基于ECAS的6×2后提升牵引车驱动力提升方法研究

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10.16638/ki.1671-7988.2018.14.025
基于ECAS 的6×2后提升牵引车驱动力
提升方法研究
邱明安，赵化刚，孙辉
（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）
摘 要：为了提升6×2后提升牵引车的驱动力，避免其因驱动力不足出现上坡打滑现象，采用了基于空气悬架控制策略的轴荷分配优化方法，该方法能够为驱动桥提供足够的轴荷以保证其爬坡所需要的驱动力，通过理论计算及实车试验测试表明该方法适用范围广，操作简便，可有效提升6×2后提升牵引车的驱动力，具有广阔的应用前景。

关键字：ECAS ；后提升；驱动力；空气悬架； 轴荷分配
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)14-65-03
Research on driving force enhancement of 6×2 rear lifting tractor based on ECAS
Qiu Mingan, Zhao Huagang, Sun Hui
( Shaanxi Heavy Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )
Abstract: In order to improve the driving force of the 6×2 rear lifting tractor and avoid the uphill skidding due to the lack of driving force, an axle load distribution optimization method based on the air suspension control strategy is adopted. This method can provide enough axle load for the driving axle. In order to ensure the driving force required for climbing, the theoretical calculation and actual vehicle test show that the method has a wide range of applications, is simple and convenient, and can effectively enhance the driving force of the 6×2 rear lifting tractor, and has a broad application prospects.
Keywords: ECAS; rear lifting; driving force; air suspension; axle load distribution CLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)14-65-03
引言
随着我国经济的快速发展，人们对日用百货的需求不断增长，如何提高货物运输效率得到了各物流企业普遍关注。

影响运输效率的因素包括整车自重、燃油消耗率、载货量等，通过走访某快递公司得知日用百货中的快运细分市场，货物主要为大件包裹、白色家电，一般车货总重在45吨左右，统计表1发现6×2后提升牵引车较6×4牵引车自重轻，油耗
低，与4×2牵引车相比载货量大，因此6×2后提升牵引车
在日用百货等细分市场领域优势明显，具有广阔的市场前景。

表
1
但由于6×2后提升轴牵引车提升结构和控制系统较为复杂，如果轴荷分配不当导致驱动力不足就会出现爬坡打滑的现象，因此如何提升6×2后提升牵引车的驱动力是汽车生产厂商亟需解决的问题。

作者简介：邱明安，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，主要从事整车设计工作。

汽车实用技术
66 1 汽车的驱动力
汽车发动机产生的转矩，经传动系传至驱动轮上。

此时作用于驱动轮上的转矩产生一个对地面的圆周力，地面对驱动轮的反作用力Ft （方向与圆周力相反）即是汽车的驱动力。

汽车驱动力一般由汽车动力特性（式1-1）或附着力（式1-2）确定，二者取其小，由于牵引车主推车型均为大马力车型，故本文仅用地面附着力来确定驱动力。

（1-1）
（1-2）
F φ_附着力
F z —驱动轮法向反作用力（即驱动轮轴荷） φ—附着系数（取值0.8，干燥良好路面）
由式1-2可以看出驱动力与驱动轮法向反作用力（即驱动轮轴荷）成正比。

以市场反馈的某6×2后提升牵引车列车满载46T 爬不上坡度约为15%的货台为例，测得其牵引车主车各轴轴荷分布如表2。

表2 牵引车主车各轴轴荷分布
由于该车匹配发动机马力较大，因此由附着力（式1-2）确定驱动力Ft=9380kg ×9.8m/s 2
×0.8=73539.2N 。

根据汽车行驶方程：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj ，当车辆以最低档最低稳定车速爬坡时，车速很低，加速度趋近于0，因此可以认为：空气阻力Fw=0，加速阻力Fj=0，则方程可以简化为：
Ft=Gsina+Gcosa · f （1-3） 解方程得：a ≈15.5%。

G —车货总重（取值46000×9.8=452180） f —滚动阻力系数（取值0.01，良好沥青路面） 由于该理论计算忽略了其他行驶阻力，且未考虑爬坡时驱动桥由于坡度造成的垂直载荷减小，故爬不上15%的坡度是因为驱动力不足，其根本原因在于驱动轴（二轴）轴荷过小。

2 基于ECAS （电控空气悬架系统）控制策略的6×2后提升牵引车轴荷分配优化
2.1 6×2后提升牵引车轴荷模型
利用静力平衡的方法，将汽车简化为简支梁，建立6×2后提升牵引车轴荷模型如图1。

