CN102322998B - 一种车辆内部摩擦阻力的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆内部摩擦阻力的测量方法，采用了变载荷法测量滚动阻力系数，然后在此基础上求得内部摩擦阻力。它首先通过道路滑行试验求得车辆质量为m₁和m₂条件下的行驶阻力-车速曲线，然后再求得由于质量改变而引起的行驶阻力的增量的平均值，进而求得滚动阻力系数，最后求得内部摩擦阻力。本发明的优点是：相比现有测量方法，本发明的方法更能准确的反映车辆行驶状态下的内部摩擦阻力，更有普适性。

Description

一种车辆内部摩擦阻力的测量方法

技术领域

本发明涉及车辆性能参数测量技术，尤其是涉及一种车辆内部摩擦阻力的测量方法。

背景技术

车辆传动系统和制动系统内部摩擦阻力转化到车轮边缘的总阻力(以下简称内部摩擦阻力)，是车辆行驶阻力的一部分，也是影响整车燃油经济性的重要因素。目前主要采用直接法进行测量：即测量人员使车辆处于空挡，然后利用举升机将车辆举离地面，再使用拉力计在车轮外缘缓慢拉动车轮，记录拉力计数值，最后将各车轮测得的拉力相加得到内部摩擦阻力。上述方法的缺点是测量时车辆处于静止状态，传动系统和制动系统各摩擦副的摩擦力近似静摩擦，因此该法不能准确反映车辆行驶状态下的内部摩擦阻力，比真实的车辆行驶状态下的内部摩擦力偏大。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以准确测量车辆行驶状态下内部摩擦阻力的测量方法。

本发明的技术解决方案是：一种车辆内部摩擦阻力的测量方法，它包括以下步骤：

(1)、在车辆质量为m₁的条件下，参照GBT-12536汽车滑行试验方法进行，往返各一次为一组，分别进行多组滑行试验，并记录每次的车速-时间曲线；

(2)、改变车辆载荷，在车辆质量为m₂的条件下，参照GBT-12536汽车滑行试验方法，往返各一次为一组，分别进行多组滑行试验，并记录每次的车速-时间曲线；

(3)、根据公式①对步骤(1)中记录的每条车速-时间曲线进行换算，得到同样数量的行驶阻力-车速曲线，然后对得到的行驶阻力-车速曲线求行驶阻力对速度的算术平均值，得到平均行驶阻力-车速曲线F_m1(v)；根据公式①对步骤(2)中记录的每条车速-时间曲线进行换算，得到同样数量的行驶阻力-车速曲线，然后对得到的行驶阻力-车速曲线求行驶阻力对速度的算术平均值，得到平均行驶阻力-车速曲线F_m2(v)；

F_m(v)＝δma(v)        ①

上式中：m为车辆质量，δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数，a(v)为车辆滑行减速度；

$\mathrm{\δ}=1+\frac{1}{m}\frac{\mathrm{\Σ}{I}_w}{r^2},$ 其中，∑I_w为车轮转动惯量，r为车轮半径，m为车辆质量；

$a\left(v\right)=\frac{(v+\mathrm{\Δv})-(v-\mathrm{\Δv})}{\mathrm{\Δt}},$ 其中，Δv为速度增量，Δt为车速从(v+Δv)减到(v-Δv)所用的时间；

(4)、将两条平均行驶阻力-车速曲线F_m1(v)和F_m2(v)相减得到行驶阻力增量-车速曲线ΔF(v)，然后求该曲线的算术平均值

(5)、根据下面公式②获得车辆滚动阻力系数f；

$f=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{F}}{(m_1-m_2)g}$ ②

上式中：g为重力加速度；

(6)、按照下式③对步骤(3)中获得的平均行驶阻力-车速曲线F_m1(v)或F_m2(v)进行拟合求得k₀和k₂：

F_m(v)＝k₀+k₂v²      ③

上式中，k₀为滚动阻力和内部摩擦阻力的之和，v为车速，k₂v²为空气阻力；

(7)、根据下式④获得内部摩擦阻力F_内阻，

F_内阻＝k₀-fmg      ④

上式中，m为车辆质量。

$\mathrm{\δ}=1+\frac{1}{m}\frac{\mathrm{\Σ}{I}_w}{r^2}$ 是计算考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数δ的公知公式，对其不再赘述。该式中，δ一般取1.03～1.05。

