正確選用汽車工況油耗(排放)試驗(yàn)中的道路阻力

1、正確選用汽車工況油耗（排放）試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備作為整車臺(tái)架試驗(yàn)的基本設(shè)備正越來越受到各汽車生產(chǎn)廠和車輛檢測(cè)機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。目前轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)設(shè)備被大量用于

3、汽車的工況法排放和油耗測(cè)試。在試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)鼓設(shè)備主要為被測(cè)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(shí)際道路阻力、標(biāo)準(zhǔn)道路阻力、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)推薦阻力等，這就需要試驗(yàn)人員根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)對(duì)轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)置做出正確的選擇。本文將對(duì)如何正確地選用油耗（排放）試驗(yàn)中轉(zhuǎn)鼓的阻力進(jìn)行簡(jiǎn)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(hào)及說明為便于理解，對(duì)本文公式中將要用到的專用名詞及符號(hào)進(jìn)行標(biāo)注說明。油耗（排放）試驗(yàn)：指輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法GB18325.3-2005中的I型試驗(yàn)2。阻力：本文中所提及的“阻力”均指車輛或轉(zhuǎn)鼓等速運(yùn)行時(shí)的

4、阻力,且是關(guān)于速度的函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)阻力：對(duì)某車型若干車輛的阻力經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到的平均阻力。實(shí)際阻力：指通過試驗(yàn)檢測(cè)得到的某一輛車的實(shí)際阻力。轉(zhuǎn)鼓匹配試驗(yàn)：指通過轉(zhuǎn)鼓特定的滑行試驗(yàn)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(yàn)：指通過轉(zhuǎn)鼓特定的程序，測(cè)量車輛在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)的摩擦阻力。：車輛的道路阻力,一般為二次函數(shù)。：標(biāo)準(zhǔn)道路阻力，指某車型車輛在道路上行駛時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。：實(shí)際道路阻力，指某一車輛在道路上行駛時(shí)實(shí)際的。：車輛在道路上行駛時(shí)的空氣阻力（風(fēng)阻）。包含輪胎與地面之間以及相關(guān)傳動(dòng)系統(tǒng)中（包含車輪軸承、驅(qū)動(dòng)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(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。：某一車輛在道路

5、上行駛時(shí)的實(shí)際。：試驗(yàn)車在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)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(yàn)車采用在轉(zhuǎn)鼓上滑行匹配（）得到的特定的。：試驗(yàn)車采用在轉(zhuǎn)鼓上滑行匹配（）得到的特定的。：與相對(duì)應(yīng)，某車型轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，。：由試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)提供的某車型（根據(jù)汽車重量劃分）轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。：車輛在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)的摩擦阻力，該摩擦阻力包含車輛在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)輪胎與轉(zhuǎn)鼓之間以及相關(guān)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦阻力。：某車型在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。：某車輛在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)實(shí)際的。說明：在轉(zhuǎn)鼓上設(shè)置道路阻力時(shí)還會(huì)涉及到汽車質(zhì)量的模擬，由于質(zhì)量的模擬相對(duì)較為簡(jiǎn)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(jiǎn)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(yàn)測(cè)得）可分為兩部分。（ 1）車輛在道路上行駛時(shí)的風(fēng)阻。2）車輛在道路上行駛時(shí)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(duì)某車型而言不變，則實(shí)際道路阻力，標(biāo)準(zhǔn)道路阻力。2.2 車輛的轉(zhuǎn)鼓阻力車輛在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)所受的阻力包含兩部分。（ 1）測(cè)功電機(jī)在轉(zhuǎn)鼓上加載的阻力。（ 2）車輛在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行時(shí)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(shí)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(yàn)或車輛損失試驗(yàn)獲得。由于對(duì)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(shí)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(duì)轉(zhuǎn)鼓道路阻力的設(shè)置實(shí)際上就是對(duì)轉(zhuǎn)鼓加載阻力的設(shè)置，在進(jìn)行油耗（排放）試驗(yàn)時(shí)，一般采用、中的一種轉(zhuǎn)鼓加載阻力對(duì)轉(zhuǎn)鼓設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。3.1 實(shí)際道路阻力法2采用設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)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(shí)，即車輛在轉(zhuǎn)鼓上得到的阻力為該車在道路上行駛的實(shí)際阻力。該設(shè)置方法是排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中的首選。試驗(yàn)時(shí)，首先必須對(duì)車輛進(jìn)行

