6×2小三轴自卸车动力性匹配校核

贾文静

(四川南骏汽车集团有限公司，四川资阳 641300)

0 引言

目前，市场上存在“大吨小标”以及轻卡不轻等现象，其中影响最深的是两轴的蓝牌自卸车，由于较难通过降重来达到合规的上牌吨位，目前市面上基本已经绝迹。为了解决这些问题，各厂家目前都在积极采取行动，就目前的趋势来看，未来会向两个方向发展，一是向合规的轻量化蓝牌自卸车发展，二是向大吨位两轴、三轴黄牌自卸车发展。而两轴黄牌因为车辆自重大，在总质量18 t的情况下载质量有限，此种情况下自重较轻、总质量25 t的轻量化三轴车必将受到市场及用户的青睐。为此，本文作者开发了适应市场需求的6×2轻量化三轴自卸车。

1 配置校核

1.1 配置需求

在以市场为导向的大背景下选用市场认可度高的配置能有效占领市场先机。这套配置就是公司根据大量市场调研与用户走访并综合分析而提出的，但这种给出的需求只是大的开发方向，具体的匹配设计还需要根据现有资源进行分析、计算，最终形成完整设计方案。配置需求见表1。

表1 配置需求

1.2 动力配置分析

1.2.1 发动机的选择

动力总成的选择主要参考竞品中同类型同级别汽车的发展趋势、市场环境以及法规要求，初步对所匹配的发动机提出了以下要求：(1)需匹配200PS以上发动机；(2)发动机额定转速：2 400 r/min；(3)发动机主要工作转速：1 200～1 800 r/min。根据此要求，在公司可选的发动机资源中，确定用YC4EG220-50发动机。 该发动机的动力参数见表2。

表2 动力参数

1.2.2 变速箱的选择

在发动机确定的情况下，发动机的扭矩特性就同时确定，接下来分析变速箱的选择。

变速箱最低挡最大速比对整个传动系总速比影响较大，更是决定了整车的爬坡性能和坡道起步性能。从影响整车的燃油经济性出发，传动系总速比igli0偏大时，整车后备功率就大，加速性较好，但这样的话发动机负荷率会降低，随着负荷率的减少，整车的百公里油耗量增加。一般匹配中，在满足整车动力性目标的前提下，要求尽量降低传动系总速比，以获得较好的经济性。但若传动系速比过小，整车动力性又会变差，爬坡性能也会降低，而且容易造成用低挡跑高速，这样反倒会使经济性恶化。一般的自卸汽车最大爬坡度要求在35%以上，可以根据此要求计算传动系总速比igli0的范围。计算公式为

Fmax=Ff+Fimax，即

那么将整车设计需求35%爬坡度及相关设计特性参数代入后，计算结果为

igli0≥65.8

设计结合现有资源以及主要竞争对手和潜在竞争对手车辆的配置情况，选用了法士特10挡变速器，各挡位速比见表3。

表3 各挡传速比

在变速器各挡速比确定的情况下，对于传动系总速比的决定就由后桥主减速比来决定，后面将对速比选择进行分析计算。

1.2.3 后桥及后桥速比的选择

要确定后桥速比，需先确定后桥型号，再根据资源确定主减速比。根据驱动形式及竞品车辆数据，初步布置整车方案，具体尺寸外形如图1所示。

图1 尺寸外形

根据整车布置，预估满载时整车质心位置，初步计算整车轴荷情况。由计算结果可知，在总质量24.5 t时后桥载荷17.1 t左右。本设计预给的457后桥额定载荷为13 t，此时超载系数为17.1/13=1.31，此数值满足厂家对于此铸钢后桥允许超载135%的要求。

457桥匹配的速比资源中适用中重型自卸车的有5.286、5.833、6.33几种。前面已经计算得知传动系总速比igli0≥65.8，而变速器Ⅰ挡速比为12.09，那么i0≥5.44，所以适用此次设计的后桥速比为5.833以及6.33两种，以下将针对此两种速比以及前述动力配置进行仿真分析。除上述动力配置外，其他参数按表4进行设置。

