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行驶阻力测试
在底盘测功机上进行经济性试验, 必须提供汽车道路行驶阻力参数。道路行驶阻力可以由标准的数学模型来描述, 即
式中 F———车辆的道路行驶阻力, 单位为 N; v———车辆的行驶速度, 单位为 km / h; a———与车辆速度无关的常数项阻力; b———与车辆速度一次项有关的阻力系数; c———与车辆速度二次项有关的阻力系数。
汽车行驶阻力的测量, 即在动力输出断开的情况下, 让车辆由高车速向低车速自由滑行, 并记录减速过程中各阶段时间、起止速度, 然后通过计算获得阻力数值。
根据牛顿第二运动定律, 汽车在滑行试验中的阻力可表示为式(3. 10)。
式中 m—车辆的质量, 单位为 kg。在轻型车道路行驶阻力测试中, m 为测试质量和旋转质量之和; 在重型车道路行驶阻力测试中, m 可以直接使用测试质量计算。
在滑行试验中, 试验车辆以车速 vj + Δv, 滑行至车速 vj - Δv, 当速度区间较小时 ( 即Δv≤5km / h), 可认为车辆的滑行过程是匀减速运动, 则当车速为vj 时的减速度 aj 可表达为式 (3. 11)。
式中 aj———速度为 vj 时的减速度, 按车速由 vj+Δv 滑行减速至 vj -Δv 过程中的平均减速度计算;Δt———车速 vj+Δv 滑行减速至车速 vj-Δv 所经历的时间;vj———基准车速, 选取的速度区间的速度中点。测试车辆在速度为 vj 时的道路行驶阻力可以表达为
通过记录各降速区间的时间 Δt, 可得出各车速点 vj 的道路行驶阻力。得出行驶阻力和车速关于 a、 b、 c 系数的三元一次方程, 构成方程组。根据方程组, 进行解算和拟合, 得出a、 b、 c 系数的解。
根据最大设计总质量的不同, 汽车分为轻型车和重型车, 两类车型试验方法和精度有明显差异, 轻型车和重型车详细定义如下:
1) 轻型车: 最高设计车速≥50km / h 的 N1 类车和最大设计总质量不超过3500kg 的 M1类、 M2 类车。2) 重型车: N2 类车、 N3 类车、 M3 类车和最大设计总质量超过3500kg 的 M1 类、 M2 类车。
轻型车道路行驶阻力测试方法1. 测试条件1) 试验前用综合气象仪测试试验环境, 要求高出路面 0. 7m处测量的平均风速不大于3m / s, 阵风不大于5m / s。试验过程中大气温度应在 5 ~ 40℃ 范围内。如果在滑行试验期间,测量的最高温度和最低温度之间的温度差大于 5℃ , 对每次滑行都要根据试验中实测温度的算术平均值单独进行修正。试验应在无雨、无雾的天气下进行, 且相对湿度小于 95%。
2) 试验道路要求纵向坡度应不超过 0. 1%, 路面的横向坡度不应超过 3%, 选用专业汽车试验场直线性能路进行。进行试验的直线段应尽可能长度相同,同时直线段两端有可以进行加减速的环形路段, 这样可以避免多次分段带来的测量误差,同时提高试验效率。
3) 进行行驶阻力测试的试验样车进行至少3000km的磨合行驶, 且磨合后样车处于正常运行状态, 但总行驶里程不应超过80000km。试验车辆四轮定位参数应满足车辆生产企业规定范围。滑行试验前, 检查车辆轮胎花纹深度应为原始花纹深度的 80% 以上, 使用轮胎气压表检查轮胎气压, 调整至设计要求值, 误差 ±20kPa。试验样车按照实际试验载荷要求进行加载, 载荷偏差应控制在±1% 之内。试验车辆应干净, 试验时保持车窗及车内通风装置为关闭状态。对于带有能量回收装置的车辆, 应确保档位在 N 位时能量回收装置不产生驱动或者阻止车辆滑行的力。
4) 轻型车行驶阻力测试的试验载荷应当按照实际试验载荷要求或测试质量进行。实际试验载荷要求即为试验想要测得的载荷状态, 如空载、半载、满载等。而测试质量需要根据试验样车的参数计算得出, 为试验车辆的基准质量、选装装备质量及代表性负荷质量三者之和。
