CN102323206A - 一种车辆滚动阻力系数的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆滚动阻力系数的测量方法，采用了变载荷法测量滚动阻力系数。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增量的平均值，最后求得滚阻系数。本发明的优点是：相比现有测量方法，所用测量设备简单，成本低，测量出的结果精度高。

Description

一种车辆滚动阻力系数的测量方法

技术领域

本发明涉及车辆性能参数测试技术领域，尤其是涉及一种车辆滚动阻力系数的测量方法。

背景技术

目前，测量车辆滚动阻力系数(简称滚阻系数)的方法主要有两种，一种是以GBT-18861汽车轮胎滚动阻力测量方法为代表的台架测量法，该方法是目前公认的较准确的测量滚阻系数的方法；另一种是道路测量法，该方法利用道路滑行试验(如GBT-12536汽车滑行试验法)获得行驶阻力-车速曲线，然后计算滚阻系数。后一种方法中，滚阻系数常按如下方法计算：假定车辆在道路上滑行时的行驶阻力仅包括滚动阻力和空气阻力两部分，其行驶阻力模型如①式所示：

F(v)＝k₀+k₂v²    ①

上式中，k₀为滚动阻力，v为车速，k₂v²为空气阻力。通过滑行试验获得行驶阻力-车速曲线，再对该曲线按①式进行拟合求得k₀和k₂。利用滚动阻力和车辆质量之间的关系，即②式求得滚动阻力系数f：

$f=\frac{k_0}{\mathrm{mg}}$ ②

上式中：m为车辆质量，g为重力加速度。②式也是反映滚动阻力和滚阻系数之间关系的普适公式。

上述方法的缺点是忽略了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)，进而给滚动阻力系数测量带来较大的误差。在车辆滑行条件下，内部摩擦阻力一般在10-50N之间，并且随车速和车重变化不大，可近似认为是一个定值。根据上述计算方法得到的滚动阻力k₀实际上包含两部分力：实际滚动阻力和内部摩擦阻力。显然k₀比实际滚动阻力大，因而根据②式求得的滚阻系数也将偏大。

例如一辆质量为1500kg，内部摩擦阻力为40N的轿车，已知滚阻系数为0.01。理论上，通过上述第二种方法求得的滚动阻力为187N，滚阻系数为0.0127，滚阻系数误差达到27％。产生此误差的原因就在于求得的滚动阻力比实际滚动阻力多包含了内部摩擦阻力40N这一部分力，真实的滚动阻力应为147N(根据上式②得到)。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以消除内部摩擦阻力对测量结果影响的车辆滚动阻力系数的测量方法。

本发明的技术解决方案是：一种车辆滚动阻力系数的测量方法，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，往返各一次为一组，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，再次进行多组滑行试验，并记录每次的车速-时间曲线；

(3)、根据公式③对步骤(1)中记录每条的车速-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③对步骤(2)中记录每条的车速-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)    ③

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④获得车辆滚动阻力系数f，

$f=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{F}}{(m_1-m_2)g}$ ④

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。

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④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：

$f=\frac{\mathrm{\Δ}F\left(v\right)}{(m_1-m_2)g}$ 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④获得车辆滚动阻力系数f。

$f=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{F}}{(m_1-m_2)g}$ ④

通过本发明方法获取的滚动阻力系数精度高，并且测量设备简单，成本低。

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。

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。根据经验，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。

进行滑行试验时，为尽量减小误差，优选环境温度波动不大于1℃的条件下进行试验。

此外它还包括步骤(6：)将步骤(5)中获取的车辆滚动阻力系数按GBT 18861的经验公式修正为标准环境温度(25℃)状态下的车辆滚动阻力系数。经验公式如⑨式所示：

f₂₅＝f[1+0.01(T-25)]    ⑨

上式中：T为实际测量环境的气温，f为气温为T时测得的滚阻系数，f₂₅为25℃时的滚阻系数。现有研究已经表明环境气温对滚阻系数影响较大，而在环境温度对测试结果有影响的测试方法中，一般都将测试时的环境温度换算成标准环境温度25℃，从而使测试方法更具有普适性，测试结果更具有可比性。因此，最好按照上式⑨将非25℃环境温度下的滚动阻力系数修正为25℃下的滚动阻力系数。

进行滑行试验时，环境温度最好在20～30℃之间，以便应用经验公式⑨较准确地修正滚阻系数。

本发明的优点是：相比GBT-18861汽车轮胎滚动阻力测量方法，本发明提供的方法在保证测试结果精度的前提下，测量设备简单，成本低；相比于用GBT-12536汽车滑行试验法获得行驶阻力-车速曲线，然后计算滚阻系数的方法，本发明提供的方法精确度较高。

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、干燥的沥青路面上进行5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5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、求行驶阻力-车速曲线：根据公式③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③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：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

如图1所示。经计算行驶阻力增量平均值

9、按照④式计算滚动阻力系数f：

$f=\frac{33.1}{(2050-1676)\×9.8}=0.00903.$

10、按照⑨式修正为25℃下的滚动阻力系数：

f₂₅＝0.00903[1+0.01(30-25)]＝0.00948

注意事项：

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

2、试验时气温最好在20～30℃之间，以便应用经验公式⑨较准确地修正滚阻系数。

3、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。

4、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。

为了进一步说明本发明方法的有益效果，对测量的滚动阻力系数进行精度比较：

按照GBT-18861试验方法在台架上测量滚阻系数，轮胎气压220kPa，气温25℃，测得的滚阻系数为0.00936。按照GBT-12536汽车滑行试验法测量，并根据下式①、②和⑨式计算得到滚阻系数为0.01105，与GBT-18861法得到的滚阻系数相比误差为18.1％，误差较大。

F(v)＝k₀+k₂v²           ①

$f=\frac{k_0}{\mathrm{mg}}$ ②

f₂₅＝f[1+0.01(T-25)]    ⑨

本发明测得的滚阻系数为0.00948，与GBT-18861测试结果相比偏差仅为1.3％，可见本发明测量精度较好，并且具有测量设备简单，成本低的优点。与用GBT-12536汽车滑行试验法测量，并根据①、②和⑨式计算得到的滚阻系数相比，本发明测量精度较高。

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 (8)

1.一种车辆滚动阻力系数的测量方法，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③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③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)    ③

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④获得车辆滚动阻力系数f，

$f=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{F}}{(m_1-m_2)g}$ ④

上式中：g为重力加速度。

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：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。

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：它还包括步骤(6)：将步骤(5)中获取的车辆滚动阻力系数按⑨式修正为标准环境温度状态下的车辆滚动阻力系数f₂₅：

f₂₅＝f[1+0.01(T-25)]    ⑨

上式中：T为实际测量环境的气温，f为气温为T时测得的滚阻系数，f₂₅为标准环境温度时的滚阻系数。

6.根据权利要求5所述的一种车辆滚动阻力系数的测量方法，其特征在于：环境温度的波动不大于1℃的条件下进行滑行试验。

7.根据权利要求5所述的一种车辆滚动阻力系数的测量方法，其特征在于：在20～30℃的环境温度下进行滑行试验。

8.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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