一种汽车行走阻力修正方法的研究

一种汽车行走阻力修正方法的研究

随着污染加剧和环境保护意识的提高，所有国家都制定了更严格的车辆排放法律法规。同时汽车排放相关的研究也更加细化和深入,海拔环境下汽车性能的变化规律也逐渐成为了一个研究热点,各国建立的海拔环境模拟试验室也逐渐增多。在海拔环境试验室中对车辆进行整车性能测试前,需要先知道车辆在相应环境条件下道路滑行参数,但是,目前通常情况下对车辆只进行0米海拔和20℃条件下的滑行试验,得到该条件下的车辆的滑行阻力。对于20℃的常温试验室测试,该阻力可直接使用;对于温度偏离20℃较大时的测试,通常根据经验将上述阻力乘以一个系数,作为相应试验条件下的车辆滑行阻力数据,这种方法简单易用,但是误差较大;而对于海拔高度不是0米的高海拔试验,一种得到车辆滑行阻力的方法是到相应海拔和温度的地方进行车辆滑行试验,但是这种方法成本较高,且合适的滑行试验场地难以找到,另一种方法还是系数法,同样误差较大。为了解决上述不同试验条件下车辆滑行阻力数据的获取问题,本文对汽车排放法规GB18352.3-2005中提到的阻力修正方法进行了适当的修改,使其可用于将车辆0米海拔和20℃条件下的滑行阻力修正到不同的海拔高度和温度条件下。选择了三辆不同类型的试验车进行了四个海拔高度和四个温度条件下的道路滑行试验,通过对比车辆实测阻力和修正阻力来验证该修正方法的准确度和适应性。1交通压力或空气温度、风速、道路状况在平直的道路上,汽车的滑行阻力主要由滚动阻力和空气阻力组成,每种阻力都可用相应的理论公式来表示,这些阻力与空气密度(空气密度随海拔高度改变有较大变化)、空气温度、风速、道路状况和轮胎压力有关。在满足车辆滑行试验条件的情况下,可认为滑行阻力只与空气密度和空气温度有关,因此,在文献的汽车排放法规中,为了对因大气温度和空气密度变化而引起的汽车滑行阻力变化进行计算修正,便根据经验将汽车滑行阻力分成受温度影响的滚动阻力和受空气密度影响的空气阻力两部分,并使用温度和空气密度对两部分阻力分别进行修正,从而得出所需试验条件下的实际滑行阻力,具体的汽车道路滑行阻力修正方法如下:1.1计算0m和20下汽车的滑动阻力式中:F为汽车滑行阻力;M为汽车基准质量;V为车速;ΔV为与车速V的速度偏差;t为时间。1.2确定润滑新的滑动阻力根据汽车理论中对汽车滚动阻力的分析,汽车滚动阻力与汽车质量和车速等因素有关,又从以往对汽车滚动阻力的相关试验研究可以看出,滑行试验中滚动阻力与滑行阻力的比值可以用汽车质量和车速的经验函数来表示如下:式中:Fmll为汽车滚动阻力;c1(V为与汽车质量相关的滚动阻力系数;c2(V)为与汽车质量无关的滚动阻力系数。根据试验经验,上式中两个滚动阻力系数可用车速的公式表示如下:当需要温度T条件下汽车滚动阻力时,可通过下式的系数对滚动阻力进行修正:式中:Kroll为滚动阻力修正系数;Froll为滚动阻力;k为滚动阻力温度修正系数;T为实际所需的试验温度;T0为基准试验温度20℃。1.3空气密度变化时模型从上述的分析中已经得出了滚动阻力在滑行阻力中所占的比重,那么,空气阻力与滑行阻力的比值可表示如下:当汽车试验时海拔高度的变化会引起空气密度的变化,而从汽车理论可知,汽车的空气阻力可表示如下:式中:ρ为空气密度;CD为空气阻力系数;A为汽车迎风面积。从上式可得出空气密度变化时汽车滑行试验中空气阻力的修正系数,如下式所示:式中:Knir为空气阻力修正系数;ρ0为米海拔空气密度。经过上述温度和空气密度对汽车滑行阻力的修正,便最终得出汽车滑行阻力的修正公式:式中:Fm为修正到所需条件下的汽车滑行阻力。