乘用车道路滑行阻力试验影响因素分析

刘可 方超群 费上宝 张旎 向鑫

摘 要：通过研究汽车道路滑行阻力试验方法，可以为降低道路滑行阻力提出改进方向，从而达到降低能耗的目的。本文采用控制单一变量的方法，通过实车道路滑行试验，研究了汽车空调开闭、轮胎磨损度、热车时间和载荷分布等试验影响因素对于滑行阻力试验结果的影响。试验结果表明：汽车空调开启对于燃油车的滑行阻力影响较大，对于纯电动车几乎无影响；轮胎磨损度对于滑行阻力影响较大；热车时间超过20min后再增长时间热车对滑行阻力影响很小；载荷分布对于滑行阻力影响很小。以上研究结果可为车企开展道路滑行阻力试验提供一定的指导意义。

关键词：道路滑行阻力；空调开闭；轮胎磨损度；热车时间；载荷分布

中图分类号：U467.1+1     文献标识码：A     文章编号：1005-2550（2023）02-0008-06

Study on Influence Factors of Road Sliding Resistance Test of Passenger Vehicles

LIU Ke1， FANG Chao-qun2， FEI Shang-bao2 ， Zhang Ni2 ， Xiang xin1

（ 1. National Automobile Quality Inspection and Test Center （Xiangyang）， Xiangyang 441004， Chin; 2. Dongfeng Motor Corporation Technology Center， Wuhan 430056， China）

Abstract： By studying the test method of vehicle road sliding resistance， the improvement direction for reducing road sliding resistance can be proposed， so as to reduce energy consumption. In this paper， the method of controlling a single variable is used to study the influence of the test factors such as the air conditioner on or off， the tire wear degree， the duration of vehicle warm-up and the load distribution on the sliding resistance test results through the real vehicle road sliding test. The test results show that the starting of automobile air conditioner has a great influence on the sliding resistance of fuel vehicles， and has little influence on pure electric vehicles; The tire wear degree has a great influence on the sliding resistance;The duration of vehicle warm-up has little effect on the sliding resistance when it exceeds 20min;  Load distribution has little effect on the sliding resistance. The above research results can provide guidance for vehicle enterprises to carry out road sliding resistance test.

Key Words： Road Sliding Resistance; Air Conditioning On or Off; Tire Wear Degree; Vehicle Warm-Up; Load Distribution

刘   可

毕业于哈尔滨工业大学（威海），交通运输专业，本科学历，现就职于国家汽车质量检验检测中心（襄阳），任整车集成室性能试验主管工程师，主要负责汽车动力经济性试验、耐久可靠性能试验等工作。

前   言

为驱动汽车产业向节能环保方向发展，近年来国家相继出台了五阶段油耗限值标准[1]和新版双积分政策，这使得汽车企业面临非常大的油耗压力。目前工信部及汽车企业测试油耗均在底盘测功机上进行，其前提需要给底盘测功机输入待测汽车的道路滑行阻力系数[2]。因此准确测量和降低道路滑行阻力对于降油耗有着非常重要的意义，其中从优化试验方法层面来降低道路滑行阻力是很多科研机构和主机厂都很关注的。

方茂东[3]的研究成果指出试验条件（道路、风、环境温度和气压）对道路滑行试验结果有明显影响，因此应将道路滑行试验结果修正到标准条件状态。熊福明等[4-7]对轮胎气压、四轮定位、封闭轮毂、整備质量、轮胎宽度、轮胎橡胶材料、地面摩擦系数、路面温度、轮胎花纹、环境温度、前格栅密封与否及轮胎宽度等因素进行了实车验证研究，验证了以上因素对滑行阻力试验的影响。王博文团队[8]研究了不同的数据处理方法对滑行试验精度的影响，其提出积分法处理滑行数据可以获取更高的精度。易金花等[9-12]研究了不同的试验方法（风洞法、滑行法、计算法、查表法）对于滑行结果的影响，验证了风洞法的有效性，同时指出了计算法和查表法与滑行法的结果差异很大。综上所述，以上研究结果主要从试验场地、试验环境条件、试验对象状态、试验方法及试验数据处理方法五个方面对道路滑行试验进行了研究。由于影响汽车道路滑行阻力的因素较多，本文结合长期道路滑行试验的经验，在以上的研究基础上，对道路滑行试验影响因素进行了补充研究，主要包括汽车空调开闭、轮胎磨损度、预热时间及载荷分布对于滑行试验结果的影响。

1    汽车道路滑行试验

1.1   滑行试验理论基础

汽车在空挡滑行的过程中，受到各种与行驶方向相反的作用力，这些力的总和称为滑行阻力。根据汽车滑行时的受力分析，滑行阻力主要包括风阻Ff、滚动阻力Fg、坡道阻力Fi和传动系统内阻Fw。因此滑行阻力Fj可用如下力学方程表示：

