某6×2重型物流載貨車傳動系匹配分析

高憲峰（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某6×2重型物流載貨車傳動系匹配分析

高憲峰
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章根據6×2重型物流載貨車搭載柴油發動機車型，通過傳動系的優化匹配，在滿足滿載運輸的條件下，保證發動機在常使用的轉速區間與經濟性轉速區間相吻合，以達到整車動力性和經濟性的改善。并運用計算機仿真、轉轂試驗臺、道路分別模擬實際使用條件和要求，最終驗證了匹配的合理性。

計算機仿真；傳動系；動力性；經濟性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.015

CLC NO.: U463.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-45-03

引言

汽車整車性能的好壞，不僅僅取決于發動機和傳動系各自獨特的性能，而且很大程度上還取決于二者匹配的情況。在評價汽車的整車性能時，往往要用到一些特定的指標，如衡量汽車動力性的主要指標是其最高車速、爬坡性能和加速性能等；衡量燃油經濟性的主要指標是汽車在標準循環下的百公里油耗。這些指標除了反映發動機本身的動力性、燃油經濟性外，還體現了整車動力總成系統的相互配合及合理優化程度，即使一臺發動機具有良好的性能，如果沒有與之合理匹配的傳動系，也不可能充分發揮其最佳性能。因此合理的匹配汽車的動力傳動系統是提升動力、降低油耗的重要措施。

1、動力傳動系理論匹配

高速重型載貨物流車主要是以重載運輸為主，主要運行在高速公路為主，國道、省道為輔等工況，總質量嚴格控制在國家標準范圍之內。其特點是運輸距離長，道路轉彎、紅燈、堵車等工況較少，用戶較多關注車輛的高速行駛的經濟性和動力性。

針對目前高速物流用載貨車的興起，本文以某6×2重型物流載貨車搭載柴油發動機為研究對象，結合重型載貨車的實際特點，運用 AVL_Cruise整車性能分析軟件進行仿真計算、轉轂試驗臺試驗及道路試驗，進行動力總成選用、傳動系匹配分析和驗證，并最終確定一種最佳的匹配方案。

具體從以下幾個步驟確定匹配方案：

1）根據重型載貨車使用特性，選取合適的柴油發動機；

2）根據重型載貨車的循環工況對動力性、經濟性的需求，初步匹配傳動系參數；

3） 通過AVL_Cruise整車性能分析軟件進行仿真計算選定最佳傳動系匹配方案；

4）應用轉轂試驗臺、道路試驗進行試驗驗證。

1.1發動機的選型

根據重型牽引車使用特性，從發動機的最大功率和適應性系數等方面確定發動機的性能參數，選取合適發動機。

根據國家公路承載能力認定標準，6×2載貨車的汽車列車額定總質量為25T。

發動機的最大功率是否合適，這既是相對客觀需求而言的,也是相對整車最大總質量而言的。

式中：

Pmax—發動機最大凈功率（單位：kW）；

Gmax—最大總質量（單位：T）；

λ—比功率。

根據GB7258要求，載重貨車的比功率不允許小于5.0。通過公式（1）計算得出發動機最大凈功率Pmax≥125kW，因此發動機額定功率= Pmax/0.9≥138.9kW。

對比現有的柴油發動機重型載貨車，擬選取某款最大功率/轉速為 199kW/2100r/min、最大扭矩/轉速為 1160Nm/ 1500r/min的柴油發動機，發動機外特性曲線圖和萬有特性曲線圖見圖1。

發動機轉速適應性系數（β）是指發動機最大功率時轉速（nP）與最大扭矩轉速（nT）之比（β= nP/ nT）。

發動機轉矩適應性系數（α）是指發動機最大扭矩（Tmax）與最大功率下扭矩（TP）之比（α= Tmax/ TP）。

發動機適應性系數φ=α·β[1]，φ值越大，則發動機適應性越好。采用φ大的發動機可有效減少換擋次數、減小傳動系的磨損和降低油耗。對于柴油機φ=1.6～2.6。

φ滿足使用要求。

1.2經濟車速的確定

為了了解產品的實際工作環境及工況特點，通過采集國內多個重型載貨車的實際運行情況，確定了6×2重型載貨車的使用工況。

在車輛最高允許車速一定的情況下，常用車速Ve可以按照以下公式計算：

式中：

Ve—常用車速（單位：km/h）；

kg—常用車速系數（一般取0.6～0.8）；

vmap—最高允許車速。

根據重型載貨車對車速要求 vmap=110km/h，則有Ve=66～88km/h，經濟車速設計在此范圍內最佳，結合采集的行駛工況，本車型設計經濟車速為80km/h。

1.3傳動系主要部件的選擇

變速器：重型載貨車由于較注重高速行駛的經濟性，變速器在多數時間內運行在最高檔。變速器在直接擋時傳動效率最高，經濟性最好。因此，目前主流重型載貨車變速器最高擋一般采用直接擋。根據目前該細分市場的情況，選取 9擋直接擋手動變速器。