8、道路滑行試驗(yàn)，得到該車實(shí)際的道路阻力后才能進(jìn)行后續(xù)的排放及油耗檢測(cè)。由于進(jìn)行實(shí)車道路滑行試驗(yàn)受到場(chǎng)地、氣候、時(shí)間、經(jīng)費(fèi)等條件的限制，很難做到對(duì)每輛試驗(yàn)車都進(jìn)行實(shí)車道路滑行試驗(yàn)。使用該設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)得到的試驗(yàn)結(jié)果與該試驗(yàn)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(cè)單位都不輕易使用。3.2 標(biāo)準(zhǔn)道路阻力法采用設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)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(shí)，即試驗(yàn)中車輛在轉(zhuǎn)鼓上行駛時(shí)的阻力為該車型車輛在道路上行駛的標(biāo)準(zhǔn)阻力。試驗(yàn)車型的標(biāo)準(zhǔn)道路阻力應(yīng)由汽車生產(chǎn)廠家提供，指具有統(tǒng)計(jì)意義的該車型的平均道路阻力。使用該設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)，消除了的個(gè)體差異，得到的油耗（排放）

9、試驗(yàn)結(jié)果與該車型的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果基本相同（由于無法消除發(fā)動(dòng)機(jī)的個(gè)體差異，因而試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果之間會(huì)有少許偏差）。3.3 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓加載法采用設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)為試驗(yàn)車型的轉(zhuǎn)鼓標(biāo)準(zhǔn)加載阻力，此時(shí)代入（1）式可得（4）由于，代入（4）式可得（5）對(duì)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(dòng)系統(tǒng)中摩擦阻力的差別。當(dāng)采用四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓設(shè)備時(shí)，由于車輛在轉(zhuǎn)鼓上和路面上行駛時(shí)參與運(yùn)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(shí)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(yàn)結(jié)果與車輛在實(shí)際道路上的結(jié)果相一致。當(dāng)采用兩驅(qū)（單軸）轉(zhuǎn)鼓設(shè)備時(shí)，雖然車輛在轉(zhuǎn)鼓上和路面上行駛時(shí)參與運(yùn)行的部件有所差

10、別（轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)時(shí)非驅(qū)動(dòng)輪靜止），但一般來說非驅(qū)動(dòng)輪摩擦阻力的實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值的差別（僅為非驅(qū)動(dòng)輪軸承摩擦力的實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值的差別）在中所占比例較小，可以認(rèn)為，代入（5）式得，即車輛在轉(zhuǎn)鼓上的總阻力與實(shí)際的道路阻力相近。因此，此狀態(tài)下得到的油耗（排放）試驗(yàn)結(jié)果與車輛在實(shí)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(jìn)行試驗(yàn)是標(biāo)準(zhǔn)（GB18352.3,附件CR表CB.1）2提供的按車輛基準(zhǔn)質(zhì)量分組的轉(zhuǎn)鼓標(biāo)準(zhǔn)加載阻力，此時(shí),代入（1）式可得（6）對(duì)處在同一質(zhì)量段的車型而言是定值，但會(huì)隨車輛的個(gè)體差異而有所變化，因而也會(huì)隨車輛的個(gè)體差異而有所變化。使用該設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)得到的排放（油耗）試驗(yàn)結(jié)果取決于

11、該車型的與的差別,當(dāng)兩者基本相同時(shí)得到的結(jié)果與該車型的實(shí)際結(jié)果較為接近,但當(dāng)兩者偏差較大時(shí)得到的結(jié)果與該車型的實(shí)際結(jié)果（尤其其中的油耗試驗(yàn)結(jié)果）偏差較大。當(dāng)然不同車輛（包括發(fā)動(dòng)機(jī)）的個(gè)體差異也會(huì)在試驗(yàn)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(diǎn)與差異。油耗（排放）試驗(yàn)中道路模擬阻力的選用4.1 油耗（排放）試驗(yàn)的分類根據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的不同，可將油耗（排放）試驗(yàn)分成以下兩類。4.1.1 針對(duì)車型目標(biāo)的試驗(yàn)進(jìn)行此類試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)者并不真正關(guān)心試驗(yàn)車的實(shí)際結(jié)果而更關(guān)心該車型的標(biāo)

