2014CG ̄TT026
油耗实验底盘测功机设定阻力合理性的研究
解㊀ 梁
泛亚汽车技术中心有限公司
ʌ 摘要ɔ ㊀ 分析了车辆在道路和转毂上滑行的受力状况ꎮ通过对比驱动轴等效阻力在道路和转毂上的差异ꎬ推导出底盘测功机加载力与道路滑行目标阻力的关系式ꎮ由此提出了底盘测功机设定阻力的判定方法ꎬ并进行了实车验证ꎮ
ʌ 关键词ɔ ㊀ 底盘测功机ꎬ道路阻力ꎬ转毂加载力
RationalityStudyofDynoSetonFuelConsumptionTest
XieLiang
PanAsiaTechnicalAutomotiveCenter
㊀ ㊀ Abstract:Analyzethecompositionofcoast ̄downresistancebothtestingontheroadandchassisdynamometer Bycomparingtheducted Dynosetrationalityjudgmentmethodꎬdeducedfromtheformulaꎬisvalidatedbyvehicletest
Keywords:chassisdynamometerꎬroadloadresistanceꎬdynoset
differencesofvehicledriveaxlespinlossbetweenthetwotestproceduresꎬtherelationshipbetweendynosetandtargetroadloadiscon ̄
引㊀ ㊀ 言
台架实验是检测汽车性能的重要手段ꎮ它可以有效地节约实验成本和降低实验误差ꎮGB19233 2008规定了油耗实验应用底盘测功机模拟车辆在实际道路行驶过程中的阻力状况ꎮ大量研究和实验表明ꎬ底盘测功机模拟道路阻力的精确性会对实验的结果产生较大影响
[1]
用车速的二次关系式来表示[2]ꎮ因此道路总阻力也可以表示为车速的二次关系式ꎬ记为
F0㊁ F1㊁ F2也就是油耗台架实验的目标阻力参数ꎮ
FRL=F0+F1v+F2v2
(4)
2㊀底盘测功机空档滑行试验
机模拟阻力是否合理并没有系统的判定方法ꎮ本文将对比分析汽车在道路和转毂上滑行的受力状态ꎬ对油耗实验中底盘测功机设定阻力的合理性提出一套方便可行的判定方法ꎮ
ꎮ目前对于底盘测功
滑行的试验规范ꎮ转毂通过对车辆驱动轮施加额外阻力模拟车辆在水平道路的受力状态ꎮ转毂加载力FDS的表达式为
FDS=FSim_RL-FᶄSL_Drive
(5)
GB18352 3附录CC5 1同样规定了车辆在底盘测功机
1㊀道路空档滑行试验
定车辆的行驶阻力ꎮ汽车在水平道路进行空档滑行实验ꎬ道路总阻力FRL可以表示为
FRL=FA+FSL_Drive+FSL_NonDrive
(1)
GB19233 2008引用GB18352 3附录CC5 1的要求确
式中ꎬFSim_RL为底盘测功机模拟道路总阻力ꎻFᶄ SL_Drive为驱动轴在转毂上的等效转动阻力ꎮ
定义偏差系数kꎬ表示底盘测功机模拟的道路总阻力与实际道路滑行总阻力的偏差[3]ꎬ存在关系式为
FSim_RL=(1+k) FRL
(6)
油耗实验中通常要求k的取值范围为ʃ 5%(v50km/h)ꎮ
同理前文ꎬ转毂加载力也可以表示为车速的二次关系式ꎬ记作
FDS=A+Bv+Cv2
(7)
式中ꎬFA为风阻ꎻFSL_Drive为驱动轴等效转动阻力ꎻFSL_NonDrive为非驱动轴等效转动阻力ꎮ
