功率平衡法测试汽车的滚动阻力系数

功率平衡法测试汽车的滚动阻力系数*
周锋尹权许爱民姚凡周小舒
摘要分析了用滑行试验等方法测试汽车滚动阻力系数存在的问题；论述了功率平衡法测试汽车滚动阻力系数的原理，并提供了用功率平衡法测试汽车行驶工况滚动阻力系数f值的实例.
关键词汽车；滚动阻力系数；测试；功率平衡法
中图资料分类号U 461.1
DETERMINATION OF ROLLING RESISTANCE COEFFICIENT
OF AUTOMOBILES BY POWER BALANCE METHOD
Zhou Feng Yin Xiquan Xu Aimin Yao Xifan Zhou Xiaoxu
(College of Traffic and Communication,
South China Univ. of Tech., Guangzhou510640)
Abstract This paper deals with the trouble and principle to determine, by power balancing method, the rolling resistance coefficients of running automobiles in sliding test, together with an illustrative determination of rolling resistance coefficient of running automobiles.
Key words automobile; rolling resistance coefficient; test; power balance method 汽车滚动阻力系数f值的大小，标志着汽车行驶中滚动阻力的大小.汽车行驶中的滚动阻力，对汽车燃油消耗和轮胎使用寿命关系极大，甚至对汽车其他使用性能也有较大影响.
汽车装用充气轮胎，其滚动阻力系数f值的大小受诸多因素影响.影响较大的因素有：轮胎结构与类型、胎内充气压力、车轮工况(从动工况或驱动工况)、汽车转向系统、汽车行走系统以及路面材质、路面粗糙度和汽车行驶速度等.
本文介绍一种测试汽车按要求车速(可任意设定汽车能达到的某一车速)行驶在给定路面上的滚动阻力系数f值的方法，即功率平衡法.此法可按研究要求路况和车速来测试车辆不同技术状况时的滚动阻力系数f值.其测试在行驶工况下进行，影响因素可排除，测试结果真实，测试精度高，而且操作方便，测试费用少.一般汽车行业的工程技术人员均能采用功率平衡法对各地区选择测试路段进行汽车滚动阻力系数f值的测定(该方法已向中华人民共和国专利局申报发明专利，申请号：98118255.0).
1传统方法测试汽车滚动阻力系数存在的问题
对汽车滚动阻力系数的研究受到测试方法的制约.至今，使用的传统汽车滚动阻力系数测试方法有牵引法和滑行法.这两种方法均是在未能测试汽车真实行驶工况的滚动阻力系数时而采用的不准确的近似方法.
(1)滑行法测试
滑行法测试汽车的滚动阻力系数时，被测试车辆靠惯性从某一初速度开始滑行直至停止状态，滑行时所有车轮均处于从动工况，这与车辆自行驱动行驶工况有着根本的区别.同时，车辆滑行过程中影响因素较多，且车速是从被认定的某一初速度至车速为零这一区间变化的.对于较高车速时的滚动阻力系数，用滑行法根本无法测定.显然，滑行法测试汽车的滚动阻力系数是一种极不准确的方法.
(2)牵引法测试
牵引法测试汽车的滚动阻力系数时，因被测车辆处于被牵引工况，此时驱动车轮也处于从动工况，这与车辆自行驱动行驶的工况也有着根本的区别.同时，空气阻力的影响无法消除，且不可能以任一要求的车速进行牵引测试.牵引法测汽车滚动阻力系数也是一种极不准确的方法.
2功率平衡法测试汽车滚动阻力系数
2.1功率平衡法的原理
由汽车理论可知，汽车行驶时的功率平衡方程式为
Pd=Pf+Pw+Pi+Pj(1)
式中Pd——汽车行驶时，驱动车轮的输出功率，kW;
Pf——汽车行驶时，滚动阻力的消耗功率，kW；
Pw——汽车行驶时，空气阻力的消耗功率，kW；
Pi——汽车行驶时，路面坡度阻力的消耗功率，kW；
Pj——汽车行驶时，加速阻力的消耗功率，kW.
