正確選用汽車工況油耗(排放)試驗中的道路阻力

1、正確選用汽車工況油耗（排放）試驗中的道路阻力CorrectSelectionoftheRoadResistanceinVehicleFuelConsumption(Emissions)TestFangLuyao(ShanghaiVolkswagenAutomobileCo.,Ltd，Shanghai200240，China)：Inthefuelconsumption(emissions)test，theroadresistanceneedstobesetonthedynamometer.Basedontheprinciplesofroadloadsimulationonthedynamomet

2、er，thepapersummarizedthecommonlyusedmethodsforroadloadsimulationsettingsandrecommendedthemethodsaccordingtodifferentobjectivesofthetest.Keywords：vehicleexhaustsemission；fuelconsumption；chassisdynamometer；roadloadsimulation；settingofdynamometer轉(zhuǎn)鼓試驗設(shè)備作為整車臺架試驗的基本設(shè)備正越來越受到各汽車生產(chǎn)廠和車輛檢測機構(gòu)的廣泛應(yīng)用。目前轉(zhuǎn)鼓試驗設(shè)備被大量用于

3、汽車的工況法排放和油耗測試。在試驗中，轉(zhuǎn)鼓設(shè)備主要為被測車輛提供道路模擬阻力，即用轉(zhuǎn)鼓的阻力替代車輛的道路行駛阻力。由于車輛的道路阻力的設(shè)置可以有多種選擇，如實際道路阻力、標準道路阻力、試驗標準推薦阻力等，這就需要試驗人員根據(jù)不同的試驗?zāi)繕藢D(zhuǎn)鼓阻力設(shè)置做出正確的選擇。本文將對如何正確地選用油耗（排放）試驗中轉(zhuǎn)鼓的阻力進行簡要探討，希望能給相關(guān)人員帶來一些啟發(fā)和幫助。1 公式符號及說明為便于理解，對本文公式中將要用到的專用名詞及符號進行標注說明。油耗（排放）試驗：指輕型汽車污染物排放限值及測量方法GB18325.3-2005中的I型試驗2。阻力：本文中所提及的“阻力”均指車輛或轉(zhuǎn)鼓等速運行時的

4、阻力,且是關(guān)于速度的函數(shù)。標準阻力：對某車型若干車輛的阻力經(jīng)過統(tǒng)計計算得到的平均阻力。實際阻力：指通過試驗檢測得到的某一輛車的實際阻力。轉(zhuǎn)鼓匹配試驗：指通過轉(zhuǎn)鼓特定的滑行試驗使車輛在轉(zhuǎn)鼓上所受阻力與設(shè)定的阻力相同。車輛損失試驗：指通過轉(zhuǎn)鼓特定的程序，測量車輛在轉(zhuǎn)鼓上運行時的摩擦阻力。：車輛的道路阻力,一般為二次函數(shù)。：標準道路阻力，指某車型車輛在道路上行駛時的標準。：實際道路阻力，指某一車輛在道路上行駛時實際的。：車輛在道路上行駛時的空氣阻力（風阻）。包含輪胎與地面之間以及相關(guān)傳動系統(tǒng)中（包含車輪軸承、驅(qū)動軸萬向節(jié)、變速器輸出端等）的摩擦阻力。：某車型車輛在道路上行駛時的標準。：某一車輛在道路

5、上行駛時的實際。：試驗車在轉(zhuǎn)鼓上運行時所受到的總阻力。：轉(zhuǎn)鼓加載的阻力，一般為二次函數(shù)。：試驗車采用在轉(zhuǎn)鼓上滑行匹配（）得到的特定的。：試驗車采用在轉(zhuǎn)鼓上滑行匹配（）得到的特定的。：與相對應(yīng)，某車型轉(zhuǎn)鼓試驗時的標準，。：由試驗標準提供的某車型（根據(jù)汽車重量劃分）轉(zhuǎn)鼓試驗時標準。：車輛在轉(zhuǎn)鼓上運行時的摩擦阻力，該摩擦阻力包含車輛在轉(zhuǎn)鼓上運行時輪胎與轉(zhuǎn)鼓之間以及相關(guān)車輛傳動系統(tǒng)中的摩擦阻力。：某車型在轉(zhuǎn)鼓上運行時的標準。：某車輛在轉(zhuǎn)鼓上運行時實際的。說明：在轉(zhuǎn)鼓上設(shè)置道路阻力時還會涉及到汽車質(zhì)量的模擬，由于質(zhì)量的模擬相對較為簡單，本文中將不作探討。2 轉(zhuǎn)鼓設(shè)備道路阻力模擬原理簡介2.1 車輛的道路

