基于ECAS的6×2后提升牽引車驅(qū)動(dòng)力提升方法研究

邱明安，趙化剛，孫輝

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：ECAS；后提升；驅(qū)動(dòng)力；空氣懸架； 軸荷分配

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)日用百貨的需求不斷增長(zhǎng)，如何提高貨物運(yùn)輸效率得到了各物流企業(yè)普遍關(guān)注。影響運(yùn)輸效率的因素包括整車自重、燃油消耗率、載貨量等，通過走訪某快遞公司得知日用百貨中的快運(yùn)細(xì)分市場(chǎng)，貨物主要為大件包裹、白色家電，一般車貨總重在45噸左右，統(tǒng)計(jì)表1發(fā)現(xiàn)6×2后提升牽引車較6×4牽引車自重輕，油耗低，與4×2牽引車相比載貨量大，因此6×2后提升牽引車在日用百貨等細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

表1

但由于 6×2后提升軸牽引車提升結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，如果軸荷分配不當(dāng)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力不足就會(huì)出現(xiàn)爬坡打滑的現(xiàn)象，因此如何提升6×2后提升牽引車的驅(qū)動(dòng)力是汽車生產(chǎn)廠商亟需解決的問題。

1 汽車的驅(qū)動(dòng)力

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動(dòng)系傳至驅(qū)動(dòng)輪上。此時(shí)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一個(gè)對(duì)地面的圓周力，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的反作用力Ft（方向與圓周力相反）即是汽車的驅(qū)動(dòng)力。

汽車驅(qū)動(dòng)力一般由汽車動(dòng)力特性（式1-1）或附著力（式1-2）確定，二者取其小，由于牽引車主推車型均為大馬力車型，故本文僅用地面附著力來確定驅(qū)動(dòng)力。

Fφ_附著力

Fz—驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力（即驅(qū)動(dòng)輪軸荷）

φ—附著系數(shù)（取值0.8，干燥良好路面）

由式1-2可以看出驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力（即驅(qū)動(dòng)輪軸荷）成正比。

以市場(chǎng)反饋的某6×2后提升牽引車列車滿載46T爬不上坡度約為 15%的貨臺(tái)為例，測(cè)得其牽引車主車各軸軸荷分布如表2。

表2 牽引車主車各軸軸荷分布

由于該車匹配發(fā)動(dòng)機(jī)馬力較大，因此由附著力（式1-2）確定驅(qū)動(dòng)力Ft=9380kg×9.8m/s2×0.8=73539.2N。

根據(jù)汽車行駛方程：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj，當(dāng)車輛以最低檔最低穩(wěn)定車速爬坡時(shí)，車速很低，加速度趨近于 0，因此可以認(rèn)為：空氣阻力Fw=0，加速阻力Fj=0，則方程可以簡(jiǎn)化為：

解方程得：a≈15.5%。

G—車貨總重（取值46000×9.8=452180）

f—滾動(dòng)阻力系數(shù)（取值0.01，良好瀝青路面）

由于該理論計(jì)算忽略了其他行駛阻力，且未考慮爬坡時(shí)驅(qū)動(dòng)橋由于坡度造成的垂直載荷減小，故爬不上 15%的坡度是因?yàn)轵?qū)動(dòng)力不足，其根本原因在于驅(qū)動(dòng)軸（二軸）軸荷過小。

2 基于ECAS（電控空氣懸架系統(tǒng)）控制策略的6×2后提升牽引車軸荷分配優(yōu)化

2.1 6×2后提升牽引車軸荷模型

利用靜力平衡的方法，將汽車簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，建立6×2后提升牽引車軸荷模型如圖1。

