CN103376234A - 一种车辆滚动阻力系数的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种车辆滚动阻力系数的测量方法,该方法为将车辆置于车道上以初速度和分别进行多组滑行并测出车辆每次由速度到0、到0的滑行距离后取算术平均值;改变车辆质量后以改变质量前滑行试验步骤进行,并测出滑行距离后取算术平均值;根据滑行距离与滚动阻力的关系式求出车辆质量改变前和改变后的滚动阻力,再利用差值法求出车辆滚动阻力系数,本发明所述测量方法简单、测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及车辆的性能参数测试领域,尤其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车辆滑行试验法)获得行驶阻力-车速曲线,然后计算滚阻系数。这种方法中,滚阻系数按如下方法计算: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 (a)
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:
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。
但是通过上述车辆滚动阻力系数测量方法得出的车辆滚动阻力系数与车辆实际滚动阻力系数差值较大,不准确。
发明内容
本发明技术人通过大量的试验并结合实践分析得出,上述现有技术车辆滚动阻力测量方法中忽略了车辆的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。根据上述现有技术的计算方法得到的滚动阻力实际上包含两部分力:实际滚动阻力和内部摩擦阻力。显然通过现有技术测得的滚动阻力比实际滚动阻力大,因而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,通过现有技术求得的滚动阻力为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。
为了降低现有技术车辆滚动阻力系数测量方法测量车辆滚动阻力系数所带来的较大误差,从而本发明提出一种车辆滚动阻力系数的测量方法,包括以下步骤:
步骤一参照GBT-12536汽车滑行试验法的试验标准,将质量为m1的车辆以初速度v0和v0/a沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验,以往返滑行各一次为一组,分别进行多组,记录车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离,算出车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值其中a为大于1的任意常数;
步骤二根据公式(1)算出滑行距离特征值r,
将滑行距离特征值r代入公式(2)中计算出行驶阻力特征值q,
将公式(2)中计算出的行驶阻力特征值q代入公式(3)算出k2,
(3)式中,δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数,其普适的计算公式为其中,∑Iw为车轮转动惯量(本领域技术人员可通过测试得到),r为车轮半径。对于δ,本领域技术人员既可以直接选择业内的经验值,也可以根据 计算得出。
将公式(3)算出的k2代入公式(4)算出车辆质量为m1时的车辆滚动阻力k0m1,
步骤三改变车辆载荷,将上述步骤中的车辆质量m1调整为m2,重复步骤一以及根据步骤二求出车辆质量为m2时的车辆滚动阻力k0m2;
步骤四根据公式(5)求出车辆滚动阻力系数f
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法,在进行步骤一前,将车辆以平均50km/h~80km/h的车速行驶至少30min进行预热;车辆预热后,确认车辆预热是否充分,具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行,测出车辆的每次滑行距离,若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势,则车辆预热充分。
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法中步骤一和步骤三中车辆每次滑行试验的组数不少于5组。
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法中,a=1.25~5;更优选a=2,且用公式(7)计算行驶阻力特征值q:
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法中,所述m1为车辆最大设计总质量,m2为车辆整备质量加一名驾驶人员的质量。
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法中,所述步骤一和步骤三的车辆滑行试验连续进行。
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法中,根据以下公式将车辆滚动阻力系数f修正到25℃下的滚动阻力系数f25