6、阻力車輛道路行駛阻力（通過滑行試驗測得）可分為兩部分。（ 1）車輛在道路上行駛時的風阻。2）車輛在道路上行駛時輪胎與地面之間以及車輛內(nèi)部的摩擦阻力。這樣，車輛在道路上的行駛阻力可表示為。對某車型而言不變，則實際道路阻力，標準道路阻力。2.2 車輛的轉(zhuǎn)鼓阻力車輛在轉(zhuǎn)鼓上運行時所受的阻力包含兩部分。（ 1）測功電機在轉(zhuǎn)鼓上加載的阻力。（ 2）車輛在轉(zhuǎn)鼓上運行時輪胎與轉(zhuǎn)鼓之間以及車輛內(nèi)部的摩擦阻力。即車輛在轉(zhuǎn)鼓上所受阻力可表示為。2.3 車輛道路阻力的轉(zhuǎn)鼓模擬用轉(zhuǎn)鼓模擬汽車的道路阻力實際上是通過控制轉(zhuǎn)鼓的加載阻力，使車輛在轉(zhuǎn)鼓上得到阻力與汽車在道路上行駛的阻力相同，即（1）為了便于理解，圖1中繪出了

7、、和之間的關(guān)系1，其中和可通過車輛在轉(zhuǎn)鼓上的滑行匹配試驗或車輛損失試驗獲得。由于對于特定的車輛而言，其是固定的，因此轉(zhuǎn)鼓總阻力的改變都是通過轉(zhuǎn)鼓加載阻力的改變（即通過控制轉(zhuǎn)鼓的輸出力）來實現(xiàn)的。3 道路模擬阻力在轉(zhuǎn)鼓上的常用設(shè)置方法從上面的原理分析可知，對轉(zhuǎn)鼓道路阻力的設(shè)置實際上就是對轉(zhuǎn)鼓加載阻力的設(shè)置，在進行油耗（排放）試驗時，一般采用、中的一種轉(zhuǎn)鼓加載阻力對轉(zhuǎn)鼓設(shè)備進行設(shè)置。3.1 實際道路阻力法2采用設(shè)置進行試驗該參數(shù)是由在轉(zhuǎn)鼓上滑行匹配得到的，即代入式（1）可得（2）此時，即車輛在轉(zhuǎn)鼓上得到的阻力為該車在道路上行駛的實際阻力。該設(shè)置方法是排放測試標準中的首選。試驗時，首先必須對車輛進行

8、道路滑行試驗，得到該車實際的道路阻力后才能進行后續(xù)的排放及油耗檢測。由于進行實車道路滑行試驗受到場地、氣候、時間、經(jīng)費等條件的限制，很難做到對每輛試驗車都進行實車道路滑行試驗。使用該設(shè)置進行試驗得到的試驗結(jié)果與該試驗車在道路上的相應(yīng)結(jié)果符合性最佳，但由于操作性較差，一般檢測單位都不輕易使用。3.2 標準道路阻力法采用設(shè)置進行試驗該參數(shù)是由在轉(zhuǎn)鼓上滑行匹配得到的，即代入式（1）可得（3）此時，即試驗中車輛在轉(zhuǎn)鼓上行駛時的阻力為該車型車輛在道路上行駛的標準阻力。試驗車型的標準道路阻力應(yīng)由汽車生產(chǎn)廠家提供，指具有統(tǒng)計意義的該車型的平均道路阻力。使用該設(shè)置進行試驗，消除了的個體差異，得到的油耗（排放）

9、試驗結(jié)果與該車型的標準結(jié)果基本相同（由于無法消除發(fā)動機的個體差異，因而試驗結(jié)果與標準結(jié)果之間會有少許偏差）。3.3 標準轉(zhuǎn)鼓加載法采用設(shè)置進行試驗為試驗車型的轉(zhuǎn)鼓標準加載阻力，此時代入（1）式可得（4）由于，代入（4）式可得（5）對于同一車型中的車輛，其和的差別主要來自于不同車輛傳動系統(tǒng)中摩擦阻力的差別。當采用四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓設(shè)備時，由于車輛在轉(zhuǎn)鼓上和路面上行駛時參與運行的部件完全相同，即，代入（5）式得，即車輛在轉(zhuǎn)鼓上的總阻力與實際的道路阻力相同。因此，在此設(shè)置下得到的油耗（排放）試驗結(jié)果與車輛在實際道路上的結(jié)果相一致。當采用兩驅(qū)（單軸）轉(zhuǎn)鼓設(shè)備時，雖然車輛在轉(zhuǎn)鼓上和路面上行駛時參與運行的部件有所差