当汽车在试验路段上稳定匀速行驶时，式(1)中的加速阻力的消耗功率为零，即Pj=0，代入式(1)得匀速稳定工况的功率平衡方程式
Pd=Pf+Pw+Pi(2)
式中
Pf=Gacosα．fva/3600，(kW)(3)
式中：Ga为汽车总重力，N；α为试验路段的路面坡度，(°)；va为汽车测试时的稳定匀速车速值，km/h.
汽车行驶功率平衡法测试汽车滚动阻力系数f值，就是依据式(2)的原理进行的，即汽车匀速稳定行驶工况驱动车轮的输出功率Pd是滚动阻力的消耗功率、空气阻力的消耗功率与行驶路面坡度阻力的消耗功率之和.
2.2功率平衡法测试汽车滚动阻力系数f值时的操作
式(2)中Pd项可由采样工况测得，为已知数.其余3项必须在测试操作过程中利用两次工况测试得方程组后，在解方程组时将相同项从方程中消除而算得.具体做法是两次改变汽车总重力Ga值，在同一试验路面上以同一车速va同向行驶测试.改变Ga值即Ga值不同时，两次测试均在同一试验路段路面上同向行驶，是为了使每次的空气阻力值受自然风的干扰较小，风向风力不变，va值相同，即两次的Pw值相等.为简化计算还应在选取试验路段时，选取路面坡度为零即水平路面为好，此时Pi=0，有方程组
(5)
因为Pw1=Pw2=Pw，Pi1=Pi2=0，解方程组(Ⅰ)有
Pd1-Pd2=Pf1+Pf2(6)
将式(3)代入式(6)得
Pd1-Pd2=Ga1cosα．fva/3600-Ga2cosα．fva/3600
有
f=［3600(Pd1-Pd2)］/［(Ga1-Ga2)cosα．va］(7)
式中Pd1、Pd2——分别为两测试工况驱动车轮的输出功率值，kW；
Ga1、Ga2——分别为两测试工况汽车的总重力，N；
α——测试路段的坡度角，(°)；
va——两测试工况车辆在同一路段同向行驶的稳定车速值，km/h.
注：式(7)中α=0°，cosα=1.
3用功率平衡法测试汽车滚动阻力系数f值的实例
(1)车况.金杯牌SY6480A面包车；前轮装用185SR14子午线胎，后轮装用185R14C轮胎；前轮胎内充气压力p左1=p右1=0.26MPa，后轮胎内充气压力p左1=p右2=0.31MPa；装卸砂袋使两测试工况汽车总重力改变，分别为Ga1=23740N，Ga2=18933N.
(2)试验日期.1998年9月
(3)试验路段.试验路段选在广东省江门市郊027省道，里程碑034～039路段.采样路段
在036～037里程碑1km路段上，该路段为平直良好水泥路面，坡度α=0(°).
(4)试验时天晴，自然风，很微弱.
(5) 测试两工况匀速稳定车速va=81 km/h.
(6) 测得两工况驱动车轮输出功率值分别为：Pd1=13.093 kW，Pd2=11.192 kW.
(7) 将采样试验数据各值代入式(7)，得该试验车况在该试验路面以81 km/h的车速行驶时的滚动阻力系数值为
4结论
对汽车滚动阻力系数的研究是人们一直关注的课题，传统的测试汽车滚动阻力系数的牵引法和滑行法均不能对车辆真实行驶工况进行测试. 功率平衡法可以很方便地根据研究工作的方案，对各种工况下汽车滚动阻力系数f值进行测试. 测试实例表明，功率平衡法测试汽车滚动阻力系数原理有据，操作容易，影响因素易排除，测试精度高，是一种实用、方便的汽车滚动阻力系数测试方法.
*中华人民共和国专利局专利申请号：98118255.0
作者简介：周锋，男，1945年生，副教授；主要研究方向：汽车设计和车辆性能测试. 作者单位：周锋(华南理工大学交通学院广州510640)
尹权许爱民广东省江门市汽运集团有限公司
姚凡华南理工大学机电工程系
周小舒华南理工大学自动化系
参考文献
1余志生. 汽车理论. 北京：机械工业出版社，1981
2郭惠乐，邱毓强. 汽车拖拉机试验学. 北京：机械工业出版社，1981
3俞淇，周锋. 丁剑平. 充气轮胎性能与结构. 广州：华南理工大学出版社，1998 收稿日期：1998-11-10。