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汽车滚动阻力系数道路试验测试方法研究.doc

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汽车 滚动 转动 阻力 系数 道路 试验 实验 测试 方法 法子 研究 钻研
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摘 ? ?要 滚动阻力系数,是用来计算滚动阻力的一个系数,是概括轮 ?变形道路变心、道路变形以及接触面的摩擦等损失的系数。它是 车轮滚动时所需的推力(即滚动阻力)与车轮载荷的比值,即单 位汽车重力所需之推力。 它的数值, 是由试验测定的。 实践表明, 它与路面的种类、轮胎的构造、材料、轮胎压力及行驶车速都有 密切的关系。 ?关 键词 ? 滚动阻力系数 ?滚动阻力 ?车轮载荷 一 .引言 ?1. 汽车阻 力与整车 滚动阻 力 ? (1). 汽车阻力 汽车在水平道路上等速行驶时, 必须克服来自地面的滚动阻 力和来自空气的空气阻力。滚动阻力以符号 FW 表示。当汽车在 坡道上上坡行驶时,还必须克服重力沿坡道的分力。称为坡道阻 力,以符号 Fi 表示。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力,以 符号Fj 表示,因此汽车行驶的总阻力为 ΣF=Ff+Fw+Fj+Fi 上述阻力中, 滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存 在的,坡度阻力和加速阻力在一定行驶条件下存在。在水平道路 上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。 (2).整车滚动阻力 车轮滚动时,轮胎与路面的接触区域产生相互作用力,轮 胎和支承路面发生相应的变形。 由于轮胎和支承面的相对刚度不 同,它们的变形特点也不同。 当弹性轮胎在混凝土路、沥青路等硬路面上滚动时,轮胎 的变形是主要的。 这时, 轮胎由于有内部摩擦产生弹性迟滞损失, 使轮胎变形时,损耗了一部分能量。 ?图为轮胎在硬路面上受径向载荷时的变形曲线。 图中 OCA为 加载变形曲线,面积 OCABO为加载过程中对轮胎作的功。 ADE 为卸载变形曲线, 面积 ADEBA为卸载过程中轮胎恢复变形时放 ?出的能量。两面积之差 OCADEO 就是加载与卸载过程中由于轮 胎变形而引起的能量损失。 这部分能量消耗在轮胎各组成部分相 互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦,最后转化为 热能而散失在大气中。这种损失称为弹性物质的迟滞损失 2. 汽车滚 动阻力系 数 ?滚动阻力系数,是用来计算滚动阻力的一个系数,是概括轮 ? 变形道路变心、道路变形以及接触面的摩擦等损失的系数。它是 车轮滚动时所需的推力(即滚动阻力)与车轮载荷的比值,即单 位汽车重力所需之推力。 3. 车滚动 阻力系数 道路试 验测试方 法简介 ?从 汽 车从汽车滑行运动微分方程人手, 经过积分推导出滚动阻力系 数与滑行初速度、滑行总时问和滑行总距离之间的关系, 用滑行 过程中个瞬时点的记录参数组成方程组, 再用求方程组的数值 解, 即可求出汽车的滚动阻力系数。本方法只需一次滑行试验, ?既方便易行, 又比较准确。 二.汽车整车滚动阻力系数道路试验系统 ?汽 ?从汽车滑行运动微分方程人手, 推导出含有滑行阻力系数和 滑行运动参数的代数方程, 按 GB/12536-90 (汽车滑行试验方法) 在道路上做一次往返滑行试验, 将五轮仪记录的汽车滑行过程 中 3 个瞬时的运动参数初速度、 滑行时间和滑行距离代入组成方 程组,解此方程组即可获得较为准确的滚动阻力系数。 1 主题内容与适用范围 ?本标准规定了汽车滑行试验方法。 ?2 引用标准 GB/T 12534 汽车道路试验方法通则 ?3 试验条件 ?3.1 测量仪器 第五轮仪或相应的车速、 行程记录装置, 精度不低于 0.5%。 ?3.2 关闭汽车门窗。 ?3.3 其余试验条件及试验车辆的准备按GB/T 12534的规定。 ?4 试验方法 ?4.1 在长约1000 m 的试验路段两端立上标杆作为滑行区段, 汽车在进入滑行 ?