基于國(guó)六車載風(fēng)速儀滑行法的試驗(yàn)研究

張曉龍 張鵬飛 應(yīng)宇汀

摘 要：傳統(tǒng)車載滑行道路法基于固定式風(fēng)速儀，測(cè)量條件是試驗(yàn)環(huán)境低風(fēng)速條件，且對(duì)試驗(yàn)環(huán)境過程中的風(fēng)速要求嚴(yán)格，而且風(fēng)速對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響極大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)一致性不穩(wěn)定;車載風(fēng)速儀滑行的分析模型理論適用于高低風(fēng)速環(huán)境下，試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)測(cè)量補(bǔ)償車輛前部風(fēng)速，對(duì)風(fēng)阻和機(jī)械阻力獨(dú)立分析，因此數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高。關(guān)鍵詞：車載風(fēng)速儀滑行;車輛滑行;風(fēng)速修正;航偏角中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：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

美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)于1996年在固定式風(fēng)速儀滑行法（SAE J1263）的基礎(chǔ)上，發(fā)布了車載風(fēng)速儀滑行法求道路行駛阻力的法規(guī)《ROAD LOAD MEASUREMENT USING ONBOARD ANEMOMETRY AND COASDOWN TECHNI?-QUES》，該方法結(jié)合了測(cè)試設(shè)備和分析方法的新發(fā)展，更加準(zhǔn)確地定義了車輛速度區(qū)間內(nèi)的道路載荷，與固定式風(fēng)速儀滑行法相比，主要變化包括使用了車載風(fēng)速儀用于直接實(shí)時(shí)測(cè)量和補(bǔ)償車輛前部的風(fēng)速條件。根據(jù)SAE J2263的介紹，固定式風(fēng)速儀仍可作為求解車輛載荷的一個(gè)選擇，但僅適用于在低風(fēng)速條件下，可見車載式風(fēng)速儀法在不同的風(fēng)速條件下能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE）于2015年發(fā)布了《Draft global technical regulation on Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedures （WLTP）》（ECE/TRANS/WP.29/GRPE/?2016/3），其中車輛行駛阻力求解的章節(jié)，參考了美標(biāo)SAE J2263的相關(guān)法規(guī)，介紹了車載風(fēng)速儀滑行求解車輛行駛阻力，另外也修訂了固定式風(fēng)速儀滑行法，相對(duì)于ECE-R83法規(guī)，改法規(guī)允許進(jìn)行分段滑行、放寬統(tǒng)計(jì)精度（0.03）以及改進(jìn)了修正方法。

車載風(fēng)速儀滑行法自美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)發(fā)布SAE J2263以來，美國(guó)福特、通用和克萊斯勒均已經(jīng)采用該方法進(jìn)行車輛道路載荷測(cè)試。從2008年開始，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)開始著手編寫包含車載風(fēng)速儀滑行發(fā)的WLTP排放法規(guī)，試驗(yàn)方法和分析模型跟美標(biāo)SAE J2263保持了高度的一致，但在基準(zhǔn)狀態(tài)的修正方法上有所區(qū)別。

道路載荷數(shù)據(jù)測(cè)量及處理直接影響車輛排放、燃油消耗以及電動(dòng)車的續(xù)駛里程的真實(shí)性。GB 18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（國(guó)六）》^[1]中道路載荷試驗(yàn)引進(jìn)了車載風(fēng)速儀滑行法，此前傳統(tǒng)的道路載荷試驗(yàn)都是基于固定式風(fēng)速儀滑行法，此試驗(yàn)方法受環(huán)境影響巨大，數(shù)據(jù)修正都是基于風(fēng)速風(fēng)向均勻且定向，因此數(shù)據(jù)誤差及一致性較差;車載風(fēng)速儀滑行法利用車載風(fēng)速儀實(shí)時(shí)補(bǔ)償車輛前部風(fēng)速，受環(huán)境影響較小，相比于固定式風(fēng)速儀滑行法具有數(shù)據(jù)誤差小，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

1 試驗(yàn)

1.1 道路是滿足試驗(yàn)條件的中汽中心鹽城試驗(yàn)場(chǎng)性能路

道路總長(zhǎng)6300m，最長(zhǎng)直線段2403m，道路坡度0.3%，滿足國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)道路。

1.2 大氣條件

1.2.1 風(fēng)

試驗(yàn)過程中，總平均風(fēng)速應(yīng)小于7m/s，峰值風(fēng)速應(yīng)小于10m/s，試驗(yàn)道路橫向風(fēng)速矢量小于4m/s。

1.2.2 溫濕度

推薦在大氣溫度在5℃-40℃范圍內(nèi)都可進(jìn)行滑行試驗(yàn)，也可在1℃-5℃進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)期間最高溫度和最低溫度之間相差5℃，對(duì)每次滑行根據(jù)實(shí)測(cè)溫度的算術(shù)平均值進(jìn)行修正。

1.3 車輛準(zhǔn)備

1.3.1 可選車輛里程數(shù)超過3000km的車輛或者選擇里程數(shù)10000km-80000km之間的車輛。

1.3.2 應(yīng)在實(shí)際道路上應(yīng)選擇磨合大于200km的輪胎，胎紋深度在初始胎紋的100%～80%之間。

1.3.3 車輪前束和外傾角定位至企業(yè)規(guī)定范圍內(nèi)車輛縱軸上的最大偏差狀態(tài);如果企業(yè)要求，則按企業(yè)要求設(shè)置偏差值。

