基于重复性的汽车滑行试验方法研究

2023-01-31 02:12熊万全汪胜华黄渝童王尚礼

汽车实用技术 2023年1期

熊万全，汪胜华，徐磊，黄渝童，王尚礼

（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122）

环境问题日益突出，中国郑重承诺双碳目标，有关法规要求愈加严格[1-3]，各行业开展双碳研究，汽车的节能减排是双碳目标的重要工作，滑行试验道路载荷[2]测定为汽车排放和油耗测试的基础。汽车滑行道路载荷的减小对汽车整车动力经济性能优化有重要意义，所以对滑行试验的研究至关重要，滑行试验数据的重复性是最重要的环节。

GB 18352.5—2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）（下文简称国五）要求滑行试验至少往返各进行 4次，对于重复性的要求指标统计准确度P≤2%[1]。GB 18352.6—2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）（下文简称国六）要求滑行试验至少有往返3次的数据，数据重复性符合统计精度Pj≤0.03[2]。GB/T 27840—2021重型商用车辆燃料消耗量测量方法要求滑行试验次数不少于 4次，试验数据的统计准确度P在30km/h～70km/h的速度范围内不应大于4%，在其他速度点不应大于5%[3]。GB/T 12536—2017汽车滑行试验方法要求滑行试验至少往返各进行3次，初速度为50 km/h时的同方向的滑行距离S的差异不应超过5%[4]。曾海鹏等人开展了车辆道路滑行法及其数据处理研究，为了保证测试精度，试验数据符合统计准确度P≤2%，建议应开展不少于6次滑行试验[5]。韩宗奇研究用滑行试验法测定汽车空气阻力系数，强调需要进行多次重复试验，剔除明显不合适的数据（某数值与相邻的两数平均值相比，若超过 2倍或者小于50%），每次往返试验的数据要取都取，要舍都舍，有效试验至少要包含5个往返数据[6]。辛运等基于轻型车国六标准的道路滑行阻力试验，从 8次试验中，选取其中 5组试验数据，使统计精度Pj≤0.03[7]。张富兴等对汽车滑行做了大量研究得出结论，在充分热车的情况下，轻型汽车通常需要进行6～15次滑行试验才能满足统计准确度P≤2%的要求[8]。对重型汽车滑行试验方法的研究中发现，重型汽车的滑行试验即使在不少于 8次的情况下，其统计准确度也很难小于2%，对于总质量更大的重型车，要保证统计准确度，难度进一步加大[9]。

汽车滑行试验为排放、油耗测试提供阻力依据，各汽车厂家都在想办法减小阻力以节能减排。公告认证试验时，汽车厂家都力争获得滑行阻力较小的曲线和系数[10]。

在实际工作中，一般需要做 8～10组数据，有时需要更多组数据，并从中筛选，才能满足统计准确度P≤2%的要求，工作量很大[8-9,11]，为了减少数据处理工作量，赫圣杰等开发软件实现了自动筛选。

同一辆车不同时段的测试数据差别较大，相对标准偏差（Relative Standard Deviation, RSD）大于5%，可信度较低，这给检测人员带来了困扰。检测结果具有较高的重复性是最基本、最重要的要求。

综上，笔者在有关研究的基础上，针对滑行试验的重复性进行系统研究，提出一种高效、普适性高、试验初速度要求更严格、重复性更好、试验数据处理效率更高的热车方法和试验方法。笔者开展了电动倒三轮、乘用车、特种车的试验验证，试验结果能满足有关法规[1-4]要求。现以乘用车为例，从试验条件、热车、试验和数据处理等进行说明和论证。

1 研究对象、仪器设备、道路

1.1 研究对象及参数

研究对象有关参数如表1所示。

表1 研究对象及参数

1.2 试验设备

试验设备信息如表2所示。

表2 试验设备

1.3 试验道路

试验道路状况如表3、图1和图2所示。

表3 试验道路

图1 中国汽研大足试验基地直线性能道

图2 道路面状况（无遮挡物、清洁、干燥）

2 试验过程及结果分析

2.1 试验条件确认与准备

1.车辆状态及条件确认

记录车辆标识码（Vehicle Identification Number, VIN）检测确认轮胎型号、轮胎花纹深度、胎压、试验质量、道路平直、道路干燥、道路清洁、环境风速、环境温度、车辆状态、走合里程、车辆干净、车辆门窗舱门关闭、空调关闭、卫星数量等是否符合标准及技术文件的要求[2,12,13]。为了保证试验质量，要求同一车道上只有一辆车试验，相邻车道不允许有车辆试验。让滑行试验经验丰富的人员进行热车和试验。

从表1、表3、表4可知，满足标准和技术文件要求，有关测试检查如图2—图8所示。

图8 VBOX显示9个卫星

表4 环境参数

图3 走合里程确认

图4 胎压确认

图5 质量及轮荷测量

图6 风速仪

图7 数显温湿度表

2.热车方法

以车速20 km/h～40 km/h、低负荷沿直线道路行驶一周，行驶距离约为 6 km；连续行驶 30分钟，期间每一个行驶方向应含有急加速到最高车速的90%、以最高车速的 90%行驶、挡位的变化、减速、轻制动和中制动等工况。热车期间，为保证试验数据的重复性，车辆需持续行驶，并关注相关技术状态及参数。与此同时还需选择加速和制动参考物，进行滑行试验所需的滑行道路应尽量重合等。

2.2 试验

热车后应立即进行试验，急加速让初速度达到比基准车速高13 km/h～15 km/h时，随即挂上空挡，直至车辆滑行到 0，用 VOBX测试记录车速、距离、时间等参数[9,13]。测试8次（车辆往返一次为一次测试实验），滑行的道路重合≥90%，连续试验，尽量保持初速度相近。

2.3 试验数据及分析

1.环境参数，试验数据确认

从表4可知，试验后的环境参数满足要求。

根据经验，要求滑行试验时间算数平均值不能出现 4个连续增加的数据。如果符合要求，则进行数据处理；如果不符合要求，表明走合里程不够或者热车不充分，需重新注入燃油至整备质量状态，重新热车和试验。从表 5可知，试验时间总值没连续增加，符合要求。

表5 滑行试验时间

2.试验数据评估

规定车速步长为10 km/h，确定与基准车速的速度偏差Δv[1]为5 km/h[2]，对每一个基准速度的8个数据，计算RSD，从表6可知，除了车速范围90 km/h→80 km/h的RSD较大外，其余数据均小于2%。其中，车速20 km/h→10 km/h、10 km/h→0 km/h的RSD较大，标准对15 km/h→0 km/h没有要求。

表6 滑行试验时间的相对标准偏差

3.试验数据处理

数据处理时常有异常数据，大多数情况下，某次试验数据只有某一段异常，很多数据可以用。为了保证样本数，对于RSD的评估，至少有6个样本，考虑到试验成本、重复性要求，确定测试8组数，以RSD最小为目标，剔除2个数据。对车速范围90 km/h→80 km/h的8个数据，从表7可知，剔除1个数据后，RSD从2.41%减小到2.12%；在此数据基础上，再剔除 1个数据后，RSD从2.12%减小到1.62%。