（车辆工程专业论文）载货汽车空载行驶性能研究.pdf

摘要 我国公路通车里程的迅速增长和路面等级的不断提高促进了我国公路货运事业的 快速发展，刺激了市场对载货汽车的需求，促使货车生产厂家不断提高设计制造水平。 通过在全国十个省、市、自治区的高速公路和普通收费公路上对载货汽车运行情况 的调研，发现载货汽车存在较大的空驶比例。尤其从事单向运输的载货汽车空驶比例高 达5 0 9 6 ，如集装箱运输车、液罐车等。但长期以来，货车生产厂家及研究单位认为货车 空驶比例很小，致使目前我国仅针对载货汽车满载状态下的行驶性能进行研究，对空载 状态下行驶性能的研究没有涉及。 本文对载货汽车在空载和满载状态下的行驶性能进行对比研究，发现载货汽车空载 状态下：在低附着系数路面上的最大爬坡度较满载时小；发动机处于非经济负荷区，燃 油经济性较差；行驶平顺性较满载时差；制动距离较满载时长且制动稳定性差；随着装 载质量的增加，货车的不足转向量减小或过多转向趋势增加。 本文旨在引起货车生产厂家对载货汽车空载行驶性能的重视，在新产品开发时综合 考虑两种不同状态下的行驶性能，必要时加以辅助设备，使其在两种状态下均具有良好 的行驶性能。 关键字：载货汽车、空载、行驶性能 a b s t r a c t t h eh i g h w a yi no p e r a t i o nh a sr a p i d l yi n c r e a s e da n dt h eq u a l i t yo fh i g h w a yh a s i n c e s s a n t l yi m p r o v e d ，t h a tp r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to fh i g h w a yf r e i g h tt r a n s p o r t a t i o ni no u r c o u n t r y ，s t i m u l a t e sm a r k e tr e q u i r e m e n to fa u t o t r u c k ，u r g e sa u t o t r u c km a n u f a c t u r e rt oi m p r o v e t h el e v e lo fd e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r e i ti sf o u n dt h a tt h ep r o p o r t i o no ft h er i o - l o a da u t o t r u c ki sc o m p a r a t i v e l yh i g h ，t h r o u g ht h e i n v e s t i g a t i o no ft h er u n n i n gs t a t eo fa u t o t r u c ki nt h ef r e e w a ya n dc h a r g e dh i g h w a yo ft e n p r o v i n c e so rm u n i c i p a l i t y e s p e c i a l l y ，t h ep r o p o r t i o no ft h en o l o a da u t o t r u c kw h i c he n g a g e s u n i l a t e r a lt r a n s p o r t a t i o ni s5 0p e r c e n t ，s u c ha sc o n t a i n e rc a r r i e r , t a n km o t o rt r u c ka n ds oo n f o ral o n gt i m e ，t h ea u t o t r u c km a n u f a c t u r e ra n dt h ev e h i c l er e s e a r c hc e n t e rt h o u g h tt h a tt h e p r o p o r t i o no ft h en o l a d ea u t o t r u c ki sv e r ys m a l l c o m p a r e dw i t ht h er e s e a r c ho fa u t o t r u c k s r u n n i n gp e