车辆牵引车动力系统与控制方法研究

车辆牵引车动力系统与控制方法研究

王琛

现代汽车研发中心（中国）有限公司  264006

摘要：本文从变速器、发动机、主减速器和各档数比的参数模拟分析了车辆牵引车的动力系统，并且从经济性能、安全驾驶、排放性能和动力性能家督对其控制方法进行分析，通过计算机建模进行仿真模拟，得出试验结果。

关键词：车辆牵引车；动力系统；控制方法

引言：我国的的道路运输在不断发展和壮大，对牵引车的研究也在不断深入，具有良好性能的牵引车可以提高运输率，对其动力性能的研究可以提升牵引车的拖挂质量，通过对控制方法的研究可以提高牵引车的安全性。

1. 车辆牵引车动力系统研究

车辆的动力系统就相当于人的心脏，对车辆提供了原动力。都与车辆牵引车动力系统的研究需要建立模型，通过对每个微小的参数进行调节，实现整体动力系统的优化。通过建模分析后得知，影响牵引车动力系统的主要参数来至于变速器、发动机、主减速器速比和各档速比。牵引车对不动车辆的驱动形式是不同的，大致可以分为四轮驱动、前置前驱和前置后驱，对于牵引模式可以选择全挂牵引车、半挂牵引车和载货汽车，在建模中也要根据实际需求对零部件进行最优选择，通过对参数的设置和选择之后要建立信号连接与机械连接。首先是分析牵引车的相关数据，之后开始建立各种零件的物理模型，通过参数的设置实现模型的机械连接，然后是进行模拟计算设置，例如加速性能、各档位最大拉力任务、制动任务、爬坡任务、循环工况任务的设置。

发动机影响着动力系统，对发动机的分析是十分必要的。在没有速比的假设中，车速通常是由发动机功率来决定，当发动机最大功率比车辆行驶中的空气阻力和最高摩擦阻力之和还要大时，牵引车的性能和效率是最高的。不同的车速会影响轮胎滚动半径，同时还要考虑路面的影响，这些都会使滚动阻力系数发生变化，同时驾驶室设计会对空气阻力系数造成影响，驾驶室的面积越大，迎风面积也就会越大，对于牵引车的空气阻力系数通常设置为0.8。通过计算可以得知，当牵引车的最高车速设置为每小时120千米时，发动机的最大功率为271.83千瓦。

另外，扭矩也会影响发动机性能，在模拟计算时可以发现发动机的转速扭矩与实际数据基本一致。发动机的万有特性曲线图是受到排放和燃油经济性的影响，通过计算机软件可以模拟出三维图像，竖向坐标为燃油流量，横向为发动机功率，纵向为发动机转速。发动机的瞬间燃油流量可以通过插值法计算取得，得出的燃油消耗率之后，可以加入各种参数随即得出各工况的燃油消耗量，这些数值对经济与动力研究提供了可靠数据，同时还可以通过发动机污染物的排放量图进行绘制，对排放研究做出贡献[1]。

传动系统是影响整体车辆性能的重要参数，当将最大爬坡度设计为30%以上时，减速速比乘以变速器一档速比的结果要比47.74还要大，主减速速比与最高档速比的积为3.11。由此可以得出最低与最高的档数比是15.35，与要求的变速器速比，最低档比上最高档为7.01，两数差距之巨大，说明动力性来说要达到结果是很难实现的。主减速器是提高性能的重要零件，它可以为发动机提供行驶的理想工况，主减速比的数值变化对发动机的排放特性和燃油消耗会造成影响，根据不同路面和不同车况，要选择不同的主减速比，一般初始减速器为4.88。接下来可以我通过仿真分析来研究牵引车的动力系统，首先是动力性分析，可以通过实际的最高车速、最大爬坡度、加速性能来体现，其次是分析整车仿真的燃油经济性和排放性，最后是对每个零部件参数是否具有较强的灵敏度进行分析。

2. 车辆牵引车控制方法研究

牵引车对于货物运输起到优化作用，在公路运输行业和农作物收割播种行业成为首要工具，因此，对于牵引车的稳定性能的研究必不可少，稳定性能是由动力系统决定的。对于牵引车来说，由于在行驶中因高度和重量参数过高的原因容易导致折叠或侧翻的安全隐患，因此要对牵引车的行动轨迹进行跟踪分析，并研究其控制方法。通过上文中对各零部件参数的分析，我们可以了解到保证牵引车性能的方法是将变速器的最低档位和变速器的最高档位进行调节，确保二个参数的比值为15.3488，通过计算可以得出不同档位的变速器对发动机影响较大。档位数越多就会帮助发动机发挥出更大的功率，同时低牵引车的加速性能和爬坡性能均有提高作用。从经济角度出发，档位越高，整车的油耗越低，因此大部分牵引车的变速器档位数需要更多，这样才能保证牵引车在质量过大时可以更好的控制车辆的牵引。但是需要注意的是不能将变速器档数设置过多，容易造成驾驶员的负担加重，根据牵引车的特性可以了解到一般牵引车都是属于长途运输，过多的档位数会造成驾驶员的疲劳，最佳的档位数为12档。

对牵引车性能的优化可以从约束条件、决策变量和目标函数这三个因素来分析。目标函数是指排放、经济性和动力性，决策变量就是指零部件参数调节区域；约束条件则是指零部件之间的约束、在行驶中的条件，通过数值的输入我们可以进行函数公式的计算，每个函数都可以用不同的形式表达出来，例如有些设计值是越大越好，而相反的有些设计值是越小越好，或者某些换数值在范围内就可以满足要求。其中以爬坡度的函数为例，在设计时必须保证大于某个数值才可以进行计算。利用专业软件进行矩阵复合运算可将主减速速比与应变速速比的性能体现出来，在通过聚类分析。根据计算可以得出4个动力性指标、7个经济性指标和5个排放性指标，爬坡度会影响牵引车性能，同时最大拉力也是主要原因。

在工业生产时，要通过计算优化各档速比，还要通过建立算法实现主减速比的优化，首先要采用蚁群算法，确定变量的域值，另外要设置信息量，同时对性能表现函数进行确定，再设置终止条件，将数值输入到算法中可以进行车辆的仿真试验，得出车辆的性能表现图。代入优化函数后可以通过观察得出结论，优化函数会提高整车性能，观察发动机的工况时可以发现最佳工况为每分钟1330转，与发动机的每分钟1300转具有相同的最佳燃油经济效益。在仿真模拟计算中，由于数值过于理想化，使得在实际运输中很难得到相同的变速器，这样会导致研发成本增高，因此在实际试验中对变速器的选择要十分接近试验中的设计。选择新型变速器安装在实车中，在实际运行中可以与试验数值对比，可以发现对牵引车的控制十分有效，车辆整体性能均有不断提升，并且模拟计算与实车的试验具有很小的误差，此次试验对于新产品的开发可以进行指导，在对零部件的选择工作可以根据试验的数据作为参考条件来采购[2]。

结束语：综上所述，牵引车对交通运输率具有一定贡献，要不断研究牵引车的排放性能、经济性能和动力性能以期提高车辆的拖挂质量，通过对动力系统的研究，不断加强牵引车的控制方法，同时做到节能减排的效果。

参考文献：

[1]雷颖絜,刘伟等.低鞍座牵引车主要技术路线研究[J].重型汽车,2022(02):7-8

[2]薛玉强,蒋荣超,郑旭光.重型半挂牵引车动力传动系统多目标优化匹配[J].青岛大学学报(工程技术版),2022,37(02):74-80.