轻型车转鼓阻力设定影响因素试验研究

潘 朋 王建海 田冬莲

（中国汽车技术研究中心）

1 前言

在试验室进行车辆滑行试验时，由于试验条件的差异会导致转鼓阻力设定的偏差，进而会对车辆的排放和油耗造成较大影响，因此，转鼓阻力设定的准确性对试验结果起着至关重要的作用。为此，针对转鼓滑行试验前车辆的热车状况、在转鼓上的固定方式、驱动轮胎压力和驱动轮胎上的有效载荷等影响转鼓阻力设定因素进行了车辆滑行对比试验，提出了减小各因素对转鼓阻力设定影响的建议。

2 试验研究

2.1 试验车辆

试验车辆为1辆状态稳定的某型轻型汽油车，车辆参数见表1。

表1 试验车辆参数

2.2 试验设备

主要试验设备见表2。

表2 主要试验设备

2.3 试验方案

采用相同的车辆道路滑行阻力，对试验样车分别进行了试验前热车状况、车辆不同固定方式、不同驱动轮胎压力和驱动轮上不同有效载荷等4组转鼓滑行对比试验，试验均按照GB18352.3—2005法规的相关试验要求进行。

3 试验结果及分析

3.1 热车状况对转鼓加载阻力的影响

GB18352.3—2005中要求，汽车在转鼓上滑行前，应采用合适的方法使车辆达到运转温度[1]。在试验室内，通常是将车辆以某一恒定速度运行一段时间或在运行1个NEDC循环（见图1）后进行滑行试验。该试验采用3种热车方式，即样车以80 km/h车速运行10 min、120 km/h车速运行30 min和运行1个完整的NEDC循环，3种热车方式下转鼓加载阻力及偏差值见图2和图 3。 图中，F1、F2、F3分别为80 km/h 10 min热车、120 km/h 30 min热车、NEDC循环热后的转鼓加载阻力。

由图2和图3可看出，车辆以120 km/h运行30 min后进行滑行试验时，随车速的增加，其转鼓加载阻力比以80 km/h运行10 min的热车方式增大约9～18 N，比运行NEDC循环热车方式增大约10～23 N；而采用80 km/h运行10 min热车方式的转鼓加载阻力与NEDC循环热车方式的转鼓加载阻力偏差较小，随车速增加，前者比后者仅增大约0.5～5 N。由此可知，以120 km/h运行30 min的方式热车最充分，转鼓加载阻力最大，而另外2种热车方式对车辆预热的效果相当，转鼓加载阻力较小且相近。

车辆在转鼓上的受力平衡方程[2]为:

由式（1）可知，在道路目标滑行阻力Fa、驱动轮与转鼓滚动阻力Fr和转鼓内阻FPl一定的情况下，在滑行试验前，车辆预热越充分，车辆传动系的阻力FC就越小，转鼓加载阻力FPAU就越大。

由上述可知，不同的热车方式对转鼓加载阻力的设定有较大影响，因此，试验室内滑行试验前的热车方式应采用与车辆在道路滑行试验前相同的方式，以保证车辆状态的一致性和试验数据的稳定性。

3.2 车辆固定方式对转鼓加载阻力的影响

在试验室内的转鼓上对样车进行固定时，前驱车辆可采用前端链条拉紧、后端用轮胎夹具固定的方式；而后驱和四驱车辆的前、后两端均需用链条固定。该试验仅对前驱车辆固定方式的差异对转鼓加载阻力的影响进行研究。

该试验采用夹具固定样车的后端从动轮，车辆前端使用链条分别以水平方向、与水平方向向下呈 30°、与水平方向向下呈 60°等 3种方式固定（图 4），每次滑行试验前其它试验条件保持不变，3种固定方式下的转鼓加载阻力见图5，各转鼓加载阻力偏差值见图 6。图6中，F水平、F30°、F60°分别为链条在 3种固定方式下的转鼓加载阻力。

从图5和图6可看出，链条与水平方向向下呈一定角度固定车辆时，夹角越大，样车的转鼓加载阻力越小。随车速的增加，夹角为60°时的转鼓加载阻力比夹角为30°时降低了约9～12 N，比水平方向固定车辆时降低了约15～22 N。这是由于链条向下以一定角度固定车辆时，夹角越大，链条的拉力F作用在驱动轮垂直方向上的分力FL越大，即FL1＜FL2＜FL3，见图 7。

在轮胎压力相同的情况下，滚动阻力Fr模型公式[3]为:

式中，P为轮胎压力；α为负值系数；β为正值系数；a、b、c 为常数；v 为车速。

由此可得到3种车辆固定方式下驱动轮胎受到的滚动阻力大小关系为:Fr水平＜Fr30°＜Fr60°。 在道路目标滑行阻力、转鼓内阻和车辆传动系阻力不变的情况下，由式（1）可得到转鼓加载阻力大小关系为:F水平＞F30°＞F60°。

由上述试验数据和受力分析可知，在进行转鼓滑行试验时，链条应尽量以水平拉紧车辆的方式固定车辆，以减小固定装置对车辆驱动轮胎垂直方向上的分力，从而减小车辆固定方式对转鼓阻力设定造成的影响。