10、別（轉(zhuǎn)鼓試驗時非驅(qū)動輪靜止），但一般來說非驅(qū)動輪摩擦阻力的實際值與標準值的差別（僅為非驅(qū)動輪軸承摩擦力的實際值與標準值的差別）在中所占比例較小，可以認為，代入（5）式得，即車輛在轉(zhuǎn)鼓上的總阻力與實際的道路阻力相近。因此，此狀態(tài)下得到的油耗（排放）試驗結(jié)果與車輛在實際道路上的結(jié)果相近。3.4 查表轉(zhuǎn)鼓加載法2采用設(shè)置進行試驗是標準（GB18352.3,附件CR表CB.1）2提供的按車輛基準質(zhì)量分組的轉(zhuǎn)鼓標準加載阻力，此時,代入（1）式可得（6）對處在同一質(zhì)量段的車型而言是定值，但會隨車輛的個體差異而有所變化，因而也會隨車輛的個體差異而有所變化。使用該設(shè)置進行試驗時得到的排放（油耗）試驗結(jié)果取決于

11、該車型的與的差別,當兩者基本相同時得到的結(jié)果與該車型的實際結(jié)果較為接近,但當兩者偏差較大時得到的結(jié)果與該車型的實際結(jié)果（尤其其中的油耗試驗結(jié)果）偏差較大。當然不同車輛（包括發(fā)動機）的個體差異也會在試驗結(jié)果中得到體現(xiàn)。3.5 不同道路阻力設(shè)置方法中的主要參數(shù)與差異根據(jù)上面的分析，表1中列出了常用道路阻力設(shè)置方法的主要參數(shù)及來源等相關(guān)描述，從中可以清楚地看到不同設(shè)置方法的特點與差異。油耗（排放）試驗中道路模擬阻力的選用4.1 油耗（排放）試驗的分類根據(jù)試驗?zāi)繕说牟煌?，可將油耗（排放）試驗分成以下兩類?.1.1 針對車型目標的試驗進行此類試驗時，試驗者并不真正關(guān)心試驗車的實際結(jié)果而更關(guān)心該車型的標

12、準結(jié)果。此類試驗如車型鑒定試驗、車型的環(huán)保申報、發(fā)動機軟件的匹配等。進行此類試驗時轉(zhuǎn)鼓的道路阻力設(shè)置應(yīng)最大限度地消除不同車輛的個體差異，此時一般應(yīng)采用標準道路阻力法進行試驗。4.1.2 針對特定車輛的試驗進行此類試驗時，試驗者希望得到特定車輛的實際結(jié)果或不同車輛的個體差異。此類試驗如對試驗結(jié)果精度要求較高的司法鑒定試驗、汽車的質(zhì)量抽查、生產(chǎn)一致性檢查等。進行此類試驗時轉(zhuǎn)鼓的道路阻力設(shè)置應(yīng)最大限度地體現(xiàn)不同車輛的個體差異，試驗時選用實際道路阻力法或標準轉(zhuǎn)鼓加載法能很好地滿足這一要求。4.2 道路模擬阻力的正確選用根據(jù)上文對不同試驗?zāi)繕撕娃D(zhuǎn)鼓阻力設(shè)置方法的分析，表2中列出了與不同試驗類型相對應(yīng)的道

13、路阻力設(shè)置方法以及試驗工作特點。（ 選用不同道路阻力的試驗驗證為了說明問題，我們選擇了同一車型的兩輛試驗車用不同的轉(zhuǎn)鼓設(shè)置方法進行工況油耗試驗。5.1 道路阻力參數(shù)試驗車的道路阻力和轉(zhuǎn)鼓加載阻力等相關(guān)參數(shù)見表3。5.2 試驗結(jié)果試驗車的工況法綜合油耗試驗結(jié)果見表4。5.3 試驗結(jié)果分析當采用實際道路阻力法進行試驗時，試驗車的油耗結(jié)果會隨實際道路阻力的不同而有所差異，從上面的數(shù)據(jù)表中可知，2號試驗車的明顯大于1號車，因而其油耗結(jié)果也較1號車大。采用標準道路阻力法進行試驗時，即油耗結(jié)果應(yīng)該與該車型此特性在上面的試驗結(jié)果表中得到了充分驗證。當采用標準轉(zhuǎn)鼓加載法進行試驗時，（單軸轉(zhuǎn)鼓設(shè)備）。試驗結(jié)果表

