強(qiáng)鴿鵬

摘 要：文章通過對(duì)特定工況下牽引車不同動(dòng)力配置的分析研究，探討“超速檔+大速比”，與“直接檔+小速比”對(duì)于特定工況的動(dòng)力性、傳動(dòng)效率及燃油消耗率對(duì)比，從而得出針對(duì)特定工況的動(dòng)力配置的結(jié)論。常年來，在客戶中存在一種觀點(diǎn)“總速比相同，同馬力時(shí)車輛的動(dòng)力，后橋速比小的動(dòng)力性較差”，對(duì)于此觀點(diǎn)，文章將進(jìn)行分析，探討此觀點(diǎn)的科學(xué)性和局限性。最后，就此基礎(chǔ)上，得到指導(dǎo)相應(yīng)工況下的動(dòng)力配置的合適方案。

關(guān)鍵詞：牽引車；動(dòng)力配置；超速檔+大速比；直接檔+小速比；動(dòng)力性；燃油消耗

中圖分類號(hào)：U472.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-223-04

Abstract： This article discusses the "overspeed plus large speed ratio" and the "direct speed plus small speed ratio" for specific conditions of power， transmission efficiency and fuel consumption by analyzing the different power configurations of tractors under specific working conditions. The ratio is compared to the conclusion of the power configuration for a particular operating condition. Over the years， there is a view among customers that the total speed ratio is the same as that of the vehicle at the same horsepower. For this point of view， this paper will analyze and explore the scientific nature of this viewpoint and limitations. Finally， on this basis， a suitable solution to guide the power configuration under the corresponding working conditions is obtained.

Keywords： tractor； power configuration； overspeed + large speed ratio； direct gear + small speed ratio； power； fuel consumption

CLC NO.： U462.3 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-223-04

前言

近年來隨著牽引車市場的持續(xù)增長，大馬力、高效的需求越來越明顯，如果客戶在選擇產(chǎn)品時(shí)缺乏相應(yīng)的汽車相關(guān)知識(shí)，僅憑別人推薦和感官認(rèn)知進(jìn)行選擇，有可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力不足，油耗高等問題，這樣久而久之造成客戶對(duì)于動(dòng)力配置的一些認(rèn)知誤差乃至偏差。尤其針對(duì)“超速檔+大速比”和“直接檔+小速比”上，大多數(shù)客戶的認(rèn)知還停留在小速比就一定動(dòng)力性差的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)上。所以對(duì)于“超速檔+大速比”和“直接檔+小速比”的研究就顯得尤為重要，通過具體的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性分析，針對(duì)特定工況選擇合理的配置就顯得具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過本文的結(jié)論對(duì)用戶的選擇做以引導(dǎo)，將對(duì)精準(zhǔn)產(chǎn)品推薦，提高客戶的運(yùn)營收益具有重要作用。

1 車速與速比的關(guān)系

我們都知道，車速、加速性能、爬坡性能是衡量動(dòng)力性的幾個(gè)關(guān)鍵性能。相對(duì)于日用工業(yè)品細(xì)分市場而言，屬于長途標(biāo)載運(yùn)輸，客戶比較關(guān)注的是車速，對(duì)于時(shí)效性比較看重。而決定車速的三個(gè)因素，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輪胎直徑、總速比。其滿足如下關(guān)系[1]：

從上式可以得出，在轉(zhuǎn)速，車輪半徑一定的情況下，決定車速得主要取決于總速比的大小，即變速箱各檔位速比與后橋速比的乘積。

對(duì)于長途標(biāo)載而言，常用車速為80～90km/h，我們以康明斯ISM11E5 440為例，其經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間為1100～1300r/ min。為了使其在最高經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速時(shí)車速達(dá)到90km/h，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)為經(jīng)濟(jì)區(qū)間最大轉(zhuǎn)速n=1300r/min，由式1可以計(jì)算出需要的總速比最小值為igi0=1300×0.377×0.525÷90= 2.859，這樣，后橋速比2.846，變速箱速比為1時(shí)即可滿足，此時(shí)任何直接檔變速箱的最高檔（12檔直接檔變速箱為12檔）或超速檔變速箱的次高檔（12檔超速檔變速箱的11檔）均可滿足需求。除此之外，后橋速比為3.7，選擇12檔超速檔也可以滿足。

2 “直接檔+小速比”和“超速檔+大速比”總速比分析

上文提到，在轉(zhuǎn)速、輪胎半徑一定的情況下，車速取決于總速比。在下文中我們就“直接檔+小速比”和“超速檔+大速比”展開討論，將以12JSD200TA+3.7和12JSD200T+ 2.846為例，進(jìn)行分析。

