基于6×2提升橋載貨汽車的軸荷控制策略研究

譚樹梁 關世偉 魏韜 胡術春 李德華

（一汽解放汽車有限公司，長春 130011）

主題詞：載貨汽車 提升橋 軸荷控制

1 前言

對于匹配氣囊和提升橋的貨車，在空載或半載時，提升橋提起離開地面，可降低油耗并減少輪胎磨損；滿載時，提升橋落下承載，可提高車輛承載能力，使軸荷分配更合理，輪胎磨損更為均勻[1]，車輛的動力性和經(jīng)濟性更好[2]，這一特點提高了貨源不穩(wěn)定的物流用戶的經(jīng)濟效益[3]。對于匹配提升橋的載貨汽車，提升橋的狀態(tài)、氣囊承載能力、路況等都會影響其軸荷的分配[4]。由于國內(nèi)匹配氣囊的車型還沒有像發(fā)達國家那樣普及[5]，用戶的誤操作可能造成電控空氣懸架系統(tǒng)（ECAS）或氣囊的損壞，所以在滿足用戶使用需求的同時，應制定一套行之有效的軸荷控制策略。為此，本文以某匹配ECAS的6×2載貨汽車為例，制訂了軸荷分配控制策略，并針對此控制策略進行了標定試驗，標定后的樣車滿足了用戶使用要求。

2 構型方案

2.1 ECAS系統(tǒng)結構

6×2載貨汽車電控空氣懸架系統(tǒng)如圖1所示，分為電路和氣路兩部分。

圖1 6×2載貨汽車電控空氣懸架系統(tǒng)示意

2.1.1 電路部分

電路部分主要由ECU、遙控器、ECAS電磁閥及壓力傳感器和高度傳感器組成，壓力傳感器和高度傳感器分別判斷氣囊的壓力和車軸的高度，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，ECU接收到遙控器、壓力傳感器、高度傳感器的電信號后，經(jīng)過分析處理得出具體的載荷大小并向ECAS電磁閥發(fā)出執(zhí)行指令，由ECAS電磁閥控制氣路部分。

2.1.2 氣路部分

氣路部分主要由儲氣筒、單向閥、ECAS電磁閥和氣囊組成?？刂葡到y(tǒng)中的壓縮氣體儲存在儲氣筒中，在ECAS電磁閥接到ECU指令后控制氣路的開關及氣囊的充、放氣。

2.1.3 ECAS主要功能

經(jīng)過標定后ECAS系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)高度控制（自動）、高度調(diào)整（手動）、提升橋提升（手動）、提升橋下降（自動）、驅(qū)動幫助等功能。

2.2 整車基本結構及參數(shù)

該6×2載貨車一軸為轉(zhuǎn)向軸，匹配鋼板彈簧懸架，雙側單輪胎，最大允許軸荷為7 000 kg；二軸為驅(qū)動橋，匹配空氣懸架，可控制高度不可提升，雙側雙輪胎，根據(jù)標準GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》，最大允許軸荷為11 500 kg；三軸為提升橋，匹配空氣懸架，可控制高度可提升，雙側單輪胎，最大允許軸荷為7 000 kg。以上最大允許軸荷均滿足標準GB 7258—2017的要求，該車其它基本設計參數(shù)如表1所列。

表1 6×2載貨汽車基本設計參數(shù)

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)可得：

式中，G簧和分別為提升橋提起狀態(tài)和提升橋落下狀態(tài)整車空載的簧載質(zhì)量；L簧和分別為上述簧載質(zhì)量相對于轉(zhuǎn)向橋的距離。

3 控制策略

3.1 提升橋升起工況

如圖2所示，當車輛為空載或半載狀態(tài)時，提升橋具備提起條件，此時提升橋由承載部件轉(zhuǎn)變?yōu)樨浳?。并且該車型可以簡化?×2載貨車，整車由轉(zhuǎn)向軸和驅(qū)動軸承載，軸荷計算式為：

式中，G1和G2分別為轉(zhuǎn)向橋和驅(qū)動橋的軸荷。

根據(jù)式（5）和式（6），當貨重G貨=5 500 kg時，整車總質(zhì)量G總=15 550 kg，轉(zhuǎn)向橋軸荷G1=4 050 kg，而驅(qū)動橋軸荷G2=11 500 kg，驅(qū)動橋首先達到承載極限，此時如果繼續(xù)加載，則提升橋必須下落以分擔驅(qū)動橋載荷。

