牽引車動力匹配方案的應用思考

強鴿鵬

摘 要：文章通過對特定工況下牽引車不同動力配置的分析研究，探討“超速檔+大速比”，與“直接檔+小速比”對于特定工況的動力性、傳動效率及燃油消耗率對比，從而得出針對特定工況的動力配置的結論。常年來，在客戶中存在一種觀點“總速比相同，同馬力時車輛的動力，后橋速比小的動力性較差”，對于此觀點，文章將進行分析，探討此觀點的科學性和局限性。最后，就此基礎上，得到指導相應工況下的動力配置的合適方案。

關鍵詞：牽引車；動力配置；超速檔+大速比；直接檔+小速比；動力性；燃油消耗

中圖分類號：U472.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-223-04

Abstract： This article discusses the "overspeed plus large speed ratio" and the "direct speed plus small speed ratio" for specific conditions of power， transmission efficiency and fuel consumption by analyzing the different power configurations of tractors under specific working conditions. The ratio is compared to the conclusion of the power configuration for a particular operating condition. Over the years， there is a view among customers that the total speed ratio is the same as that of the vehicle at the same horsepower. For this point of view， this paper will analyze and explore the scientific nature of this viewpoint and limitations. Finally， on this basis， a suitable solution to guide the power configuration under the corresponding working conditions is obtained.

Keywords： tractor； power configuration； overspeed + large speed ratio； direct gear + small speed ratio； power； fuel consumption

CLC NO.： U462.3 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-223-04

前言

近年來隨著牽引車市場的持續增長，大馬力、高效的需求越來越明顯，如果客戶在選擇產品時缺乏相應的汽車相關知識，僅憑別人推薦和感官認知進行選擇，有可能會出現動力不足，油耗高等問題，這樣久而久之造成客戶對于動力配置的一些認知誤差乃至偏差。尤其針對“超速檔+大速比”和“直接檔+小速比”上，大多數客戶的認知還停留在小速比就一定動力性差的錯誤認識上。所以對于“超速檔+大速比”和“直接檔+小速比”的研究就顯得尤為重要，通過具體的動力性和燃油經濟性分析，針對特定工況選擇合理的配置就顯得具有重要的現實意義。通過本文的結論對用戶的選擇做以引導，將對精準產品推薦，提高客戶的運營收益具有重要作用。

1 車速與速比的關系

我們都知道，車速、加速性能、爬坡性能是衡量動力性的幾個關鍵性能。相對于日用工業品細分市場而言，屬于長途標載運輸，客戶比較關注的是車速，對于時效性比較看重。而決定車速的三個因素，發動機轉速、輪胎直徑、總速比。其滿足如下關系[1]：

從上式可以得出，在轉速，車輪半徑一定的情況下，決定車速得主要取決于總速比的大小，即變速箱各檔位速比與后橋速比的乘積。

對于長途標載而言，常用車速為80～90km/h，我們以康明斯ISM11E5 440為例，其經濟轉速區間為1100～1300r/ min。為了使其在最高經濟轉速時車速達到90km/h，此時發動機轉速應為經濟區間最大轉速n=1300r/min，由式1可以計算出需要的總速比最小值為igi0=1300×0.377×0.525÷90= 2.859，這樣，后橋速比2.846，變速箱速比為1時即可滿足，此時任何直接檔變速箱的最高檔（12檔直接檔變速箱為12檔）或超速檔變速箱的次高檔（12檔超速檔變速箱的11檔）均可滿足需求。除此之外，后橋速比為3.7，選擇12檔超速檔也可以滿足。

2 “直接檔+小速比”和“超速檔+大速比”總速比分析

上文提到，在轉速、輪胎半徑一定的情況下，車速取決于總速比。在下文中我們就“直接檔+小速比”和“超速檔+大速比”展開討論，將以12JSD200TA+3.7和12JSD200T+ 2.846為例，進行分析。

