某6×2重型物流载货车传动系匹配分析

高宪峰（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



某6×2重型物流载货车传动系匹配分析

高宪峰
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章根据6×2重型物流载货车搭载柴油发动机车型，通过传动系的优化匹配，在满足满载运输的条件下，保证发动机在常使用的转速区间与经济性转速区间相吻合，以达到整车动力性和经济性的改善。并运用计算机仿真、转毂试验台、道路分别模拟实际使用条件和要求，最终验证了匹配的合理性。

计算机仿真；传动系；动力性；经济性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.015

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

引言

汽车整车性能的好坏，不仅仅取决于发动机和传动系各自独特的性能，而且很大程度上还取决于二者匹配的情况。在评价汽车的整车性能时，往往要用到一些特定的指标，如衡量汽车动力性的主要指标是其最高车速、爬坡性能和加速性能等；衡量燃油经济性的主要指标是汽车在标准循环下的百公里油耗。这些指标除了反映发动机本身的动力性、燃油经济性外，还体现了整车动力总成系统的相互配合及合理优化程度，即使一台发动机具有良好的性能，如果没有与之合理匹配的传动系，也不可能充分发挥其最佳性能。因此合理的匹配汽车的动力传动系统是提升动力、降低油耗的重要措施。

1、动力传动系理论匹配

高速重型载货物流车主要是以重载运输为主，主要运行在高速公路为主，国道、省道为辅等工况，总质量严格控制在国家标准范围之内。其特点是运输距离长，道路转弯、红灯、堵车等工况较少，用户较多关注车辆的高速行驶的经济性和动力性。

针对目前高速物流用载货车的兴起，本文以某6×2重型物流载货车搭载柴油发动机为研究对象，结合重型载货车的实际特点，运用 AVL_Cruise整车性能分析软件进行仿真计算、转毂试验台试验及道路试验，进行动力总成选用、传动系匹配分析和验证，并最终确定一种最佳的匹配方案。

具体从以下几个步骤确定匹配方案：

1）根据重型载货车使用特性，选取合适的柴油发动机；

2）根据重型载货车的循环工况对动力性、经济性的需求，初步匹配传动系参数；

3） 通过AVL_Cruise整车性能分析软件进行仿真计算选定最佳传动系匹配方案；

4）应用转毂试验台、道路试验进行试验验证。

1.1发动机的选型

根据重型牵引车使用特性，从发动机的最大功率和适应性系数等方面确定发动机的性能参数，选取合适发动机。

根据国家公路承载能力认定标准，6×2载货车的汽车列车额定总质量为25T。

发动机的最大功率是否合适，这既是相对客观需求而言的,也是相对整车最大总质量而言的。

式中：

Pmax—发动机最大净功率（单位：kW）；

Gmax—最大总质量（单位：T）；

λ—比功率。

根据GB7258要求，载重货车的比功率不允许小于5.0。通过公式（1）计算得出发动机最大净功率Pmax≥125kW，因此发动机额定功率= Pmax/0.9≥138.9kW。

对比现有的柴油发动机重型载货车，拟选取某款最大功率/转速为 199kW/2100r/min、最大扭矩/转速为 1160Nm/ 1500r/min的柴油发动机，发动机外特性曲线图和万有特性曲线图见图1。

发动机转速适应性系数（β）是指发动机最大功率时转速（nP）与最大扭矩转速（nT）之比（β= nP/ nT）。

发动机转矩适应性系数（α）是指发动机最大扭矩（Tmax）与最大功率下扭矩（TP）之比（α= Tmax/ TP）。

发动机适应性系数φ=α·β[1]，φ值越大，则发动机适应性越好。采用φ大的发动机可有效减少换挡次数、减小传动系的磨损和降低油耗。对于柴油机φ=1.6～2.6。

φ满足使用要求。

1.2经济车速的确定

为了了解产品的实际工作环境及工况特点，通过采集国内多个重型载货车的实际运行情况，确定了6×2重型载货车的使用工况。

在车辆最高允许车速一定的情况下，常用车速Ve可以按照以下公式计算：

式中：

Ve—常用车速（单位：km/h）；

kg—常用车速系数（一般取0.6～0.8）；

vmap—最高允许车速。

根据重型载货车对车速要求 vmap=110km/h，则有Ve=66～88km/h，经济车速设计在此范围内最佳，结合采集的行驶工况，本车型设计经济车速为80km/h。