r f o r m a n c eu n d e rt h ef u l l l o a da n do v e r l o a ds t a t u si n0 1 1 1 c o u n t r y ，t h er e s e a r c h u n d e rn o 1 0 a do rf e wl o a di sb l a n k t h i sp a p e rh a sc a r r i e do nt h ec o n t r a s ts t u d yo fr u n n i n gp e r f o r m a n c eo ft h ea u t o t r u c k u n d e rt h en o l o a da n df u l l l o a ds t a t u s i nc o n t r a s tt ot h ef u l l l o a dr u n n i n gp e r f o r m a n c eo f a u t o t r u c k ，t h en o - l o a dr u n n i n gp e r f o r m a n c eo fa u t o t m c kh a st h eo w nc h a r a c t e r i s t i c ，s u c ha s ： t h em a x i m u mg r a d e a b i l i t yo nl o wf r i c t i o nc o e f f i c i e n tr o a di s l e s s ；t h ee n g i n ei s i nt h e n o n - e c o n o m i cl o a d e da r e aa n dt h ef u e le c o n o m yi sw o r s e ；t h er i d ep e r f o r m a n c ei sw o r s e ；t h e b r a k i n gd i s t a n c ei sl o n g e ra n dt h eb r a k i n gs t a b i l i t yi sw o r s e ；w i t ht h ew e i g h ti n c r e a s i n g ，t h e d e g r e eo f u n d e r s t e e rd e c r e a s e so rt h ed e g r e eo fo v e r s t e e ri n c r e a s e s t h i sp a p e ra i m st om a k et h ea u t o t r u c km a n u f a c t u r e r sp a ym u c hm o r ea t t e n t i o nt ot h e n o - l o a dr u n n i n gp e r f o r m a n c eo fa u t o t r u c k i nt h eb e g i n n i n go f d e s i g n i n gt h en e wp r o d u c t ，t h e a u t o t r u c km a n u f a c t u r e r sn e e dt om a k ef u hc o n s i d e ro ft h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h er i o 1 0 a da n d f u l l - l o a dr u n n i n gp e r f o r m a n c e ，a n da c c e s s i o na s s i s t a n te q u i p m e n ti fn e c e s s a r y ，s ot h a tt h e a u t o t r u c kh a se x c e l l e n tr u n n i n gp e r f o r m a n c eu n d e rt h en o l o a da n df u l l l o a ds t a t u s k e yw o r d s ：a u t o t r u c k n o - l o a d r u n n i n gp e r f o r m a n c e i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 桀向雷 铡7 年期加 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 毕而荡 悔丽三 乒研年箩月瑚日 妙：叩年芗月力日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文研究背景及意义 1 1 1 研究背景 改革开放以来，我国公路建设和公路运输事业得到了快速发展，使公路运输在综合 运输体系中占据了越来越重要的位置。