商用車起步能力的客觀測(cè)量方法研究

黃志春，王肇宇，韓永成，卜凡龍

(中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心,吉林長春 130011)

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商用車起步能力的客觀測(cè)量方法研究

黃志春，王肇宇，韓永成，卜凡龍

(中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心,吉林長春 130011)

摘要：通過在標(biāo)準(zhǔn)坡道上進(jìn)行怠速和不同初始轉(zhuǎn)速汽車起步實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)商用車起步能力評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)過程中，對(duì)駕駛員的操作要求不高，最大程度上減少起步過程中的人為因素影響。注重客觀測(cè)量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，將汽車起步能力用起步最短時(shí)間進(jìn)行量化，分析影響汽車起步能力的主要因素；通過對(duì)不同轉(zhuǎn)速時(shí)坡道起步最低轉(zhuǎn)速的研究，可以評(píng)價(jià)汽車起步發(fā)動(dòng)機(jī)特性，這對(duì)于分析汽車起步原因具有積極的意義，對(duì)汽車起步能力的改進(jìn)提高具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：商用車；起步能力；坡道；怠速；客觀評(píng)價(jià)

0引言

在商用車開發(fā)過程中，汽車起步能力的評(píng)價(jià)是其中重要的一項(xiàng)。目前主要是通過主觀評(píng)價(jià)的方式來評(píng)判，主觀評(píng)價(jià)存在的缺點(diǎn)如下：

(1)駕駛員的人為影響因素較大。離合器踏板和加速踏板的相互協(xié)調(diào)配合程度、駕駛員駕駛水平和對(duì)車輛的熟悉程度，都影響評(píng)價(jià)結(jié)果；

(2)試驗(yàn)條件無統(tǒng)一要求。起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是多少、油門踏板如何操作無統(tǒng)一要求，起步不好的車輛通過提高初始轉(zhuǎn)速就可以起步成功；

(3)試驗(yàn)結(jié)果不好量化，這是汽車起步能力評(píng)價(jià)過程中面臨的主要問題。

作者建立了汽車起步能力的客觀測(cè)量方法，克服了主觀評(píng)價(jià)缺點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)如下效果：

(1)評(píng)價(jià)方法對(duì)駕駛員的駕駛水平要求不高，操作可行性及試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性好；

(2)試驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)量化，客觀測(cè)量數(shù)據(jù)可以用于起步能力的分析和評(píng)價(jià)。

1汽車起步能力評(píng)價(jià)現(xiàn)狀分析

1.1國內(nèi)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析

在國內(nèi)，還沒有針對(duì)汽車起步評(píng)價(jià)的國家標(biāo)準(zhǔn)。僅有爬陡坡能力評(píng)價(jià)的國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12539-1990，在此標(biāo)準(zhǔn)的“5.2.2”中規(guī)定了車輛在陡坡上進(jìn)行坡道起步的試驗(yàn)要求。對(duì)于汽車起步能力的評(píng)價(jià)，多數(shù)主機(jī)廠主要是參照上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，在坡道上進(jìn)行坡道起步主觀評(píng)價(jià)。由于此標(biāo)準(zhǔn)未說明具體評(píng)價(jià)參數(shù)，未細(xì)化試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件，致使試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際使用差距大。另外，為了保證起步操作的準(zhǔn)確性，對(duì)駕駛員的駕駛水平要求極高。同時(shí)由于坡陡，操作過程中還具有一定的危險(xiǎn)性。因此，試驗(yàn)條件往往不好保證。

重爬坡輕起步。由于GB/T 12539-1990主要考核爬坡能力，廠家往往只關(guān)心整車的爬坡能力，而忽視了起步能力。其實(shí)，起步能力和爬坡能力有著很大的區(qū)別，汽車起步能力是基于發(fā)動(dòng)機(jī)離合器接合扭矩來說的；而整車爬坡性能則是基于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩來說的，兩者有著考察點(diǎn)的不同。

1.2用戶車輛使用情況分析

通過走訪用戶，發(fā)現(xiàn)用戶在汽車起步過程中，駕駛操作非常小心，由于載質(zhì)量較大，起步過程中極易出現(xiàn)由于起步失敗導(dǎo)致的車輛嚴(yán)重故障，起步能力較好的車輛，駕駛員的起步轉(zhuǎn)速往往很低，離合器慢慢結(jié)合配合小油門操作，起步轉(zhuǎn)速往往不會(huì)大于1 100 r/min；而起步能力稍弱或載質(zhì)量大的車輛，起步前往往是先通過大油門加速方式使發(fā)動(dòng)機(jī)起步轉(zhuǎn)速提高，車輛起步。在起步過程中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到熄火轉(zhuǎn)速時(shí)，車輛不能達(dá)到行駛車速，不及時(shí)斷開離合器，往往發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)直接熄火。起步能力不好的車輛，用戶迫于無奈，只能提高起步轉(zhuǎn)速，配合大油門操作。這種起步方式，極易造成半軸折斷(見圖1)、離合器摩擦片燒壞(見圖2)。