$a\left(v\right)=\frac{(v+\mathrm{\Δv})-(v-\mathrm{\Δv})}{\mathrm{\Δt}}$ 是计算瞬时加速度的公知公式，对其不再赘述。该式中，Δv一般取1～2.5km/h。

下面详细说明公式②的推导过程。

在车辆滑行条件下，车辆的行驶阻力增量和车辆的质量增量成正比。当车辆质量为m1时的行驶阻力模型如式⑤所示：

F_m1(v)＝fm₁g+F_内阻+k₂v²        ⑤

上式中：fm₁g为滚动阻力，F_内阻为内部摩擦阻力，k₂v²为空气阻力。

改变车辆载荷，车辆质量为m₂时的行驶阻力模型如⑥式所示：

F_m2(v)＝fm₂g+F_内阻+k₂v²        ⑥

上式中：fm₂g为滚动阻力，F_内阻为内部摩擦阻力，k₂v²为空气阻力。

⑤式-⑥式可得行驶阻力增量-车速曲线ΔF(v)，如⑦式所示：

ΔF(v)＝F_m1(v)-F_m2(v)＝f(m₁-m₂)g    ⑦

由⑦式易知行驶阻力增量ΔF(v)不随车速变化。

对⑦式进一步整理，可得⑧式：

$f=\frac{\mathrm{\ΔF}\left(v\right)}{(m_1-m_2)g}$ ⑧

根据⑧式，只要知道任意一个车速v₀时的行驶阻力增量ΔF(v₀)即可求得滚阻系数f。尽管理论上行驶阻力增量不随车速变化，但由于路面条件和自然风的影响，行驶阻力增量存在波动，因此应在整个车速变化区间内计算行驶阻力增量的平均值

以减少测量误差。最后根据下面公式②获得车辆滚动阻力系数f。

$f=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{F}}{(m_1-m_2)g}$ ②

作为一种优选方案，步骤(1)中的m₁为车辆最大设计总质量，步骤(2)中的m₂为车辆整备质量加一名驾驶人员的质量。从⑦式可以看出，增大质量增量将增大行驶阻力增量，进而可减弱行驶阻力误差对测量结果的影响。该优选方案是可获得的最大质量增量。

作为一种优选方案，进行滑行试验时，为尽量减小误差，选取环境温度的波动不大于1℃的条件下进行试验。

本发明提供的方法中，步骤(1)和(2)中滑行试验的组数可以相同也可以不同。为尽量减小误差，同一车辆质量时滑行试验的组数最好不少于5组。

附图说明

附图1所示为本发明实施例求得的两条平均行驶阻力曲线、行驶阻力增量曲线及行驶阻力增量的平均值。

具体实施方式

实施例：

1、测量气温等气象条件：试验时气温为30℃，微风(＜2m/s)。

2、调整胎压：在冷态条件下将轮胎气压调整到车辆生产商推荐值220kPa。

3、配置车辆质量至m₁：试验车乘坐一名驾驶人员，然后加载沙袋使车辆质量达到该车的最大设计总质量2050kg。

4、在车辆质量为m₁的条件下进行滑行试验并记录数据：在水平沥青路面上进行五组(往返为一组)滑行试验，初始车速50km/h，使用便携式GPS设备(采样频率10Hz)记录每次滑行的车速-时间曲线和滑行距离，得到10条车速-时间曲线。

5、配置车辆质量至m₂：卸载全部沙袋，只剩一名驾驶人员，卸载沙袋后的车辆质量是1676kg。

6、在车辆质量为m₂的条件下进行滑行试验并记录数据：在与步骤4相同的道路上进行五组滑行试验，初始车速50km/h，使用便携式GPS设备记录每次滑行的车速-时间曲线和滑行距离，得到10条车速-时间曲线。

7、求平均行驶阻力-车速曲线：根据公式①对步骤4中记录每条的车速-时间曲线进行换算，得到10条行驶阻力-车速曲线，然后对这10条行驶阻力-车速曲线求行驶阻力对速度的算术平均值，得到平均行驶阻力-车速曲线F_m1(v)；根据公式①对步骤6中记录的10条的车速-时间曲线进行换算，得到10条行驶阻力-车速曲线，然后对这10条行驶阻力-车速曲线求行驶阻力对速度的算术平均值，得到平均行驶阻力-车速曲线F_m2(v)。