区段前车速应稍大于50 km/h。 ?4.2 汽车驶入滑行区段前,驾驶员将变速器排档放入空档(松 开离合器踏板), ?汽车开始滑行。当车速为50km/h 时(汽车应进入滑行区段), 用第五轮仪进行 ? 记录,直至汽车完全停住为止。在滑行过程中,驾驶员不得转动 方向盘。 ?4.3 记录滑行初速度(应为50±0.3 km/h)和滑行距离。 ?4.4 试验至少往返各滑行一次,往返区段尽量重合。将结果记 入表1 中。 ?5 数据校工方法 用实测初速度和实测滑行距离,按式(1)算出标准初速 度V0=50km/h 的滑行距离。a = 2 0 2 V bS S ?? ? ?… …….............(2) ?式中: S 0 ——初速度为50km/h 的滑行距离,m。 a——计算系数,1/s 2 . 0 V ?——实测滑行初速度,m/s. B——常数,m/s (b=0.2;当车重 ?40000N 且滑行距离 ?600m 时,b=0.3). S ?——实测滑行距离,m. C——常数,m 2 /s 2 (c=771.6). ? 数据处理结果记入下表中 滑 ?行 ?方 ?向 往 ? ? ? ? ? ? 返 ?实测滑行初速 度 0 V ?, m/s ?实测滑行距离 S ?,m. ?V0=50km/h时滑 行距离S,m. ?实测滑行初速 度 0 V ?, m/s ?实测滑行距离 S ?,m. ?V0=50km/h时滑 行距离S,m. S 的算术平均值 说 S1= ? ? ?m S 的算术平均值 说 S2= ? ? ?m ?初速度为V0=50km/h时往返两个方向滑行距离的平均值 S = ?12 2 ss ?= ? ? m. 三 .汽车 整车滚动 阻力系 数计算原 理 1.汽车滑行运动微分方程 汽车在平直良好的路面上滑行时,若忽略摩擦,则行驶阻 力只有滚动阻力 F f 、空气阻力 F w 和加速阻力 F j,力平衡方程为 F f +F w + F j, =0 ? ? ? ? ? ? ?(1) 其中 F f= Gf = G(a+bv) ? ? ? ? ?(2) ?F w ?= ?1 2 C D ? Av 2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(3) F j ?= ? G g dv dt(4) 式中 G 为汽车总质量(N); f 滚动阻力系数;a 为滚动阻 力系数中的常数项;b 为滚动阻力系数的一次项系数;v 为汽车 速度(m/s ) ; C D 为 空 气 阻 力 系 数 ; ? 为 空 气 密 度 ? =1.2258N ?s 2 ?m 4 ;A 为汽车迎面积(m 2 ); ? 为汽车旋转质量转 换系数。 将式(2) 、式(3)和式(4)带入式(1) ,并领 c=C D A ? /2a ?得 ? ? ? ? ? ?2 dv a bv cv g dt ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5) 式(5)即为汽车滑行运动微分方程 2.微分方程的积分 将式(5)分离变量、并积分得 0 1 2 0 v v dv t dt g a bv cv ? ?? ?? ??即 ? ? ? ? ? 0 2 v v dv gt a bv cv ? ? ?? ?(6) 式中 v 0 ?为滑行初速度。式(5)两边也可以同时乘以滑行距离 S 的微分 ds,并带入 v=ds/dt,积分得 0 2 sv ov vdv ds g a bv cv s ? ?? ?? ? ??= g ? 0 2 v v vdv a bv cv ?? ?积分 ?0 2 00 22 ln 22 v v a bv cv b dv gc a bv cv gc a bv cv s ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?将式(6)代入上式得 2 00 2 2 ln 2 bt c a bv cv gc a bv cv s ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? (7) 在滑行终了时 v=0,s=S,t=T . S 为滑行总距离(m), T滑 行总时间(s). 