本文主要介紹滑行阻力試驗，分別從試驗分類、試驗設(shè)備、試驗原理以及試驗結(jié)果的應(yīng)用等方面進(jìn)行講述。

滑行阻力試驗

滑行是指汽車在路面上直線行駛時松開加速踏板、利用自身慣性繼續(xù)向前行駛的方式，包括空檔滑行、帶檔滑行等。通常我們所說的滑行阻力指的是空檔滑行阻力。

滑行阻力一般認(rèn)為是汽車在平直路面上勻速行駛的行駛阻力，可以分解為底盤阻力和空氣阻力。底盤阻力為傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系傳遞至輪邊的阻力之和，又可以分解為輪胎滾動阻力、變速器空檔和后橋等傳動系內(nèi)摩擦阻力、輪轂軸承摩擦阻力、制動器拖滯力和車輪定位前束阻力等。

本節(jié)將介紹滑行阻力試驗方法分類、道路滑行試驗、試驗的應(yīng)用及拓展等。

一、滑行阻力試驗方法分類

道路滑行試驗是測定行駛阻力最常用的方法。關(guān)于道路滑行的試驗標(biāo)準(zhǔn)有很多，按照國內(nèi)和國外劃分，國內(nèi)有 GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》、GB/T 27840—2021 附錄 C“行駛阻力測定及在底盤測功機上的模擬”、GB/T 12536—2017《汽車滑行試驗方法》等。國外有 SAE J 2263、ECE R83、TRIAS 11-1-4-42 等。盡管各標(biāo)準(zhǔn)中的試驗細(xì)則有著大量的不同之處，但是用到的試驗原理幾乎類同。

道路上，除了采用滑行測試方法外，還可以采用勻速測試方法，如牽引法、轉(zhuǎn)矩儀法、等效法等。牽引法是使用前車牽引試驗車輛在道路上勻速行駛，在牽引機構(gòu)上安裝測力裝置，不同車速點的牽引力即為行駛阻力，如圖 3-17 所示。轉(zhuǎn)矩儀法是將轉(zhuǎn)矩儀安裝在每個驅(qū)動輪的軸與輪轂之間，試驗車維持勻速行駛，轉(zhuǎn)矩儀的轉(zhuǎn)矩即是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的大小，由此可以得到不同車速下的行駛阻力，如圖 3-18 所示。等效法是在道路勻速行駛時，同步測試加速踏板開度或油耗、電耗等，在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上調(diào)整載荷直至達(dá)到與道路一致的加速踏板開度或油耗、電耗，轉(zhuǎn)鼓試驗臺總阻力即為行駛阻力。

圖 3-17    牽引法開展測試

 圖 3-18   轉(zhuǎn)矩儀法開展測試

除了在道路上開展整車的阻力測試外，還可以通過系統(tǒng)部件試驗來進(jìn)行行駛阻力的分解測試。例如，風(fēng)洞實驗室測試空氣阻力，如圖 3-19 所示；輪胎滾阻試驗臺測試滾動阻力，如圖 3-20 所示。

圖 3-19    風(fēng)洞實驗室測試空氣阻力

 圖 3-20   輪胎滾阻試驗臺測試滾動阻力

二、道路滑行試驗

依據(jù)道路滑行試驗采集的物理量不同，分為時間法和距離法?，F(xiàn)行各類標(biāo)準(zhǔn)中以時間法為主，各測試設(shè)備的時間精度均優(yōu)于距離精度，因此本節(jié)以 GB/T 27840—2021中的時間法為主要參考，介紹試驗準(zhǔn)備、試驗步驟、試驗數(shù)據(jù)處理。試驗數(shù)據(jù)處理是重難點，分為往返方向平均值、時間重復(fù)性、滑行阻力計算、滑行阻力擬合和環(huán)境校正五個步驟計算方法。