根据牛顿第二定律，汽车滑行阻力可以由下式表达：

式中：mv为汽车质量；mr为汽车旋转部件的等效质量；a为汽车滑行时的减速度；vj为基准速度（20，30，40……130）；?tj为汽车从vj+?v减速滑行至vj-?v的时间；一般取?v=5km/h，不影响测量结果的准确性[3]。

由以上方法可以得到不同基准速度对应的滑行阻力，其可表达为Fj=f（vj），一般行业内普遍认为的滑行阻力与速度的数学模型为下式：

根据各个基准速度点对应的滑行阻力Fj按照最小二乘法进行拟合，可以算出A，B，C道路载荷系数。

1.2   实车道路滑行试验方案设计

试验方案选取了3种车型，包括燃油轿车、纯电轿车及燃油SUV。由于实车道路滑行试验是在开放的环境中进行的，比较容易受到干扰，为了确保试验结果的准确性，本文的研究方法主要采用了控制单一变量法，每次试验均需严格控制各项边界条件。汽车滑行试验在满足GB/T12536的前提下，试验边界控制要求如下：

a）试验场地：所有的试验均在同一场地的同一条道路上往返开展，确保试验不受场地影响；

b）试验环境条件：试验环境温度差异控制在±1.5℃以内，试验均选择在夜间几乎无风的时候开展，大气压控制在1kpa以内，试验需规避太阳照射地面和轮胎带来的不确定的影响；

c）试验对象要求：确保每次试验样车状态完全一致，包括四轮定位、车轮总成（轮胎磨损度、轮胎类型、轮辋外观、胎压）、车辆外观、预热时间、空调状态及载荷分布等，试验样车至少行驶3000km以上；

d）试验方法：试验采用固定式风速仪法；

e）试验数据处理方法：完全保持一致。

为保证试验结果的准确性，每个试验影响因素的验证均需至少重复1次，如2次试验结果差异较大，则需再重复进行试验，直到获取准确地试验结果。最终将每次试验结果均校正到基准状态（20℃环境温度、100kpa），再求其平均值，进行对比分析。

2    滑行试验影响因素验证与分析

2.1   空调开启或关闭对滑行阻力的影响

试验选取了车型1（燃油车）和车型2（纯电动车），分别对2台车在空调开启和关闭两种不同状态时进行了道路滑行试验。下表1是2个车型空调开启和关闭状态测试的滑行阻力结果。

从表1可以看出，对于车型1（燃油车），空调开启时滑行阻力方程的二次项系数为0.0256，空调关闭时滑行阻力方程的二次项系数为0.0351，一般认为风阻和滚动阻力与速度的二次方相关[13]，而空调开闭不会影响测试车辆滚动阻力，这说明空调开闭对于燃油车的风阻影响较大。对于车型2（纯电动车），空调开启与关闭时的滑行阻力二次项系数差异很小，说明空调开闭对于纯电动车的风阻影响很小。

空调开闭对于道路滑行阻力的影响在燃油车与纯电动车上的表现差异较大，这主要是由于燃油车机舱与纯电动车机舱结构上有很大差异导致的。燃油车前格栅是通风的，其后部有风扇及空调冷凝器等零件，当空调开启时，燃油车发动机负荷会加大，产生更多的热量，就更容易使得风扇频繁工作，而风扇的旋转会改变从前格栅进入的气流形态，从而导致风阻发生变化。纯电动车由于其前格栅是封闭的，空调开闭与否并不影响风场气流形态，也就不会对其风阻产生影响。

2.2   不同轮胎磨损度对滑行阻力的影响

对同一台车，分别安装两种不同磨损度的轮胎进行了道路滑行试验，其中轮胎1的磨损度为5%，轮胎2的磨损度为20%，两套轮胎均为同一批同品牌同尺寸的新胎经过磨合后制作而成。下表2是两种不同磨损度轮胎的滑行阻力结果。

从表2试验结果数据可以看到，所选取的某车型，其安装20%磨损度的轮胎比5%磨损度的轮胎的滑行阻力平均小6.3%左右。可以得出以下结论：随着轮胎磨损度的增大，整车道路滑行阻力减小。

轮胎磨损度主要影响的是整车滚动阻力，结合轮胎滚动阻力产生的机理[14]，由于轮胎变形时材料的内摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时所做的功不能全部收回，部分转化为热能而消失在大气中，由于20%磨损度轮胎花纹深度比5%磨损度轮胎花纹深度小，因此20%磨损度轮胎在滚动过程中产生的形变较5%磨损度轮胎小，其产生的滚动阻力也就更小。

2.3   热车时间长短对滑行阻力的影响

试验选取了2台车，车型1（燃油车）和车型2（纯电动车），分别进行了20min热车后滑行试验和40min热车后滑行试验。下表3是不同熱车时间的滑行阻力结果。

从表3试验结果数据可以看到，车型1（燃油车）两种热车时间的滑行阻力系数计算的循环能量差异为0.32%，车型2（纯电动车）两种热车时间的滑行阻力系数计算的循环能量差异为0.22%。从试验数据得出，热车20min与热车40min的滑行阻力系数计算的循环能量差异很小。由此可见对于一般轿车，热车超过20min后，整车传动系统阻力已经达到相对稳定状态，不会随着热车时间加长而减小。