2.1 直接檔和超速檔速比分析

以國內(nèi)知名變速箱廠法士特12檔直接檔和超速檔為例，其各檔位速比如下表所示：

從上表可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，兩款變速箱很多檔位速比相同，但是差一個(gè)檔，例如F12A的11檔和F12的12檔速比一樣，都是1，F(xiàn)12A的10檔和F12的11檔速比相同，都是1.28，等等。

2.2 總速比分析

由式1，我們可以看出車速是和車輛總速比有關(guān)系，成反比關(guān)系，總速比越大，車速越慢，總速比越小，車速越快。我們將12JSD200TA+3.7和12JSD200T+2.846的總速比計(jì)算出來，列出入下表所示。

從上表可以看出，F(xiàn)12+2.846和F12A+3.7兩種配置的各檔位總速比基本接近（尤其是高擋位速比差值0.04-0.09），同樣發(fā)動(dòng)機(jī)在匹配的總速比接近的前提下，不會(huì)存在所說的小速比動(dòng)力不足的問題。

2.3 車速分析

為了更直觀的觀察兩種方案在動(dòng)力性上的差異，我們計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在n=1300r/min時(shí)的各檔位車速，得到如下表結(jié)果。

從上表可以得出結(jié)論， 對(duì)于“12JSD200TA+3.7”和“12JSD200T+2.846”，各個(gè)擋位的車速基本上一致，也就是說動(dòng)力不存在太大差異，在低檔位時(shí)車速差值較小為0.1～0.2km/h；在較高檔位時(shí)速度差值變大，但最大時(shí)僅為1.2km/h，對(duì)于車速90km/h而言，可以忽略不計(jì)（如上表所示）。然而，直接擋和超速擋變速器的傳動(dòng)效率會(huì)在最高擋位和次高擋位上表現(xiàn)出來差異，從而會(huì)影響車輛的動(dòng)力性和燃油消耗率，在下文中我們將做重點(diǎn)分析。

3 傳動(dòng)效率分析

3.1 整車傳動(dòng)效率

我們知道，在機(jī)械傳動(dòng)過程由于各種因素的影響，會(huì)有能量的損失，效率不可能達(dá)到1。對(duì)于整車而言，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)由四大系統(tǒng)構(gòu)成：發(fā)動(dòng)機(jī)+變速箱+傳動(dòng)軸+驅(qū)動(dòng)橋。在每一個(gè)環(huán)節(jié)都存在能量、功率損失，針對(duì)不同的組合方式而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)效率基本上比較穩(wěn)定，為98%，傳動(dòng)軸傳動(dòng)效率也比較穩(wěn)定保持在98%～99%，后橋根據(jù)單級(jí)減速橋和雙極減速橋傳動(dòng)效率有所不同。對(duì)于變速箱而言，由于各個(gè)檔位齒輪嚙合對(duì)數(shù)不同，傳動(dòng)效率上差別較大。總而言之，整車傳動(dòng)效率滿足如下公式：

3.2 各分系統(tǒng)傳動(dòng)效率

根據(jù)試驗(yàn)測算，各分系統(tǒng)傳動(dòng)效率如下表所示[2]：

根據(jù)上圖可以測算整車傳動(dòng)效率的范圍：

最高：發(fā)動(dòng)機(jī)0.98×變速箱0.99×傳動(dòng)軸0.99×后橋0.96=87%；

最低：0.98×0.96×0.98×0.92×0.92=78%

不同的動(dòng)力總成配置由于效率不一，會(huì)造成整車在動(dòng)力上的差異。

3.3 超速檔變速箱和直接檔變速箱檔位傳動(dòng)效率

在上文中講到變速箱的傳動(dòng)效率受嚙合齒輪對(duì)數(shù)的影響而差異較大。每款發(fā)動(dòng)機(jī)都有速比為1的檔位，也就是直接檔，對(duì)于12JSD200TA而言，是11檔；對(duì)于12JSD200T而言是12檔。對(duì)于超速檔和直接檔的變速箱而言，最高檔的差異主要是傳動(dòng)效率的差異，其區(qū)別如下：

從上圖可以清晰的看出，在低速擋時(shí)副箱工作，四對(duì)齒輪嚙合，傳動(dòng)效率降低，只有94%；在直接檔時(shí)，無嚙合齒輪傳動(dòng)效率最高，在超速檔或高速擋時(shí)，只有兩對(duì)齒輪嚙合，傳動(dòng)效率相對(duì)降低在96%～97%。

3.4“12JSD200TA+3.7”和“12JSD200T+2.846”在車速相同情況下的傳動(dòng)效率差異

在第二節(jié)中，我們已經(jīng)就“12JSD200TA+3.7”和“12JSD 200T+2.846”的車速進(jìn)行了討論，現(xiàn)在我們就其在特定車速下的傳動(dòng)效率展開討論。

