重型卡车动力匹配研究综述

侯永红，孟智慧，解艳超，邬耀飞，单丽华

（1.北奔重型汽车集团有限公司，内蒙古 包头 014030；2.内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古 包头 014010）

前言

重型卡车产品作为一种社会生产资料，其动力性、燃油经济性性能的好坏，很大程度上决定了重型卡车整车性能的好坏，因此，一直以来都是各整车及动传相关零部件企业和研究机构、院校的研究焦点。本文主要从重型卡车动力性、燃油经济性研究的评价指标、优化匹配等方面进行综述，并分析目前研究的主要问题，后续从哪些方面开展研究，进而卡车性能水平提升。

1 评价指标研究

重型卡车的动力性、燃油经济性基本理论的是以汽车纵向动力学理论为基础，但由于其使用环境的特殊性，研究中关注的指标重要程度不同、研究的侧重点也不尽相同。

1.1 动力性评价指标

1）最高车速

随着高速公里的不断发展，重型卡车的最高车速也成为其动力性能的评价指标之一。最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度。

采用汽车动力学的功率平衡原理，由最高档的功率曲线与阻力功率曲线相交而得到最高车速。

式中：G-整车重量（N）；f-轮胎滚动阻力系数；CD-空气阻力系数；A-迎风面积；δ-旋转质量换算系数；i-道路坡度。

2）爬坡能力

汽车的爬坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度来表示。重卡由于在各种地区和路面上行驶，使用环境比较复杂，因此最大爬坡度时其动力性的重要评价指标。

式中：αmax-最大爬坡角；ηt-传动系效率；Ik1-变速器一档速比；I0-驱动桥速比；Temax-最大转矩（Nm）

3）加速能力

由于现有重卡都是干线运输了，要求的卡车的平均速度都比较高，因此，加速能力也成为现代重卡的重要评价指标之一，汽车的加速能力可以用它在水平良好路面上行驶时能产生的加时间来评价。

1.2 燃油经济性指标研究

由于重卡作为生产资料，燃油经济性是其主要关注的性能之一。而等速百公里燃油消耗量是一个普遍采用的燃油经济性指标，但对于特定工况下的重卡运输采用循环工况燃油消耗量评价燃油经济性更加具有实际意义。

1）直接档（或最高档）等速百公里燃油消耗量

等速百公里油耗由于便于重复测量评价，因此，应用比较广泛，但也存在不能反应出实际行驶的情况。

式中：ge-燃油消耗率；β-燃油密度。

2）循环工况百公里燃油消耗量

循环工况更能真实地反应实际运行工况，结果更加准确，但我国幅员辽阔，循环工况的建立成为了关键。循环工况燃油消耗量是基于速、减速、怠速和匀速不同工况下燃油消耗量的总和：

式中：gei-i时刻的燃油消耗率；t-工况下的时间；St-循环工况运行距离。

2 优化匹配研究现状

由于重型卡车特殊的使用条件，因此许多机构和企业也针对性地开展了基于计算机模拟仿真、整车或台架试验等方式的重型卡车动力传动匹配研究。

在国外20世纪60年代，许多科研机构和汽车企业便意识到优化匹配的重要程度，伴随着计算机仿真技术的发展，动力传动匹配优化软件也得到发展，1972年美国通用汽车公司首先开发了汽车动力性与燃油经济性的通用预测程序GPSIM2，该程序可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累积油耗、行驶时间和距离预测汽车设计参数如重量、传动系速比、空气阻力系数等的变化对汽车性能的影响。随着仿真技术、试验技术的不断发展，国外在卡车上的优化匹配研究的也得到长足发展[1]。

在国内关于汽车动力匹配研究开展较晚，专门开展重型卡车的匹配研究更晚。但近十多年来，相关技术的不断发展，专门针对重型卡车的仿真优化、试验优化等方面研究也层出不穷。

2016年太原理工大学的杨少锋针在文献中提到建立了LNG重卡动传系统数学优化模型，以动力性指标和变速箱、主减速器参数的选择原则作为约束条件，以多项燃油经济性指标作为目标函数，并利用权重法将多目标函数转换为单目标优化函数，利用遗传算法对目标函数进行优化[2]。

2016年一汽技术中心的 张艳辉结合重型载货汽车用户实车试验数据，应用数据统计理论，统计出发动机负荷分布并解析该车行驶循环工况。以动力性和燃油经济性为双目标函数对传动系统优化匹配[3]。

2015年 武汉理工大学的王栋通过建立拟开发重型牵引车的动力与传动系统仿真分析模型，采用遗传算法，以动力性、经济性和排放为适应度函数，利用联合仿真得到最佳变速器各挡速比和主减速器的优化配置[4]。

2009年吉林大学邓阳庆通过大量气象条件和道路状况试验,对汽车燃油经济性的影响进行了定量的研究。得出温度对汽车燃油经济性的影响并不是简单的比例关系，环境温度高于常温时，温度对于汽车的影响相对比较稳定，而高温与低温的油耗相比相差悬殊[5]。

2011年重庆交通大学杜子学根据某重型汽车的结构参数，按照动力传递路线建模，与 modeFRONTIER优化软件结合，采用多目标遗传算法对该车的传动系统参数进行优化匹配[6]。

3 研究存在问题及方向

1）重型卡车行驶循环工况与发动机循环工况的研究比较少，不能满足动力匹配的相关研究，循环工况将在汽车性能研究的方向之一。

2）对重型卡车的动力性、经济性研究主要集中在采用不同的优化方法，寻求最优的匹配效果，但并没有系统对不同的优化方法进行评价，导致应用过程中不能达成很好的效果。

3）由于中国幅员辽阔，运输线路单一等原因，在循环工况研究基础上，应开展基于用户实际使用工况的动力匹配研究，更加具有现实意义。

4）重型卡车关于新能源的匹配研究相对于乘用车或客车来说比较少，应该加强对重型卡车新能源的优化匹配研究工作。

4 结语

随着公路建设的蓬勃发展，快递业的快速发展 ，重型汽车已经成为物流运输的主要工具之一，这就要重型卡车具有良好的动力性能和燃油经济性。因此，对于重型卡车的动力匹配优化研究，具有很好的应用前景。

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

[2] 杨少锋等.LNG重卡动力传动系统的匹配优化[J].机械设计与制造,2016.12.

[3] 张艳辉等.基于典型用户使用工况的重型载货汽车动力传动系统匹配研究[J]汽车技术,2016.04.

[4] 王栋等.重型牵引车动力传动系统优化匹配[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版）,2015.03.

[5] 邓阳庆.基于用户使用条件重型自卸车燃油经济性研究[D]长春：吉林大学,2009.

[6] 杜子学等.某重型汽车动力性与燃油经济性仿真与匹配优化[J].汽车技术,2011.10.