G—半掛牽引車自重

T—鞍座質(zhì)量

S1—半掛牽引車質(zhì)心距前軸X向距離

S2—鞍座中心距后橋Ⅰ軸X向距離

F1—Ⅰ軸軸荷

F2—Ⅱ軸軸荷（驅(qū)動(dòng)軸軸荷）

F3—Ⅲ軸軸荷（提升軸軸荷）

L1—Ⅰ、Ⅱ軸軸距

L2—Ⅱ、Ⅲ軸荷

圖1

2.2 電控空氣懸架工作原理

電控空氣懸架由電子控制單元（ECU）、高度傳感器、電磁閥、橡膠氣囊、減震器、遙控器組成，其工作原理是通過傳感器檢測(cè)到車身高度與壓力信號(hào)，電控單元（ECU）接收這些信號(hào)并綜合相關(guān)信號(hào)，判斷車輛當(dāng)前狀態(tài)，按照內(nèi)部設(shè)定的控制策略，激發(fā)電磁閥開關(guān)通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架系統(tǒng)的高度控制，以及對(duì)驅(qū)動(dòng)橋及提升軸承載氣簧的壓力控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軸荷控制。具體原理參見圖2。

圖2 電控空氣懸架系統(tǒng)原理圖

2.3 控制策略

6×2牽引車后提升軸提升后，由于鞍座位于驅(qū)動(dòng)橋后，前軸軸荷將減小，驅(qū)動(dòng)橋軸荷增大，選擇越低的前軸軸荷占比，將得到最佳的整車動(dòng)力性能，然而過低的前軸軸荷將造成整車操縱穩(wěn)定性下降，根據(jù)GB7258要求，轉(zhuǎn)向軸軸荷不應(yīng)低于牽引車總質(zhì)量的 20%，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，前軸軸荷占比30%-35%時(shí)，操縱穩(wěn)定性較佳，故將前軸軸荷占比在30%左右時(shí)的驅(qū)動(dòng)橋軸荷，作為驅(qū)動(dòng)橋正常功能下的設(shè)計(jì)載荷，整車的操縱穩(wěn)定性及動(dòng)力性相對(duì)較平衡。

比例控制：在列車車貨總重范圍內(nèi)（即0～13t鞍載（t），按6×2帶3軸掛車核算），車輛均可以在非提升工況下正常行駛，為在兼顧承載的情況下使驅(qū)動(dòng)力最優(yōu)，對(duì)列車不同載重下軸荷進(jìn)行區(qū)別控制。在半載情況下（即0～6t鞍載(t)），隨著鞍載(t)的增加將引起驅(qū)動(dòng)軸軸荷（F2）和提升軸軸荷（F3）按照3∶1增加；在滿載情況下（6～13t鞍載(t))，隨著鞍載(t)的增加將引起驅(qū)動(dòng)橋軸荷(F2)和提升軸軸荷(F3)按照1.6∶1增加。在本控制模式下，在鞍載6t時(shí)前軸軸荷占比為30%，在其他鞍載時(shí)，前軸軸荷占比均大于30%，且驅(qū)動(dòng)橋軸荷相對(duì)最優(yōu)，即在動(dòng)力特性一樣條件下，驅(qū)動(dòng)力最優(yōu)。

3 控制策略優(yōu)化前后各軸軸荷對(duì)比試驗(yàn)

選取與市場(chǎng)問題樣車相同動(dòng)力特性因子的 6×2后提升牽引帶3軸掛車進(jìn)行稱重試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與問題樣車稱重對(duì)比如表 3。試驗(yàn)基本工況為：車輛靜止且路面與地磅在一個(gè)水平面上，車輛輪胎氣壓均為0.93MPa。

表3

從表3可以看出驅(qū)動(dòng)軸軸荷相對(duì)于優(yōu)化前提升5%，由1-2式可知驅(qū)動(dòng)力相對(duì)于優(yōu)化前也提升5%。

將優(yōu)化后的軸荷帶入式 1-3可求解最大爬坡度 a≈17.4%。

4 結(jié)論

軸荷分配直接關(guān)系到車輛行駛的驅(qū)動(dòng)力，而基于空氣懸架控制策略的軸荷分配優(yōu)化能夠?yàn)轵?qū)動(dòng)橋提供足夠的軸荷，保證其爬坡所需要的驅(qū)動(dòng)力，該方法適用范圍廣，操作簡(jiǎn)便，可有效提升6×2后提升牽引車的驅(qū)動(dòng)力，具有廣闊的應(yīng)用前景。