專用車底盤與上裝動力匹配設(shè)計分析

王偉，范學(xué)瓊，鄭東利，李鵬，程頤

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專用車底盤與上裝動力匹配設(shè)計分析

王偉，范學(xué)瓊，鄭東利，李鵬，程頤

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章主要介紹了專用車取力器的分類、特點、設(shè)計注意事項，以及底盤與上裝的控制方式，為專用化底盤設(shè)計提供技術(shù)指導(dǎo)。

取力器

前言

專用車市場年銷量10-12萬輛（上牌數(shù)據(jù)），車輛類型多達上百種，總體可分為作業(yè)類和運輸類，作業(yè)類車型如環(huán)衛(wèi)、消防、油田特種改裝車、公路養(yǎng)護車等，運輸類如攪拌車、粉罐車、油罐車、車輛運輸車等。專用車上裝通過底盤取力器驅(qū)動上裝水泵、液壓泵、空壓機或風(fēng)機等實現(xiàn)其作業(yè)方式。本文主要對專用車底盤與上裝動力匹配選擇和控制進行研究。

1 取力器的類型

圖1 取力器位置示意圖

動力輸出裝置即取力器按動力輸出位置可分為發(fā)動機取力器、變速器取力器和分動箱取力器，如下圖。不同取力器功能特點見表1。

表1 取力器分類與特點

2 取力器選擇注意事項

由于上裝結(jié)構(gòu)和作業(yè)方式的不同，取力器選型應(yīng)綜合考慮取力器的位置、速比、扭矩、旋轉(zhuǎn)方向、控制方式等。

2.1 上裝工作方式

作業(yè)類車型有駐車作業(yè)和行車作業(yè)兩種工況，對取力器的需求主要區(qū)別在與是否與變速器檔位有關(guān)。

以灑水車為例介紹取力器選擇注意事項，灑水車以低速（7～15km/h）行駛，通過取力器驅(qū)動水泵實現(xiàn)噴灑作業(yè)。為保證水泵額定狀態(tài)下工作，需控制水泵輸入軸的轉(zhuǎn)速使其恒定運轉(zhuǎn)，且取力器轉(zhuǎn)速不受變速器擋位影響。只要保證發(fā)動機的轉(zhuǎn)速恒定，即可實現(xiàn)在不同車速下噴灑均勻，見表2。取力器速比選擇應(yīng)與水泵轉(zhuǎn)速匹配，原則為保證發(fā)動機的轉(zhuǎn)速處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)。

駐車作業(yè)應(yīng)盡量選擇空擋取力，以保證作業(yè)的安全性。此外應(yīng)注意水泵與取力器的旋轉(zhuǎn)方向、連接結(jié)構(gòu)的匹配。

對于既要行車取力和駐車取力的灑水車，綜合上裝布置形式，選擇變速器主軸驅(qū)動的貫通軸取力器或側(cè)取力器為佳。

表2 灑水車車速與取力器匹配計算

2.2 上裝功率需求

不同的上裝功率需求存在差異性，上裝的驅(qū)動主要依靠水泵、液壓泵、空壓機、風(fēng)機等，根據(jù)P=n×T/9550計算取力器最大的輸出扭矩。如粉罐車上裝通過空壓機驅(qū)動，功率需求約40kw，工作轉(zhuǎn)速一般在800～1100rpm，則所需取力器扭矩至少477.5N?m。

變速器后、側(cè)、底取力器輸出扭矩受變速器結(jié)構(gòu)限制，一般無法取出發(fā)動機的最大扭矩，而發(fā)動機飛輪取力和變速器夾心取力器則可輸出發(fā)動機的最大扭矩。對于環(huán)衛(wèi)車、粉罐車、油罐車等上裝功率需求較小，一般通過變速器取力器，而消防車、油田特種車等上裝功率求較大，達發(fā)動機最大扭矩的60％，則需要通過發(fā)動機飛輪取力或夾心取力器。

2.3 上裝動力輸出布置形式

動力輸出裝置的位置主要取決于上裝動力單元位置，動力傳遞的角度應(yīng)控制在6°以內(nèi)，以便保證動力輸出的平穩(wěn)、可靠。

3 上裝與底盤的通訊方式

進口底盤如奔馳底盤預(yù)留可編程專用模塊（PSM），通過高速控制網(wǎng)絡(luò)（HS-CAN總線）連接到“IES”系統(tǒng)，讀取系統(tǒng)內(nèi)控制裝置的交換信息如怠速、制動、離合、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、取力器信號等信息，可以在模擬信號和數(shù)字信號輸入或輸出端進行監(jiān)控和產(chǎn)生各種信號，實現(xiàn)上裝對底盤的控制，滿足上裝功能需求。如上裝通過PSM模塊讀取取力器工作信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速，根據(jù)需求發(fā)送信息至底盤，控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)取力器在額定轉(zhuǎn)速工作。

國產(chǎn)化底盤主要通過PTO功能實現(xiàn)，原理如下圖。

圖2 PTO功能原理圖

a）當(dāng)開始作業(yè)時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速會自動從怠速升至要求轉(zhuǎn)速，結(jié)束作業(yè)后，又會回到怠速。

b）當(dāng)K68與K32接通時，PTO功能開啟；當(dāng)K68與K18接通時，發(fā)動機根據(jù)K68與K18連接的時間，按固定值增速(可設(shè)置)。

另一種方法為底盤開放CAN控制權(quán)限，通過TSC1發(fā)送相關(guān)報文控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速、扭矩，此方案需要底盤與上裝協(xié)同設(shè)計，在通用化和安全性受限制。

4 總結(jié)

取力器作為底盤與上裝動力傳遞連接裝置，實現(xiàn)上裝與底盤的連接和協(xié)同控制，才能充分發(fā)揮底盤的優(yōu)勢和上裝的功能化。取力器的控制方式，上裝與底盤的一體化控制上還有待于進一步研究。

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Dynamic matching analysis of chassis and top structure of special vehicle

Wang Wei, Fan Xueqiong, Zheng Dongli, Li Peng, Cheng Yi

( Shaanxi Heavy Automobile Co, Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

This paper mainly introduces the classification, characteristics, design attention, and control methods of chassis and top structure of special vehicle, and provides technical guidance for the design of special vehicle.

take power off

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王偉，就職于陜西重型汽車有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.072