2客觀測(cè)量方法研究

2.1客觀測(cè)量的項(xiàng)目確定

汽車起步過程中，隨著阻力逐漸增加，離合器摩擦片開始結(jié)合→部分結(jié)合→完全結(jié)合[1]，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速a→b→c變化過程中，由a下降到達(dá)b時(shí)，驅(qū)動(dòng)扭矩克服阻力扭矩使車輛正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但離合器摩擦片處于滑摩狀態(tài)，離合器摩擦片繼續(xù)結(jié)合直到完全結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由b下降到達(dá)c，從此之后，轉(zhuǎn)速不再下降，如圖3所示。

2.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)怠速起步

在商用車起步過程中，受到發(fā)動(dòng)機(jī)使用特性的影響，如圖4和圖5所示，起步能力優(yōu)秀的車輛，怠速起步能力也依然出色。怠速起步操作被公認(rèn)為是最苛刻的汽車起步條件。

在起步過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降過快會(huì)導(dǎo)致起步失敗。如果不考慮路面環(huán)境因素，起步失敗主要表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，這也是汽車起步的極限條件，如圖6和圖7所示。

因此，研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速起步中的轉(zhuǎn)速點(diǎn)，對(duì)評(píng)價(jià)汽車起步能力具有實(shí)際意義。

2.1.2起步過程中的最低轉(zhuǎn)速點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車起步過程中，轉(zhuǎn)速下降到最低就不再下降，且最低轉(zhuǎn)速隨著起步轉(zhuǎn)速的升高而升高，具有一定的規(guī)律性，如圖8—11所示。

將最低轉(zhuǎn)速點(diǎn)連成曲線，如圖12所示，最低轉(zhuǎn)速點(diǎn)逐漸升高。不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同初始轉(zhuǎn)速起步時(shí)，最低轉(zhuǎn)速點(diǎn)也是不同的。

因此，研究起步過程中發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速點(diǎn)，可以用來評(píng)價(jià)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的起步性能。

2.1.3起步時(shí)間

在起步過程中，起步操作需要多長時(shí)間，不同配置車型往往不同。在離合器摩擦片部分結(jié)合至完全結(jié)合過程中，不同起步能力的車輛起步時(shí)間也不同。因此，研究最短起步時(shí)間Δt，對(duì)于評(píng)價(jià)汽車起步能力具有積極意義，如圖13所示。

2.2客觀測(cè)量的試驗(yàn)條件確定

用戶使用中，起步條件差的環(huán)境往往是重載、坡道、淤泥或礦區(qū)坑洼環(huán)境條件，為模擬用戶實(shí)際使用，應(yīng)首先增加車輛負(fù)荷，進(jìn)行車輛起步能力評(píng)價(jià)的載荷應(yīng)為最大裝載質(zhì)量。

為考核車輛的極限起步能力和增加車輛負(fù)荷，應(yīng)選擇在標(biāo)準(zhǔn)坡道(見圖14)上進(jìn)行試驗(yàn)，考慮到試驗(yàn)方法的可行性和試驗(yàn)過程的安全性，應(yīng)盡量選擇小坡道并提高起步擋位的方式進(jìn)行試驗(yàn)，選擇試驗(yàn)場(chǎng)8%～20%標(biāo)準(zhǔn)坡道。

為最大可能地減少人為操作影響、保證試驗(yàn)結(jié)果的客觀性，對(duì)駕駛員的駕駛水平要求不能過高，具有一定駕駛經(jīng)驗(yàn)和熟悉試驗(yàn)車輛的人員都可以進(jìn)行試驗(yàn)。這樣，主觀因素的影響才能降到最低。

2.3客觀測(cè)量的試驗(yàn)方法確定

起步試驗(yàn)時(shí)，駕駛員只需要注意緩慢結(jié)合離合器摩擦片的操作過程。通過限定油門踏板開度方式，將油門踏板和離合器踏板配合操作分解成怠速坡道起步性能測(cè)試和不同加速踏板開度的發(fā)動(dòng)機(jī)初始轉(zhuǎn)速點(diǎn)坡道起步性能測(cè)試兩部分試驗(yàn)內(nèi)容。在8%～20%標(biāo)準(zhǔn)坡道上，依次增加起步擋位，每個(gè)成功起步的擋位再逐步加快抬離合器踏板的操作。多次測(cè)量記錄汽車起步成功的最短時(shí)間、擋位和最高的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速。