表1 1 和表1 2 中列出了近十年来我国公路通车 里程和公路完成的货运量及货物周转量【。从表中数据可以看出，公路通车里程不断增 长，尤其是高速公路通车里程的迅速增长，极大地带动了我国公路货运事业的快速发展。 表1 11 9 9 7 - 2 0 0 6 年我国公路通车里程单位：万公里 年份公路增幅高速公路增幅 1 9 9 71 2 2 6 43 4 0 0 4 84 1 2 0 1 9 9 81 2 7 8 54 2 0 o 8 78 1 3 0 1 9 9 9 1 3 5 1 75 7 0 1 1 63 3 3 0 2 0 0 01 4 0 2 73 8 0 1 6 3 4 0 5 0 2 0 0 11 6 9 8 02 1 1 0 1 9 41 9 0 0 2 0 0 21 7 6 5 24 0 0 2 5 l2 9 4 0 2 0 0 31 8 0 9 82 5 0 2 9 71 8 3 0 2 0 0 41 8 7 0 73 4 0 3 4 31 5 如 2 0 0 51 9 3 0 63 2 0 4 1 01 9 5 0 2 0 0 62 0 0 4 34 9 0 4 5 41 0 7 0 表1 21 9 9 7 - 2 0 0 6 年我国公路完成的货运量和货物周转量 货运量货物周转量 年份增幅增幅 ( 亿吨)( 亿吨公里) 1 9 9 7 9 7 70 7 0 5 2 7 1 5 5 2 0 1 9 9 89 7 60 1 0 5 4 8 3 44 0 0 1 9 9 99 9 01 5 0 5 7 2 4 34 4 0 2 0 0 01 0 3 94 9 0 6 1 2 9 47 1 0 2 0 0 l1 0 5 61 7 0 6 3 3 0 43 3 0 2 0 0 211 1 65 7 0 6 7 8 2 57 1 0 2 0 0 31 1 6 0 3 9 0 7 0 9 9 54 7 0 2 0 0 41 2 4 57 3 0 7 8 4 0 91 0 4 0 2 0 0 51 3 2 96 7 0 8 5 7 3 89 3 0 2 0 0 61 4 6 19 9 0 9 6 4 7 01 2 5 0 公路通车里程的迅速增长和路面等级的不断提高，带动货运事业快速发展的同时， 也极大地促进了我国载货汽车的发展，表1 3 和1 4 中列出了2 0 0 0 2 0 0 6 年我国各型载 货汽车的生产与销售情况。从载货汽车的产销总量来看，这些年来我国载货汽车的增长 速度很快，2 0 0 6 年载货汽车的产销总量均超过1 7 0 万辆。 第一章绪论 表1 32 0 0 0 - 2 0 0 6 年我国载货汽车产量单位；辆 半挂型非完整 年份重型货车中型货车轻型货车微型货车 合计增幅 牵引车货车底盘 2 0 0 08 1 9 5 01 5 3 7 6 13 9 0 5 4 31 3 7 7 5 l7 6 4 0 0 5 2 0 0 l1 5 7 0 7 31 5 1 9 5 53 6 2 8 2 31 3 0 5 0 2 8 0 2 3 5 35 0 2 0 0 22 5 2 8 4 51 6 4 0 4 95 3 1 2 7 31 3 7 7 5 l1 0 8 5 9 1 8 3 5 3 2 0 0 32 6 1 7 6 81 3 6 1 7 26 8 9 0 6 01 4 2 6 0 l1 2 2 9 6 0 11 3 2 2 0 0 43 6 8 8 0 31 7 3 0 l o8 0 5 6 4 l1 6 7 2 8 01 5 1 4 7 3 4 2 3 2 2 0 0 56 1 3 1 91 2 5 5 8 47 5 1 2 1 22 2 4 3 3 35 6 4 9 02 9 0 9 5 51 5 0 9 8 9 3o 3 2 0 0 65 2 7 8 51 3 4 8 8 68 5 3 0 1 42 7 7 3 6 09 1 0 1 53 4 3 9 1 3 1 7 5 2 9 7 31 6 1 