风洞实验结果证明ꎬ车辆风阻与车速的平方成正比ꎬ记为式中ꎬfA为风阻常数ꎻv为车速ꎮ
FA=FAv
2
(2)
A㊁ B㊁ C即油耗台架实验中底盘测功机设定的阻力参数ꎮ
驱动轴等效转动阻力包含变速器输出端阻力㊁ 驱动轴传动系阻力和驱动轴轮胎滚动阻力ꎮ非驱动轴等效转动阻力包含非驱动轴传动系阻力和非驱动轴轮胎滚动阻力ꎮ定义驱动轴阻力占比系数δꎬ满足
δ=
FSL_Drive
FSL_Drive+FSL_NonDrive
(3)
3㊀驱动轴等效转动阻力的修正
驱动轴在转毂上的等效转动阻力与在水平道路滑行实验中不同ꎮ产生差异的主要原因有:①由转毂曲率和试验温度引起的理论系统误差ꎻ②车辆内阻的差异ꎻ③车辆在转毂上固定引起的实验误差ꎮ驱动轴等效转动阻力的修正关系可以表示为
FᶄSL_Drive=(1+μ)(1+α)(1+β) FSL_Drive
(8)
δ是车辆的固有特性ꎬ其物理意义是车辆驱动轴转动阻力相对于车辆传动系总转动阻力的占比ꎮ通常情况下ꎬ两驱车的δ取值范围为60%~80%ꎬ四驱车为1ꎮ
风阻㊁ 变速器阻力㊁ 传动系转动阻力和轮胎滚阻都可以
式中ꎬμ为理论系统误差偏差系数ꎻα为车辆阻力差异偏差系数ꎻβ为实验误差偏差系数ꎮ
转毂曲率引起的轮胎滚阻的差异可以用下式修正[4]:
FTire_Dyno=1+
2014CG ̄TT026(9)
(
rFRTire
)
式中ꎬFTire_Dyno为轮胎在转毂上的滚动阻力ꎻFTire为轮胎在水平路面上的滚动阻力ꎻr为轮胎滚动半径ꎻR为转毂半径ꎮ实验温度引起的误差可以用下式修正[5]:
FSL_D_Std=[1+0 00846(T-20)]FSL_D_Test
(10)
式中ꎬFSL_D_Std为标准温度下的驱动轴转动阻力ꎻFSL_D_Test为实验温度下的驱动轴转动阻力ꎻT为实验温度ꎮ
对于已知的试验室和实验车辆ꎬ转毂半径㊁ 实验温度和车轮滚动半径都是已知量ꎬ因此理论系统误差μ也是定值ꎮ
车辆的内阻偏差系数反映车辆的制造㊁ 组装偏差和不同磨合状态下的阻力差异ꎮ未磨合的新车比磨合一定里程后的车辆内阻偏大ꎮ
实验误差与车辆的固定方式相关ꎮ实验时ꎬ车辆紧固带的固定角度会引起非水平向额外负载ꎮ因此应尽可能确保车辆紧固带水平固定ꎬ紧固预紧力也应该在合理的范围ꎮ
4㊀底盘测功机设定阻力与目标滑行阻力关系
推导
㊀ 以得出转毂加载力与目标阻力的关系式为
㊀ 由式(1)㊁式(3)㊁式(5)㊁式(6)和式(8)ꎬ可FDS=[
1+μ)(1+δ
α)(1+β)
]
F(1+k+-
μ)(1+RL+
δ
α)(1+β)
FAero
(11)
令
θ=1+k-
+μ)(1+δ
α)(1+β)
(12)
由式(4)㊁式(7)㊁式(11)和式(12)可得ꎬ底盘测功机的设定阻力参数和目标阻力参数的关系为
A=θFB=θF0Cʈ(1 1
+k) F(13)
在满足误差要求的前提下ꎬ几何上可以用无数组不同的2ʈ F2
A㊁ B㊁ C系数拟合0~120取值范围内的二次曲线ꎬ系数A反映二次曲线和y轴的交点ꎬB/C反映二次曲线对称轴ꎬ系数C反映二次曲线形状ꎮ由于试验曲线的对称轴最小取值为负无穷ꎬ所以参数B/C的取值范围较大ꎻ而试验曲线与y轴交点的范围是确定的ꎬ因此选取A/F判断要素ꎬ即θ值ꎮ
0作为转毂加载力的5㊀实验验证