2试验方法和试验设施2.1试验条件验证为了能够验证上述滑行阻力修正方法的正确性,选择了三种不同类型的车辆(轿车、SUV和皮卡)作为试验车,并在不同的海拔高度(842、1520、2676和3554米)和从-15℃到25℃范围内的四个不同温度下对试验车进行道路滑行试验。并在0米和20℃条件下进行了滑行试验,使用文中修正方法将该条件下的滑行阻力修正到其他海拔和温度条件下,并与实际滑行阻力对比,验证修正方法的准确度。按照GB18352.3-2005的要求,滑行试验应满足如表1所示的试验条件。在满足上述条件之后,便可进行滑行试验,测量车速V对应的滑行阻力的步骤如下:将车辆加速到V+10km/h以上;挂空挡,使车辆自由滑行,并用仪器记录车速从V+ΔVkm/h减至V-ΔCkm/h(ΔV=5km/h)时对应的滑行时间t1,相应的滑行阻力f1=2×M×ΔV/3.6/t1;在相反方向进行相同试验,测得t2,相应的滑行阻力f2=2×M×ΔV/3.6/t2,可得到f1和f2的平均值Fi;重复上述过程n次(n≥6,使得试验的统计准确度在2%以内),得出车速V对应的平均阻力F=(F1+F2+…+Fn)/n;每次试验时将车辆从130km/h滑行道10km/h,便可计算出从120km/h到20km/h每隔10km/h对应车速的实际滑行阻力;利用公式(1)至公式(10)便可计算出不同海拔和温度下车辆的理论修正滑行阻力;通过对比实际滑行阻力和理论修正滑行阻力,判断滑行阻力修正方法的正确性。2.2试验数据的采集对试验环境参数、车辆状态和试验数据的精确测量是保证试验结果正确的前提条件,本文采用如表2所示的多种高精度试验设备进行不同试验数据的采集。在选择试验场地时,首先使用相关仪器确保试验条件满足法规要求。之后,使所有仪器都处于正常工作状态,并对车辆进行预热,实时监控轮胎压力、机油温度和冷却液温度等信息,确保每次试验前这些参数基本相同,然后对车辆进行正反向6组滑行试验,从而降低试验误差。3试验结果3.1汽车试验结果试验状态的一致性对试验结果有很大影响,轿车每次试验前要满足如下的车辆状态:机油温度和冷却液温度达到90±5℃;轮胎冷态时胎压为2.5bar。轿车在各种条件下实测滑行阻力和修正滑行阻力的结果见图1到图4,为了使图形更清晰,图中仅显示了两个温度下的滑行数据。从图中可以看出,轿车在不同条件下的实测滑行阻力和修正滑行阻力具有很好地吻合度,两者误差基本保持在±5%以内,只有在个别低速试验点,出现较大误差,但也在8%以内,这主要是由于车速较低时,车辆滑行阻力较小,试验环境条件(特别是风速)的轻微波动就会造成较大的误差。3.2车辆试验方案SUV每次试验前要满足如下的车辆状态:机油温度和冷却液温度达到90±5℃;轮胎冷态时胎压为2.2bar。同样选择了四个海拔高度和四个温度条件对车辆进行滑行试验,滑行阻力修正值、实测值和误差如图5到图8所示。SUV的滑行试验结果同轿车的结果相似,从图中可以看出,文中所给出的滑行阻力修正方法能够将车辆滑行阻力精确地修正到各种海拔和温度条件下,误差基本在±5%以内,不同车速时的最大误差在10%以下。3.3轮胎冷态时胎压为了保证滑行试验结果的准确性,皮卡车每次试验前要满足如下的车辆状态:机油温度和冷却液温度达到90±5℃;轮胎冷态时胎压为2.4bar。同样,对于皮卡车滑行阻力修正方法也能够达到很好的修正效果,修正结果与实测结果的误差大多在±6%以下,个别情况下修正误差较大,但也在10%以内,这种情况主要出现在较高海拔和车速较低时,试验时自然条件容易出现变化(风速),从而造成试验误差较大。4修正方法的结论本文选择了轿车、SUV和皮卡三种不同类型的车辆来进行海拔滑行阻力研究。通过对比三辆试验车在不同海拔和温度条件下的修正滑行阻力和实测滑行阻力,得出了如下结论:(1)对于不同类型的车辆,滑行阻力修正方法都能够精确地实现滑行阻力