3客觀測(cè)量方法的試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1試驗(yàn)樣車

選取用戶對(duì)于起步問題較敏感的車型進(jìn)行試驗(yàn)研究。如圖15和圖16所示，為兩輛6×4驅(qū)動(dòng)形式自卸車，他們?cè)谟脩糁械氖褂梅绞骄窍嗤?。?duì)樣車起步能力進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，試驗(yàn)條件見表1。

3.2坡道怠速起步最短時(shí)間測(cè)量

坡道怠速起步最短時(shí)間測(cè)量結(jié)果見表2。

注：“×”代表無法起步。

3.3起步過程中最低轉(zhuǎn)速測(cè)量

不同初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，坡道起步的過程中發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速及下降幅度對(duì)比結(jié)果見表3和圖17。

3.4客觀測(cè)量結(jié)果分析

由坡道怠速起步時(shí)間數(shù)據(jù)可見，1號(hào)車各擋位起步時(shí)間明顯較2號(hào)車短，這說明1號(hào)車起步能力優(yōu)于2號(hào)車，這是兩車發(fā)動(dòng)機(jī)馬力、后橋速比相同，而變速器低擋位速比差異性較大所致。如表4所示，每一個(gè)擋位1號(hào)車均較2號(hào)車占優(yōu)勢(shì)。

另由圖17可見：初始轉(zhuǎn)速越大，2號(hào)車較1號(hào)車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降幅度越大，這說明2號(hào)車發(fā)動(dòng)機(jī)在起步能力方面不如1號(hào)車發(fā)動(dòng)機(jī)。這主要是發(fā)動(dòng)機(jī)特性不同所致，影響發(fā)動(dòng)機(jī)特性因素較復(fù)雜，如燃燒室結(jié)構(gòu)、增壓器口徑、電控?cái)?shù)據(jù)、加速煙度限值等[2-3]。

綜合客觀測(cè)量的結(jié)果來看：1號(hào)樣車的起步能力整體優(yōu)于2號(hào)樣車，這與駕駛員對(duì)樣車主觀評(píng)價(jià)的感覺是一致的。

4結(jié)論

(1)客觀測(cè)量方法與駕駛員主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致，這說明該研究可以用于汽車起步能力的評(píng)價(jià)。

(2)文中研究成果彌補(bǔ)了汽車起步能力主觀評(píng)價(jià)方法的不足：進(jìn)行測(cè)量時(shí)對(duì)駕駛?cè)藛T的操作要求不高;試驗(yàn)結(jié)果具有可記錄性和可研究性；將車輛起步能力進(jìn)行客觀數(shù)據(jù)量化，對(duì)于數(shù)據(jù)分析起到積極的作用。

(3)文中研究成果能有效地對(duì)比出不同動(dòng)力總成配置的車輛起步能力的差別，且能為進(jìn)一步分析起步能力的優(yōu)劣提供數(shù)據(jù)支撐，從而更好地進(jìn)行車輛開發(fā)。

參考文獻(xiàn):

【1】張?zhí)?，葛安林，宋傳學(xué)，等.越野汽車AMT起步與換擋過程試驗(yàn)研究[J].汽車技術(shù)，2006(4):27-30.

【2】余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

【3】喻凡，林逸.汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2005.

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Research on Objective Measurement Method for Commercial Vehicle Starting Ability

HUANG Zhichun，WANG Zhaoyu, HAN Yongcheng, BU Fanlong

(Research & Development Center，China FAW Co.,Ltd., Changchun Jilin 130011,China)

Keywords:Commercial vehicle; Starting ability; Ramp; Idle speed; Objective evaluation

Abstract:Through vehicle starting experiment in standard ramp under idle engine speed and different initial engine speeds, the vehicle starting ability evaluation was realized.In the evaluation process, operational requirements to drivers were not high,so human factors influence in the process of starting was reduced to maximum extent.The objective measurement data were payed attention, through data analysis, the shortest starting time was used to quantify the vehicle starting ability, the influencing factors to vehicle initial capacity were analyzed. Through researching the lowest engine speed on ramp under different engine speeds, the characteristics of the vehicle starting engine were evaluated, which had positive significance for the analysis of the causes of vehicle starting and guidance function for starting ability improvement of vehicle.

收稿日期：2015-11-27

作者簡(jiǎn)介：黃志春(1982—)，男，工程碩士，工程師，從事汽車技術(shù)研究。E-mail：huangzhichun@rdc.faw.com.cn。

中圖分類號(hào):U461.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)03-064-05