針對(duì)第二節(jié)的案例，存在兩種情況：

①在工況簡單、路況較好時(shí)，車速、噸位穩(wěn)定。常用最高車速可以保證時(shí)（檔位基本上保持在12檔時(shí)），“12JSD 200T +2.846”動(dòng)力配置由于在12檔時(shí)，變速箱檔位屬于直接檔，傳動(dòng)效率最高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩?fù)p失最少而動(dòng)力性強(qiáng)；

②在工況相對(duì)復(fù)雜，車速、噸位復(fù)雜，尤其是一空一滿時(shí)，通過動(dòng)力匹配使其重車常用檔位11檔，空車常用檔位12檔，這時(shí)“12JSD200TA+3.7”動(dòng)力總成更加適合。在重車時(shí)，變速箱檔位11檔，傳動(dòng)效率最高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩?fù)p失更小而動(dòng)力性更好，而對(duì)于“12JSD200T+2.846”而言，11檔為高速擋，傳動(dòng)效率相比直接檔降低2%，功率、扭矩?fù)p失更大，在爬坡、加速性能上均有所降低，在重車時(shí)動(dòng)力性明顯與“12JSD200TA+3.7”存在差距；而在空車時(shí)，檔位基本保持在12檔。由于噸位小、負(fù)荷率較低，對(duì)于“12JSD200TA+3.7”動(dòng)力配置，負(fù)荷率相對(duì)提高而燃油經(jīng)濟(jì)性更好。

為了驗(yàn)證以上分析結(jié)論，在下文中我們將就特定工況下兩種動(dòng)力配置的燃油消耗率進(jìn)行計(jì)算。

4 工況下兩種動(dòng)力配置方案燃油消耗率計(jì)算案例

我們根據(jù)工況不同，提供了兩種路譜，分別是東部平原高速，西部山地丘陵。在兩種路譜上，以康明斯ISM11E5 440為例，對(duì)“12JSD200TA+3.7”和“12JSD200T+2.846”燃油消耗率進(jìn)行模擬計(jì)算，其結(jié)果在下文計(jì)算討論。

4.1 平原高速路譜下兩種動(dòng)力配置分析

下圖為平原高速路譜，海拔平均在120米左右，坡度不超過5%，海拔高度變化比較平穩(wěn)。兩種動(dòng)力配置分析計(jì)算結(jié)果如下（車貨總重49噸）：

跟上邊分析結(jié)論一致，在起步能力上和爬坡能力上，12JSD220TA+3.7配置要更勝一籌。

從以上數(shù)據(jù)可以證明上文的分析結(jié)論，在路況較好情況下，車速可達(dá)到90km/h，檔位在12檔（直接檔效率高），這時(shí)12JSD220T+2.846油耗比12JSD220TA+3.7低0.81L；車速70km/h時(shí)，檔位在11檔，這時(shí)12JSD220TA+3.7傳動(dòng)效率更高，油耗明顯低于12JSD220T+2.846，低0.52L。

4.2 山區(qū)譜下兩種動(dòng)力配置分析

下圖為山區(qū)路譜，海拔平均在250米左右，最大落差接近300米，最大坡度達(dá)7%，海拔高度變化較大。兩種動(dòng)力配置分析計(jì)算結(jié)果如下（車貨總重49噸）：

ISM11E5 440+12JSD220T+2.846 ISM11E5 440+12JSD 220TA+3.7

通過以上分析，在山區(qū)高速工況下，12JSD220TA+3.7的油耗低于12JSD220T+2.846，低0.2L，工況適應(yīng)性更強(qiáng)，這就證明了上文的分析結(jié)論。

在本章節(jié)中，我們通過不同工況下的模擬分析計(jì)算，對(duì)理論分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，驗(yàn)證了理論的正確性。

5 結(jié)語

通過以上理論分析和案例計(jì)算，我們得出結(jié)論，對(duì)于簡單工況，車速、噸位穩(wěn)定，我們采用“直接檔+小速比”；對(duì)于工況比較復(fù)雜，車速、噸位不穩(wěn)定，尤其是單趟放空的工況，選擇“超速檔+大速比”。本文通過車速、總速比、傳動(dòng)效率、燃油消耗率的分析，對(duì)于兩種動(dòng)力總成配置方案給出了適合相應(yīng)工況的指導(dǎo)性結(jié)論，對(duì)于指導(dǎo)客戶選擇適合工況的動(dòng)力總成方案具有重要意義。為客戶選擇合適的配置方案，對(duì)于提高動(dòng)力性，提高運(yùn)輸效率，降低油耗有很大幫助?？蛻羰褂玫牡眯膽?yīng)手，客戶通過合理的配置提高收入是我們的出發(fā)點(diǎn)。我們也需要逐漸去對(duì)客戶進(jìn)行引導(dǎo)，提高客戶的認(rèn)知，只有更“懂車”，方能“用好車”。

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