基于6×2提升桥载货汽车的轴荷控制策略研究

2018-11-22谭树梁关世伟魏韬胡术春李德华

汽车技术 2018年11期

谭树梁关世伟魏韬胡术春李德华

（一汽解放汽车有限公司，长春 130011）

主题词：载货汽车提升桥轴荷控制

1 前言

对于匹配气囊和提升桥的货车，在空载或半载时，提升桥提起离开地面，可降低油耗并减少轮胎磨损；满载时，提升桥落下承载，可提高车辆承载能力，使轴荷分配更合理，轮胎磨损更为均匀[1]，车辆的动力性和经济性更好[2]，这一特点提高了货源不稳定的物流用户的经济效益[3]。对于匹配提升桥的载货汽车，提升桥的状态、气囊承载能力、路况等都会影响其轴荷的分配[4]。由于国内匹配气囊的车型还没有像发达国家那样普及[5]，用户的误操作可能造成电控空气悬架系统（ECAS）或气囊的损坏，所以在满足用户使用需求的同时，应制定一套行之有效的轴荷控制策略。为此，本文以某匹配ECAS的6×2载货汽车为例，制订了轴荷分配控制策略，并针对此控制策略进行了标定试验，标定后的样车满足了用户使用要求。

2 构型方案

2.1 ECAS系统结构

6×2载货汽车电控空气悬架系统如图1所示，分为电路和气路两部分。

图1 6×2载货汽车电控空气悬架系统示意

2.1.1 电路部分

电路部分主要由ECU、遥控器、ECAS电磁阀及压力传感器和高度传感器组成，压力传感器和高度传感器分别判断气囊的压力和车轴的高度，并将其转化为电信号，ECU接收到遥控器、压力传感器、高度传感器的电信号后，经过分析处理得出具体的载荷大小并向ECAS电磁阀发出执行指令，由ECAS电磁阀控制气路部分。

2.1.2 气路部分

气路部分主要由储气筒、单向阀、ECAS电磁阀和气囊组成。控制系统中的压缩气体储存在储气筒中，在ECAS电磁阀接到ECU指令后控制气路的开关及气囊的充、放气。

2.1.3 ECAS主要功能

经过标定后ECAS系统主要可以实现高度控制（自动）、高度调整（手动）、提升桥提升（手动）、提升桥下降（自动）、驱动帮助等功能。

2.2 整车基本结构及参数

该6×2载货车一轴为转向轴，匹配钢板弹簧悬架，双侧单轮胎，最大允许轴荷为7 000 kg；二轴为驱动桥，匹配空气悬架，可控制高度不可提升，双侧双轮胎，根据标准GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》，最大允许轴荷为11 500 kg；三轴为提升桥，匹配空气悬架，可控制高度可提升，双侧单轮胎，最大允许轴荷为7 000 kg。以上最大允许轴荷均满足标准GB 7258—2017的要求，该车其它基本设计参数如表1所列。

表1 6×2载货汽车基本设计参数

根据表1的数据可得：

式中，G簧和分别为提升桥提起状态和提升桥落下状态整车空载的簧载质量；L簧和分别为上述簧载质量相对于转向桥的距离。

3 控制策略

3.1 提升桥升起工况

如图2所示，当车辆为空载或半载状态时，提升桥具备提起条件，此时提升桥由承载部件转变为货物。并且该车型可以简化为4×2载货车，整车由转向轴和驱动轴承载，轴荷计算式为：

式中，G1和G2分别为转向桥和驱动桥的轴荷。

根据式（5）和式（6），当货重G货=5 500 kg时，整车总质量G总=15 550 kg，转向桥轴荷G1=4 050 kg，而驱动桥轴荷G2=11 500 kg，驱动桥首先达到承载极限，此时如果继续加载，则提升桥必须下落以分担驱动桥载荷。

图2 提升桥升起时整车简图

3.2 提升桥下落过程

当驱动桥达到承载极限（G货=5 500 kg）时提升桥下落，此时该车型由4×2变为6×2，提升桥承载后，轴荷重新分配。由于该车型驱动桥匹配双轮胎，提升桥匹配单轮胎，考虑到轮胎磨损均匀性，设定驱动桥轴荷与提升桥轴荷之比为2:1，此时驱动桥和提升桥可以简化成一个桥，相当于一个加载中心，如图3所示，由此可得出：

式中，和分别为提升桥落下后转向桥和加载中心的轴荷；为一轴轴荷；为二轴轴荷；为三轴轴荷。

根据计算，可得出当货重G货=5 500 kg、整车总质量L总=15 550 kg、提升桥下落时，一轴轴荷4 852 kg，二轴轴荷7 132 kg，三轴轴荷3 566 kg。

图3 整车加载中心简图

3.3 提升桥下落后工况

当提升桥下落后轴荷重新分配，3个轴的轴荷均没有达到极限状态，可继续加载，可得：

式中，为提升桥落下后继续加载到某一轴达到承载极限时货物的质量；分别为货物质量为时转向桥、驱动桥、提升桥的轴荷。

通过计算可得，当=13 038 kg时，=23 088 kg，=11 500 kg，驱动桥承载达到极限，此时=5 838 kg，=5 750 kg，驱动桥承载能力第2次达到极限，但距整车总质量达到25000kg还差1912kg。

由于转向桥轮胎磨损较为严重，并且为充分发挥整车承载能力，在驱动桥承载能力第2次达到极限后，调整ECAS的控制策略，取消原驱动桥轴荷与提升桥轴荷之比为2:1的策略，随货重的增加保持=11 500 kg不变，增加提升桥的轴荷。当G总=24 338 kg时，提升桥轴荷到达极限7 000 kg，后续加载时再将轴荷转移到转向轴上，直到整车达到满载25 000 kg。当整车总质量达到满载状态时，前轴轴荷6 500 kg，驱动桥轴荷11 500 kg，提升桥轴荷7 000 kg。由此可得出整车轴荷控制策略如图4所示。

图4 轴荷控制策略

由图4可看出，在整车逐步加载到满载状态时经历了3次轴荷分配，这3次轴荷分配都是由于某一个桥达到了承载极限，使得整车必须调整轴荷分配以达到整车载货量的需求。

3.4 驱动帮助工况

当该车型提升桥为承载状态时（6×2驱动型式），在某些特殊工况下驱动轮打滑，会造成起步困难等状况。针对此工况，为增大附着力，防止驱动轮打滑，制定了驱动帮助策略。进入驱动帮助模式后，提升桥气囊压力降低，驱动桥气囊压力增大，轴荷增加30%，从而提高附着力。以满载为例，当驱动桥轴荷为11 500 kg时，在驱动帮助模式下最大轴荷可达到14 950 kg，以地面摩擦系数为0.7计算，可以多获得23 kN的驱动力，使车辆平稳起步。由于在驱动帮助状态下气囊气压超过其额定气压，为避免因长时间超载而影响气囊等零部件的寿命，驱动帮助模式在车速大于5 km/h时自动退出。