①基准质量指汽车的整备质量加上100kg。②选装装备质量指在生产企业技术条件规定的标准车辆装备之外, 可由客户选购的生产企业负责提供的车辆装备。③代表性负荷质量指一定百分比的车辆最大负载: 客车为车辆最大负载的 15%, 货车为车辆最大负载的 28%。车辆最大负载为设计最大总质量减去基准质量再减去选装装备质量后的质量。试验样车按照试验载荷要求进行加载,载荷偏差应控制在±1%之内。在试验方法的选择中, 我们使用固定式测速仪滑行法测定道路行驶阻力系数。这种试验方法相对简便, 且试验设备成本低, 只需要使用 GPS 测试设备测量车速和时间的关系, 同时在道路旁固定位置测量包括温度、气压、风速等气象数据, 即可完成测试。试验过程中,测试设备以最小 5Hz 的频率测量并记录运行时间和车速。
2. 测试方法(1) 预热 以实际驾驶的方式对车辆进行预热, 车辆预热前, 在离合器断开或自动档在N 位的状态下对试验车辆制动, 使车速在 5~10s 的时间内稳定地从 80km / h降低到 20km / h。制动试验后, 不对车辆的制动系统进行调整, 确认制动系统制动间隙在正常范围内,避免放松制动后制动器接合导致测试的行驶阻力偏大。然后试验车辆以最高车速的 80% ~ 90%, 至少进行 20min 的预热, 直至达到稳定的热车状态。
(2) 基准车速 vj 的选择 基准速度从 20km / h 起始, 以 10km / h 的步长增加。最高基准速度应为 130km / h, 道路载荷确定和底盘测功机的设定应该在相同的基准速度点进行。如果最高基准速度加上 14km / h后, 大于或等于试验车辆的最高车速, 在进行道路载荷测定, 或者在底盘测功机上设定阻力时, 应将该速度剔除。此时次高基准速度成为车辆的最高基准速度。
(3) 滑行 车辆完成预热后, 车辆应该行驶到比最高的基准车速高10 ~ 15km / h ( 根据车辆实际状态选择, 至少应高于基准车速 8km / h) 的速度, 稳定后切换至空档或者 N 位开始滑行。滑行过程中, 尽量不要转动转向盘, 不能进行制动。每次滑行应连续进行。如果不能对所有基准速度点的数据连续记录的话, 也可以分段进行滑行。分段滑行时,应保持车辆状态不变。
对应基准车速 vj, 可选取 Δv = 5km / h,测量车辆速度从 vj +Δv 滑行到 vj -Δv 的时间。滑行试验往返双向进行, 最少应获得三组测量结果。第 i 组试验的调和平均滑行时间 Δtji可表达为
σj———第 j 组试验的标准偏差;h———系数, 根据 n 来确定, 具体取值见表 3. 4;Δtj———基准车速 vj 对应的调和平均滑行时间。试验要求 Pj 必须小于或等于 3%, 如果统计精度不满足要求, 则应增加试验次数, 并挑选一致性较好的试验数据。
表 3. 4根据 n 确定系数 h
根据符合统计精确度要求的滑行时间,计算道路行驶阻力, 可得到
计算得出各基准速度下的道路行驶阻力,采用最小二乘法进行二次拟合, 得出行驶阻力曲线的常数项 f0、一次项 f1、二次项 f2。
通过以上方法测得的行驶阻力系数为实际环境条件下结果, 需要把其校正到基准状态。空气阻力修正因子 K2 计算如下
式中 w———滑行试验的风速修正阻力, 单位为 N; f2———滑行试验测得的二次项系数; vw———滑行道路旁两个方向中相对较低风速的算术平均值, 单位为 m / s。试验质量修正因子可按照式 (3. 21) 进行计算。
3. 数据处理以某轻型车行驶阻力测试为例, 该车测试质量行驶阻力数据处理过程如下。
(1) 测试质量 试验前确认该轻型车测试质量。该车为常规 M1 类车型, 无选装车辆装备。计算得出理论测试质量为 1705. 25kg, 见表 3. 5, 实际试验测试质量为 1705kg。
(3) 计算行驶阻力 按照式 (3. 17), 计算得出该轻型车实际测试的道路行驶阻力, 见表 3. 7。表 3. 7 某轻型车测试道路行驶阻力
