载货汽车技术发展及未来趋势展望

伍赛特

上海汽车集团股份有限公司

摘要：本文着重阐述了载货汽车的重要技术领域,并对其未来应用前景进行了展望。在国民经济飞速发展的今天,公路运输依然有着无可替代的重要性。载货汽车作为实现公路货物运输的载运工具,其所具备的独特优势自然不言而喻。随着相关技术的不断发展及完善,载货汽车必将有着更加广阔而美好的应用前景。

关键词：载货汽车;传动系;电控技术;行驶系;发动机;

载货汽车的技术发展源于19世纪20年代。当时,世界范围内一些规模较大的城市逐步创建了工业企业,并提供了相应的就业岗位,随之运输和交通等问题随即成为了迫切需要解决的问题。据此要求企业需将原材料和半成品长途运输至外地并进行继续加工,之后将产品运到外地销售。同时需要为聚居在工业中心的工作人员供应食品和日常生活用品。在该技术需求下,载货汽车作为一类重要的公路货运方式逐渐受到了关注,并于近两百年来得到了长足的技术发展。

1 载货汽车

一项产品当前的技术水平是基于前瞻研究和开发的成果,实现大规模量产是其最终目的。对于载货汽车而言,采用机电装置或电子装置替代传统机械装置是一项显著的发展趋势,而空气动力学、热力学规律等相关技术理论在研发过程中的重要性不言而喻。

2 载货汽车传动系及其技术发展

包括柴油脱硫在内的“清洁”柴油机的研发需要投入大量的研究经费。在今后数年中,随着排放标准的实施,排放要求更加严格,基于载货汽车的研发经费数额会随之进一步增加。巨大的研发费用必然要求着风险的共同承担以及项目上的相互合作,以此可发挥互相配合协作的优势。

共轨喷油系统将得以进一步推广,而与此同时排放标准将越来越严格,在将来,除了对电动汽车及发动机电控系统进行进一步的开发和改进外,对燃油喷射进行优化改良同样重要,而发动机附属设备的费用将更高。直列式发动机和V形发动机两类机型将会并驾齐驱。车用电驱系统通常具有一系列的辅助功能,如制动能量回收,将获得的制动能量用于起动助力,并给电气设备供电。

随着目前在城市客车上应用的电驱动技术的不断进步,对制动能量的回收显得越来越重要。可通过电机起动汽车,或者在短暂爬坡时协助柴油机一同作为动力源,因整体重量增加而增加的费用可通过选用额定功率较低的柴油机而得以弥补。

3 汽车列车技术

采用带多个挂车的汽车列车,可有效提升运输效率,整车的有效载荷与静载荷之比得到改善,油耗下降。就实际而言,汽车列车用于载货并无技术限制。在世界范围内。其速度最高可达130km/h,但其具体应用则受当地政治和法规的约束。

同时,载货汽车列车不适合在地貌复杂的道路上行驶,为此,需要挖凿隧道,某些情况下还需调整道路走向。尽管其在公路货物运输领域可谓优势突出,但其技术弊端依然不容小觑。

4 电子技术和遥控技术在载货汽车领域的应用

电子装置和系统一定程度上决定了汽车未来的技术水平。驾驶辅助装置可谓重中之重,其有助于提高道路交通的安全性。驾驶辅助装置需对驾驶员起到相应协助作用,因为驾驶员在安全系统中是相对薄弱的一个环节。

距离控制装置由雷达和调节距离的速度控制器组成,当接近前方的行驶车辆时,系统会进行自动制动,将间距调节到必需的安全距离。其不仅可在高速行驶时起作用,在交通拥堵时还能帮助车辆即时启停。偶然的行驶轨迹偏离也是交通事故的根源之一,为此可通过相应的辅助系统得以解决,还可通过自动化或自动控制的变速器换档减轻驾驶员的负担,相关的研发工作正在全面开展。

另一种安全辅助系统是由电控装置和盘式制动器组成的气动制动装置,主要用于提高主动安全性。采用电子稳定调节器和电子稳定程序可减少驾驶员的失误率,避免车辆在极端情况下出现倾覆的严重事故。

上述系统将来同样需应用至挂车和半挂车上。为此需将牵引车和挂车间的诊断通信实现标准化,这是随车诊断和远程服务技术应用的基础,因而需实现不同车载设备的兼容性。ISO 1992对牵引车和挂车间的通信进行了标准化处理,但各制造商生产的数据总线却各不相同。电子技术在运输业中的应用明显增加,将来一个重要的发展趋势是将挂车或半挂车的数据集成为一体。

CAN数据总线用于传递来自发动机、变速器、制动装置以及其他组成部分的数据,为了推进其标准化进程,Daimler Chrysler公司、MAN公司及Volvo公司已就汽车数据方面达成共同议定书,用于车辆管理系统。世界范围内许多公司已开始对此开展研发工作,并准备实行全新的技术标准。