附注：半挂型牵引车和非完整货车底盘从2 0 0 5 年开始分开统计，下同 表1 42 0 0 0 - 2 0 0 6 年我国载货汽车销量 单位：辆 半挂型非完整 年份 重型货车 中型货车 轻型货车微型货车 合计增幅 牵引车货车底盘 2 0 0 08 2 8 6 91 6 3 1 5 73 9 6 9 6 41 3 1 9 l l7 7 4 9 0 1 2 0 0 1 1 4 6 9 8 51 6 2 7 4 73 6 8 6 8 61 4 0 0 1 5 8 1 8 4 3 35 6 2 0 0 22 4 5 4 0 11 6 4 4 9 85 2 0 2 0 01 4 6 5 1 41 0 7 6 6 1 33 1 5 2 0 0 3 2 5 5 7 5 51 3 6 3 7 86 8 2 0 7 81 3 7 2 0 0 1 2 1 1 4 1 11 2 5 2 0 0 43 7 0 7 9 51 7 5 6 4 48 0 8 0 1 81 7 1 4 5 l1 5 2 5 9 0 82 6 0 2 0 0 56 5 8 3 71 1 9 9 1 37 5 4 4 1 l2 2 3 2 8 25 6 8 0 52 9 7 6 8 81 5 1 7 9 3 6o 5 2 0 0 65 5 0 8 21 3 7 1 9 68 5 4 5 0 92 7 0 4 3 09 2 6 6 03 4 1 2 2 81 7 5 1 1 0 51 5 4 图1 12 0 0 0 - 2 0 0 6 年我国载货汽车的产销量 货车的快速发展极大地促进货车生产厂家对新技术的引进，推动了货车技术的进 步，但同时也存在一些问题需要解决。 通过在全国十个省、市、自治区的高速公路和普通收费公路上对货车运行情况的调 研，发现在我国的高速公路和普通收费公路上，载货汽车的空驶比例较大。尤其一些从 2 长安大学硕士学位论文 事单向运输的货运车辆空驶比例高达5 0 ，如集装箱运输车、汽车运输车、液罐车、散 装水泥罐车等。 货车在空载和满载两种不同运行状态下，总重的改变导致货车的质心高度、前后轴 荷、钢板弹簧悬架变形量及整车共振频率等也随之发生改变。更值得指出的是由于货厢 位于货车后方，装载货物之后，车辆总重增加的同时，车辆质心也向后移动。这些技术 参数的变化致使货车的动力性、燃油经济性、行驶平顺性、制动性和操纵稳定性也发生 了改变。但长期以来，货车生产厂家及研究单位认为货车空驶比例很小，因此，目前我 国对载货汽车行驶性能的研究都是针对货车满载或超载运行状态下进行的，对货车空载 或轻载状态下行驶性能的研究没有涉及。 1 1 2 研究目的及意义 由于货车生产厂家对货车空载状态下的行驶性能研究缺位，致使货车在空载运行时 存在一些问题。 如2 0 0 5 年中国重汽集团有限公司生产的8 4 型载货汽车以6 5 k m h 的速度空载行 驶时，经常出现剧烈的整车共振，而在满载行驶时未出现此现象瞳】。货车空载与满载状 态相比，车辆总重、各轴轴荷均发生改变，导致整车共振频率也随之发生改变。当某一 激振频率与空载时整车共振频率接近时，出现空载状态整车共振情况，严重的影响了货 车空载状态的行驶平顺性。厂家仅对货车满载或超载状态下进行试验，未进行空载试验， 才导致以上问题的出现。 货车生产厂家仅给出满载状态下的技术参数值，如最高行驶车速、最大爬坡度、整 车高度等，空载状态下的技术参数值没有给出。实际上，这两种状态下的技术参数是有 差别的。对于厢式货车或罐式货车，如集装箱运输车、液罐车等，空载状态下的整车高 度较满载时高十几厘米，在通过公路桥、铁路桥或涵洞时，如果将满载状态下的整车高 度误认为是空载状态下的整车高度，可能使车辆卡在下面。如果将危险品运输液罐车的 安全阀压坏或罐体压裂，导致危险品泄露，会对社会造成巨大危害。因此驾驶员一定要 清楚货车空载和满载状态下的整车高度，以免发生危险。 具有单向运输性质的载货汽车，如集装箱运输车、液罐车等，空驶比例为5 0 ，即 一半路程为空驶。由于货车在空载和满载这两种状态下的动力性、燃油经济性、行驶平 顺性、制动性和操纵稳定性有较大差异，因此需要对货车在空载和满载两种不同状态下 的行驶性能进行分别研究。 本文对载货汽车在空载和满载状态下的行驶性能进行了对比研究，发现两种不同运 3 第一章绪论 行状态下行驶性能的差异，旨在引起货车生产厂家对货车空载行驶性能的重视，在新产 品开发时综合考虑货车空载和满载状态下的性能，必要时加以辅助设备，使其在两种不 同运行状态下均具有良好的行驶性能。 