根据各基准速度下的道路行驶阻力, 拟合得出行驶阻力曲线的常数项 f0 = 148. 2、一次项 f1 = 0. 0966、二次项 f2 = 0. 0435。
(4) 行驶阻力的修正 按照式 (3. 18), 计算空气阻力修正因子, 见表 3. 8。
本文节选自《汽车道路试验及数据分析》
《汽车道路试验及数据分析》目录
第1章绪论1
1.1基本概念1
1.2汽车试验的分类1
1.2.1按试验目的分类1
1.2.2按试验对象分类2
1.2.3按试验场所分类2
1.2.4汽车试验标准4
1.3汽车试验基本步骤5
1.4本书定位与特点6
第2章汽车动力性试验7
2.1汽车动力性评价指标7
2.1.1汽车动力性常用评价指标7
2.1.2电驱动汽车动力性特有的评价
指标7
2.2汽车动力性试验常用设备8
2.2.1光电式车速测试系统8
2.2.2卫星信号接收式车速测试系统9
2.2.3底盘测功机9
2.3汽车动力性试验条件10
2.3.1道路条件10
2.3.2环境条件10
2.3.3测量精度条件11
2.3.4车辆条件11
2.4汽车动力性试验方法及数据处理12
2.4.1最高车速试验12
2.4.2加速性能试验13
2.4.3最大爬坡度试验14
2.4.4最低稳定车速试验15
2.4.530min最高车速试验（仅适用于
电动汽车）15
2.4.6爬坡车速（适用于电动汽车）15
2.4.7坡道起步能力试验（适用于电动
汽车）16
2.4.8驱动功率、稳定车速试验16
2.5汽车动力性试验数据分析案例16
2.5.1最大爬坡度分析16
2.5.2最高车速试验抖动问题分析17
第3章汽车经济性试验20
3.1汽车经济性评价指标20
3.1.1传统汽车经济性评价指标20
3.1.2纯电动汽车经济性评价指标20
3.1.3混合动力汽车经济性评价指标20
3.2汽车经济性法规及测试标准21
3.3汽车燃油经济性试验常用设备22
3.3.1全流排放分析仪22
3.3.2油耗仪/气耗仪24
3.3.3功率分析仪27
3.4行驶阻力测试28
3.4.1轻型车道路行驶阻力测试方法29
3.4.2重型车道路行驶阻力测试方法34
3.4.3对于电驱动汽车滑行的要求36
3.5车辆经济性试验（底盘测功机法）37
3.5.1试验工况37
3.5.2试验准备41
3.5.3试验方法42
3.5.4数据处理43
3.6车辆经济性试验（实际道路
试验法）43
3.6.1试验设备的安装43
3.6.2试验工况44
3.6.3等速行驶工况能耗测试44
3.6.4加速行驶工况能耗测试45
3.6.5怠速工况能耗测试45
3.6.6模拟用户使用工况的道路能耗
测试46
3.6.7实际道路的背靠背能量消耗量
对比测试46
3.7经济性优化分析案例48
第4章汽车制动性能试验50
4.1汽车制动性能评价指标50
4.1.1基本理论50
4.1.2评价指标52
4.2汽车制动性能试验常用设备55
4.2.1制动试验数采主机55
4.2.2制动触发设备56
4.2.3踏板力计和驻车制动力计56
4.2.4拉线位移传感器57
4.2.5轮速传感器57
4.2.6液压压力传感器58
4.2.7气压压力传感器58
4.2.8热电偶58
4.3汽车制动性能试验条件58
4.3.1道路条件58
4.3.2环境条件58
4.3.3车辆条件58
4.4汽车制动性能试验方法及数据处理59
4.4.1行车制动性能试验59
4.4.2应急制动性能试验62
4.4.3驻车制动性能试验63
4.4.4防抱死制动性能试验63
4.4.5制动系统时间响应特性试验70
4.4.6气压制动系统专项试验71
4.4.7制动踏板感知试验71
4.4.8再生制动系统制动稳定性试验72
4.5制动性能数据分析案例72
4.5.1制动问题72
4.5.2原因分析73
4.5.3整改方案和效果验证74
第5章汽车操纵稳定性试验75
5.1汽车操纵稳定性评价指标75
5.1.1基本理论75
5.1.2评价指标77
5.2汽车操纵稳定性试验常用设备80
5.2.1测力转向盘81
5.2.2惯性导航系统81