f25=f[1+0.01(T-25)] (6)
其中T为滑行试验时的环境温度。
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法中,所述δ的值取1.02~1.05。
作为一种优选方案,本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法中,选取在环境温度温度波动小于1℃的条件下进行车辆滑行试验。
本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法只需将车辆分别以初速度v0和v0/a滑行到0,分别测出车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离,利用本发明所用的公式算出车辆滚动阻力,改变车辆质量后以车辆质量改变前的步骤进行,算出车辆质量改变后的滚动阻力,最后将车辆质量改变前的滚动阻力和质量改变后的滚动阻力代入公式算出车辆滚动阻力系数。所述测量方法只需测出车辆滑行距离,简单,并且距离测量相对速度等测量误差小。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
本发明所述车辆滚动阻力系数测量方法包括以下步骤:
步骤一参照GBT-12536汽车滑行试验法的试验标准,将质量为m1的车辆以初速度v0和v0/a沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验,以往返滑行各一次为一组,分别进行多组,记录车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离,算出车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值其中a为大于1的任意常数;
步骤一中,在试验车辆进入试验轨道前,选定一个方向为正方向,其相反方向为负方向,同时,进入试验轨道前的车速应比车辆的试验滑行初速度大5km/h~10km/h,这样保证滑行试验开始的车速基本为选定的滑行初速度,进行多次滑行试验后取车辆滑行距离的算术平均值使测得的数据更准确;车辆滑行试验的具体记录为当车辆沿一个方向滑行停止后,记录滑行距离,当车辆以相反方向滑行结束后,记录出滑行距离,并求出车辆此组的滑行距离的算术平均值,当进行多组试验后,将车辆每组算出的滑行距离算术平均值再平均得出车辆的最终算术平均值,通过多组滑行距离最终取算术平均值得到的车辆滑行距离更贴近实际值,对于算术平均值计算公式,本领域技术人员结合现有技术可以得到,本步骤中利用gps设备测出车辆的滑行距离-速度曲线,然后根据曲线找出车辆初速度v0对应的滑行距离和车辆初速度v0/a对应的滑行距离;
步骤一中,测车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值也可以一次进行,即以初速度v0进行多组往返滑行实验,然后从实验记录中选取速度v0到0、v0/a到0的滑行距离,进而计算平均滑行距离。
步骤二根据公式(1)算出滑行距离特征值r,
将滑行距离特征值r代入公式(2)中计算出行驶阻力特征值q,
将公式(2)中计算出的行驶阻力特征值q代入公式(3)算出k2,
(3)式中,δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数。对于δ,本领域技术人员可选择业内的经验值,也可以根据计算得出。式中,∑Iw为车轮转动惯量(本领域技术人员可利用现有技术测试得到),r为车轮半径。
将公式(3)算出的k2代入公式(4)算出车辆质量为m1时的滚动阻力k0m1,
其中,k2v2 0为空气阻力;
步骤二中车辆的转动惯量∑Iw的计算公式,本领域技术人员结合现有技术可以得出,这里不再详述。δ也可直接选用经过本发明的发明人多次验证的优选经验值1.02~1.05。
步骤二中只需将步骤一中算出的滑行距离平均值代入公式就能得出车辆的滚动阻力,算法简单,并且考虑了车辆的转动惯量,得出的滚动阻力更加准确。
步骤三改变车辆载荷,将上述步骤中车辆的质量m1调整为m2,重复步骤一以及根据步骤二求出车辆质量为m2时的滚动阻力k0m2,车辆质量为m2时的滚动阻力的算法跟步骤二中计算车辆质量为m1时的滚动阻力具体算法相同;
上述步骤中求出的车辆滚动阻力是车辆实际滚动阻力和内部摩擦阻力之和,因此,需要通过步骤四的公式求出车辆的真正的滚动阻力系数。
步骤四根据公式(5)求出车辆滚动阻力系数f
步骤四中将车辆质量m1以及车辆质量为m1的滚动阻力k0m1、车辆质量m2以及车辆质量为m2的滚动阻力k0m2代入公式(5)通过差值法去除车辆内部摩擦阻力对车辆滚动阻力系数的影响,算出车辆的实际滚动阻力系数。
本发明所述车辆滚动阻力系数的测量方法优选在车辆试验前先进行预热,保证滑行试验测出的各组数据基本一致,避免滑行试验工作量的增加,具体的预热方式为将车辆以平均50km/h~80km/h的车速行驶至少30min,当然预热方式还得根据试验地的海拔、试验的季节等因素综合考虑。