2.1 直接檔和超速檔速比分析

以國內知名變速箱廠法士特12檔直接檔和超速檔為例，其各檔位速比如下表所示：

從上表可以發現一個規律，兩款變速箱很多檔位速比相同，但是差一個檔，例如F12A的11檔和F12的12檔速比一樣，都是1，F12A的10檔和F12的11檔速比相同，都是1.28，等等。

2.2 總速比分析

由式1，我們可以看出車速是和車輛總速比有關系，成反比關系，總速比越大，車速越慢，總速比越小，車速越快。我們將12JSD200TA+3.7和12JSD200T+2.846的總速比計算出來，列出入下表所示。

從上表可以看出，F12+2.846和F12A+3.7兩種配置的各檔位總速比基本接近（尤其是高擋位速比差值0.04-0.09），同樣發動機在匹配的總速比接近的前提下，不會存在所說的小速比動力不足的問題。

2.3 車速分析

為了更直觀的觀察兩種方案在動力性上的差異，我們計算發動機在n=1300r/min時的各檔位車速，得到如下表結果。

從上表可以得出結論， 對于“12JSD200TA+3.7”和“12JSD200T+2.846”，各個擋位的車速基本上一致，也就是說動力不存在太大差異，在低檔位時車速差值較小為0.1～0.2km/h；在較高檔位時速度差值變大，但最大時僅為1.2km/h，對于車速90km/h而言，可以忽略不計（如上表所示）。然而，直接擋和超速擋變速器的傳動效率會在最高擋位和次高擋位上表現出來差異，從而會影響車輛的動力性和燃油消耗率，在下文中我們將做重點分析。

3 傳動效率分析

3.1 整車傳動效率

我們知道，在機械傳動過程由于各種因素的影響，會有能量的損失，效率不可能達到1。對于整車而言，整個傳動系統由四大系統構成：發動機+變速箱+傳動軸+驅動橋。在每一個環節都存在能量、功率損失，針對不同的組合方式而言，發動機的傳動效率基本上比較穩定，為98%，傳動軸傳動效率也比較穩定保持在98%～99%，后橋根據單級減速橋和雙極減速橋傳動效率有所不同。對于變速箱而言，由于各個檔位齒輪嚙合對數不同，傳動效率上差別較大。總而言之，整車傳動效率滿足如下公式：

3.2 各分系統傳動效率

根據試驗測算，各分系統傳動效率如下表所示[2]：

根據上圖可以測算整車傳動效率的范圍：

最高：發動機0.98×變速箱0.99×傳動軸0.99×后橋0.96=87%；

最低：0.98×0.96×0.98×0.92×0.92=78%

不同的動力總成配置由于效率不一，會造成整車在動力上的差異。

3.3 超速檔變速箱和直接檔變速箱檔位傳動效率

在上文中講到變速箱的傳動效率受嚙合齒輪對數的影響而差異較大。每款發動機都有速比為1的檔位，也就是直接檔，對于12JSD200TA而言，是11檔；對于12JSD200T而言是12檔。對于超速檔和直接檔的變速箱而言，最高檔的差異主要是傳動效率的差異，其區別如下：

從上圖可以清晰的看出，在低速擋時副箱工作，四對齒輪嚙合，傳動效率降低，只有94%；在直接檔時，無嚙合齒輪傳動效率最高，在超速檔或高速擋時，只有兩對齒輪嚙合，傳動效率相對降低在96%～97%。

3.4“12JSD200TA+3.7”和“12JSD200T+2.846”在車速相同情況下的傳動效率差異

在第二節中，我們已經就“12JSD200TA+3.7”和“12JSD 200T+2.846”的車速進行了討論，現在我們就其在特定車速下的傳動效率展開討論。

針對第二節的案例，存在兩種情況：

①在工況簡單、路況較好時，車速、噸位穩定。常用最高車速可以保證時（檔位基本上保持在12檔時），“12JSD 200T +2.846”動力配置由于在12檔時，變速箱檔位屬于直接檔，傳動效率最高，發動機功率、扭矩損失最少而動力性強；

