山西中北大學(xué)車輛工程學(xué)院　劉蘇銘　楊世文

裝有AT變速器的重型車輛爬坡性能研究

山西中北大學(xué)車輛工程學(xué)院劉蘇銘楊世文

基于重型車輛的特性，通過(guò)建立裝有液力自動(dòng)變速器的重型汽車行駛方程，通過(guò)仿真分析共同工作特性，計(jì)算車輛爬坡性能。通過(guò)本次研究，為改善重型車輛性能提供了重要的理論基礎(chǔ)，對(duì)加強(qiáng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著重要的意義。

重型車輛；液力自動(dòng)變速器；爬坡性能；建模與仿真

1引言

隨著車輛制造業(yè)的不斷革新發(fā)展，根據(jù)各行業(yè)領(lǐng)域的不同需求而生產(chǎn)出不同型號(hào)的車輛，其中重型車輛在我國(guó)工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、采礦業(yè)等行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。對(duì)重型車輛研究也作為優(yōu)化車輛性能的重要手段。傳統(tǒng)重型車輛以離合器作為動(dòng)力傳遞與切斷的樞紐，其操作相對(duì)頻繁的弊端導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)自動(dòng)換擋技術(shù)的需求減少。本文主要研究裝有AT變速器重型車輛的爬坡性能。

2傳動(dòng)系數(shù)學(xué)模型建立

最大爬坡度反映車輛的極限性能，根據(jù)受力平衡原理可得：

式中，F(xiàn)f為滾動(dòng)阻力；Fi為坡度阻力；Fw為空氣阻力；Fj為加速阻力。

2.1液力變矩器模型建立

液力變矩器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速的動(dòng)力傳動(dòng)關(guān)鍵部件，對(duì)液力變矩器建立數(shù)學(xué)模型為：式中，K為變矩比；Tt為渦輪輸出轉(zhuǎn)矩；Tp為泵輪輸入轉(zhuǎn)矩。式中，i為變矩器速比；nt為渦輪轉(zhuǎn)速；np為泵輪轉(zhuǎn)速。

式中，λp為泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)；ρ為工作液密度；g為重力加速度；D為變矩器有效直徑。

2.2最大爬坡度數(shù)學(xué)模型

車輛在行駛中所能克服的最大坡度和在不同坡度上的行駛速度是影響機(jī)動(dòng)性的重要參數(shù)。如圖1所示，車輛在忽略空氣阻力和加速阻力的情況下行駛在坡道角為α的坡道上，可得如下方程：

式中，G為汽車重量；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)。

圖1　車輛爬坡示意圖

行駛阻力Ft表達(dá)式為：

式中，Tt為液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩；分別為變速器傳動(dòng)比、分動(dòng)器傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比為傳動(dòng)系機(jī)械效率；r為車輪滾動(dòng)半徑。

由式（8）可見(jiàn)附著系數(shù)φ和滾動(dòng)阻力系數(shù)f對(duì)爬坡度影響極大，其中滾動(dòng)阻力系數(shù)f與車速u的關(guān)系可由式（9）表達(dá)［1］：

3實(shí)車計(jì)算

本研究可參照筆者在《河北農(nóng)機(jī)》總第208期《裝有液力自動(dòng)變速器的多軸全驅(qū)車輛動(dòng)力性建模與仿真》中該車型的發(fā)動(dòng)機(jī)特性、液力變矩器原始特性以及其他基本技術(shù)參數(shù)［2］。

通過(guò)Matlab軟件仿真得到車輛發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，如圖2所示，并通過(guò)擬合得到兩者共同工作時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩圖，如圖3所示。

圖2　發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作點(diǎn)

圖3　發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作輸出轉(zhuǎn)矩

根據(jù)上述仿真結(jié)果可知車輛最大驅(qū)動(dòng)力為90000N，假設(shè)此時(shí)動(dòng)力不足，根據(jù)式（5）計(jì)算可得到最大爬坡度為85.3°，此時(shí)路面附著系數(shù)只有大于2.8才能實(shí)現(xiàn)，顯然不合理。

在現(xiàn)代車輛中一般不存在車輛動(dòng)力不足的情況，計(jì)算車輛最大爬坡度一般可根據(jù)式（8）計(jì)算。表1為通過(guò)計(jì)算得到車輛在不同路面下的附著系數(shù)［3］和最大爬坡度。

表1　不同路面下車輛爬坡度

由表1可知車輛在不同路面的最大爬坡度，其中最大為ψ 取0.9時(shí)的41.1°，須知，坦克爬坡的理論極限為45°。不過(guò)，通過(guò)降低輪胎氣壓、增加汽車軸數(shù)，對(duì)提高爬坡能力都是有益的。

4結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)建立裝有AT變速器的重型車輛行駛方程，分析發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作特性，并利用計(jì)算機(jī)軟件得到共同工作時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩特性。在計(jì)算最大爬坡度時(shí)分析了兩種爬坡模型，通過(guò)分析得到較為可靠的數(shù)據(jù)。本文通過(guò)對(duì)重型車輛的研究，分析其爬坡性能參數(shù)，所得結(jié)果可滿足各行業(yè)使用需求，為今后設(shè)計(jì)同類型車輛提供了數(shù)據(jù)支持。

［1］張學(xué)利，何勇.汽車動(dòng)力性檢測(cè)中的滾動(dòng)阻力［J］.公路交通科技，2000，（5）：93-95.

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可以看出起爆點(diǎn)和過(guò)渡網(wǎng)格距離增長(zhǎng)，但是反射現(xiàn)象并未減弱或消失，反而更加明顯。起爆點(diǎn)和網(wǎng)格過(guò)渡界面距離為900，兩側(cè)網(wǎng)格密度比例為2：3時(shí)，我們分別在網(wǎng)格過(guò)渡界面兩側(cè)取相同坐標(biāo)的點(diǎn)及其壓力曲線。

圖7　網(wǎng)格密度比例為2：3時(shí)的壓力曲線

經(jīng)過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以得出，過(guò)渡界面兩側(cè)相同點(diǎn)壓力曲線均不一致，證明反射現(xiàn)象存在。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，相同的物質(zhì)通過(guò)joins功能并未完全完成兩種物質(zhì)的結(jié)合，join之后物質(zhì)之間仍然存在界面，該界面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響顯著，故歐拉方法在界面處理問(wèn)題上尚不完善。

2總結(jié)

本文以有限水域氣泡脈動(dòng)在過(guò)渡界面的反射現(xiàn)象為主線進(jìn)行了水下爆炸氣泡脈動(dòng)的數(shù)值模擬研究，研究了網(wǎng)格比例、起爆點(diǎn)和過(guò)渡界面的距離對(duì)反射的影響，現(xiàn)將主要研究成果歸納如下：

（1）通過(guò)建立模型進(jìn)行試驗(yàn)分析可知，在Autodyn中相同物質(zhì)join后，存在反射界面。

（2）網(wǎng)格過(guò)渡界面比例對(duì)反射現(xiàn)象存在影響。

（3）在一定范圍內(nèi)起爆點(diǎn)和過(guò)渡界面距離增加，反射現(xiàn)象更為明顯。

參考文獻(xiàn)：

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