3.3 驱动轮胎压力对转鼓加载阻力的影响

GB18352.3—2005中规定:轮胎压力应与制造厂规定的相同，并与为调整底盘测功机而进行的预备性道路试验所使用的压力相同[1]。为验证驱动轮胎压力偏差对转鼓阻力设定的影响，在其它试验条件相同的情况下，将车辆驱动轮胎压力分别设定为厂家标称压力220 kPa、高于和低于标称压力30 kPa 3种方式进行转鼓滑行试验，结果见图8和图9。图 9 中，F190kPa、F220kPa、F250kPa分别为 3 种驱动轮胎压力下的转鼓加载阻力。

从图8和图9可看出，随驱动轮胎压力的降低，试验样车的转鼓加载阻力也逐渐减小。随车速的增加，驱动轮胎压力为190 kPa时的转鼓加载阻力比驱动轮胎压力为220 kPa时降低了约14～21 N，比驱动轮胎压力为250 kPa时降低了约25～43 N。这是由于当车辆驱动轮胎压力降低时，轮胎在转鼓滚筒上的变形增大[2]，由式（2）可知，驱动轮胎与滚筒间的滚动阻力增加，即 Fr190kPa＞Fr220kPa＞Fr250kPa，在其它试验条件不变的情况下，再由式（1）可得转鼓加载阻力大小关系为:F190kPa＜F220kPa＜F250kPa。

通过对上述试验数据分析可知，驱动轮胎压力的差异对转鼓加载阻力影响较大，车辆驱动轮胎压力越低，轮胎与转鼓滚筒间的滚动阻力越大，转鼓滑行阻力的设定就会比正常轮胎压力时的偏低[4]。因此，车辆在进行滑行试验前应先检查驱动轮胎压力，使之符合厂家规定的数值；此外，如果厂家在进行车辆道路滑行试验时对轮胎压力有特别要求，在试验室进行转鼓滑行试验时，车辆驱动轮胎压力的设置还应与道路滑行时的保持一致。

3.4 驱动轮上有效载荷对转鼓加载阻力的影响

在试验室内进行滑行试验时，通常只允许1名试验人员坐在驾驶员座位上[3]。为验证汽车驱动轮上有效载荷的差异对转鼓加载阻力的影响，在其它试验条件相同的情况下，分别采用车内有1名驾驶员、无驾驶员和正副2名驾驶员等3种方式进行转鼓滑行试验，结果见图 10 和图 11。 图 11 中，F无驾驶员、F1名驾驶员、F2名驾驶员分别为3种有效载荷下的转鼓加载阻力。

从图10和图11可看出，随试验人员的增多，转鼓加载阻力逐渐减小。随车速增加，车内乘坐2名驾驶员时的转鼓加载阻力比1名驾驶员时降低了约6～14 N，比无驾驶员时降低了约15～25 N。这是由于随车内乘员增多，车辆驱动轮上的有效载荷增大，作用在驱动轮上的垂直方向分力FL增大。在轮胎压力一定的情况下，由式（2）可得车辆所受滚动阻力大小关系为:Fr无驾驶员＜Fr1名驾驶员＜Fr2名驾驶员，在其它试验条件不变的情况下，由式（1）可得转鼓加载阻力大小关系为:F无驾驶员＞F1名驾驶员＞F2名驾驶员。

由上述试验结果可知，车辆在进行转鼓滑行试验时，应采用试验室通常采用的标准滑行方法，以减小驱动轮上载荷的差异对转鼓阻力设定的影响。

4 转鼓阻力设定实例

根据上述试验研究结果及试验方法对试验车辆进行转鼓阻力设定，设定步骤见表3，并连续进行3次试验，结果见图12和图13。图13中，F第1次、F第2次、F第3次分别为3次试验的转鼓加载阻力。

表3 转鼓阻力设定

从图12和图13可看出，按照表3中试验步骤进行的3次转鼓滑行试验，总体偏差较小，最小偏差仅为0.02 N，最大偏差小于3.5 N。因此，在试验室进行转鼓滑行试验时，严格按照统一的试验规范操作能够最大限度地减小试验误差，确保试验数据的稳定性和有效性。

5 结束语

对某型试验样车进行了多组转鼓滑行对比试验，结果表明，在试验室内进行滑行试验时，试验前的热车方式应与道路滑行试验前的热车方式一致，以保证车辆状态的一致性和试验数据的稳定性；链条应尽可能以水平拉紧车辆的方式固定车辆，以减小固定装置作用在车辆驱动轮胎垂直方向上的分力；应保证车辆驱动轮胎的压力符合厂家规定的数值，车辆驱动轮胎压力设置还应与在道路滑行时保持一致；为减小驱动轮上载荷的差异对转鼓阻力设定的影响，应采用试验室通常采用的标准滑行方法。

1 国家环境保总局.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）.北京:中国环境科学出版社，2005.

2 陈春梅.滑行法确定底盘测功机加载数值研究:[硕士论文]，2009.

3 王志伟，王恩宇.底盘测功机阻力设定对轻型车排放影响的试验研究.汽车技术，2009（9）:55～57.

4 严朝勇，谭拥军，刘越琪.基于底盘测功机的油耗研究.交通标准化，2009（4）:66～68.