功率平衡法測試汽車的滾動阻力系數(shù).doc

功率平衡法測試汽車的滾動阻力系數(shù)*周鋒尹權(quán)許愛民姚凡周小舒摘要分析了用滑行試驗(yàn)等方法測試汽車滾動阻力系數(shù)存在的問題；論述了功率平衡法測試汽車滾動阻力系數(shù)的原理， 并提供了用功率平衡法測試汽車行駛工況滾動阻力系數(shù)f值的實(shí)例.關(guān)鍵詞汽車； 滾動阻力系數(shù)； 測試； 功率平衡法中圖資料分類號U 461.1DETERMINATION OF ROLLING RESISTANCE COEFFICIENT OF AUTOMOBILES BY POWER BALANCE METHODZhou FengYin XiquanXu AiminYao XifanZhou Xiaoxu(College of Traffic and Communication, South China Univ. of Tech., Guangzhou510640)AbstractThis paper deals with the trouble and principle to determine, by power balancing method, the rolling resistance coefficients of running automobiles in sliding test, together with an illustrative determination of rolling resistance coefficient of running automobiles. Key wordsautomobile; rolling resistance coefficient; test; power balance method汽車滾動阻力系數(shù)f值的大小，標(biāo)志著汽車行駛中滾動阻力的大小.汽車行駛中的滾動阻力，對汽車燃油消耗和輪胎使用壽命關(guān)系極大，甚至對汽車其他使用性能也有較大影響.汽車裝用充氣輪胎，其滾動阻力系數(shù)f值的大小受諸多因素影響.影響較大的因素有：輪胎結(jié)構(gòu)與類型、胎內(nèi)充氣壓力、車輪工況(從動工況或驅(qū)動工況)、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、汽車行走系統(tǒng)以及路面材質(zhì)、路面粗糙度和汽車行駛速度等.本文介紹一種測試汽車按要求車速(可任意設(shè)定汽車能達(dá)到的某一車速)行駛在給定路面上的滾動阻力系數(shù)f值的方法，即功率平衡法.此法可按研究要求路況和車速來測試車輛不同技術(shù)狀況時的滾動阻力系數(shù)f值.其測試在行駛工況下進(jìn)行，影響因素可排除，測試結(jié)果真實(shí)，測試精度高，而且操作方便，測試費(fèi)用少.一般汽車行業(yè)的工程技術(shù)人員均能采用功率平衡法對各地區(qū)選擇測試路段進(jìn)行汽車滾動阻力系數(shù)f值的測定(該方法已向中華人民共和國專利局申報發(fā)明專利，申請?zhí)枺?8118255.0).1傳統(tǒng)方法測試汽車滾動阻力系數(shù)存在的問題對汽車滾動阻力系數(shù)的研究受到測試方法的制約.至今，使用的傳統(tǒng)汽車滾動阻力系數(shù)測試方法有牽引法和滑行法.這兩種方法均是在未能測試汽車真實(shí)行駛工況的滾動阻力系數(shù)時而采用的不準(zhǔn)確的近似方法.(1)滑行法測試滑行法測試汽車的滾動阻力系數(shù)時，被測試車輛靠慣性從某一初速度開始滑行直至停止?fàn)顟B(tài)，滑行時所有車輪均處于從動工況，這與車輛自行驅(qū)動行駛工況有著根本的區(qū)別.同時，車輛滑行過程中影響因素較多，且車速是從被認(rèn)定的某一初速度至車速為零這一區(qū)間變化的.對于較高車速時的滾動阻力系數(shù)，用滑行法根本無法測定.顯然，滑行法測試汽車的滾動阻力系數(shù)是一種極不準(zhǔn)確的方法.(2)牽引法測試牽引法測試汽車的滾動阻力系數(shù)時，因被測車輛處于被牽引工況，此時驅(qū)動車輪也處于從動工況，這與車輛自行驅(qū)動行駛的工況也有著根本的區(qū)別.同時，空氣阻力的影響無法消除，且不可能以任一要求的車速進(jìn)行牽引測試.牽引法測汽車滾動阻力系數(shù)也是一種極不準(zhǔn)確的方法.2功率平衡法測試汽車滾動阻力系數(shù)2.1功率平衡法的原理由汽車?yán)碚摽芍?