装有AT变速器的重型车辆爬坡性能研究

山西中北大学车辆工程学院　刘苏铭　杨世文

装有AT变速器的重型车辆爬坡性能研究

山西中北大学车辆工程学院刘苏铭杨世文

基于重型车辆的特性，通过建立装有液力自动变速器的重型汽车行驶方程，通过仿真分析共同工作特性，计算车辆爬坡性能。通过本次研究，为改善重型车辆性能提供了重要的理论基础，对加强我国经济建设有着重要的意义。

重型车辆；液力自动变速器；爬坡性能；建模与仿真

1引言

随着车辆制造业的不断革新发展，根据各行业领域的不同需求而生产出不同型号的车辆，其中重型车辆在我国工业、运输业、采矿业等行业发挥着重要的作用。对重型车辆研究也作为优化车辆性能的重要手段。传统重型车辆以离合器作为动力传递与切断的枢纽，其操作相对频繁的弊端导致市场对自动换挡技术的需求减少。本文主要研究装有AT变速器重型车辆的爬坡性能。

2传动系数学模型建立

最大爬坡度反映车辆的极限性能，根据受力平衡原理可得：

式中，Ff为滚动阻力；Fi为坡度阻力；Fw为空气阻力；Fj为加速阻力。

2.1液力变矩器模型建立

液力变矩器是实现自动变速的动力传动关键部件，对液力变矩器建立数学模型为：式中，K为变矩比；Tt为涡轮输出转矩；Tp为泵轮输入转矩。式中，i为变矩器速比；nt为涡轮转速；np为泵轮转速。

式中，λp为泵轮转矩系数；ρ为工作液密度；g为重力加速度；D为变矩器有效直径。

2.2最大爬坡度数学模型

车辆在行驶中所能克服的最大坡度和在不同坡度上的行驶速度是影响机动性的重要参数。如图1所示，车辆在忽略空气阻力和加速阻力的情况下行驶在坡道角为α的坡道上，可得如下方程：

式中，G为汽车重量；f为滚动阻力系数。

图1　车辆爬坡示意图

行驶阻力Ft表达式为：

式中，Tt为液力变矩器输出转矩；分别为变速器传动比、分动器传动比、主减速器传动比为传动系机械效率；r为车轮滚动半径。

由式（8）可见附着系数φ和滚动阻力系数f对爬坡度影响极大，其中滚动阻力系数f与车速u的关系可由式（9）表达［1］：

3实车计算

本研究可参照笔者在《河北农机》总第208期《装有液力自动变速器的多轴全驱车辆动力性建模与仿真》中该车型的发动机特性、液力变矩器原始特性以及其他基本技术参数［2］。

通过Matlab软件仿真得到车辆发动机与液力变矩器共同工作时的转矩和转速，如图2所示，并通过拟合得到两者共同工作时的输出转矩图，如图3所示。

图2　发动机与液力变矩器共同工作点

图3　发动机与液力变矩器共同工作输出转矩

根据上述仿真结果可知车辆最大驱动力为90000N，假设此时动力不足，根据式（5）计算可得到最大爬坡度为85.3°，此时路面附着系数只有大于2.8才能实现，显然不合理。

在现代车辆中一般不存在车辆动力不足的情况，计算车辆最大爬坡度一般可根据式（8）计算。表1为通过计算得到车辆在不同路面下的附着系数［3］和最大爬坡度。

表1　不同路面下车辆爬坡度

由表1可知车辆在不同路面的最大爬坡度，其中最大为ψ 取0.9时的41.1°，须知，坦克爬坡的理论极限为45°。不过，通过降低轮胎气压、增加汽车轴数，对提高爬坡能力都是有益的。

4结语

本文通过建立装有AT变速器的重型车辆行驶方程，分析发动机与液力变矩器共同工作特性，并利用计算机软件得到共同工作时的输出转矩特性。在计算最大爬坡度时分析了两种爬坡模型，通过分析得到较为可靠的数据。本文通过对重型车辆的研究，分析其爬坡性能参数，所得结果可满足各行业使用需求，为今后设计同类型车辆提供了数据支持。

［1］张学利，何勇.汽车动力性检测中的滚动阻力［J］.公路交通科技，2000，（5）：93-95.

［2］刘苏铭，杨世文.装有液力自动变速器的多轴全驱车辆动力性建模与仿真［J］.河北农机，2015，（10）：52-54.

［3］交通部公路规划设计院资料室情报组.路面附着系数和粗糙度的标准值及其检验方法［J］.国外公路，1982，（2）：20-24.

可以看出起爆点和过渡网格距离增长，但是反射现象并未减弱或消失，反而更加明显。起爆点和网格过渡界面距离为900，两侧网格密度比例为2：3时，我们分别在网格过渡界面两侧取相同坐标的点及其压力曲线。

图7　网格密度比例为2：3时的压力曲线

经过上述实验可以得出，过渡界面两侧相同点压力曲线均不一致，证明反射现象存在。实验过程中，相同的物质通过joins功能并未完全完成两种物质的结合，join之后物质之间仍然存在界面，该界面对实验结果影响显著，故欧拉方法在界面处理问题上尚不完善。

2总结

本文以有限水域气泡脉动在过渡界面的反射现象为主线进行了水下爆炸气泡脉动的数值模拟研究，研究了网格比例、起爆点和过渡界面的距离对反射的影响，现将主要研究成果归纳如下：

（1）通过建立模型进行试验分析可知，在Autodyn中相同物质join后，存在反射界面。

（2）网格过渡界面比例对反射现象存在影响。

（3）在一定范围内起爆点和过渡界面距离增加，反射现象更为明显。

参考文献：

［1］姚熊亮，陈建平.水下爆炸气泡脉动压力下舰船动态响应研究［J］.哈尔滨工程大学学报，2000，21（1）：1-5.

［2］周霖，徐更光.含铝炸药水中爆炸能量输出结构［J］.火炸药学报，2003，26（1）：30-36.

［3］G.R.Liu等.光滑粒子流体动力学—一种无网格粒子法［M］.湖南大学出版社，2005.

［4］P.库尔.水下爆炸［M］.罗耀杰等译.北京：国防工业出版社，1960.