子，在质量比例因子中，因试验前将车辆加载到基准质量，故有，又转动零部件的等效有效质量按车辆的基准质量的3%估算，有30%t，得≈0.971<1;在时间比例因子中，国五使用往返平均时间的算术平均值，而国六使用往返平均时间的调和平均值，根据数学原理，算术平均值大于等于调和平均值，故≤1。因此，<1，同一台车，在同样的试验条件下，国六的滑行阻力比国五的滑行阻力大。

4 滑行方法比对

国一至国五阶段，排放和油耗试验都是使用NEDC工况，其滑行阻力是基于GB18352.5-2013附件CH规定所确定车辆的行驶阻力;从国六开始，其排放和油耗试验使用WLTC工况，其滑行阻力是基于GB18352.6-2016中CC规定所确定车辆的行驶阻力。

4.1 国六滑行法

（1）将试验车辆加速至140km/h，然后将变速器置于“空挡”位置，测量车辆速度从Vj+ΔV滑行到Vj-ΔV（ΔV≤5km/h）的正向滑行时间tjaj（i代表第i次滑行试验）。相反方向进行同样的试验，测反向滑用时间tjaj。ΔV取整数值5km/h，基准速度分别取：130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30和20km/h。

（2）重复上述试验，直到Vj的滑行平均时间满足统计精度pj的要求。

式中：pj为基准速度Vj下测量结果的统计精度;n为测量的组数;σj为标准偏差;h为系数，在标准中查表可得;Δtj基准速度Vj的算术平均滑行时间，s。σj、Δtj的具体计算公式参照GB 18352.6-2016中的CC.4.3.1.4.2。

（3）计算道路载荷。

计算速度Vj时的行驶阻力Fj，得到F-V道路行驶阻力曲线，利用最小二乘法得到系数f0、f1、f2。

式中：Δtj为在基准速度Vj下，测量得到的往返滑行时间调和平均值，s;Δtja、Δtjb分别对应于基准速度在方向a和方向b上的滑行时间的算术平均值，s;mav为平均测试质量，kg;mr所有转动部件的等效质量可根据车辆的基准质量加上25kg之和的3%进行估算。

根据各个基准速度计算得到的Fj按照最小二乘法可以拟合与速度相关的二次函数，其常数项f0、一次项f1和二次项f2分别为滑行阻力曲线的常数项系数、一次项系数和二次项系数。即：

（4）将试验状态测得的道路行驶阻力曲线修正到基准状态。

式中：为修正后的道路载荷;f0、f1、f2为道路载荷的常数项、一次项系数和二次项系数;k0为滚动阻力修正因子;k1为测试质量修正因子;k2空气阻力修正因子;T为环境大气温度的算术平均值;v为车速;w1风阻修正值。

4.2 国五滑行法

（1）首先将试验车辆加速至130km/h，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≤5km/h）所需时间t1;在车辆行驶相反方向进行同样的试验，所测时间为t2。ΔV取整数值5km/h，基准速度分别取：120、100、80、60、40和20km/h。

（2）重复上述试验，直到V的滑行平均时间满足统计精度p的要求。

式中：k1為系数，在标准中查表可得;n为试验次数;为第i次往返减速时间的平均值;s为标准偏差。S和的具体计算公式参照GB 18352.5-2015中的CF.5.1.1.2.6。

（3）计算功率P。

计算速度Vj时的行驶阻力功率P。

式中，V为试验速度;ΔV为与车速V的速度偏差;M为基准质量;T为时间。

（4）将试验状态测得的功率修正到基准状态下的功率：

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为总运行阻力=RR+R空气;KR为滚动阻力的温度修正系数;t为道路试验时大气温度;℃;t0为基准大气温度=20℃;ρ为试验条件下空气密度;ρ0为基准状态（20℃，1000kpa）下空气密度。

5 实车滑行试验比对

选择某款车型MT和CVT各1辆，车辆基本参数信息见表1。车辆磨合完成后，对MT车、CVT车分别按国六、国五滑行法进行试验，求得的滑行系数见表2，滑行曲线见图1和图2。由滑行曲线可知，同一辆车在相同的试验条件下，国六滑行阻力大于国五滑行阻力，与公式（11）分析所得的结论一致。

6 结语

与国五滑行法相比，国六滑行法除了改变试验方法外，在测试车辆的试验质量、往返滑行时间计算方式和校正因子（空气阻力、滚动阻力、风速、测试质量）等方面均有所改变，其边界条件更合理和更接近实际。理论与实际证明，国六滑行阻力比国五大，随着车速提高其差异愈加明显。

参考文献：

[1]轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）：GB 18352.5-2013[S]. 北京：中国环境科学出版社出版，2014.

[2]轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）：GB 18352.6-2016[S]. 北京：中国环境科学出版社出版，2017.

[3]余志生.汽车理论[M]（第5版）.北京：机械工业出版社，2009.3（2010.1重印）

[4]方茂东.道路行驶阻力的滑行法测量及其在底盘测功机上的设定.汽车工程[J]，1996年（第1卷）第2期.

[5]李国栋，王兆甲.汽车滑行阻力系数的测定方法研究.测试试验.2015年第10期。

[6]曾海鹏，胡振涛，张亚军，逯海.车辆道路滑行法及其数据处理[J].汽车技术，2015年第3期.

[7]辛运，罗泽敏，黄鹏等.基于轻型车国六标准的道路滑行阻力试验[J].汽车仿真与测试，2018年第3期.

[8]张晓龙，张鹏飞，应宇汀，基于国六车载风速滑行法的试验研究[J].测试与试验，2019年第1期.

[9]高岳，李珍妮，杨一春等，风洞法测量汽车道路行驶阻力[J].汽车工程学报，第9卷第1期.