基于ECAS的6×2后提升牽引車驅動力提升方法研究

邱明安，趙化剛，孫輝

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關鍵字：ECAS；后提升；驅動力；空氣懸架； 軸荷分配

引言

隨著我國經濟的快速發展，人們對日用百貨的需求不斷增長，如何提高貨物運輸效率得到了各物流企業普遍關注。影響運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細分市場，貨物主要為大件包裹、白色家電，一般車貨總重在45噸左右，統計表1發現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分市場領域優勢明顯，具有廣闊的市場前景。

表1

但由于 6×2后提升軸牽引車提升結構和控制系統較為復雜，如果軸荷分配不當導致驅動力不足就會出現爬坡打滑的現象，因此如何提升6×2后提升牽引車的驅動力是汽車生產廠商亟需解決的問題。

1 汽車的驅動力

汽車發動機產生的轉矩，經傳動系傳至驅動輪上。此時作用于驅動輪上的轉矩產生一個對地面的圓周力，地面對驅動輪的反作用力Ft（方向與圓周力相反）即是汽車的驅動力。

汽車驅動力一般由汽車動力特性（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動力。

Fφ_附著力

Fz—驅動輪法向反作用力（即驅動輪軸荷）

φ—附著系數（取值0.8，干燥良好路面）

由式1-2可以看出驅動力與驅動輪法向反作用力（即驅動輪軸荷）成正比。

以市場反饋的某6×2后提升牽引車列車滿載46T爬不上坡度約為 15%的貨臺為例，測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

由于該車匹配發動機馬力較大，因此由附著力（式1-2）確定驅動力Ft=9380kg×9.8m/s2×0.8=73539.2N。

根據汽車行駛方程：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj，當車輛以最低檔最低穩定車速爬坡時，車速很低，加速度趨近于 0，因此可以認為：空氣阻力Fw=0，加速阻力Fj=0，則方程可以簡化為：

解方程得：a≈15.5%。

G—車貨總重（取值46000×9.8=452180）

f—滾動阻力系數（取值0.01，良好瀝青路面）

由于該理論計算忽略了其他行駛阻力，且未考慮爬坡時驅動橋由于坡度造成的垂直載荷減小，故爬不上 15%的坡度是因為驅動力不足，其根本原因在于驅動軸（二軸）軸荷過小。

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

2.1 6×2后提升牽引車軸荷模型

利用靜力平衡的方法，將汽車簡化為簡支梁，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—鞍座質量

S1—半掛牽引車質心距前軸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（驅動軸軸荷）

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到車身高度與壓力信號，電控單元（ECU）接收這些信號并綜合相關信號，判斷車輛當前狀態，按照內部設定的控制策略，激發電磁閥開關通斷，從而實現對懸架系統的高度控制，以及對驅動橋及提升軸承載氣簧的壓力控制，進而實現軸荷控制。具體原理參見圖2。

圖2 電控空氣懸架系統原理圖

2.3 控制策略

6×2牽引車后提升軸提升后，由于鞍座位于驅動橋后，前軸軸荷將減小，驅動橋軸荷增大，選擇越低的前軸軸荷占比，將得到最佳的整車動力性能，然而過低的前軸軸荷將造成整車操縱穩定性下降，根據GB7258要求，轉向軸軸荷不應低于牽引車總質量的 20%，根據以往經驗，前軸軸荷占比30%-35%時，操縱穩定性較佳，故將前軸軸荷占比在30%左右時的驅動橋軸荷，作為驅動橋正常功能下的設計載荷，整車的操縱穩定性及動力性相對較平衡。

比例控制：在列車車貨總重范圍內（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動力最優，對列車不同載重下軸荷進行區別控制。在半載情況下（即0～6t鞍載(t)），隨著鞍載(t)的增加將引起驅動軸軸荷（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)的增加將引起驅動橋軸荷(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時前軸軸荷占比為30%，在其他鞍載時，前軸軸荷占比均大于30%，且驅動橋軸荷相對最優，即在動力特性一樣條件下，驅動力最優。

3 控制策略優化前后各軸軸荷對比試驗

選取與市場問題樣車相同動力特性因子的 6×2后提升牽引帶3軸掛車進行稱重試驗，試驗結果與問題樣車稱重對比如表 3。試驗基本工況為：車輛靜止且路面與地磅在一個水平面上，車輛輪胎氣壓均為0.93MPa。

表3

從表3可以看出驅動軸軸荷相對于優化前提升5%，由1-2式可知驅動力相對于優化前也提升5%。

將優化后的軸荷帶入式 1-3可求解最大爬坡度 a≈17.4%。

4 結論

軸荷分配直接關系到車輛行駛的驅動力，而基于空氣懸架控制策略的軸荷分配優化能夠為驅動橋提供足夠的軸荷，保證其爬坡所需要的驅動力，該方法適用范圍廣，操作簡便，可有效提升6×2后提升牽引車的驅動力，具有廣闊的應用前景。