1、試驗準(zhǔn)備

1）試驗道路：道路滑行試驗應(yīng)在清潔、干燥、平直的瀝青混凝土或混凝土路面上進(jìn)行。試驗路面長度應(yīng)滿足試驗要求，縱向坡度誤差在 ±0.1% 以內(nèi)。

2）環(huán)境條件：試驗應(yīng)在無雨、無霧的天氣下進(jìn)行。環(huán)境溫度應(yīng)在 5 ~ 35℃范圍內(nèi)；環(huán)境的相對濕度應(yīng)小于 80% ；大氣壓力應(yīng)在 91 ~ 104kPa 范圍內(nèi)。測量環(huán)境風(fēng)速時，輕型車高出路面 0.7m 處，重型車高出路面 1.6m 處，平均風(fēng)速≤ 2m/s，最大風(fēng)速≤ 3m/s，側(cè)向最大風(fēng)速≤ 2m/s。

3）裝載質(zhì)量：無特殊規(guī)定時，輕型車處于空載（整備質(zhì)量 + 必要的試驗人員和設(shè)備），重型車處于最大設(shè)計總質(zhì)量狀態(tài)。

4）試驗車輛：試驗車輛至少經(jīng)過 3000km 磨合，并進(jìn)行必要的保養(yǎng)和調(diào)整。對于有能量回收裝置的車輛，應(yīng)有手段使其不工作。試驗前需充分預(yù)熱車輛，預(yù)熱行駛時間的長短因車型和氣候條件而定，保證動力傳動系統(tǒng)、制動器、輪胎等部件處于正常溫度狀態(tài)，行駛時間一般不少于 20min。試驗時應(yīng)關(guān)閉車窗和駕駛室通風(fēng)口。

5）試驗設(shè)備精度：時間測量精度不應(yīng)低于 0.1s ；車速測量儀器精度不應(yīng)低于 0.5%。

2、試驗步驟

1）汽車駛?cè)牖袇^(qū)段前，選擇合適的檔位進(jìn)行加速至稍高于滑行初始車速，然后駕駛員將變速桿放入空檔，汽車開始滑行?；谐跏架囁伲狠p型車一般為 130km/h，重型車為 90km/h。受車輛加速性能及試驗場地長度限制，不能達(dá)到要求的起始車速時，以車輛在試驗場地所能達(dá)到的最高車速向下圓整 5km/h 倍數(shù)車速為滑行初始車速。

2）滑行過程中，使車輛保持直線前進(jìn)，當(dāng)滑行超出試驗跑道時，先從 130km/h 滑行至 80km/h，然后從 80km/h 滑行至 5km/h。

3）測量車輛從 v2 = v + Δv 減速至 v1 = v ? Δv 所需的時間為 Ta，一般 Δv ≤ 5km/h。

4）相反的方向重復(fù)操作得到Tb。計算兩個方向的平均值作為一次滑行時間 T。

5）往返重復(fù)試驗不少于 4 次，計算試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計精度，如果統(tǒng)計精度不能滿足要求，則需增加次數(shù)。

3、試驗數(shù)據(jù)處理

（1）單次往返方向平均值計算

試驗過程中存在行駛方向上的風(fēng)速，試驗車往返分別受到順風(fēng)和逆風(fēng)的影響。風(fēng)速較小時，對于滑行時間的影響較小，通過算術(shù)平均值可以較方便地計算出平均值。但試驗風(fēng)速較大時，兩個方向試驗時間差值較大，調(diào)和平均數(shù)的計算結(jié)果更加合理。兩種計算方法見式（3-6）。

（2）多次滑行時間重復(fù)性校驗

對滑行時間的重復(fù)性進(jìn)行檢驗，使用 95% 置信區(qū)間的統(tǒng)計精度 p 計算方法，即真實的滑行時間有 95% 的概率落在 T (1? p) 和 T (1? p) 之間。每一車速段的時間統(tǒng)計精度都應(yīng)≤ 4%，計算方法見式（3-7）。