5 载货汽车行驶系和驾驶室技术的发展

减振系统的进一步发展使整车行驶系取得了显著的技术进步。铰链较少、零件较少、重量轻的稳定杆已应用至导向轴中。对转向轮的独立悬架也进行了相关研究,但考虑到成本的因素,MAN公司放弃了在重型载货汽车上应用该技术。重量更轻的双曲线齿轮轴得以广泛应用。Mercedes—Benz公司的新型车HL6采用压制的钢板结构比现在采用的铸造结构轻了80kg,并将其推广到另外的车型上。

多轴底盘前、后从动轴的转向在未来数年间将会受到更多关注,其目的是减小轮胎磨损和提高转向的灵活性。供货商提供机械转向和电子控制转向系统,同时也提供具有转向功能的驱动轴。轮胎也随之成为一项设计元素,通过胎面形态设计可减少车辆滚动噪声。在部分载货汽车和城市客车上,已经出现了采用单个宽轮胎取代双轮胎的技术方案。

车用底盘可实现通用,与各种特殊运输任务的匹配则是车身制造商需要考虑的事情。但依然需重点投入行驶系和传动系的设计中。对于半挂车牵引车而言,也需对行驶系和传动系进行专门设计。这些独特的解决方法由于车辆的自由度受到限制,不适用于长途运输车,只适用于规定线路的厂内运输。

Volvo公司正致力于开发长头半挂牵引车,其特殊的外形具有较好的视觉效应。由于世界各国立法环境以及长途行驶道路条件之间的显著差异,将来也难以趋向统一化。为满足空气动力学的技术需求,驾驶员的工作位置应尽可能地移向中间,为此几乎全新的驾驶室内部设计方案正在逐渐成型。

6 载货汽车用发动机的技术发展及未来展望

随着全球经济一体化和电子商务的不断推广,货物运输量亦随之增加。而与此相比,运输能力的增长潜力则是相对有限的,为此需提高载货汽车的载货能力。除了采用智能物流方案外,亦需对汽车自身进行技术优化,在此前提下,才能在运输任务增加的情况下使运输符合生态要求,实现经济效益。

这就意味着,未来的载货汽车需不断扩大装载空间,并尽可能地提高载重量。从立法角度来考虑,大幅增加许可的总重量是无法实现的。这就意味着应减小汽车自重以增加载重量。为实现该目标,车用发动机起着至关重要的作用,其动力性指标,如单位体积功率和比功率,以及有效功率是提升整车运输性能的重要影响因素。

如同燃油消耗率、维修费用和整机价格是主要的成本因素一样,发动机的可靠性、耐久性与安全性是载货汽车的重要使用因素。实现尽可能低的使用成本应该是未来发展的目标。此外,发动机仍需符合时下的排放标准,以此可使载货汽车产品在市场上更为畅销。而载货汽车用发动机的发展受到环境保护和经济法规的严格限制,从最初的方案设计到最终的产品推广,环境和经济法规一直是产品开发的重要参照准则。

共轨喷油系统目前也在载货汽车发动机上得以应用。随着发动机功率的不断提升,共轨喷油系统提供了更为灵活、高效的喷油过程。为了有效满足未来的排放限值。以当前的技术水平来看,在批量生产中需进行有效的废气后处理。目前依然有一些尚未得以解决的课题,如含硫物质处理及车载诊断系统,在进行大批量生产之前,此类问题均需得以解决。

载货汽车用发动机的技术发展趋势是,尽可能采用简单的基本设计和高集成、多功能的辅助组件。由此可为生产、加工过程及随后的维修保养带来诸多技术便捷性。标准发动机总成,包括在大功率要求的情况下,均采用直列式6缸发动机,因为其与V形发动机相比具有结构方面的优势。

在世界范围内,总工作容积为12L、比功率为30kW/L、有效功率为368kW的先进机型已在重型长途运输汽车上得以应用。在额定功率下,其平均有效压力为2 MPa,在最大输出转矩的情况下,其平均有效压力为2.5 MPa。增压为发动机动力性能的提升起到了决定性的作用。

为了在固定的燃烧方式基础上实现无烟燃烧,需使增压压力必须显著高于0.3 MPa。尽管这样的增压压力通过现代的VTG增压机进行一级增压即可实现,二级增压依然有其存在的意义,因为通过二级增压可以覆盖低转速范围,改善发动机的瞬态工况特性。采用增压空气冷却则可进一步改善发动机的性能。

在排放法规限值日趋严苛,对驾驶室舒适性的要求日益提升的背景下,对整车声学的研究显得愈发重要。因此,将来在驱动设计的早期阶段即需考虑该方面的因素。在此,必须应用现代的设计方法(CAD、CAE、FEM),借助其可在设计的早期阶段预先计算出声学特性,并能够通过有目的的改型影响其特性。将动力总成支承与定义的传递函数结合起来,目前已经可合成汽车内部噪声,并能模拟驾驶员的主观感受。