车辆预热后,为了能准确判断判断车辆是否已经充分预热,本发明提出预热是否充分的一种判断方法,具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行,若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势,则车辆预热充分,进行车辆滑行试验;另外当车辆试验数据记录开始后,若一组数据中的一个数据异常,此组数据删除,保证测得数据更接近实际情况,这里异常是指有外来事物进入试验车道造成测量数据失真。
本发明车辆滚动阻力系数测量方法中,滑行试验的组数可以为一组或多组,但为了让车辆的滑行距离算术平均值更加准确,本方法优选的滑行试验组数大于或等于5,例如车辆以初速度v0沿试验车道滑行5组,当车辆载荷变化后,同样以初速度v0沿水平车道各滑行5组。
本发明原则上a可以取大于1的任意常数,但显然a仅略大于1则接近a无穷大则接近0,两种情况下的较小误差就会引起滑行距离特征值r的较大误差。经过尝试,a=1.25~5时试验精度较好,故推荐采用该范围内的值。
一般情况下,根据(2)式直接求q不太容易,可以采用曲线拟合等方法近似求解。推荐选取a=2,并用下式(7)直接计算行驶阻力特征值q:
尽管存在精度更高的拟合公式,但往往结构更为复杂。(7)式的精度足以满足计算要求,而且结构简单,可省去用计算机软件对公式(2)拟合计算的步骤,因此,优选a=2,并用公式 计算行驶阻力特征值q。
本发明车辆滚动阻力系数测量方法中所述m1为车辆最大设计总质量,m2为车辆整备质量加一名驾驶人员的质量,较大的质量差保证公式(5)中的分母值相差更大,最终算出的车辆滚动阻力系数更准确。
为了保证车辆每次滑行试验的滑行距离更接近,车辆在滑行时要保持基本沿直线行驶,车辆中的驾驶员尽量少动方向盘,同时避免试验中使用制动功能,造成测量的滑行距离部准确。
本发明车辆滚动阻力系数测量方法中所述步骤一和步骤三的车辆滑行试验连续进行,避免气温变化影响滑行试验测得的各组滑行距离差异变大,以至于脱离实际。
本发明还利用以下公式将车辆滚动阻力系数f修正到25℃下的滚动阻力系数f25
f25=f[1+0.01(T-25)] (6)
其中T为滑行试验时的环境温度。
本发明车辆滚动阻力系数的测量方法中优选的外部环境参数如下:
气温在5℃~32℃之间;大气湿度应小于95%;大气压应大于91.8kPa;平均风速应小于3m/s,最大风速应小于5m/s,试验道路垂直方向的平均风速应小于2m/s,风速应在高出路面0.7m处测量;应在清洁、干燥、平坦的,用沥青或混凝土铺装的直线道路上进行,道路长2km~3km,宽不小于8m,纵向坡度在0.1%以内。
为了减小外部环境因素造成车辆滑行试验测得的数据产生误差,本发明选取环境温度温度波动小于1℃的条件进行车辆滑行试验。
下面详细说明(2)式的推导过程。
初始速度v0对应的滑行距离为:
则:
令 则:
式中:
r——滑行距离特征值,根据(1)式计算;
a——大于1的任意常数,与(1)式中的a取值一致。
下面为本发明的具体事例
环境条件:气温为30℃,气压为100kPa,微风(<2m/s)。
胎压调整:确保轮胎在30℃下充分热平衡后,将冷态胎压调整到车辆生产商推荐值220kPa。
车辆质量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。
考虑车辆旋转质量换算系数:根据车轮转动惯量和半径求得旋转质量换算系数为1.023。
车辆预热:以60km/h的平均车速使车辆行驶30分钟,以使轮胎充分预热。
在车辆质量为m1的条件下进行滑行试验并记录滑行距离:在水平、干燥的沥青路面上进行5组(往返各一次为一组)滑行试验,初始车速50km/h(即v0=50km/h);使用便携式GPS设备(采样频率10Hz)记录每次滑行试验时50km/h至0km/h的滑行距离和25km/h(a=2时)至0km/h的滑行距离。记录的数据如下:
计算以初速度50km/h滑行至0km/h的滑行距离平均值S(单位:m)和以初速度25km/h滑行至0km/h的滑行距离平均值(单位:m);50km/h至0km/h滑行距离平均值S
根据公式(1)计算车辆质量为m1时的滑行距离特征值r
根据公式(7)求出车辆质量为m1时的行驶阻力特征值q
根据公式(4)求出车辆质量为m1时k2
根据公式(5)求出车辆质量为m1时k0m1
改变车辆质量,将车辆质量调整为m2,m2为卸载m1中全部沙袋,只剩一名驾驶人员后的车辆质量是1676kg。
考虑车辆旋转质量换算系数:根据车轮转动惯量和半径求得旋转质量换算系数为1.029。
将车辆预热:以60km/h的平均车速行驶30分钟,以使轮胎充分预热。
在车辆质量为m2的条件下进行滑行试验并记录滑行距离:在水平、干燥的沥青路面上进行5组(往返各一次为一组)滑行试验,初始车速50km/h(即v0=50km/h)。使用便携式GPS设备(采样频率10Hz)记录每次滑行试验时50km/h至0km/h的滑行距离和25km/h至0km/h的滑行距离。记录的数据如下:
根据公式(1)计算车辆质量为m2时滑行距离特征值r
根据公式(7)计算车辆质量为m2时行驶阻力特征值q
根据公式(3)计算车辆质量为m2时k2
根据公式(4)计算车辆质量为m2时k0m2
最后根据公式(5)求出车辆滚动阻力系数f
将f根据公式(6)修正到25℃下:
f25=f[1+0.01(T-25)=0.00909*[1+0.01*(30-25)]=0.00954。