选取某车型为研究对象ꎮ忽略车辆在转毂上固定引起的实验误差ꎬ即β=0ꎮ由转毂半径㊁ 轮胎转动半径和实验温度分别计算出前驱和四驱的理论系统偏差系数μꎮ前驱的驱动轴转动阻力分配系数δ取0 7ꎬ四驱δ取1ꎮ在k取ʃ 5%的范围内ꎬ车辆内阻偏差α与θ的关系如图1所示ꎮ
统计该车型多次油耗实验的转毂加载力和目标阻力常数项的比值θꎬ将实验车辆分为新车和磨合3000km以上的两组样本ꎮ实验得到的θ取值范围如图2所示ꎮ
对比理论计算和实验统计值ꎬ可以得到图3ꎮ
由图3可以看出ꎬ对于磨合过的车辆ꎬ
前驱实验得到的
图1㊀车辆内阻偏差α与θ
的关系
图2㊀
实验得到的取值范围
图3㊀对比理论计算和实验统计值
θ值和理论计算值可以很好的吻合ꎮ四驱实验得到的θ值略小于理论计算值取值范围ꎮ这是由于四驱转毂的总内阻更大ꎬ实验误差β>0ꎮ对于新车ꎬ实验得到的θ值比磨合过的车辆偏小ꎮ
6㊀总结
底盘测功机的设定阻力可以用常数项与目标阻力的常数项比值θ判断其合理性ꎬθ的理论计算值参考式(13)ꎮ理论上ꎬ新车的θ比磨合过的车辆偏小ꎮ对于超出理论范围的θ值ꎬ应及时检查实验条件和车辆自身阻力ꎬ以确保实验结果准确有效ꎮ
2014CG ̄TT026
参考文献
[1]㊀马杰ꎬ周华 底盘测功机阻力设定对汽车尾气排放的[2]㊀董金松ꎬ许洪国ꎬ任有ꎬ等 基于道路试验的汽车滚
动阻力和空气阻力系数计算方法研究[J].交通信息与安全ꎬ2009ꎬ27(1):75 ̄78
影响[J].汽车工程ꎬ2006ꎬ28(9):873 ̄876
[3]㊀高萌ꎬ刘子铭 汽车底盘测功行驶阻力模拟系统的研[4]㊀任礼行ꎬ刘青ꎬ张艾谦ꎬ等 轮胎滚动阻力测量与分
析[J].汽车工程ꎬ2000ꎬ22(5):316 ̄319 究[J].车辆与动力技术ꎬ2012(4):16 ̄19
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油耗实验底盘测功机设定阻力合理性的研究
解㊀ 梁
泛亚汽车技术中心有限公司
ʌ 摘要ɔ ㊀ 分析了车辆在道路和转毂上滑行的受力状况ꎮ通过对比驱动轴等效阻力在道路和转毂上的差异ꎬ推导出底盘测功机加载力与道路滑行目标阻力的关系式ꎮ由此提出了底盘测功机设定阻力的判定方法ꎬ并进行了实车验证ꎮ
ʌ 关键词ɔ ㊀ 底盘测功机ꎬ道路阻力ꎬ转毂加载力
RationalityStudyofDynoSetonFuelConsumptionTest
XieLiang
PanAsiaTechnicalAutomotiveCenter
㊀ ㊀ Abstract:Analyzethecompositionofcoast ̄downresistancebothtestingontheroadandchassisdynamometer Bycomparingtheducted Dynosetrationalityjudgmentmethodꎬdeducedfromtheformulaꎬisvalidatedbyvehicletest
Keywords:chassisdynamometerꎬroadloadresistanceꎬdynoset
differencesofvehicledriveaxlespinlossbetweenthetwotestproceduresꎬtherelationshipbetweendynosetandtargetroadloadiscon ̄
引㊀ ㊀ 言