G+T=F1+F 2+F 3 （2-1） G · S 1=F · L 1+F 3(L 1+L 2) （2-2） G · S 1+T(L 1+S 2)=F 2· L1+F 3(L 1+L 2) （2-3）
F 1(L 1+L 2)+F 2L 2=G(L 1+L 2-S 1)+T(L 2-S 2) （2-4） S 1· L 1+F 3· L 2=G(L 1-S 1)+T · S 2 （2-5）
G —半挂牵引车自重 T —鞍座质量
S 1—半挂牵引车质心距前轴X 向距离 S 2—鞍座中心距后桥Ⅰ轴X 向距离 F 1—Ⅰ轴轴荷
F 2—Ⅱ轴轴荷（驱动轴轴荷） F 3—Ⅲ轴轴荷（提升轴轴荷） L 1—Ⅰ、Ⅱ轴轴距 L 2—Ⅱ、Ⅲ轴荷
图1
2.2 电控空气悬架工作原理
电控空气悬架由电子控制单元（ECU ）、高度传感器、电磁阀、橡胶气囊、减震器、遥控器组成，其工作原理是通过传感器检测到车身高度与压力信号，电控单元（ECU ）接收这些信号并综合相关信号，判断车辆当前状态，按照内部设定的控制策略，激发电磁阀开关通断，从而实现对悬架系统的高度控制，以及对驱动桥及提升轴承载气簧的压力控制，进而实现轴荷控制。

具体原理参见图2。

图2 电控空气悬架系统原理图
2.3 控制策略
6×2牵引车后提升轴提升后，由于鞍座位于驱动桥后，前轴轴荷将减小，驱动桥轴荷增大，选择越低的前轴轴荷占比，将得到最佳的整车动力性能，然而过低的前轴轴荷将造成整车操纵稳定性下降，根据GB7258要求，转向轴轴荷不应低于牵引车总质量的20%，根据以往经验，前轴轴荷占比30%-35%时，操纵稳定性较佳，故将前轴轴荷占比在30%左右时的驱动桥轴荷，作为驱动桥正常功能下的设计载荷，整车
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的操纵稳定性及动力性相对较平衡。

比例控制：在列车车货总重范围内（即0～13t 鞍载（t ），按6×2带3轴挂车核算），车辆均可以在非提升工况下正常行驶，为在兼顾承载的情况下使驱动力最优，对列车不同载重下轴荷进行区别控制。

在半载情况下（即0～6t 鞍载(t)），随着鞍载(t)的增加将引起驱动轴轴荷（F 2）和提升轴轴荷（F 3）按照3:1增加；在满载情况下（6～13t 鞍载(t))，随着鞍载(t)的增加将引起驱动桥轴荷(F 2)和提升轴轴荷(F 3)按照1.6:1增加。

在本控制模式下，在鞍载6t 时前轴轴荷占比为30%，在其他鞍载时，前轴轴荷占比均大于30%，且驱动桥轴荷相对最优，即在动力特性一样条件下，驱动力最优。

3 控制策略优化前后各轴轴荷对比试验
选取与市场问题样车相同动力特性因子的6×2后提升牵引带3轴挂车进行称重试验，试验结果与问题样车称重对比如表3。

试验基本工况为：车辆静止且路面与地磅在一个水平面上，车辆轮胎气压均为0.93MPa 。

表
3
从表3可以看出驱动轴轴荷相对于优化前提升5%，由1-2
式可知驱动力相对于优化前也提升5%。

将优化后的轴荷带入式1-3可求解最大爬坡度a ≈17.4%。

4 结论
轴荷分配直接关系到车辆行驶的驱动力，而基于空气悬架控制策略的轴荷分配优化能够为驱动桥提供足够的轴荷，保证其爬坡所需要的驱动力，该方法适用范围广，操作简便，可有效提升6×2后提升牵引车的驱动力，具有广阔的应用前景。

参考文献
[1] 余志生.汽车理论（第4版）[M].北京:机械工业出版社,2006.
（上接第56页）
反射光线没有全部被帽檐遮挡，将帽檐向后延长10mm 。

结论对比：优化前，1/4反射光线没有全部被帽檐遮挡，在前风挡玻璃有投影现象。

优化后，组合仪表发出的光线，在照射到前风挡玻璃光路被帽檐全部遮挡，投影现象得到规避。

3 结语
通过计算单元，优化单元可以减少射入和射出组合仪表
的光线，可以避免反射光线射入人眼椭圆区域，使原数据单元的设计缺点在虚拟设计时就得到了规避，避免了搭建实机验证的高额费用，缩短了设计周期，减少了设计成本。

参考文献
[1] Ramsis-Handbook-English, 2011.
[2] Motor Vehicle Dimensions.SAE J1100, 2005.。