溫 溢，李琪莉，柳東威

(1. 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司 天津 300300；2. 北京卡達(dá)克汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)中心有限公司 北京 100176)

0 引 言

GB 18352.6—2016《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段)》相比前一階段的國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)，除了試驗(yàn)循環(huán)由NEDC工況變?yōu)閃LTC工況外，附件CC中道路載荷測(cè)量及測(cè)功機(jī)設(shè)定也發(fā)生了很大變化。國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)中底盤(pán)測(cè)功機(jī)加載可以采用查表法或者迭代法滑行。國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中取消了查表法，轉(zhuǎn)鼓阻力加載值的獲取只能通過(guò)滑行法得到，附件CC8.1.3.4規(guī)定：滑行法可以選擇固定運(yùn)轉(zhuǎn)法或迭代法進(jìn)行調(diào)整，其中迭代法只能采用車(chē)帶鼓的加速方式，而固定運(yùn)轉(zhuǎn)法可以選擇鼓帶車(chē)和車(chē)帶鼓2種加速方式，且迭代法要求模擬精度在10 N以?xún)?nèi)，固定運(yùn)轉(zhuǎn)法則沒(méi)有相關(guān)要求[1-2]。由此可知，國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中底盤(pán)測(cè)功機(jī)存在不同的設(shè)定方法。因此，需要開(kāi)展不同滑行方法的差異性研究，采用不同滑行方法對(duì)排放和油耗測(cè)試結(jié)果的影響也急需評(píng)估。

關(guān)于底盤(pán)測(cè)功機(jī)的滑行方法，此前已有大量的研究，如趙傳利等[3]對(duì)轉(zhuǎn)鼓上的滑行方法進(jìn)行了深入分析，方茂東[4]對(duì)滑行法原理以及阻力設(shè)定方法進(jìn)行了研究，易金花等[5]研究了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)洞法與滑行法，郁增德等[6]開(kāi)展多輛樣車(chē)的轉(zhuǎn)鼓模擬道路滑行試驗(yàn)。關(guān)于車(chē)輛在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上開(kāi)展排放和油耗試驗(yàn)，不同的轉(zhuǎn)鼓加載力對(duì)試驗(yàn)存在影響，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展過(guò)大量研究，但大多都是基于國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)的查表法與滑行法的對(duì)比，WLTC工況下的研究很少，不同車(chē)型得到的結(jié)論也不太一致[7-9]。

為了研究國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中新提出的固定運(yùn)轉(zhuǎn)法，本文從原理入手，選取實(shí)車(chē)進(jìn)行滑行并分析數(shù)據(jù)。另外，還對(duì)比分析了迭代法，探究了新標(biāo)準(zhǔn)中2種滑行方法的差異，并按照不同滑行方法用實(shí)車(chē)進(jìn)行了滑行試驗(yàn)以及排放、油耗試驗(yàn)，得出了一些重要結(jié)論。

1 滑行原理

1.1 固定運(yùn)轉(zhuǎn)法介紹

固定運(yùn)轉(zhuǎn)法是國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中新提出來(lái)的一種數(shù)據(jù)處理方法，滑行過(guò)程中的轉(zhuǎn)鼓設(shè)定既可以采用車(chē)帶鼓加速，也可以采用更為簡(jiǎn)單的鼓帶車(chē)加速，且固定運(yùn)轉(zhuǎn)法對(duì)滑行結(jié)果沒(méi)有判定要求，所以這種方法更容易被采納。

在已知樣車(chē)道路載荷系數(shù)為tA、tB和tC后，滑行法采用固定運(yùn)轉(zhuǎn)法時(shí)數(shù)據(jù)處理的具體方法為：轉(zhuǎn)鼓設(shè)置為對(duì)樣車(chē)進(jìn)行4次滑行，在完成第一次滑行后，得到1個(gè)轉(zhuǎn)鼓加載的設(shè)定值，之后的3次滑行均使用這個(gè)設(shè)定值作為系數(shù)進(jìn)行滑行，得到3次結(jié)果，取后3次的平均值即可。數(shù)據(jù)處理公式為：

式中：tA、tB和Ct是車(chē)輛道路阻力；Asn、Bst和Cst是第n次運(yùn)行的模擬道路載荷系數(shù)；Adn、Bdn和Cdn是第n次轉(zhuǎn)鼓設(shè)定系數(shù)；n包含第一次的轉(zhuǎn)鼓滑行次數(shù)。

1.2 迭代法介紹

迭代法進(jìn)行滑行的數(shù)據(jù)處理是采用最小二乘法來(lái)計(jì)算[10]，且規(guī)定滑行結(jié)果偏差限值為±10 N以?xún)?nèi)，否則需要調(diào)整加載系數(shù)繼續(xù)滑行，直到滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求偏差。迭代法數(shù)據(jù)處理中調(diào)整載荷公式如下：

2 實(shí)車(chē)滑行結(jié)果及分析

2.1 樣車(chē)及設(shè)備

選擇了1輛狀態(tài)良好的樣車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓滑行及排放試驗(yàn)，車(chē)輛具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 樣車(chē)參數(shù)Tab.1 Parameters of test vehicle