则有: 2 00 2 2 ln 2 bT c a bv cv gc a bv cv s ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? (8) ?即 ? ? ? ? 2 00 2 ln 2 a bv cv gc a bv cv ? ?? ?? (2 ) g cS bT ? ? ? ? ? ? (9) ?亦即 ? ? ? ?(2 ) 2 00 ( ) 0 K cS bT a e a bv cv ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (10) ?式中 K= g ? 为常数。 式(10)表明了滑行初速度 v 0 、滑行总距离 S 和滑行总时 间 T之间的关系,它是一个以阿 a 、b、c为待定系数的代数 方程。 f(v 0,S,T, a ,b,c)= ?(2 ) 2 00 () K cS bT a e a bv cv ? ? ? ? ? ?(11) 若以一次滑行所测得 3 个不同时刻参数 v 0i 、 S i 、 T i (i=1, 2, 3)代入式(11)并令其等于零,便可以得到一个关于a、b、c方 程组。 f(v 0i,S i , T i , a ,b,c)= (2 ) ii K cS bT ae ? ? ?00 ( ) 0 ii a bv cv ? ? ? ?i=1,2, 3 ? ? ? ? ? ? ? ? (12) 对方程组(12)求数值解,便可得a、b、c. 3.方程组求解 ?式 (12)可以用 MATALAB 可以用最优化工具箱求解,该工 具箱中的函数语句 fsolve( ‘fun ’,x0)可以将上述方程简便解决,该 函数语句中的 ‘fun ’表示方程表达式,x0 是方程的解的初始值。 ?解方程组时 ‘fun ’是表达式组,x0 是初始矢量,它们的维数与方 程组相同。 ?在平直的水平路面上进行滑行试验时, 用五轮仪记录各不同 瞬时的时间、速度和距离三个数组。构成时间数组 T(n)、速度数 组 V(n)和距离数组 S(n).其中 n 为滑行试验的采样点数。取 这三个数组中的同时刻三组数据代入式(12)中,即可构成一个 以a、b、c为未知数的方程组。应用最优化工具箱中的函数语句 fsolve( ‘fun ’,x0)解此方程组时, ‘fun ’和 x0都是三维数数组, 设 ‘fun ’ 的三个元素分别是 f 1 、f 2 和 f 3 . 则 (2 ) 2 00 () ii K cS bT i i i f a e a bv cv ? ? ? ? ? ? i = 1、2、3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(13) 四 、道路 试验研究 ?数据 … ?值解, 即可 从汽 车滑行 运动 微分 方程 人手, 经过 从汽 车滑行 运动微 分方 程人手, 经过积分推导 出滚 动 阻 力系 数和 空 气阻 力 系数 与滑行 初速度 、滑 行从 汽 车滑 行运动 微从 汽车 滑行运 动微分 方程人 手, 经过积分推 导 出 滚动 阻 力系 数和空 气 阻力系 数与滑行 初速 度 、 滑 行 ?总时问 和滑行 总距离 之间 的关 系, 用滑行过 程中个 瞬 时 点的 记 录 参 数组 成方 程组, 再用求方程 组 的数 ?值解, 即可 求 出汽车 的滚动 阻 力系 数 和空气 阻力 系 数 。 本方法 只 需一次 滑 行试 验, 既方便易 行, 又 比 较准确 分方 程人手, 经过积分 推导 出 滚动 阻 力系 数和空 气阻 力 系 数 与滑行 初速 度 、 滑行 ?总时问 和滑行 总距离 之间 的关 系, 用滑行过 程中个 瞬 时 点的 记 录 参 数组 成方 程组, 再用求方程 组 的数 ?值解, 即可 求 出汽车 的滚动 阻 力系 数 和空气 阻力 系 数 。 本方法 只 需一次 滑 行试 验, 既方便易 行, 又 比 较准确 ?总时问 和滑行 总距离 之间 的关 系, 用滑行过 程中个 瞬 时 点的 记 录 参 数组 成方 程组, 再用求方程 组 的数 ?值解, 即可 求 出汽车 的滚动 阻 力系 数 和空气 阻力 系 数 。 本方法 只 需一次 滑 行试 验, 既方便易 行, 又 比 较准 确积 分 推导出 滚动 阻力 系

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