纯电动汽车道路滑行阻力试验影响因素浅析
纯电动汽车道路滑行阻力试验是节能减排的一个基础试验,电动汽车能耗及续驶里程、动力经济性能的研究都是建立在滑行阻力试验的基础前提下的。近年来,随着各地加强排放实施标准,国V向国VI的逐渐过渡,排放标准日益严苛,如何进行精准的道路滑行试验测定滑行阻力以及优化汽车行驶阻力已经成为了一个重点研究方向。
1 电动汽车道路滑行
1.1 滑行试验理论基础
纯电动汽车行驶过程中,阻碍车辆运动的阻力称之为行驶阻力,包括滚动阻力Fr、空气阻力Fa、坡道阻力Fg、电机和车轮等旋转部件产生的旋转质量惯性力(加速阻力),车辆行驶过程中的受力图如图1所示,不考虑惯性的驱动力和阻力可用如下力学方程表示:
F=av2+bv+c
目前,国内汽车滑行测试主要是依据《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》(GB18352.5-2013)附件CH汽车道路载荷的测量以及《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(GB18352.6-2016)附录CC.4道路载荷的测定,在试验场进行实际道路试验时大部分采用固定式风速仪滑行法进行测试,少数采用车载风速仪法测试。
国V与国VI固定式风速仪滑行法的主要差异在于对于时间值的计算前者采用算术平均值后者采用加权平均值、修正到基准状态的方法不同以及国VI中引入了旋转质量(惯性力)的概念。国VI标准附录CC.4中新增了车载风速仪滑行法,与美标SAEJ2263方法一致。
本文的试验数据都是基于长期积累的试车场的实车道路试验数据,依据GB18352.5-2013附件CH汽车道路载荷的测量,按照国V的方法进行试验并修正到基准状态(20℃,100kPa)。试验样车为多款纯电动SUV,基于长期的试验数据对比,采用单一变量法对大量试验数据进行总结考证,主要研究了温度、胎压、轮毂封闭、轮胎磨损程度、滚阻系数、整备质量等对于纯电动汽车滑行阻力的影响。试验多数在重庆西部综合试验场完成,亦有在盐城试验场进行的实车测试,试验条件都完全满足国标要求并按照国标要求程序进行。
2.1 四轮定位的影响
试验样车为4×2前横置前驱、5门5座纯电SUV,承载式车身结构,匹配单级减速器。因车辆出厂后只能调节前束角,在保持其它参数一致且在正常范围值内的条件下调整左右轮前束为0分和12分,分别进行了一次试验,详细四轮定位参数如下:
2.2 轮胎气压影响
本次试验采用一台纯电SUV,试验质量1993kg,试验平均温度28℃,两次试验连续进行,仅胎压改变,阻力按国V校准至基准状态(20℃,100kPa)。
2.3 封闭轮毂的影响
本次试验使用同一台纯电SUV进行,试验质量1842kg,采用控制变量法,两次试验分别轮毂封闭与不封闭进行,得出的试验数据如下:
2.4 整备质量的影响
通过同一台试验车配重到不同重量进行试验,试验在同一天进行。试验温度23~27℃。阻力按国V校准至基准状态(20℃,100kPa)。
2.5 轮胎宽度、橡胶材料的影响
同一试验样车,更换已磨合3000km以上,轮胎花纹深度≥75%的不同滚阻的轮胎依次进行轮胎对比试验。试验使用A品牌215/60R17、B品牌215/60R17、B品牌225/55R18进行对比试验。三种轮胎摩擦系数对比如下:
同品牌的B品牌轮胎225/55R18与B品牌215/60R17相比,其在速度20~120km/h,步长为10km/h下的滑行阻力增加分别为8.04%、5.58%、3.93%、2.93%、2.39%、2.15%、2.09%、2.14%、2.24%、2.38%、2.54%,平均增幅3.31%,
这表明轮胎宽度越宽滑行阻力越大,且轮胎宽度对滑行阻力的影响随着速度增加逐渐减小,这是因为在低速段滑行阻力中滚阻占比较大,而轮胎宽度的增大主要通过增大与地面的接触面积从而增加了轮胎的迟滞损失,继而使滚动阻力增大。
2.6 不同试验场的影响
试验车辆为同一辆纯电SUV,在重庆西部试验场进行试验后,运输往盐城汽车试验场进行试验。试验都选在早晨或傍晚进行以避免过大的太阳暴晒路面产生影响而产生修正偏差,试验平均风速均小于3m/s,试验条件符合国标要求。将试验结果校准温度和气压到基准状态下进行对比,试验结果如下:
2.7 温度的影响
本次试验采用一款纯电SUV,试验质量1993kg。试验同一天进行,大气温度恒为30±2℃,试验分别在中午阳光直射地面温度达到60℃以上与傍晚无阳光地面温度降低至35℃左右进行。在5~40℃大气温度、地表温度与大气温度接近的情况下,同一车辆滑行阻力按照国V的公式修正到基准状态是可以修正到基本一致的。本次试验主要是为了验证路面温度与大气温度差异过大时的影响。对试验结果进行处理拟合并按照国V方法修正至基准状(20℃,100kPa),各速度点对应阻力及曲线如下:
本文通过实车试验研究验证了四轮定位、轮胎气压、是否封闭轮毂、整备质量、轮胎宽度、橡胶材料、不同试验场、温度等因素对于纯电动汽车滑行阻力的影响,除此之外,对于纯电车型,涉及到电机和能量回收,传动系内部阻力也是影响滑行阻力的一个重要因素,这一点还有待研究考证。本文主要试验研究结论如下:
1)四轮定位前束角在正常值范围内对于滑行阻力的影响极其微小,可以忽略。
2)轮胎气压越高,滑行阻力越小。轮胎推荐胎压以上继续增加胎压试验研究显示对阻力影响程度较小;低于推荐胎压值以下降低胎压影响较为显著,升高0.6bar,阻力平均降幅约5.8%。
3)整备质量越大,滑行阻力越大。但整备质量差异过小试验结果无法体现,试验显示,整备质量增加120kg,20~120km/h,各速度点滑行阻力增幅在11%~3%不等,阻力平均增幅约5%。
4)封闭轮毂可以优化汽车高速滑行阻力。具体表现为:速度大于100km/h,封闭轮毂可以优化阻力2%以上。
5)轮胎宽度越宽,滑行阻力越大;橡胶材料损耗因子越大,滑行阻力越大。直接体现在滚阻系数上,根据试验数据,滚阻系数每增大0.3‰,滑行阻力平均增幅约3%~5%。
6)不同试验场进行的试验结果不一,主要由于地面附着系数与路面坡度原因导致。
7)无修正前提下,温度越高滑行阻力越小。而基于国五公式的修正前提下,环境温度在5~40℃无太阳暴晒情况下路面试验,滑行阻力可以修正到基准状态且差异不明显;另一方面,有太阳暴晒的情况下的路面试验修正结果会偏小。
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