試驗(yàn)中樣車(chē)通過(guò)滑行法進(jìn)行載荷設(shè)定所用轉(zhuǎn)鼓是德國(guó)MAHA公司生產(chǎn)的底盤(pán)測(cè)功機(jī)，設(shè)備滾筒直徑48 in(1 219 mm)，最大速度為200 km/h，加載電機(jī)最大功率為150 kW，最大扭矩5 400 N，滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。

國(guó)六排放試驗(yàn)所需設(shè)備主要有排放分析儀、定容稀釋系統(tǒng)、溫濕度模擬環(huán)境倉(cāng)、底盤(pán)測(cè)功機(jī)(與滑行試驗(yàn)同一設(shè)備)等，具體型號(hào)如表2所示。

表2 試驗(yàn)設(shè)備Tab.2 Test equipment

2.2 固定運(yùn)轉(zhuǎn)法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)樣車(chē)進(jìn)行固定運(yùn)轉(zhuǎn)法滑行試驗(yàn)，滑行過(guò)程按照國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的要求來(lái)進(jìn)行?；袠榆?chē)的道路載荷系數(shù)tA(N)、tB(N/km/h)、Ct[N/(km/h)2]分別為120.2、1.067、0.026 06。

滑行數(shù)據(jù)處理第一步是設(shè)定轉(zhuǎn)鼓的初始載荷，根據(jù)公式計(jì)算如下：

根據(jù)樣車(chē)道路阻力，在滑行區(qū)間為135～15 km/h(每10 km/h為1個(gè)區(qū)間)時(shí)，劃分出每個(gè)區(qū)間的滑行時(shí)間，根據(jù)每個(gè)區(qū)間的速度點(diǎn)計(jì)算出對(duì)于道路阻力的值。這樣道路阻力可以分解為表3中的12個(gè)區(qū)間。

表3 道路阻力區(qū)間劃分Tab.3 Road resistance interval division

樣車(chē)在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行第1次滑行，其中加載數(shù)據(jù)為初始加載值。表4中列出了第1次滑行后得到的數(shù)據(jù)，主要有速度區(qū)間的實(shí)際滑行時(shí)間，速度點(diǎn)下的模擬道路阻力，通過(guò)對(duì)比實(shí)際道路阻力，可以計(jì)算出每個(gè)速度點(diǎn)的力偏差。通過(guò)對(duì)比偏差，可以計(jì)算出下一次的加載力。

表4 第一次滑行數(shù)據(jù)Tab.4 First coast-down data

圖1是轉(zhuǎn)鼓主控顯示的第1次滑行界面圖，可以看到，速度越大，模擬出的道路阻力值偏差越大。通過(guò)與道路阻力對(duì)比，計(jì)算軟件進(jìn)行了第1次加載力調(diào)整。

固定運(yùn)轉(zhuǎn)法的數(shù)據(jù)處理規(guī)定隨后的3次滑行，轉(zhuǎn)鼓加載力均按第1次滑行后調(diào)整得到加載阻力進(jìn)行，即：Adn=26.28、Bdn=1.210 3、Cdn=0.023 65。

表5列出了固定運(yùn)轉(zhuǎn)法的后3次滑行結(jié)果。將后3次Cd2、Cd3、Cd4的滑行結(jié)果分別帶入公式(1)、(2)、(3)，計(jì)算出樣車(chē)固定運(yùn)轉(zhuǎn)法滑行得到的底盤(pán)測(cè)功機(jī)最終加載力，結(jié)果為：A＝25.88、B＝1.209 4、C＝0.023 72。

2.3 迭代法滑行數(shù)據(jù)

對(duì)樣車(chē)采用迭代法進(jìn)行滑行試驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)處理的全過(guò)程。

第一步初始載荷設(shè)定與固定運(yùn)轉(zhuǎn)法相同，隨后進(jìn)行第1次滑行，得到新的轉(zhuǎn)鼓加載，之后再用新的加載進(jìn)行下一次滑行，結(jié)果如圖2所示。

樣車(chē)迭代法進(jìn)行滑行的3次結(jié)果如表6所示。

表6 迭代法滑行數(shù)據(jù)Tab.6 Coast-down data of iterative method

迭代法滑行的最終轉(zhuǎn)鼓加載力采用最后一次滑行后的載荷，所以樣車(chē)迭代法滑行數(shù)據(jù)處理得出的加載阻力為：A＝22.38、B＝1.249、C＝0.023 44。

2.4 滑行結(jié)果對(duì)比分析

圖3是樣車(chē)分別用迭代法和固定運(yùn)轉(zhuǎn)法滑行得到的2條轉(zhuǎn)鼓加載力對(duì)應(yīng)車(chē)速的曲線(xiàn)。從整體上可以看出，2種滑行方法下得出的轉(zhuǎn)鼓加載力非常相近，且在整個(gè)速度區(qū)間的趨勢(shì)也相同。圖4是2種滑行結(jié)果在整個(gè)速度區(qū)間內(nèi)的力差異。力差異是迭代法得到加載力與固定運(yùn)轉(zhuǎn)法得到的加載力之差，由圖可見(jiàn)，整個(gè)速度區(qū)間內(nèi)采用迭代法滑行得到的轉(zhuǎn)鼓加載力均大于固定運(yùn)轉(zhuǎn)法滑行得到的加載力，2種滑行方法加載力差值在2～4 N，趨勢(shì)是速度越大或越小時(shí)差異更大，中間速度點(diǎn)差異偏小。