12、準(zhǔn)結(jié)果。此類試驗(yàn)如車型鑒定試驗(yàn)、車型的環(huán)保申報(bào)、發(fā)動(dòng)機(jī)軟件的匹配等。進(jìn)行此類試驗(yàn)時(shí)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(gè)體差異，此時(shí)一般應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)道路阻力法進(jìn)行試驗(yàn)。4.1.2 針對(duì)特定車輛的試驗(yàn)進(jìn)行此類試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)者希望得到特定車輛的實(shí)際結(jié)果或不同車輛的個(gè)體差異。此類試驗(yàn)如對(duì)試驗(yàn)結(jié)果精度要求較高的司法鑒定試驗(yàn)、汽車的質(zhì)量抽查、生產(chǎn)一致性檢查等。進(jìn)行此類試驗(yàn)時(shí)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(gè)體差異，試驗(yàn)時(shí)選用實(shí)際道路阻力法或標(biāo)準(zhǔn)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(duì)不同試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)置方法的分析，表2中列出了與不同試驗(yàn)類型相對(duì)應(yīng)的道

13、路阻力設(shè)置方法以及試驗(yàn)工作特點(diǎn)。（ 選用不同道路阻力的試驗(yàn)驗(yàn)證為了說明問題，我們選擇了同一車型的兩輛試驗(yàn)車用不同的轉(zhuǎn)鼓設(shè)置方法進(jìn)行工況油耗試驗(yàn)。5.1 道路阻力參數(shù)試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果試驗(yàn)車的工況法綜合油耗試驗(yàn)結(jié)果見表4。5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析當(dāng)采用實(shí)際道路阻力法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)車的油耗結(jié)果會(huì)隨實(shí)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(hào)試驗(yàn)車的明顯大于1號(hào)車，因而其油耗結(jié)果也較1號(hào)車大。采用標(biāo)準(zhǔn)道路阻力法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，即油耗結(jié)果應(yīng)該與該車型此特性在上面的試驗(yàn)結(jié)果表中得到了充分驗(yàn)證。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓加載法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，（單軸轉(zhuǎn)鼓設(shè)備）。試驗(yàn)結(jié)果表

14、明，兩輛試驗(yàn)車的油耗結(jié)果與實(shí)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(yàn)時(shí)，從上面表中數(shù)據(jù)計(jì)算可得1號(hào)車；2號(hào)車，與表中兩輛車的和比對(duì)可知，兩輛試驗(yàn)車的與和均有較大差別，因此得到的結(jié)果與實(shí)際油耗和標(biāo)準(zhǔn)油耗都有較大差距。不過，兩輛試驗(yàn)車由于不同引起的油耗結(jié)果差別在試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)道路阻力法和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓加載法在實(shí)際應(yīng)用中效果較好，但使用這兩種方法有個(gè)先決條件必須提供準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)道路阻力和轉(zhuǎn)鼓加載阻力，否則試驗(yàn)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(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)具備相應(yīng)的能力以確認(rèn)數(shù)據(jù)的可靠與真實(shí)

15、。（ 2）標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行生產(chǎn)一致性檢查試驗(yàn)時(shí)也使用該方法，這使車輛傳動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓加載法時(shí)應(yīng)注意使用條件，目前排放試驗(yàn)用的轉(zhuǎn)鼓一般指標(biāo)準(zhǔn)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(huì)有較大的差別。（ 4）在實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用查表轉(zhuǎn)鼓加載法設(shè)置車輛的道路阻力時(shí)，其與往往有較大差別，已不能很好地滿足油耗（排放）試驗(yàn)的需要，原因分析如下

16、。a. 雖然排放標(biāo)準(zhǔn)中的是有關(guān)專業(yè)人員經(jīng)過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的以車輛基準(zhǔn)質(zhì)量為分組依據(jù)的參數(shù)，但制定時(shí)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(jìn)行修訂。b. 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)的使用條件未明確說明，由于目前用于排放（油耗）試驗(yàn)的轉(zhuǎn)鼓有多種形式（如標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)車用相同的在不同形式的轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行試驗(yàn)將得到差異很大的試驗(yàn)結(jié)果，這顯然與制定標(biāo)準(zhǔn)的初衷不相符合。c. 排放標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)主要目的是為了測(cè)量汽車的污染物（CO、HCNOx腓放，而污染物的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)道路阻力變化的敏感度較低，因此當(dāng)時(shí)排放標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)對(duì)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(yàn)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(duì)轉(zhuǎn)鼓的加載阻力進(jìn)行設(shè)置顯然不能達(dá)到試驗(yàn)精度的要求。（ 結(jié)論（ 1）在油耗（排放）試驗(yàn)中，應(yīng)盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)道路阻力法和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓加載法進(jìn)行試驗(yàn)。其中標(biāo)準(zhǔn)