1 2 论文研究的主要内容及创新点 1 2 1 研究的主要内容 国内高速公路和普通公路上货车空驶现状分析； 货车空驶时的动力性、燃油经济性； 货车空驶时的平顺性； 货车空驶时的制动性能； 货车空驶时的操纵稳定性。 1 2 2 研究的创新点 确定空驶货车比例； 空载货车性能分析。 4 长安大学硕士学位论文 第二章国内货车空驶现状分析 2 1 国内货车空驶比例 2 1 1 高速公路货车空驶比例 ( 1 ) 高速公路线路上货车空驶比例 通过在京沪高速公路六个省市路段的1 5 个收费站和成渝高速公路两个省市路段的 4 个收费站( 包括主线收费站和匝道收费站) 对载货汽车的运行情况进行的调研，统计 出京沪高速公路和成渝高速公路各路段不同方向运行载货汽车的空驶比例【3 】【4 l ，见表2 1 和表2 2 。 表2 1 京沪高速公路各路段货车空驶比例 省份方向货车总数( 辆)空车数( 辆)空驶比例调查时间 上行 1 3 4 2 6 7 45 0 2 2 北京市 2 0 0 5 5 2 6 2 0 0 5 5 2 7 下行 8 0 81 9 52 4 1 3 上行 5 7 61 6 22 8 1 3 河北省2 0 0 5 4 1 4 2 0 0 5 4 1 5 下行1 4 5 6 1 8 l 1 2 4 3 上行 1 2 0 1 2 3 21 9 3 2 天津市2 0 0 5 5 3 0 2 0 0 5 6 1 下行 1 1 9 12 6 52 2 2 5 上行 1 1 0 0 2 8 82 6 1 8 山东省2 0 0 5 4 2 6 - 2 0 0 5 4 2 7 下行 1 3 3 5 2 5 41 9 0 3 上行3 2 3 95 8 01 7 9 1 江苏省 2 0 0 5 5 1 2 2 0 0 5 5 1 3 下行1 5 0 84 4 12 9 2 4 上行 上海市 2 0 0 5 5 17 2 0 0 5 5 1 8 下行 3 0 11 1 63 8 5 4 上行7 4 5 81 9 3 62 5 9 6 合计 下行 6 5 9 91 4 5 22 2 o o 表2 2 成渝高速公路各路段货车空驶比例 省份方向货车总数( 辆)空车数( 辆)空驶比例调查时间 上行 1 0 4 4 2 9 32 8 0 7 重庆市2 0 0 5 6 9 2 0 0 5 6 1 0 下行1 3 0 76 0 64 6 3 7 上行4 7 01 5 03 1 9 1 四川省2 0 0 5 4 11 2 0 0 5 4 1 2 下行 5 4 9 9 31 6 9 4 上行 1 5 1 4 4 4 32 9 2 6 合计 下行 1 8 5 6 6 9 93 7 6 6 第二章国内货车空驶现状分析 ( 2 ) 高速公路网货车空驶比例 通过在山西省、河北省、重庆市、内蒙古自治区高速公路网的多个收费站进行的2 4 小时不间断调研，其中山西省和重庆市高速公路网的调研数据是调查日当天对全省( 市) 高速公路网上运行的全部货车进行调查：河北省和内蒙古自治区高速公路网的调研数据 是调查日当天对部分货车进行调查。统计出上述四个省、市、自治区高速公路网运行载 货汽车的空驶比例【5 叫，见表2 3 。 表2 3 四省市自治区高速公路网货车空驶比例 省份 货车总数( 辆) 空车数( 辆)空驶比例调查时间 山西省5 4 6 8 41 7 6 9 43 2 3 6 2 0 0 6 4 1 8 2 0 0 6 4 1 9 河北省8 3 4 21 6 1 01 9 3 0 2 0 0 6 6 1 2 2 0 0 6 6 1 3 重庆市 2 2 5 0 4 78 6 8 0 33 8 5 7 2 0 0 6 9 1 0 2 0 0 6 9 1l 内蒙古 自治区 3 0 5 37 8 72 5 7 8 2 0 0 6 1 2 9 2 0 0 6 1 2 1 0 2 1 2 普通收费公路货车空驶比例 对在河北省和内蒙古自治区部分普通公路收费站以及吉林省全部普通公路收费站 调查的货车数据进行统计，得出这三省( 自治区) 的货车空驶比例【5 l 【8 】【9 1 ，见表2 4 。由 表中数据可以看出，这三个省( 自治区) 普通收费公路上运行货车的空驶比例分别为 3 3 5 2 、3 7 1 6 和3 9 3 l ，均高于i 3 ，也就是说通过收费站的货车中，平均每三辆货 车中至少有一辆是空车。 