驅動橋：根據重型載貨車實際運行特點，選取單級減速后橋，其具有成本較低，傳動效率較高，維修方便等特點。

輪胎：選用無內胎子午線輪胎，使其在經常的加速和停車過程中因為輪胎行駛面寬，得到較好的加速制動效果，同時可因為滾動阻力較小而使整車具有良好的動力經濟性。

1.4傳動系速比的確定

為了充分發揮發動機特性，結合重型載貨車運輸的特點，需要通過合理的傳動系速比匹配，使發動機經常運行在最低燃料消耗量附近。

在發動機經濟工作轉速一定時，車輛經濟車速是由傳動系總速比決定的

式中，V經濟為經濟車速（單位km/h），n為發動機轉速（單位r/min），r為輪胎半徑（單位m，以下計算中按照12R22.5輪胎進行，r=0.504m），i經濟為經濟車速時傳動系總速比。

在發動機經濟工作轉速一定時，傳動系總速比決定載貨車經濟車速。通過以上所選擇發動機參數表明，其經濟轉速在1300～1500r/min范圍內，見圖1。對于重型載貨車，變速器最高擋使用次數較多，因此經濟車速對應的傳動系總速比為變速器最高擋速比 igN×驅動橋速比 i0，通過公式（3）計算可以確定最高擋總速比為 3.56（即 igN·i0=3.56）。由于采用最高檔為直接擋變速器，則驅動橋速比應該選擇3.56。

根據目前重型車用主流變速器及速比范圍，可以選配 9擋直接擋手動變速器，額定輸入扭矩必須大于 1160Nm，最高擋速比0.72。

1.5傳動系匹配方案的初步確定

通過前面的分析，結合目前重型車傳動系匹配情況，初步按照表1方案進行匹配分析。

表1　整車動力傳動系統方案

2、CAE仿真分析

根據整車參數，運用AVL-Cruise模塊化建模理念建立整車仿真分析模型，圖2為某6×2重型載貨車搭載柴油發動機仿真模型。

通過對上述方案進行運算，計算結果比較如表2：

表2　仿真計算值

3、轉轂、道路試驗驗證

通過以上選定的最佳方案，搭載樣車分別進行轉轂和道路試驗驗證，并將動力經濟性試驗結果與理論計算結果對比見表3：

表3　試驗結果與理論結果對比

通過對比分析，理論計算值與轉轂、道路試驗還有一定的誤差，由于驗證加載方式等原因，轉轂試驗與道路試驗也存在一定的偏差，總體來看誤差<5%，主要由于理論計算時建立的仿真模型由于在簡化時沒有考慮駕駛員的換擋習慣、忽視了發動機內部的摩擦損失等原因造成的，而轉轂試驗主要由于輸入的阻力系數等采集的偏差造成。但是，對于工程應用來說，該模型的計算結果，以及轉轂試驗的結論都已經能否指導實際工程中判斷不同方案的優劣程度，對于產品開發中動力傳動系統的匹配有一定的參考價值。

4、結論

通過上面對于某 6×2重型載貨車搭載柴油發動機的動力傳動系匹配分析，形成如下結論：

1）由于重型載貨車主要運行在高速公路上行駛，運輸距離長，采用發動機適應性系數φ值大的柴油發動機高速動力性就好，適用于高速類重卡等車輛。

2）對于重型載貨車，由于其特定的使用工況，采用 9擋直接檔變速器，同時匹配較小速比驅動橋，可以很好地滿足經濟性使用要求可以使整車常運行狀態效率最優化，達到提升車輛經濟性的目的。

3）通過AVL_Cruise仿真軟件、轉轂試驗臺驗證，都能比較真實地模擬道路試驗，雖然有一定的誤差，但這種分析和驗證方法可以運用到其他中重卡產品開發中，具有一定的指導意義，同時可以減少試驗驗證的成本。

[1]劉錚.汽車發動機原理.北京：清華大學出版社.2011.

[2]岳驚濤.汽車動力系統的合理匹配評價.汽車工程.2001,06.

[3]劉惟信.汽車設計.北京：清華大學出版社.2010

Matching of 6×2 heavy duty truck logistics transmission

Gao Xianfeng
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

This article aims to improve the dynamics and economy performance of 6×2 heavy duty truck logistics with diesel engine through optimization of transmission system,at the same time of full-load condition and ensuring the coincidence of engine rpm range under normal usage and rpm of economy.This optimization has been verified through simulating different using conditions and requirements in all computer simulateion,bench rest and road rest.

computer simulateion; transmission system; dynamics; economy performance

U463.2

A

1671-7988（2016）08-45-03

高憲峰（1984-），男，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心重型商用車研究院，從事商用車總布置設計工作。