表7列出了樣車(chē)在各個(gè)速度點(diǎn)下的2種滑行方法得到加載力差值，以及偏差與道路阻力的比例。其中，加載力偏差是用迭代法得出的加載力減去固定運(yùn)轉(zhuǎn)法得出的加載力，偏差比例是用每個(gè)速度點(diǎn)的加載力偏差比上對(duì)應(yīng)速度點(diǎn)的道路阻力。由表可知，在20～130 km/h的速度區(qū)間內(nèi)，2種滑行結(jié)果偏差比例均控制在3.1%以?xún)?nèi)，最大偏差3.08%出現(xiàn)在130 km/h點(diǎn)，最小偏差僅為2.1%，出現(xiàn)在70 km/h速度點(diǎn)。通過(guò)滑行試驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明2種不同的滑行數(shù)據(jù)處理方法對(duì)樣車(chē)在底盤(pán)測(cè)功機(jī)加載力設(shè)定影響很小，也說(shuō)明該樣車(chē)內(nèi)阻和變速箱在滑行過(guò)程中穩(wěn)定且線(xiàn)性較好。

表7 加載力偏差對(duì)比Tab.7 Comparison of loading force deviation

3 排放試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 國(guó)六排放結(jié)果

按照國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中常溫排放試驗(yàn)要求對(duì)樣車(chē)進(jìn)行了2次排放試驗(yàn)，試驗(yàn)中底盤(pán)測(cè)功機(jī)所設(shè)定加載阻力分別采用固定運(yùn)轉(zhuǎn)法得到的加載力和迭代法得到的加載力。

圖5—圖9是樣車(chē)在2種加載力下污染物THC、NMHC、CO、NOx、N2O結(jié)果對(duì)比。由圖可知WLTC工況下樣車(chē)在2種阻力下得到的結(jié)果相差不大，其中最大的NOx，相對(duì)限值偏差僅為2.9%。由于2種方法下底盤(pán)測(cè)功機(jī)加載力相差約2.5 N，對(duì)整車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)室排放試驗(yàn)的結(jié)果影響很小。

圖10—圖11是樣車(chē)在2種加載力下顆粒物質(zhì)量和顆粒物數(shù)量結(jié)果對(duì)比。由圖可知樣車(chē)在兩種阻力下得到的PM結(jié)果較為一致，PN相對(duì)限值偏差比例為13.6%。顆粒物數(shù)量在測(cè)量重復(fù)性方面受到多方面影響，且標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)計(jì)數(shù)器偏差的要求為10%，故13.6%的偏差不能說(shuō)明阻力的影響較大。

3.2 五階段油耗結(jié)果

圖12是按照五階段油耗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣車(chē)進(jìn)行2次油耗試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比，2次試驗(yàn)中底盤(pán)測(cè)功機(jī)設(shè)定加載阻力分別采用固定運(yùn)轉(zhuǎn)法得到的加載力和迭代法算出。從圖中可以得知，2次試驗(yàn)的綜合油耗值相同，且在WLTC工況下的4個(gè)階段中，每個(gè)階段的油耗值基本一致，說(shuō)明樣車(chē)采用固定運(yùn)轉(zhuǎn)法或迭代法的油耗沒(méi)有差異。圖13是整個(gè)WLTC工況下2次試驗(yàn)CO2排放的濃度對(duì)比，整體上相差不大。

4 結(jié) 論

固定運(yùn)轉(zhuǎn)法既可以采用鼓帶車(chē)加速也可以采用車(chē)帶鼓加速，且標(biāo)準(zhǔn)中的滑行方法規(guī)定只需滑行4次即可。迭代法只能采用車(chē)帶鼓加速的方法，滑行結(jié)束條件是偏差必須滿(mǎn)足±10 N的要求。固定運(yùn)轉(zhuǎn)法在計(jì)算方法和實(shí)際操作上都更加簡(jiǎn)單。

固定運(yùn)轉(zhuǎn)法與迭代法由于滑行方法的不同，得到的加載力存在差異，樣車(chē)呈現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律是低速和高速下的偏差更大，中間速度偏差更小，平均偏差值為2.4 N，各速度點(diǎn)偏差力相對(duì)道路阻力的平均偏差值為0.8%。

國(guó)六WLTC工況下，污染物THC、NMHC、CO、NOx、N2O、PM也無(wú)明顯偏差，相對(duì)限值偏差均在3%以?xún)?nèi)，PN相對(duì)限值偏差為13.6%以?xún)?nèi)。

2種滑行方法得出阻力下的五階段油耗結(jié)果也較為一致，其中綜合油耗值相同，WLTC工況4個(gè)階段的油耗值都相差不大，最大相對(duì)偏差僅為0.4%。■