10.5 米柴油公交车动力不足爬坡故障改进分析

一、背景

某海拔约 2000 米的高原地区采购了一批 10.5 米公交柴油客车，因当地住户均分布在高原山区道路两旁。车辆运行时需要停在坡道上接送乘客，即需要车辆在坡道上起步。另外部分道路比较狭窄且没有循环道口，需要在坡道上倒坡行驶。然本次 10.5 米柴油公交客车在实际运行过程中，无法顺利在坡道上启停运行，遇到坡道倒车情况，也无法正常倒车；由此，导致车辆停运，造成客户极大不满。

经过现场对接，客户要求的车辆在前进挡时，2 秒左右的时间内相应爬上坡；车辆在倒车爬坡时，在3 秒内相应，并迅速达到最大倒车车速倒上坡；另外，车辆的最大倒车车速在 10km/h 左右。

二、故障失效调研分析

为了解决上述故障问题，提高客户满意度，特成立攻关项目小组，针对车辆匹配及现场进行了调研。本次车辆采用 4*2 后驱动形式布置，发动机为康明斯ISD285-51 发动机，搭载福伊特901 型号自动变速箱。整车整备质量为9.8T，整车最大总质量为16.5T。理论爬坡度为 31% ，满足当地最大爬坡度运行要求。

为进一步了解车辆具体运行情况，项目组前往车辆运行现场调研测试。车辆运行显示发动机激活了排放研读扭矩限制和高原瞬态扭矩限制，导致发动机输出动力变弱。变速箱在实际运行过程中，变化过快，即维持在 1 挡最大档位的时间过短，导致系统的输出扭矩过小。具体变现为以下几个方面。第一、车辆前进挡时，车辆响应时间约在4 秒左右的时间，爬坡过程中有黑烟，爬坡吃力。第二、车辆在倒车爬坡时，响应时间约为9 秒，难以倒上坡，猛踩油门时还有黑烟。第三、车辆在坡道上的最大倒车车速为 5km/h ，平路的最大倒车车速约为 7km/h 。具体测试结果如表1 所示。

表1 现场车辆爬坡测试结果

从上述结果可以看出：发动机与变速箱的配合过程中，发动机没有发挥出最佳的扭矩数值；且自动变速箱在运行过程中，因为响应时间过程，变速箱速比变化较快，系统输出的扭矩不足以支持车辆爬坡。另外，现场调整发动机程序，是发动机烟雾限制放开，提高输出扭矩。但是，在放开烟雾限制后，发动机爬坡扭矩增大，排放严重超标，冒黑烟，无法实施此措施。

三、改进措施

本次 10.5 米柴油公交客车采用的是自动变速箱配置，与传动的手动变速箱存在一定的差异。其中，最大倒车速度由系统匹配的最大车速决定，具体为10% 最大车速值。该车辆最大车速为 100km/h 。另外，项目组针对本次系统进行了逐项的分析。第一、发动机自生需要根据曲线进行优化，选择合适的增压器，以便于提升低速动力与响应，发动机确保输出动力行为与理论一致。另外，程序方面，发动机需要进行优化，提高发动机起步时的动力扭矩，同时拉长发动机最大扭矩转速区间。由此，便可以确保发动机在低速时具有较大的扭矩值，使车辆可以爬坡或者倒坡。

康明斯发动机本身必须解决发动机在客户端的实际动力输出与排放限制的问题，同时搞清楚发动机工作性能与进气温度的关系。因为实测发动机性能与进气温度存在关联逻辑，只有规避温差对扭矩的限制，才能确保车辆在运行过程中不会因为温度升高，而使发动机扭矩降低。第三、优化自动变速箱换挡曲线，使得车辆达到一定速度值后，变速箱在启动变档程序，车辆升档。（升档后，变速箱速比变小，动力系统的总输出扭矩就变小了，不利于车辆爬坡等）；或者优化程序，使得变速箱换挡平顺性更佳，缩短档位之间的换挡时间，提高响应效率。第四、如果发动机更换增压器依旧不能满足初始动力性能，福伊特更换更小的 V 泵轮来适用发动机的实际性能，即优化变速箱内部泵，将大的变扭矩器更换为小的变扭矩器，使得变速箱变换速度更低，可确保车辆倒车时档位变化慢，确保车辆倒车时，动力系统扭矩处于更大数值。如此，将确保倒车性能接近初始状态，但是系统总扭矩值依然取决于发动机具有正常动力输出与响应。

四、测试验证分析

通过上述优化改进，整车爬坡及坡道倒车测试等，有明显的改进。首先，车辆爬坡测试时，车辆响应时间约在 2 秒左右的时间，爬坡过程中无黑烟，爬坡流畅。其次，车辆在坡道上倒车时，响应时间为 3 秒，踩油门可以顺利坡道倒车，坡道最大倒车速度约为 7km/h。另外，平路倒车最大倒车车速为 9km/h ，与理论设计基本保持一直，客户认可。

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