5.2.3驾驶机器人82
5.3汽车操纵稳定性试验条件82
5.3.1道路条件82
5.3.2环境条件82
5.3.3车辆条件82
5.4汽车操纵稳定性试验方法及数据
处理83
5.4.1稳态回转试验83
5.4.2转向回正试验85
5.4.3转向轻便性试验87
5.4.4转向盘转角阶跃输入试验89
5.4.5转向盘转角脉冲输入试验91
5.4.6蛇行试验92
5.4.7转向盘中心区操纵稳定性试验93
5.5汽车操纵稳定性数据分析案例96
5.5.1转向不回正问题数据分析96
5.5.2稳态回转过度转向问题数据分析97
第6章汽车可靠性试验99
6.1汽车可靠性评价指标99
6.1.1基本理论99
6.1.2评价指标102
6.2汽车可靠性试验方法102
6.2.1试验计划制订102
6.2.2试验实施104
6.3汽车可靠性试验数据处理105
6.3.1故障统计原则105
6.3.2数据处理方法106
6.4汽车可靠性试验数据分析案例108
第7章汽车耐久性试验110
7.1汽车耐久性评价指标110
7.1.1基本理论110
7.1.2评价指标116
7.2汽车耐久性试验常用设备116
7.2.1应变片116
7.2.2加速度传感器117
7.2.3位移传感器117
7.2.4车轮六分力传感器118
7.2.5数据记录仪119
7.3汽车道路载荷谱采集及分析方法119
7.3.1采集目的119
7.3.2数据基本检查120
7.3.3时域分析120
7.3.4频域分析122
7.3.5概率分析124
7.4试验场耐久性试验方法126
7.4.1试验场规范制定126
7.4.2试验台数及里程要求128
7.4.3耐久性试验实施129
7.5用户关联数据分析案例131
7.5.1载荷谱采集131
7.5.2载荷谱数据基础处理132
7.5.3优化匹配计算133
第8章汽车环境适应性试验136
8.1汽车环境适应性试验评价指标136
8.1.1传统汽车环境适应性评价指标136
8.1.2新能源汽车环境适应性评价
指标137
8.2汽车环境适应性试验常用设备137
8.2.1热电偶137
8.2.2压力传感器137
8.2.3手持气象仪138
8.2.4太阳辐射测量仪138
8.2.5强化腐蚀专用设施138
8.3汽车环境适应性试验方法及数据
处理139
8.3.1高温试验139
8.3.2高原试验139
8.3.3高寒试验140
8.3.4自然暴露试验141
8.3.5强化腐蚀试验145
8.4汽车环境适应性数据分析案例148
第9章汽车整车噪声试验150
9.1汽车整车噪声评价指标150
9.1.1声压与声压级151
9.1.2声功率和声功率级152
9.1.3声强与声强级152
9.1.4语言清晰度153
9.2汽车噪声试验常用设备154
9.2.1声级计154
9.2.2传声器155
9.2.3传声器校准器159
9.2.4声强探头159
9.2.5声阵列161
9.2.6噪声数据采集仪161
9.3汽车整车噪声测试方法及数据处理161
9.3.1加速行驶车外噪声测试方法162
9.3.2车内外特殊点噪声测试方法168
9.3.3整车道路噪声源识别171
9.3.4新能源汽车道路噪声测试174
9.4汽车噪声超标整改分析案例174
9.4.1试验方案174
9.4.2试验结果和分析175
9.4.3消声器改进和效果验证176
9.4.4试验研究结论176
第10章汽车整车振动试验177
10.1汽车振动性能评价指标177
10.1.1振动信号的基本评价指标177
10.1.2汽车平顺性评价指标178
10.1.3隔振系统的评价指标179
10.2振动测试系统及传感器179
10.2.1数据采集仪179
10.2.2汽车振动测试用传感器180
10.2.3振动数据处理软件183
10.3振动数据采集及预处理184
10.3.1采样定理184
10.3.2振动数据预处理184
10.4道路振动试验及数据处理186
10.4.1车内外关键点振动测试186