圖2 提升橋升起時整車簡圖

3.2 提升橋下落過程

當驅(qū)動橋達到承載極限（G貨=5 500 kg）時提升橋下落，此時該車型由4×2變?yōu)?×2，提升橋承載后，軸荷重新分配。由于該車型驅(qū)動橋匹配雙輪胎，提升橋匹配單輪胎，考慮到輪胎磨損均勻性，設定驅(qū)動橋軸荷與提升橋軸荷之比為2:1，此時驅(qū)動橋和提升橋可以簡化成一個橋，相當于一個加載中心，如圖3所示，由此可得出：

式中，和分別為提升橋落下后轉(zhuǎn)向橋和加載中心的軸荷；為一軸軸荷；為二軸軸荷；為三軸軸荷。

根據(jù)計算，可得出當貨重G貨=5 500 kg、整車總質(zhì)量L總=15 550 kg、提升橋下落時，一軸軸荷4 852 kg，二軸軸荷7 132 kg，三軸軸荷3 566 kg。

圖3 整車加載中心簡圖

3.3 提升橋下落后工況

當提升橋下落后軸荷重新分配，3個軸的軸荷均沒有達到極限狀態(tài)，可繼續(xù)加載，可得：

式中，為提升橋落下后繼續(xù)加載到某一軸達到承載極限時貨物的質(zhì)量；分別為貨物質(zhì)量為時轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動橋、提升橋的軸荷。

通過計算可得，當=13 038 kg時，=23 088 kg，=11 500 kg，驅(qū)動橋承載達到極限，此時=5 838 kg，=5 750 kg，驅(qū)動橋承載能力第2次達到極限，但距整車總質(zhì)量達到25000kg還差1912kg。

由于轉(zhuǎn)向橋輪胎磨損較為嚴重，并且為充分發(fā)揮整車承載能力，在驅(qū)動橋承載能力第2次達到極限后，調(diào)整ECAS的控制策略，取消原驅(qū)動橋軸荷與提升橋軸荷之比為2:1的策略，隨貨重的增加保持=11 500 kg不變，增加提升橋的軸荷。當G總=24 338 kg時，提升橋軸荷到達極限7 000 kg，后續(xù)加載時再將軸荷轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)向軸上，直到整車達到滿載25 000 kg。當整車總質(zhì)量達到滿載狀態(tài)時，前軸軸荷6 500 kg，驅(qū)動橋軸荷11 500 kg，提升橋軸荷7 000 kg。由此可得出整車軸荷控制策略如圖4所示。

圖4 軸荷控制策略

由圖4可看出，在整車逐步加載到滿載狀態(tài)時經(jīng)歷了3次軸荷分配，這3次軸荷分配都是由于某一個橋達到了承載極限，使得整車必須調(diào)整軸荷分配以達到整車載貨量的需求。

3.4 驅(qū)動幫助工況

當該車型提升橋為承載狀態(tài)時（6×2驅(qū)動型式），在某些特殊工況下驅(qū)動輪打滑，會造成起步困難等狀況。針對此工況，為增大附著力，防止驅(qū)動輪打滑，制定了驅(qū)動幫助策略。進入驅(qū)動幫助模式后，提升橋氣囊壓力降低，驅(qū)動橋氣囊壓力增大，軸荷增加30%，從而提高附著力。以滿載為例，當驅(qū)動橋軸荷為11 500 kg時，在驅(qū)動幫助模式下最大軸荷可達到14 950 kg，以地面摩擦系數(shù)為0.7計算，可以多獲得23 kN的驅(qū)動力，使車輛平穩(wěn)起步。由于在驅(qū)動幫助狀態(tài)下氣囊氣壓超過其額定氣壓，為避免因長時間超載而影響氣囊等零部件的壽命，驅(qū)動幫助模式在車速大于5 km/h時自動退出。

4 試驗驗證

根據(jù)上述控制策略，對該6×2載貨車進行了ECAS電控系統(tǒng)標定試驗，并對標定后的樣車進行加載試驗。試驗中以1 000 kg為單位逐步加載直至滿載，以驗證標定結果的正確性。試驗系統(tǒng)簡圖如圖5所示。

圖5 試驗系統(tǒng)簡圖

試驗結果如表2所列，由表2可知，標定軸荷和試驗軸荷的差值均在3%以內(nèi)。

表2 試驗結果

5 結束語

以匹配ECAS空氣懸架的6×2載貨汽車為研究對象，通過理論計算確定了軸荷的控制策略，并利用ECAS對該控制策略進行了標定，通過試驗驗證了標定結果的正確性，表明利用該控制策略的車型能夠滿足法規(guī)要求及用戶使用需求，具備投放市場的能力。