（3）滑行阻力 - 車速計算

按照式（3-8）可以得出車速 v 對應(yīng)的滑行阻力F。

同理，可以得到其他車速下的滑行阻力，形成滑行阻力 -  車速數(shù)組。

（4）滑行阻力擬合

以滑行阻力 - 車速數(shù)組為基礎(chǔ)，用最小二乘法進(jìn)行擬合。擬合方程有兩種，常用式（3-9）對滾阻和風(fēng)阻進(jìn)行簡單拆解；為了提高擬合精度，常使用式（3-10）用于轉(zhuǎn)鼓試驗臺設(shè)定。

以表 3-2 某電動SUV 實測不同車速對應(yīng)滑行阻力為例，將滑行阻力- 車速數(shù)組分別按照式（3-9）、式（3-10）兩種方式擬合，并繪制成曲線，如圖 3-21 所示。

表 3-2 某電動 SUV 不同車速對應(yīng)滑行阻力測試值
圖 3-21   車速 - 滑行阻力擬合曲線

（5）環(huán)境校正計算方法

環(huán)境溫度和大氣壓力影響滑行阻力。環(huán)境溫度越高或大氣壓力越低，空氣的密度越小，空氣阻力也越??；環(huán)境溫度越高，輪胎溫度越高，輪胎滾動阻力越小；環(huán)境溫度越高，傳動系和軸承等潤滑油脂的溫度越高，相應(yīng)的內(nèi)摩擦阻力越小。因此需要將滑行阻力校正到標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境狀態(tài)下。

各標(biāo)準(zhǔn)體系中，對標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境狀態(tài)定義不同，本節(jié)使用的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度和大氣壓力是20℃（293K）、100kPa。阻力函數(shù)的校正方法見式（3-12）。

三、試驗的應(yīng)用及拓展

道路滑行試驗結(jié)果應(yīng)用廣泛，可以用來檢查汽車底盤的技術(shù)狀況和調(diào)整狀況，也是利用轉(zhuǎn)鼓開展各類試驗前進(jìn)行試驗臺阻力設(shè)定的必要前提，還可以將滑行阻力進(jìn)行分解計算出空氣阻力系數(shù)。

得出不同車速下轉(zhuǎn)鼓試驗臺的加載阻力后，使用最小二乘法進(jìn)行二次項擬合，生成的加載阻力隨車速的函數(shù)作為最終的阻力設(shè)定。

圖 3-22    轉(zhuǎn)鼓加載阻力模式 

圖 3-23   轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動模式

2、基于滑行試驗數(shù)據(jù)計算空氣阻力系數(shù)

圖 3-24    激光投影法示意圖

 圖 3-25   某汽車迎風(fēng)面積輪廓示意圖

3、提高滑行試驗精度的措施

道路滑行試驗對氣象條件，特別是風(fēng)速要求苛刻。常常因試驗風(fēng)速條件不滿足試驗要求，影響試驗進(jìn)度。為了提高試驗效率和精度，行業(yè)開發(fā)出試驗同步測試風(fēng)速風(fēng)向并對結(jié)果進(jìn)行校正的新方法，如圖 3-26 所示。使用該方法，氣象條件的風(fēng)速要求可以放寬到：平均風(fēng)速≤7m/s，最大風(fēng)速≤ 10m/s，側(cè)向最大風(fēng)速≤4m/s。

式中 vr—相對風(fēng)速（km/h），滑行試驗過程的同步采集數(shù)據(jù)，采集頻率不低于 10Hz ；

Y—相對于車輛行駛方向的表面風(fēng)速偏離角（°），同步采集數(shù)據(jù)；a0、a1、a2、a3、a4—偏離角函數(shù)的常數(shù)項、一次項、二次項、三次項、四次項系數(shù)，可以通過滑行試驗數(shù)據(jù)分析得到，或者由風(fēng)洞試驗直接得出，如圖3-27所示。

圖 3-26    風(fēng)速風(fēng)向測試 

圖 3-27   風(fēng)洞測試偏離角函數(shù)