台架实验是检测汽车性能的重要手段ꎮ它可以有效地节约实验成本和降低实验误差ꎮGB19233 2008规定了油耗实验应用底盘测功机模拟车辆在实际道路行驶过程中的阻力状况ꎮ大量研究和实验表明ꎬ底盘测功机模拟道路阻力的精确性会对实验的结果产生较大影响
[1]
用车速的二次关系式来表示[2]ꎮ因此道路总阻力也可以表示为车速的二次关系式ꎬ记为
F0㊁ F1㊁ F2也就是油耗台架实验的目标阻力参数ꎮ
FRL=F0+F1v+F2v2
(4)
2㊀底盘测功机空档滑行试验
机模拟阻力是否合理并没有系统的判定方法ꎮ本文将对比分析汽车在道路和转毂上滑行的受力状态ꎬ对油耗实验中底盘测功机设定阻力的合理性提出一套方便可行的判定方法ꎮ
ꎮ目前对于底盘测功
滑行的试验规范ꎮ转毂通过对车辆驱动轮施加额外阻力模拟车辆在水平道路的受力状态ꎮ转毂加载力FDS的表达式为
FDS=FSim_RL-FᶄSL_Drive
(5)
GB18352 3附录CC5 1同样规定了车辆在底盘测功机
1㊀道路空档滑行试验
定车辆的行驶阻力ꎮ汽车在水平道路进行空档滑行实验ꎬ道路总阻力FRL可以表示为
FRL=FA+FSL_Drive+FSL_NonDrive
(1)
GB19233 2008引用GB18352 3附录CC5 1的要求确
式中ꎬFSim_RL为底盘测功机模拟道路总阻力ꎻFᶄ SL_Drive为驱动轴在转毂上的等效转动阻力ꎮ
定义偏差系数kꎬ表示底盘测功机模拟的道路总阻力与实际道路滑行总阻力的偏差[3]ꎬ存在关系式为
FSim_RL=(1+k) FRL
(6)
油耗实验中通常要求k的取值范围为ʃ 5%(v50km/h)ꎮ
同理前文ꎬ转毂加载力也可以表示为车速的二次关系式ꎬ记作
FDS=A+Bv+Cv2
(7)
式中ꎬFA为风阻ꎻFSL_Drive为驱动轴等效转动阻力ꎻFSL_NonDrive为非驱动轴等效转动阻力ꎮ
风洞实验结果证明ꎬ车辆风阻与车速的平方成正比ꎬ记为式中ꎬfA为风阻常数ꎻv为车速ꎮ
FA=FAv
2
(2)
A㊁ B㊁ C即油耗台架实验中底盘测功机设定的阻力参数ꎮ
驱动轴等效转动阻力包含变速器输出端阻力㊁ 驱动轴传动系阻力和驱动轴轮胎滚动阻力ꎮ非驱动轴等效转动阻力包含非驱动轴传动系阻力和非驱动轴轮胎滚动阻力ꎮ定义驱动轴阻力占比系数δꎬ满足
δ=
FSL_Drive
FSL_Drive+FSL_NonDrive
(3)
3㊀驱动轴等效转动阻力的修正
驱动轴在转毂上的等效转动阻力与在水平道路滑行实验中不同ꎮ产生差异的主要原因有:①由转毂曲率和试验温度引起的理论系统误差ꎻ②车辆内阻的差异ꎻ③车辆在转毂上固定引起的实验误差ꎮ驱动轴等效转动阻力的修正关系可以表示为
FᶄSL_Drive=(1+μ)(1+α)(1+β) FSL_Drive
(8)
δ是车辆的固有特性ꎬ其物理意义是车辆驱动轴转动阻力相对于车辆传动系总转动阻力的占比ꎮ通常情况下ꎬ两驱车的δ取值范围为60%~80%ꎬ四驱车为1ꎮ
风阻㊁ 变速器阻力㊁ 传动系转动阻力和轮胎滚阻都可以
式中ꎬμ为理论系统误差偏差系数ꎻα为车辆阻力差异偏差系数ꎻβ为实验误差偏差系数ꎮ
转毂曲率引起的轮胎滚阻的差异可以用下式修正[4]:
FTire_Dyno=1+
2014CG ̄TT026(9)
(
rFRTire
)
式中ꎬFTire_Dyno为轮胎在转毂上的滚动阻力ꎻFTire为轮胎在水平路面上的滚动阻力ꎻr为轮胎滚动半径ꎻR为转毂半径ꎮ实验温度引起的误差可以用下式修正[5]:
FSL_D_Std=[1+0 00846(T-20)]FSL_D_Test
