重型卡車動力匹配研究綜述

侯永紅，孟智慧，解艷超，鄔耀飛，單麗華

（1.北奔重型汽車集團有限公司，內蒙古 包頭 014030；2.內蒙古科技大學機械工程學院，內蒙古 包頭 014010）

前言

重型卡車產品作為一種社會生產資料，其動力性、燃油經濟性性能的好壞，很大程度上決定了重型卡車整車性能的好壞，因此，一直以來都是各整車及動傳相關零部件企業和研究機構、院校的研究焦點。本文主要從重型卡車動力性、燃油經濟性研究的評價指標、優化匹配等方面進行綜述，并分析目前研究的主要問題，后續從哪些方面開展研究，進而卡車性能水平提升。

1 評價指標研究

重型卡車的動力性、燃油經濟性基本理論的是以汽車縱向動力學理論為基礎，但由于其使用環境的特殊性，研究中關注的指標重要程度不同、研究的側重點也不盡相同。

1.1 動力性評價指標

1）最高車速

隨著高速公里的不斷發展，重型卡車的最高車速也成為其動力性能的評價指標之一。最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或瀝青）上汽車能達到的最高行駛速度。

采用汽車動力學的功率平衡原理，由最高檔的功率曲線與阻力功率曲線相交而得到最高車速。

式中：G-整車重量（N）；f-輪胎滾動阻力系數；CD-空氣阻力系數；A-迎風面積；δ-旋轉質量換算系數；i-道路坡度。

2）爬坡能力

汽車的爬坡能力是用滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度來表示。重卡由于在各種地區和路面上行駛，使用環境比較復雜，因此最大爬坡度時其動力性的重要評價指標。

式中：αmax-最大爬坡角；ηt-傳動系效率；Ik1-變速器一檔速比；I0-驅動橋速比；Temax-最大轉矩（Nm）

3）加速能力

由于現有重卡都是干線運輸了，要求的卡車的平均速度都比較高，因此，加速能力也成為現代重卡的重要評價指標之一，汽車的加速能力可以用它在水平良好路面上行駛時能產生的加時間來評價。

1.2 燃油經濟性指標研究

由于重卡作為生產資料，燃油經濟性是其主要關注的性能之一。而等速百公里燃油消耗量是一個普遍采用的燃油經濟性指標，但對于特定工況下的重卡運輸采用循環工況燃油消耗量評價燃油經濟性更加具有實際意義。

1）直接檔（或最高檔）等速百公里燃油消耗量

等速百公里油耗由于便于重復測量評價，因此，應用比較廣泛，但也存在不能反應出實際行駛的情況。

式中：ge-燃油消耗率；β-燃油密度。

2）循環工況百公里燃油消耗量

循環工況更能真實地反應實際運行工況，結果更加準確，但我國幅員遼闊，循環工況的建立成為了關鍵。循環工況燃油消耗量是基于速、減速、怠速和勻速不同工況下燃油消耗量的總和：

式中：gei-i時刻的燃油消耗率；t-工況下的時間；St-循環工況運行距離。

2 優化匹配研究現狀

由于重型卡車特殊的使用條件，因此許多機構和企業也針對性地開展了基于計算機模擬仿真、整車或臺架試驗等方式的重型卡車動力傳動匹配研究。

在國外20世紀60年代，許多科研機構和汽車企業便意識到優化匹配的重要程度，伴隨著計算機仿真技術的發展，動力傳動匹配優化軟件也得到發展，1972年美國通用汽車公司首先開發了汽車動力性與燃油經濟性的通用預測程序GPSIM2，該程序可以模擬汽車在任何行駛工況下的瞬時油耗、累積油耗、行駛時間和距離預測汽車設計參數如重量、傳動系速比、空氣阻力系數等的變化對汽車性能的影響。隨著仿真技術、試驗技術的不斷發展，國外在卡車上的優化匹配研究的也得到長足發展[1]。

在國內關于汽車動力匹配研究開展較晚，專門開展重型卡車的匹配研究更晚。但近十多年來，相關技術的不斷發展，專門針對重型卡車的仿真優化、試驗優化等方面研究也層出不窮。

2016年太原理工大學的楊少鋒針在文獻中提到建立了LNG重卡動傳系統數學優化模型，以動力性指標和變速箱、主減速器參數的選擇原則作為約束條件，以多項燃油經濟性指標作為目標函數，并利用權重法將多目標函數轉換為單目標優化函數，利用遺傳算法對目標函數進行優化[2]。

2016年一汽技術中心的 張艷輝結合重型載貨汽車用戶實車試驗數據，應用數據統計理論，統計出發動機負荷分布并解析該車行駛循環工況。以動力性和燃油經濟性為雙目標函數對傳動系統優化匹配[3]。

2015年 武漢理工大學的王棟通過建立擬開發重型牽引車的動力與傳動系統仿真分析模型，采用遺傳算法，以動力性、經濟性和排放為適應度函數，利用聯合仿真得到最佳變速器各擋速比和主減速器的優化配置[4]。

2009年吉林大學鄧陽慶通過大量氣象條件和道路狀況試驗,對汽車燃油經濟性的影響進行了定量的研究。得出溫度對汽車燃油經濟性的影響并不是簡單的比例關系，環境溫度高于常溫時，溫度對于汽車的影響相對比較穩定，而高溫與低溫的油耗相比相差懸殊[5]。

2011年重慶交通大學杜子學根據某重型汽車的結構參數，按照動力傳遞路線建模，與 modeFRONTIER優化軟件結合，采用多目標遺傳算法對該車的傳動系統參數進行優化匹配[6]。

3 研究存在問題及方向

1）重型卡車行駛循環工況與發動機循環工況的研究比較少，不能滿足動力匹配的相關研究，循環工況將在汽車性能研究的方向之一。

2）對重型卡車的動力性、經濟性研究主要集中在采用不同的優化方法，尋求最優的匹配效果，但并沒有系統對不同的優化方法進行評價，導致應用過程中不能達成很好的效果。

3）由于中國幅員遼闊，運輸線路單一等原因，在循環工況研究基礎上，應開展基于用戶實際使用工況的動力匹配研究，更加具有現實意義。

4）重型卡車關于新能源的匹配研究相對于乘用車或客車來說比較少，應該加強對重型卡車新能源的優化匹配研究工作。

4 結語

隨著公路建設的蓬勃發展，快遞業的快速發展 ，重型汽車已經成為物流運輸的主要工具之一，這就要重型卡車具有良好的動力性能和燃油經濟性。因此，對于重型卡車的動力匹配優化研究，具有很好的應用前景。

[1] Heinz Snizek.Improved Fuel Economy and Handlingof Light and Medium Duty Trucks[C].SAE973275.

[2] 楊少鋒等.LNG重卡動力傳動系統的匹配優化[J].機械設計與制造,2016.12.

[3] 張艷輝等.基于典型用戶使用工況的重型載貨汽車動力傳動系統匹配研究[J]汽車技術,2016.04.

[4] 王棟等.重型牽引車動力傳動系統優化匹配[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版）,2015.03.

[5] 鄧陽慶.基于用戶使用條件重型自卸車燃油經濟性研究[D]長春：吉林大學,2009.

[6] 杜子學等.某重型汽車動力性與燃油經濟性仿真與匹配優化[J].汽車技術,2011.10.