1.3传动系主要部件的选择

变速器：重型载货车由于较注重高速行驶的经济性，变速器在多数时间内运行在最高档。变速器在直接挡时传动效率最高，经济性最好。因此，目前主流重型载货车变速器最高挡一般采用直接挡。根据目前该细分市场的情况，选取 9挡直接挡手动变速器。

驱动桥：根据重型载货车实际运行特点，选取单级减速后桥，其具有成本较低，传动效率较高，维修方便等特点。

轮胎：选用无内胎子午线轮胎，使其在经常的加速和停车过程中因为轮胎行驶面宽，得到较好的加速制动效果，同时可因为滚动阻力较小而使整车具有良好的动力经济性。

1.4传动系速比的确定

为了充分发挥发动机特性，结合重型载货车运输的特点，需要通过合理的传动系速比匹配，使发动机经常运行在最低燃料消耗量附近。

在发动机经济工作转速一定时，车辆经济车速是由传动系总速比决定的

式中，V经济为经济车速（单位km/h），n为发动机转速（单位r/min），r为轮胎半径（单位m，以下计算中按照12R22.5轮胎进行，r=0.504m），i经济为经济车速时传动系总速比。

在发动机经济工作转速一定时，传动系总速比决定载货车经济车速。通过以上所选择发动机参数表明，其经济转速在1300～1500r/min范围内，见图1。对于重型载货车，变速器最高挡使用次数较多，因此经济车速对应的传动系总速比为变速器最高挡速比 igN×驱动桥速比 i0，通过公式（3）计算可以确定最高挡总速比为 3.56（即 igN·i0=3.56）。由于采用最高档为直接挡变速器，则驱动桥速比应该选择3.56。

根据目前重型车用主流变速器及速比范围，可以选配 9挡直接挡手动变速器，额定输入扭矩必须大于 1160Nm，最高挡速比0.72。

1.5传动系匹配方案的初步确定

通过前面的分析，结合目前重型车传动系匹配情况，初步按照表1方案进行匹配分析。

表1　整车动力传动系统方案

2、CAE仿真分析

根据整车参数，运用AVL-Cruise模块化建模理念建立整车仿真分析模型，图2为某6×2重型载货车搭载柴油发动机仿真模型。

通过对上述方案进行运算，计算结果比较如表2：

表2　仿真计算值

3、转毂、道路试验验证

通过以上选定的最佳方案，搭载样车分别进行转毂和道路试验验证，并将动力经济性试验结果与理论计算结果对比见表3：

表3　试验结果与理论结果对比

通过对比分析，理论计算值与转毂、道路试验还有一定的误差，由于验证加载方式等原因，转毂试验与道路试验也存在一定的偏差，总体来看误差<5%，主要由于理论计算时建立的仿真模型由于在简化时没有考虑驾驶员的换挡习惯、忽视了发动机内部的摩擦损失等原因造成的，而转毂试验主要由于输入的阻力系数等采集的偏差造成。但是，对于工程应用来说，该模型的计算结果，以及转毂试验的结论都已经能否指导实际工程中判断不同方案的优劣程度，对于产品开发中动力传动系统的匹配有一定的参考价值。

4、结论

通过上面对于某 6×2重型载货车搭载柴油发动机的动力传动系匹配分析，形成如下结论：

1）由于重型载货车主要运行在高速公路上行驶，运输距离长，采用发动机适应性系数φ值大的柴油发动机高速动力性就好，适用于高速类重卡等车辆。

2）对于重型载货车，由于其特定的使用工况，采用 9挡直接档变速器，同时匹配较小速比驱动桥，可以很好地满足经济性使用要求可以使整车常运行状态效率最优化，达到提升车辆经济性的目的。

3）通过AVL_Cruise仿真软件、转毂试验台验证，都能比较真实地模拟道路试验，虽然有一定的误差，但这种分析和验证方法可以运用到其他中重卡产品开发中，具有一定的指导意义，同时可以减少试验验证的成本。

[1]刘铮.汽车发动机原理.北京：清华大学出版社.2011.

[2]岳惊涛.汽车动力系统的合理匹配评价.汽车工程.2001,06.

[3]刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社.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

高宪峰（1984-），男，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心重型商用车研究院，从事商用车总布置设计工作。