表2 4 三省( 自治区) 普通收费公路货车空驶比例 省份货车总数( 辆)空车数( 辆)空驶比例调查时间 河北省 1 1 7 5 2 3 9 3 93 3 5 2 2 0 0 6 6 1 2 2 0 0 6 6 1 3 吉林省 9 6 7 8 43 5 9 6 4 3 7 1 6 2 0 0 6 7 3 l 一2 0 0 6 8 1 内蒙古 2 2 7 48 9 43 9 3 1 2 0 0 6 1 2 9 2 0 0 6 1 2 1 0 自治区 2 2 货车空驶现象分析 江苏省高速公路2 0 0 3 年底实施货车计重收费，并以长江为界分为北网和南网。根 据车辆的进、出高速公路站点将货运车辆分为三种不同车流，根据货运车辆的轴型数据 将货车分成十种主要轴型，得出江苏省高速公路网中不同车流各种轴型货车的空驶比 例。 三种车流分别是穿越型车流、到发型车流和网内车流。穿越型车流是指车辆起止点 6 长安大学硕士学位论文 均不在网内；到发型车流是指车辆起点或终点在网内；网内车流是指车辆起止点均在网 内。 十种主要轴型分别为：l + l 型、l + 2 型轻卡、l + 2 型中卡、i + 2 2 型、l + 2 + 2 型、i i + 2 2 型、i + 2 + 2 2 型、l + 2 + 2 2 2 型、i + 2 2 + 2 2 型、i + 2 2 + 2 2 2 型。每种轴型代码均用货车单边 轮胎数表示、轴与轴之间用“+ ”连接、联轴及双转向轴间“+ 一省略，车辆轴型示意图 见图2 1 。同为i + 2 型货车，由于其整备质量和额定装载质量差别很大，因此又将l + 2 型货车分为l + 2 型轻卡和1 + 2 型中卡。 对2 0 0 5 年江苏省高速公路北网和南网收费系统中运行货车数据进行分别统计【， 见表2 5 、表2 6 、图2 2 和图2 3 。 车辆轴型 图2 1 车辆轴型与代码 7 轴型代码 1 十1 1 十2 i + 2 2 l + 2 + 2 1 1 + 2 2 i + 2 + 2 2 1 + 2 + 2 2 2 1 + 2 2 1 2 2 1 4 2 2 + 2 2 2 = 景岳瞄i 二 嗍 将h婚砸b蜍讲皤薄潭劳串尊 姗的们筒辫娉爵酶分器j匕圈葫司蝌藩龄掣菩瞳蜍情崦蜉&蜜的。o前v 一 + - _- _ - 一 + 玲 的 + 志 - _ + - _ n- _ 簿渴 n 丹 敲 4 - - - 皑 皿 _ 志 的 7 r - j t r 牟 + + + 志 t o n 吣 时 t ot , o - 一 时 - - o oo c 九 q o - 一 c 九 c 丌 c 1 no c 九 qa a 吣 c nc n时 - - 缸 oq - 一 a q c j r l o 止- q 津 oc n o c j r l c n c 丌 西 o o - 一 西 时 o - _ 蚺 - - 皤 港 oc o - 一qi , m , l - 一 - 一 - 一 - _ ooo o 皑 - 一 q o ac 九o 槲 斗斗 o 一 _o - 一 时o a a a - 一 o的 肄 篙 产 - 一 c n a c 丌 西 苫若 咐o 乙高 斗 。 qooq时 q 景霎 买 蓥 o c n ao。 q 葶冰水水毋永 冰 冰 q- - a - 一 c 九 q - 一 - _ q o o n o o 明 ac j r l c n 缸 oo q - 一 肄 o q o dq - 一 a j l - 一- 一 - _ o - 一 aoc n c 九 q n o q 懈 - - 济 a - _ - 一 - - m- _ o o a a 一q q 隧 c n0 1 q- 一- 一 - 一_o a a a时 槲 a i m , t q - 一o o 斗卧 c 丌 c 丌 o - 一 厶 - 一 肄oon 藩 葛 n = - o 吣 吕 - 一一- 一- 一时 婚qqoqa 9 乙 书- 一oao 景 。时o- 一 买 景毋冰术葶冰 o 霎 番 b q 累 n 葶 己n - - - 一 q o oo - 一 c 丌 a a 缸 - 一t oo a 时 - 一 - 一 c j l o 厶o n q时 d a o q n a l 潜 - 一a- 一 oq o oc 丌 o e j r l n。d o 吣n q - 一 翟 q - - 一a吣 晰 蝌 吣 - 一 a - 一 oa a- 一 - _ 一 厶c j l 蝌 n 一 oo c j l _ nc oa q - 一 a d - 一n 肄 藩 - - o - 一 - o c 九o o明 a a时时 咐 oc o o ) - 一a- 一 蝌 qq - 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