8、求行驶阻力增量的平均值：两条平均行驶阻力曲线F_m1(v)和F_m2(v)相减得到行驶阻力增量曲线ΔF(v)，然后求该曲线的平均值

如图1所示。经计算行驶阻力增量平均值

9、按照②式计算滚动阻力系数f： $f=\frac{33.1}{(2050-1676)\×9.8}=0.00903.$

10、按照③式进行拟合求得车辆质量为m₁时的系数k₀＝211.4N。(也可对车辆质量为m₂时的平均行驶阻力-车速曲线F_m2(v)进行拟合求系数k₀)

11、按照④式计算F_内阻＝211.4-0.00903×2050×9.8＝30N。

按照本发明背景技术中介绍的方法测量得到的内部摩擦阻力为40.4N。二者相比，本发明的方法更能准确的反映车辆行驶状态下的内部摩擦阻力，更有普适性。

注意事项：

1、进行滑行试验时，为尽量减小误差，选取环境温度的波动不大于1℃的条件下进行试验。

2、试验前车辆应以50～80km/h的平均车速行驶至少30分钟，以使轮胎充分预热(即预热行驶)。轮胎充分预热的判断标准是滑行距离无递增趋势。若连续几组试验的滑行距离存在递增趋势则说明预热不充分，应从无递增趋势的实验组开始记录数据。

3、为减少气温、风速等环境因素变化对试验造成的影响，每组滑行试验都应在相同的路面条件和环境温度下进行。步骤4若紧接步骤6进行，试验车可不专门预热行驶，但试验时需观察滑行距离是否存在递增趋势，若存在递增趋势说明预热不充分，应从无递增趋势的实验组开始记录数据。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种车辆内部摩擦阻力的测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、在车辆质量为m₁的条件下，参照GBT-12536汽车滑行试验方法，往返各一次为一组，分别进行多组滑行试验，并记录每次的车速-时间曲线；

(2)、改变车辆载荷，在车辆质量为m₂的条件下，参照GBT-12536汽车滑行试验方法，往返各一次为一组，分别进行多组滑行试验，并记录每次的车速-时间曲线；

(3)、根据公式①对步骤(1)中记录的每条车速-时间曲线进行换算，得到同样数量的行驶阻力-车速曲线，然后对得到的行驶阻力-车速曲线求行驶阻力对速度的算术平均值，得到平均行驶阻力-车速曲线F_m1(v)；根据公式①对步骤(2)中记录的每条车速-时间曲线进行换算，得到同样数量的行驶阻力-车速曲线，然后对得到的行驶阻力-车速曲线求行驶阻力对速度的算术平均值，得到平均行驶阻力-车速曲线F_m2(v)；

F_m(v)＝δma(v)     ①

上式中：m为车辆质量，δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数，a(v)为车辆滑行减速度；

其中，∑I_w为车轮转动惯量，r为车轮半径，m为车辆质量；

其中，Δv为速度增量，Δt为车速从(v+Δv)减到(v-Δv)所用的时间；

(4)、将两条平均行驶阻力-车速曲线F_m1(v)和F_m2(v)相减得到行驶阻力增量-车速曲线ΔF(v)，然后求该曲线的算术平均值 

(5)、根据下面公式②获得车辆滚动阻力系数f：

②

上式中：g为重力加速度；

(6)、按照下式③对步骤(3)中获得的平均行驶阻力-车速曲线F_m1(v)或F_m2(v)进 行拟合求得k₀和k₂：

F_m(v)＝k₀+k₂v²      ③

上式中，k₀为滚动阻力和内部摩擦阻力的之和，v为车速，k₂v²为空气阻力；

(7)、根据下式④获得内部摩擦阻力F_内阻，

F_内阻＝k₀-fmg       ④

上式中，m为车辆质量。

2.根据权利要求1所述的一种车辆滚动阻力系数的测量方法，其特征在于，δ＝1.03～1.05。

3.根据权利要求1所述的一种车辆滚动阻力系数的测量方法，其特征在于，Δv＝1～2.5km/h。

4.根据权利要求1所述的一种车辆滚动阻力系数的测量方法，其特征在于：选取环境温度的波动不大于1℃的条件时进行滑行试验。

5.根据权利要求1所述的一种车辆滚动阻力系数的测量方法，其特征在于：步骤(1)中的m₁为车辆最大设计总质量，步骤(2)中的m₂为车辆整备质量加一名驾驶人员的质量。

6.根据权利要求1所述的一种车辆滚动阻力系数的测量方法，其特征在于，步骤(1)或(2)中，滑行试验的组数不少于5组。 

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