(10)
式中ꎬFSL_D_Std为标准温度下的驱动轴转动阻力ꎻFSL_D_Test为实验温度下的驱动轴转动阻力ꎻT为实验温度ꎮ
对于已知的试验室和实验车辆ꎬ转毂半径㊁ 实验温度和车轮滚动半径都是已知量ꎬ因此理论系统误差μ也是定值ꎮ
车辆的内阻偏差系数反映车辆的制造㊁ 组装偏差和不同磨合状态下的阻力差异ꎮ未磨合的新车比磨合一定里程后的车辆内阻偏大ꎮ
实验误差与车辆的固定方式相关ꎮ实验时ꎬ车辆紧固带的固定角度会引起非水平向额外负载ꎮ因此应尽可能确保车辆紧固带水平固定ꎬ紧固预紧力也应该在合理的范围ꎮ
4㊀底盘测功机设定阻力与目标滑行阻力关系
推导
㊀ 以得出转毂加载力与目标阻力的关系式为
㊀ 由式(1)㊁式(3)㊁式(5)㊁式(6)和式(8)ꎬ可FDS=[
1+μ)(1+δ
α)(1+β)
]
F(1+k+-
μ)(1+RL+
δ
α)(1+β)
FAero
(11)
令
θ=1+k-
+μ)(1+δ
α)(1+β)
(12)
由式(4)㊁式(7)㊁式(11)和式(12)可得ꎬ底盘测功机的设定阻力参数和目标阻力参数的关系为
A=θFB=θF0Cʈ(1 1
+k) F(13)
在满足误差要求的前提下ꎬ几何上可以用无数组不同的2ʈ F2
A㊁ B㊁ C系数拟合0~120取值范围内的二次曲线ꎬ系数A反映二次曲线和y轴的交点ꎬB/C反映二次曲线对称轴ꎬ系数C反映二次曲线形状ꎮ由于试验曲线的对称轴最小取值为负无穷ꎬ所以参数B/C的取值范围较大ꎻ而试验曲线与y轴交点的范围是确定的ꎬ因此选取A/F判断要素ꎬ即θ值ꎮ
0作为转毂加载力的5㊀实验验证
选取某车型为研究对象ꎮ忽略车辆在转毂上固定引起的实验误差ꎬ即β=0ꎮ由转毂半径㊁ 轮胎转动半径和实验温度分别计算出前驱和四驱的理论系统偏差系数μꎮ前驱的驱动轴转动阻力分配系数δ取0 7ꎬ四驱δ取1ꎮ在k取ʃ 5%的范围内ꎬ车辆内阻偏差α与θ的关系如图1所示ꎮ
统计该车型多次油耗实验的转毂加载力和目标阻力常数项的比值θꎬ将实验车辆分为新车和磨合3000km以上的两组样本ꎮ实验得到的θ取值范围如图2所示ꎮ
对比理论计算和实验统计值ꎬ可以得到图3ꎮ
由图3可以看出ꎬ对于磨合过的车辆ꎬ
前驱实验得到的
图1㊀车辆内阻偏差α与θ
的关系
图2㊀
实验得到的取值范围
图3㊀对比理论计算和实验统计值
θ值和理论计算值可以很好的吻合ꎮ四驱实验得到的θ值略小于理论计算值取值范围ꎮ这是由于四驱转毂的总内阻更大ꎬ实验误差β>0ꎮ对于新车ꎬ实验得到的θ值比磨合过的车辆偏小ꎮ
6㊀总结
底盘测功机的设定阻力可以用常数项与目标阻力的常数项比值θ判断其合理性ꎬθ的理论计算值参考式(13)ꎮ理论上ꎬ新车的θ比磨合过的车辆偏小ꎮ对于超出理论范围的θ值ꎬ应及时检查实验条件和车辆自身阻力ꎬ以确保实验结果准确有效ꎮ
2014CG ̄TT026
参考文献
[1]㊀马杰ꎬ周华 底盘测功机阻力设定对汽车尾气排放的[2]㊀董金松ꎬ许洪国ꎬ任有ꎬ等 基于道路试验的汽车滚
动阻力和空气阻力系数计算方法研究[J].交通信息与安全ꎬ2009ꎬ27(1):75 ̄78
影响[J].汽车工程ꎬ2006ꎬ28(9):873 ̄876
[3]㊀高萌ꎬ刘子铭 汽车底盘测功行驶阻力模拟系统的研[4]㊀任礼行ꎬ刘青ꎬ张艾谦ꎬ等 轮胎滚动阻力测量与分
析[J].汽车工程ꎬ2000ꎬ22(5):316 ̄319 究[J].车辆与动力技术ꎬ2012(4):16 ̄19