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。按照现有技术的道路测量法,即根据GBT-12536汽车滑行试验法进行滑行试验,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 (a)
f25=f[1+0.01(T-25)] (c)
本发明测得的滚阻系数为0.00954,与GBT-18861测试结果相比偏差仅为1.9%,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。
本发明车辆滚动阻力系数的测量方法只需要测量车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离就能计算出车辆的滚动阻力,改变车辆的质量计算出车辆的另一滚动阻力,通过公式(5)进行修正得到车辆真正的滚动阻力系数,因为测出的滚动阻力包含了车辆真正的滚动阻力和内部摩擦阻力,这种方法测量简单,且距离测量误差小,较为精确,同时经过修正,得出更为准确的车辆滚动阻力系数。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (11)
1.一种车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一参照GBT-12536汽车滑行试验法的试验标准,将质量为m1的车辆以初速度v0和v0/a沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验,以往返滑行各一次为一组,分别进行多组,记录车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离,算出车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值其中a为大于1的任意常数;
步骤二根据公式(1)算出滑行距离特征值r,
将滑行距离特征值r代入公式(2)中计算出行驶阻力特征值q,
将公式(2)中计算出的行驶阻力特征值q代入公式(3)算出k2,
(3)式中,δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数;
将公式(3)算出的k2代入公式(4)算出车辆质量为m1时的车辆滚动阻力k0m1,
步骤三改变车辆载荷,将上述步骤中的车辆质量m1调整为m2,重复步骤一以及根据步骤二求出车辆质量为m2时的车辆滚动阻力k0m2;
步骤四根据公式(5)求出车辆滚动阻力系数f
2.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,在进行步骤一前,将车辆以平均50km/h~80km/h的车速行驶至少30min进行预热。
3.根据权利要求2所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,车辆预热后,确认车辆预热是否充分,具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行,测出车辆的每次滑行距离,若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势,则车辆预热充分。
4.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,步骤一和步骤三中车辆每次滑行试验的组数不少于5组。
5.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,所述m1为车辆最大设计总质量,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所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,所述步骤一和步骤三的车辆滑行试验连续进行。
7.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,根据以下公式将车辆滚动阻力系数f修正到25℃下的滚动阻力系数f25
f25=f[1+0.01(T-25)] (6)
其中T为滑行试验时的环境温度。
8.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,所述δ的值取1.02~1.05。
9.根据权利要求1所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法,其特征在于,步骤一中所述的a=1.25~5。
10.根据权利要求9所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法,其特征在于,步骤一中所述的a=2,且用下式(7)计算行驶阻力特征值q。
11.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力系数的测量方法,其特征在于,选取在环境温度温度波动小于1℃的条件下进行车辆滑行试验。
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