②在工況相對復雜，車速、噸位復雜，尤其是一空一滿時，通過動力匹配使其重車常用檔位11檔，空車常用檔位12檔，這時“12JSD200TA+3.7”動力總成更加適合。在重車時，變速箱檔位11檔，傳動效率最高，發動機功率、扭矩損失更小而動力性更好，而對于“12JSD200T+2.846”而言，11檔為高速擋，傳動效率相比直接檔降低2%，功率、扭矩損失更大，在爬坡、加速性能上均有所降低，在重車時動力性明顯與“12JSD200TA+3.7”存在差距；而在空車時，檔位基本保持在12檔。由于噸位小、負荷率較低，對于“12JSD200TA+3.7”動力配置，負荷率相對提高而燃油經濟性更好。

為了驗證以上分析結論，在下文中我們將就特定工況下兩種動力配置的燃油消耗率進行計算。

4 工況下兩種動力配置方案燃油消耗率計算案例

我們根據工況不同，提供了兩種路譜，分別是東部平原高速，西部山地丘陵。在兩種路譜上，以康明斯ISM11E5 440為例，對“12JSD200TA+3.7”和“12JSD200T+2.846”燃油消耗率進行模擬計算，其結果在下文計算討論。

4.1 平原高速路譜下兩種動力配置分析

下圖為平原高速路譜，海拔平均在120米左右，坡度不超過5%，海拔高度變化比較平穩。兩種動力配置分析計算結果如下（車貨總重49噸）：

跟上邊分析結論一致，在起步能力上和爬坡能力上，12JSD220TA+3.7配置要更勝一籌。

從以上數據可以證明上文的分析結論，在路況較好情況下，車速可達到90km/h，檔位在12檔（直接檔效率高），這時12JSD220T+2.846油耗比12JSD220TA+3.7低0.81L；車速70km/h時，檔位在11檔，這時12JSD220TA+3.7傳動效率更高，油耗明顯低于12JSD220T+2.846，低0.52L。

4.2 山區譜下兩種動力配置分析

下圖為山區路譜，海拔平均在250米左右，最大落差接近300米，最大坡度達7%，海拔高度變化較大。兩種動力配置分析計算結果如下（車貨總重49噸）：

ISM11E5 440+12JSD220T+2.846 ISM11E5 440+12JSD 220TA+3.7

通過以上分析，在山區高速工況下，12JSD220TA+3.7的油耗低于12JSD220T+2.846，低0.2L，工況適應性更強，這就證明了上文的分析結論。

在本章節中，我們通過不同工況下的模擬分析計算，對理論分析提供了可靠的數據支撐，驗證了理論的正確性。

5 結語

通過以上理論分析和案例計算，我們得出結論，對于簡單工況，車速、噸位穩定，我們采用“直接檔+小速比”；對于工況比較復雜，車速、噸位不穩定，尤其是單趟放空的工況，選擇“超速檔+大速比”。本文通過車速、總速比、傳動效率、燃油消耗率的分析，對于兩種動力總成配置方案給出了適合相應工況的指導性結論，對于指導客戶選擇適合工況的動力總成方案具有重要意義。為客戶選擇合適的配置方案，對于提高動力性，提高運輸效率，降低油耗有很大幫助?？蛻羰褂玫牡眯膽郑蛻敉ㄟ^合理的配置提高收入是我們的出發點。我們也需要逐漸去對客戶進行引導，提高客戶的認知，只有更“懂車”，方能“用好車”。

參考文獻

[1] 余志生.汽車理論[J].高等工科教育.2000.10（6）.

[2] 余志生.汽車理論[J].高等工科教育.2000.10（6～7）.

[3] 卞學良.專用汽車結構與設計[M].北京：機械工業出版社2008.