2.4   不同载荷分布对滑行阻力的影响

同一台车，分别将配重的沙袋放在前排副驾和后排两种状态进行道路滑行试验，两种状态配重的质量保持一致。试验选取了1台轿车和1台SUV车型进行了验证，下表4是沙袋放前排和沙袋放后排的道路滑行阻力试验结果。

从表4试验数据看到，车型1沙袋放前排的滑行阻力计算的循环能量与沙袋放后排的滑行阻力计算的循环能量差异为0.24%，车型2沙袋放前排的滑行阻力计算的循环能量与沙袋放后排的滑行阻力计算的循环能量差异为0.44%。两个车型，沙袋放前排与沙袋放后排的滑行阻力计算的循环能量差异很小，由此可以得出以下结论：载荷分布对于滑行阻力的影响很小。

理论上，沙袋放前排和沙袋放后排会导致汽车的姿态发生变化，从而会引起汽车的风阻发生变化。而实际上这种变化较小，在以上试验中，车型1和车型2按照不同的方式进行配重沙袋的放置，车辆姿态变化结果如表5所示。

从表5可以看出，载荷分布不同对汽车的姿态影响很小，对滑行阻力的影响很小。这主要是因为国六标准对于测试质量有明确的要求，测试质量为基准质量、选装装备质量及代表性负荷质量之和[2]，一般普通轿车的配载沙袋仅为75kg左右，沙袋放前排或放后排带来的汽车姿态变化很小。

3    总结

本文通过实车试验研究验证了空调开闭、轮胎磨损度、预热时间及载荷分布等因素对于道路滑行阻力的影响，主要试验结论如下：

1）汽车空调开启或关闭对于燃油车的道路滑行阻力影响较大，对于纯电动车的道路滑行阻力几乎无影响，这主要是因为汽车空调开启会影响燃油车风阻，而不会影响纯电动车风阻。

2）汽车轮胎磨损度对道路滑行阻力影响较大，主要由于轮胎磨损度越大，在轮胎滚动过程中轮胎的形变会越小，由此产生的轮胎弹性迟滞较小，带来的能量损失较小。

3）对于普通轿车，热车时间超过20min后，再增长热车时间对道路滑行阻力的影响很小。

4）对于普通轿车，不同的载荷分布对道路滑行阻力影响很小，主要是由于滑行试验要求的配载沙袋质量较小，不同的配载沙袋的放置位置对于整车姿态影响较小。

参考文献：

[1]GB 19578-2021，乘用车燃料消耗量限值.

[2]环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法[S].中国环境出版社，2016.

[3]方茂東.道路行驶阻力的滑行法测量及其在底盘测功机上的设定[J].汽车技术，1996.

[4]熊福明，崔川扬，黄俊.纯电动汽车道路滑行阻力试验影响因素浅析[J].新能源汽车，2020.

[5]邱彬，刘建军，李功清.轻型汽车道路行驶阻力的测量及影响因素分析[J].汽车科技，2008.

[6]方燕华，魏凌云，夏静.道路阻力滑行试验方法对比[J].汽车与驾驶维修，2017.

[7]罗雄，刘易斯.汽车道路滑行阻力的研究[J].汽车科技，2019.

[8]王博文，候永平，周毅，沈春娟.乘用车滑行阻力与传动系阻力的研究[J].汽车科技，2010.

[9]易金花，陈丽霞，严杰.车辆行驶阻力测量风洞法与滑行法对比试验研究[J].汽车技术，2019.

[10]高岳，李珍妮，杨一春，郝剑虹，刘学龙.风洞法测量汽车道路行驶阻力[J].汽车工程学报，2019.

[11]陈石人，王星，马艳飞，杨凡.风洞法和滑行法测量汽车道路行驶阻力的对比[J].汽车文摘，2020.

[12]易金花，严杰，刘廷. 轻型汽车道路载荷测量方法对比试验研究[J].测试试验，2020.

[13]张学利，何勇.汽车动力性检测中的滚动阻力[J].公路交通科技，2000

[14]何锋，杨宁.汽车动力学[M].贵州科技出版社，2003.

专家推荐语

杜玮珂

东风汽车股份有限公司

商品研发院工程验证中心总师  高级工程师

本文通过改变汽车空调开闭状态、轮胎磨损程度、热车时间和载荷分布等车辆条件，进行实车道路滑行试验，研究以上试验条件的变化对整车滑行阻力的影响。论文立题新颖，方法先进，书写规范，条理清晰，层次分明、数据详实、结论准确，在国内相关理论研究和试验验证中，属于创新，在汽车开发验证中具有较强的理论指导意义和实用价值。

本文不仅对传统燃料乘用车作为研究对象，同时对纯电动乘用车做了试验验证和理论分析，对新能源车辆的道路滑行阻力研究提供了数据支撑。