10.4.2车辆悬架系统隔振特性测试188
10.4.3悬置系统隔振特性测试189
10.4.4汽车平顺性道路试验190
10.5某商用车驾驶室平顺性改进
分析案例202
10.5.1不同车速下相关位置功率谱
密度对比分析202
10.5.2原因分析204
10.5.3整改方案实施和效果验证205
第11章汽车道路排放试验207
11.1汽车道路排放评价指标207
11.1.1排放法规207
11.1.2评价指标208
11.2汽车道路排放试验常用设备208
11.2.1PEMS设备主要组成模块208
11.2.2PEMS设备基本原理208
11.3汽车道路排放试验条件210
11.3.1道路条件210
11.3.2车辆条件210
11.3.3设备安装条件211
11.3.4驾驶员条件212
11.4道路排放试验方法212
11.4.1上电预热212
11.4.2设备标定212
11.4.3时间参数校正213
11.4.4车辆启动检查213
11.4.5试验运行213
11.4.6试验后检查213
11.5道路排放试验数据处理方法214
11.5.1轻型车道路排放数据处理
方法214
11.5.2重型车道路排放数据处理
方法216
第12章汽车智能驾驶试验218
12.1汽车智能驾驶评价指标218
12.1.1安全218
12.1.2体验219
12.1.3配置219
12.2汽车智能驾驶试验常用设备220
12.2.1模拟目标物220
12.2.2模拟目标物载体220
12.2.3惯性导航系统220
12.2.4道路环境采集设备
（含传感器）221
12.3汽车智能驾驶试验条件223
12.3.1道路条件223
12.3.2环境条件223
12.3.3车辆及试验设备要求223
12.4汽车智能驾驶试验方法225
12.4.1封闭场地试验225
12.4.2道路在环仿真测试239
12.4.3开放道路测试239
12.4.4V2X功能验证241
12.5汽车智能驾驶数据分析案例242
12.5.1AEB失效问题242
12.5.2原因分析242
12.5.3整改方案和效果验证243
第13章新能源汽车整车专项试验244
13.1能量流试验244
13.1.1能量流试验条件244
13.1.2能量流试验方法244
13.1.3能量流试验数据分析245
13.2整车功能验证246
13.2.1整车功能验证常用设备247
13.2.2整车功能验证方法247
13.3整车三电耐久性试验250
13.3.1整车三电耐久性试验方法250
13.3.2整车三电耐久性试验注意
事项250
13.4高压安全试验250
13.4.1绝缘电阻测量251
13.4.2绝缘电阻监测功能测试252
13.4.3电位均衡试验252
13.4.4涉水试验253
13.5新能源汽车数据分析案例253
参考文献254
本书主要介绍汽车道路试验的原理、试验条件和试验方法，结合编者多年的实际工程经验，针对目前汽车相关专业学生和汽车研发人员缺乏整车试验，特别是道路试验相关实践经验的情况，从基础开始，系统地介绍汽车试验的理论、方法、过程和具体应用场景。本书通过大量的实际案例让读者深入了解每项汽车试验的理论依据、试验步骤、数据处理和相关注意事项，既涵盖了动力性、经济性、制动性能、操纵稳定性、可靠性、耐久性、环境适应性等传统试验项目的相关知识，又包括了智能驾驶试验、新能源汽车整车专项试验等新领域的技术。
本书可供从事汽车研发、试验等方面的工程技术人员和管理人员参考，也可作为高等院校汽车相关专业的教材和参考用书。
作者简介
运伟国，男，工学博士。从事汽车开发验证工作近15年时间，先后主持了多款新能源汽车和传统汽车的开发验证工作，精通汽车底盘结构耐久试验、制动系统和转向系统试验，整车动力性、经济性等性能试验和整车可靠性试验。
李彬，现任长安大学运输科学研究院副院长，汽车学院车辆工程系主任，博士，副教授，博导，硕导。
本书由机械工业出版社出版，本文经出版方授权发布。
来源：汽车测试网