14、明，兩輛試驗車的油耗結(jié)果與實際結(jié)果非常相近，這與上面的推論完全相符。用查表轉(zhuǎn)鼓加載法試驗時，從上面表中數(shù)據(jù)計算可得1號車；2號車，與表中兩輛車的和比對可知，兩輛試驗車的與和均有較大差別，因此得到的結(jié)果與實際油耗和標準油耗都有較大差距。不過，兩輛試驗車由于不同引起的油耗結(jié)果差別在試驗結(jié)果中得到了體現(xiàn)。（ 道路模擬阻力選用中應(yīng)注意的問題（ 1）雖然標準道路阻力法和標準轉(zhuǎn)鼓加載法在實際應(yīng)用中效果較好，但使用這兩種方法有個先決條件必須提供準確的標準道路阻力和轉(zhuǎn)鼓加載阻力，否則試驗結(jié)果的精度將無從談起。因此，一方面汽車生產(chǎn)廠家必須提供正確的參數(shù)，另一方面作為檢測機構(gòu)應(yīng)具備相應(yīng)的能力以確認數(shù)據(jù)的可靠與真實

15、。（ 2）標準道路阻力法已被廣泛采用，但目前有被過多應(yīng)用的現(xiàn)象，如有的單位在進行生產(chǎn)一致性檢查試驗時也使用該方法，這使車輛傳動系統(tǒng)中的摩擦阻力差異（包括車輛磨合*前后的摩擦阻力差異）被掩蓋，這顯然與生產(chǎn)一致性檢查的初衷相背離。（ 3）使用標準轉(zhuǎn)鼓加載法時應(yīng)注意使用條件，目前排放試驗用的轉(zhuǎn)鼓一般指標準的121.92 cm單軸轉(zhuǎn)鼓，不同形式（如單鼓、雙鼓或轉(zhuǎn)鼓直徑差異等）的轉(zhuǎn)鼓由于轉(zhuǎn)鼓與輪胎間的摩擦阻力有較大差別，因而也會有較大的差別。（ 4）在實際工作中我們發(fā)現(xiàn)，當使用查表轉(zhuǎn)鼓加載法設(shè)置車輛的道路阻力時，其與往往有較大差別，已不能很好地滿足油耗（排放）試驗的需要，原因分析如下

16、。a. 雖然排放標準中的是有關(guān)專業(yè)人員經(jīng)過大量的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的以車輛基準質(zhì)量為分組依據(jù)的參數(shù)，但制定時間較早，多年來汽車技術(shù)的發(fā)展已大幅減小了車輛的道路阻力，而相應(yīng)的參數(shù)并沒有隨的變化而進行修訂。b. 標準中對的使用條件未明確說明，由于目前用于排放（油耗）試驗的轉(zhuǎn)鼓有多種形式（如標準的121.92 cm兩驅(qū)單軸、121.92 cm四驅(qū)雙軸、50.8 cm兩驅(qū)雙軸等形式），車輛在不同形式轉(zhuǎn)鼓上的有很大差別，從上面分析可知，這就意味著試驗車用相同的在不同形式的轉(zhuǎn)鼓上進行試驗將得到差異很大的試驗結(jié)果，這顯然與制定標準的初衷不相符合。c. 排放標準制定時主要目的是為了測量汽車的污染物（CO、HCNOx腓放，而污染物的試驗結(jié)果對道路阻力變化的敏感度較低，因此當時排放標準制定時對的精度要求并不是很高。d. 近年來，隨著油耗限值的不斷降低。原來不被重視的油耗結(jié)果越來越受到各方的關(guān)注。從大量的試驗結(jié)果可知，油耗結(jié)果與的大小直接相關(guān)，因而的精確度將直接影響到油耗的結(jié)果，使用對轉(zhuǎn)鼓的加載阻力進行設(shè)置顯然不能達到試驗精度的要求。（ 結(jié)論（ 1）在油耗（排放）試驗中，應(yīng)盡可能使用標準道路阻力法和標準轉(zhuǎn)鼓加載法進行試驗。其中標準