，汽車行駛時的功率平衡方程式為Pd=Pf+Pw+Pi+Pj(1)式中Pd汽車行駛時，驅(qū)動車輪的輸出功率，kW;Pf汽車行駛時，滾動阻力的消耗功率，kW；Pw汽車行駛時，空氣阻力的消耗功率，kW；Pi汽車行駛時，路面坡度阻力的消耗功率，kW；Pj汽車行駛時，加速阻力的消耗功率，kW.當(dāng)汽車在試驗(yàn)路段上穩(wěn)定勻速行駛時，式(1)中的加速阻力的消耗功率為零，即Pj=0，代入式(1)得勻速穩(wěn)定工況的功率平衡方程式Pd=Pf+Pw+Pi(2)式中Pf=Gacosfva/3600，(kW)(3)式中：Ga為汽車總重力，N；為試驗(yàn)路段的路面坡度，()；va為汽車測試時的穩(wěn)定勻速車速值，km/h.汽車行駛功率平衡法測試汽車滾動阻力系數(shù)f值，就是依據(jù)式(2)的原理進(jìn)行的，即汽車勻速穩(wěn)定行駛工況驅(qū)動車輪的輸出功率Pd是滾動阻力的消耗功率、空氣阻力的消耗功率與行駛路面坡度阻力的消耗功率之和.2.2功率平衡法測試汽車滾動阻力系數(shù)f值時的操作式(2)中Pd項(xiàng)可由采樣工況測得，為已知數(shù).其余3項(xiàng)必須在測試操作過程中利用兩次工況測試得方程組后，在解方程組時將相同項(xiàng)從方程中消除而算得.具體做法是兩次改變汽車總重力Ga值，在同一試驗(yàn)路面上以同一車速va同向行駛測試.改變Ga值即Ga值不同時，兩次測試均在同一試驗(yàn)路段路面上同向行駛，是為了使每次的空氣阻力值受自然風(fēng)的干擾較小，風(fēng)向風(fēng)力不變，va值相同，即兩次的Pw值相等.為簡化計(jì)算還應(yīng)在選取試驗(yàn)路段時，選取路面坡度為零即水平路面為好，此時Pi=0，有方程組(5)因?yàn)镻w1=Pw2=Pw，Pi1=Pi2=0，解方程組()有Pd1-Pd2=Pf1+Pf2(6)將式(3)代入式(6)得Pd1-Pd2=Ga1cosfva/3600-Ga2cosfva/3600有f=3600(Pd1-Pd2)/(Ga1-Ga2)cosva(7)式中Pd1、Pd2分別為兩測試工況驅(qū)動車輪的輸出功率值，kW；Ga1、Ga2分別為兩測試工況汽車的總重力，N；測試路段的坡度角，()；va兩測試工況車輛在同一路段同向行駛的穩(wěn)定車速值，km/h.注：式(7)中=0，cos=1.3用功率平衡法測試汽車滾動阻力系數(shù)f值的實(shí)例(1)車況.金杯牌SY6480A面包車；前輪裝用185SR14子午線胎，后輪裝用185R14C輪胎；前輪胎內(nèi)充氣壓力p左1=p右1=0.26MPa，后輪胎內(nèi)充氣壓力p左1=p右2=0.31MPa；裝卸砂袋使兩測試工況汽車總重力改變，分別為Ga1=23740N，Ga2=18933N.(2)試驗(yàn)日期.1998年9月(3)試驗(yàn)路段.試驗(yàn)路段選在廣東省江門市郊027省道，里程碑034039路段.采樣路段在036037里程碑1km路段上，該路段為平直良好水泥路面，坡度=0().(4)試驗(yàn)時天晴，自然風(fēng)，很微弱.(5) 測試兩工況勻速穩(wěn)定車速va=81 km/h. (6) 測得兩工況驅(qū)動車輪輸出功率值分別為： Pd1=13.093 kW， Pd2=11.192 kW. (7) 將采樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)各值代入式(7)， 得該試驗(yàn)車況在該試驗(yàn)路面以81 km/h的車速行駛時的滾動阻力系數(shù)值為4結(jié)論對汽車滾動阻力系數(shù)的研究是人們一直關(guān)注的課題， 傳統(tǒng)的測試汽車滾動阻力系數(shù)的牽引法和滑行法均不能對車輛真實(shí)行駛工況進(jìn)行測試. 功率平衡法可以很方便地根據(jù)研究工作的方案， 對各種工況下汽車滾動阻力系數(shù)f值進(jìn)行測試. 測試實(shí)例表明， 功率平衡法測試汽車滾動阻力系數(shù)原理有據(jù)， 操作容易， 影響因素易排除， 測試精度高， 是一種實(shí)用、 方便的汽車滾動阻力系數(shù)測試方法. *中華人民共和國專利局專利申請?zhí)枺?98118255.0作者簡介：周鋒， 男， 1945年生， 副教授； 主要研究方向： 汽車設(shè)計(jì)和車輛性能測試. 作者單位：周鋒(華南理工大學(xué)交通學(xué)院廣州510640)尹權(quán)許愛民 廣東省江門市