1.3.4 試驗(yàn)車輛的輪胎壓力、前輪定位、離地間隙、車身高度、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和車輪軸承潤(rùn)滑、制動(dòng)裝置等符合企業(yè)規(guī)定。

1.4 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.4.1 車輛測(cè)試質(zhì)量=基準(zhǔn)質(zhì)量+選裝裝備質(zhì)量+代表性負(fù)荷質(zhì)量;計(jì)算旋轉(zhuǎn)質(zhì)量M_r，分別測(cè)量試驗(yàn)前后的實(shí)際質(zhì)量。

1.4.2 車輛預(yù)熱前通過剎車，使車輛在5-10s的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地從80km/h減速至20km/h，此后不再對(duì)剎車系統(tǒng)調(diào)整。

1.4.3 車輛在WLTC測(cè)試循環(huán)90%V_max行駛至少20分鐘達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

1.5 儀器校準(zhǔn)

按照ISO 10521-1^[2]中的附件A《Examples of onboard-ane -mometer calibrationprocedure》進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)向角的校準(zhǔn)。

車輛表面空氣速度與車速大小相同方向相反，實(shí)際測(cè)試過程中由于車輛阻塞現(xiàn)象導(dǎo)致表面空氣相對(duì)速度（Va）小于車速V，因此我們需對(duì)Va進(jìn)行修正，得到真正的空氣相對(duì)速度。關(guān)系圖如下所示：

1.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

以5Hz的頻率測(cè)量記錄試驗(yàn)過程中的滑行時(shí)間、車速、相對(duì)于車速的空氣風(fēng)速速度和方向，還應(yīng)以最小1Hz的頻率對(duì)大氣溫度進(jìn)行同步測(cè)量。

1.7 試驗(yàn)修正系數(shù)

由于風(fēng)速和偏離角的影響，試驗(yàn)前應(yīng)先確定相對(duì)風(fēng)速和偏離角造成的車輛阻塞的修正因子，預(yù)熱階段記錄車速V、相對(duì)風(fēng)速Vr、以及偏離角Y。此次試驗(yàn)中雙向采集，每次單向以80km/h勻速采集3次500m，得出修正因子。

1.8 試驗(yàn)過程

按照基準(zhǔn)速度20km/h，以10km/h的步長(zhǎng)增加至最高基準(zhǔn)速度130km/h，車輛修正速度為約整（V_max-14km/h）≤130km/h，然后將變速器置空擋，滑行至15km/h。試驗(yàn)過程中以高于最高基準(zhǔn)速度10km/h的車速開始滑行試驗(yàn)。

1.9 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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代表機(jī)械阻力系數(shù)、a_0、a_1、a₂、a_3、a₄代表空氣動(dòng)力學(xué)阻力系數(shù)，是偏離角的函數(shù)、C_D（θ）是偏離角θ處空氣動(dòng)力學(xué)阻力系數(shù)、D_areo代表空氣阻力、A_f代表迎風(fēng)面積、V_r相對(duì)風(fēng)速。

1.10 數(shù)據(jù)篩選

剔除汽車行駛過程中風(fēng)向偏離車輛行駛方向±20°的數(shù)據(jù)點(diǎn)，剔除相對(duì)風(fēng)速小于5km/h的數(shù)據(jù)點(diǎn)。數(shù)據(jù)分析在基準(zhǔn)車速范圍內(nèi)。

車載風(fēng)速儀統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則滿足收斂條件如下：

ΔF_i（V_j）：道路在和值與剔除第i對(duì)數(shù)據(jù)得到的道路載荷之差;

F（V_j）：道路載荷值;

n：雙向滑行試驗(yàn)次數(shù)，n≥5。

1.11 數(shù)據(jù)修正至基準(zhǔn)狀態(tài)

數(shù)據(jù)修正與固定式風(fēng)速儀修正一致，根據(jù)公式，擬合出f₀、f₁、f₂，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)狀態(tài)校正。

空氣阻力校正：

滾動(dòng)阻力修正：

風(fēng)速修正阻力：

測(cè)試質(zhì)量修正：

2 結(jié)果分析比對(duì)

本次車載風(fēng)速儀試驗(yàn)通過對(duì)某SUV車型測(cè)試試驗(yàn)，分別得到道路行駛阻力曲線、機(jī)械阻力曲線及空氣阻力曲線如圖3所示。

之前同款車型通過國(guó)五^[3]得出數(shù)據(jù)如圖所示：

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)國(guó)六車載風(fēng)速儀滑行法方法進(jìn)行梳理，相比固定式引入風(fēng)速測(cè)量及修正，且實(shí)際測(cè)試中車載風(fēng)速儀基本不受外界環(huán)境影響，較大程度的反應(yīng)車輛的真實(shí)性能，且能在試驗(yàn)效率上提高。本文未涉及空氣動(dòng)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)該領(lǐng)域應(yīng)進(jìn)一步研究探討。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（國(guó)六）.[S].

[2] ISO 10521-1 2006（E）.[S].

[3] GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（國(guó)五）.[S].