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，通過建立裝有液力自動變速器的重型汽車行駛方程，通過仿真分析共同工作特性，計算車輛爬坡性能。通過本次研究，為改善重型車輛性能提供了重要的理論基礎(chǔ)，對加強(qiáng)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著重要的意義。

重型車輛；液力自動變速器；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)出不同型號的車輛，其中重型車輛在我國工業(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力傳遞與切斷的樞紐，其操作相對頻繁的弊端導(dǎo)致市場對自動換擋技術(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

液力變矩器是實現(xiàn)自動變速的動力傳動關(guān)鍵部件，對液力變矩器建立數(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；分別為變速器傳動比、分動器傳動比、主減速器傳動比為傳動系機(jī)械效率；r為車輪滾動半徑。

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

3實車計算

本研究可參照筆者在《河北農(nóng)機(jī)》總第208期《裝有液力自動變速器的多軸全驅(qū)車輛動力性建模與仿真》中該車型的發(fā)動機(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Matlab軟件仿真得到車輛發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作時的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，如圖2所示，并通過擬合得到兩者共同工作時的輸出轉(zhuǎn)矩圖，如圖3所示。

圖2　發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作點(diǎn)

圖3　發(fā)動機(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)動力為90000N，假設(shè)此時動力不足，根據(jù)式（5）計算可得到最大爬坡度為85.3°，此時路面附著系數(shù)只有大于2.8才能實現(xiàn)，顯然不合理。

在現(xiàn)代車輛中一般不存在車輛動力不足的情況，計算車輛最大爬坡度一般可根據(jù)式（8）計算。表1為通過計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時的41.1°，須知，坦克爬坡的理論極限為45°。不過，通過降低輪胎氣壓、增加汽車軸數(shù)，對提高爬坡能力都是有益的。

4結(jié)語

本文通過建立裝有AT變速器的重型車輛行駛方程，分析發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作特性，并利用計算機(jī)軟件得到共同工作時的輸出轉(zhuǎn)矩特性。在計算最大爬坡度時分析了兩種爬坡模型，通過分析得到較為可靠的數(shù)據(jù)。本文通過對重型車輛的研究，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)計同類型車輛提供了數(shù)據(jù)支持。

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

［2］劉蘇銘，楊世文.裝有液力自動變速器的多軸全驅(qū)車輛動力性建模與仿真［J］.河北農(nóng)機(jī)，2015，（10）：52-54.

［3］交通部公路規(guī)劃設(shè)計院資料室情報組.路面附著系數(shù)和粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)值及其檢驗方法［J］.國外公路，1982，（2）：20-24.

可以看出起爆點(diǎn)和過渡網(wǎng)格距離增長，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)格過渡界面距離為900，兩側(cè)網(wǎng)格密度比例為2：3時，我們分別在網(wǎng)格過渡界面兩側(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時的壓力曲線

經(jīng)過上述實驗可以得出，過渡界面兩側(cè)相同點(diǎn)壓力曲線均不一致，證明反射現(xiàn)象存在。實驗過程中，相同的物質(zhì)通過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，該界面對實驗結(jié)果影響顯著，故歐拉方法在界面處理問題上尚不完善。

2總結(jié)

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

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

（2）網(wǎng)格過渡界面比例對反射現(xiàn)象存在影響。

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

參考文獻(xiàn)：

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