表4 参数设置

2 动力性计算

一般重型商用车动力性能主要由满载情况下的最高车速、加速时间、最大爬坡度3个指标决定。

2.1 最高车速

最高车速是指无风条件下，在水平良好的沥青或者水泥路面上，行驶阻力与驱动力达到平衡(功率平衡)时的稳定车速。根据驱动力-行驶阻力平衡原理，直接挡或最高挡驱动力与车辆行驶阻力曲线相交点处的车速，便是重型商用车的最高车速。仿真的功率平衡曲线如图2所示。

图2 功率平衡曲线

对比结果见表5。

表5 最高车速对比结果

由结果可以看出，满载时最高车速都达到80 km/h以上，满足整车公路运输速度需求。(空载时都达到了105 km/h以上)。

2.2 加速性能

汽车的加速性能指汽车在各种使用条件下迅速增加其行驶速度的能力，一般用加速时间来表示，加速时间越短说明加速性能越好。实际上加速性能除了原地起步加速到一定车速时间，还有超越加速性能，即一般由直接挡或超速挡从一定车速加速到某一车速的时间，表示加速性能。仿真计算从0～60 km/h所用的加速时间，结果如图3所示。

图3 加速时间

对比结果见表6。

表6 加速时间对比结果

两者加速时间及加速距离差距不大，都基本符合用户实际应用需求。

2.3 汽车的最大爬坡度

最大爬坡度一般是汽车在满载时在良好路面上能爬上的坡度正切值，单位为%。 因我国幅员辽阔，地势区域差别比较明显，为了保证汽车能正常行驶，必须使它具有一定的爬坡能力。一般规定最大爬坡度不能小于30%，对于自卸车因有工地路段，工况更加复杂，一般要求爬坡度应不小于35%。由于变速器置于一挡时传动系统的传动比是最大的，所以人们通常所指的最大爬坡度都是在一挡下试验得出结果。仿真结果如图4所示。

图4 仿真结果

由图可见，变速器Ⅰ挡速比一定时，后桥速比6.33情况下的爬坡度42%稍优于5.833后桥速比下的爬坡度38%，但都满足爬坡要求。

2.4 燃油经济性分析

对整车来讲，不能完全脱离动力性来谈提高燃油经济性，也不能只想着提高动力性而不顾燃油经济性，它们是一对矛盾体。设计时只有统筹考虑，均衡利弊，使汽车在保证充足动力性的前提下有更好的燃油经济性。

燃油经济性是指汽车在保证动力性的前提下，以尽可能小的燃油消耗量保证整车行驶的能力，通常用一定运行条件下车辆单位里程内的燃油消耗量或者单位燃油消耗量内汽车的续驶里程数来衡量。

设计模拟等速百公里燃油消耗情况，即满载情况下以高挡在良好水平路面上等速行驶 100 km的燃油消耗值，单位为 L/100 km。计算的等速百公里油耗曲线如图5所示。

由图可知，6.33速比下的百公里油耗为35.31，稍优于5.833速比下的35.97。

图5 等速百公里油耗曲线

2.5 后桥速比的确定

通过以上分析，两种后桥主减速比的选择对结果影响差别不是非常大，综合结果6.33稍优于5.833。但针对457后桥还要考虑一个比较重要的问题就是超扭问题。457后桥额定输入扭矩为40 000 N·m，根据整车动力链传动关系，后桥输入扭矩的计算公式为

Tt=Ttqigi0μT

据此计算出的结果见表7。

表7 计算结果

考虑到6.33超扭系数较大，远大于厂家所给的极限超扭系数，综合权衡，该设计选择5.833后桥速比。

3 试验验证

根据以上选择的动力总成设计整车并制作了试制样车，根据国家相关试验规定进行了整套性能试验，试验结果与仿真计算结果对照见表8。

表8 试验结果与仿真结果对比

从表8的试验数据与仿真计算数据对比可以看到，计算结果存在一定误差但比较小，是处于可接受范围。可见仿真计算结果可应用于设计指导，与设计目标值比较接近。

4 结论

文中通过对6×2小三轴自卸车的设计匹配进行仿真模拟，以使整车的动力性匹配能达到最优，并经试验验证结果比较可靠。后此车型公司进行了批量生产并成功上市，至今已销售将近三千余台，并未有用户对整车动力性提出抱怨，可见整车匹配比较合理，也为后期开发类似车型提供了较好的方法提供借鉴。