汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配

汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配主講人：宋傳學(xué)教授單位：吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院２００7年12月15日第一章概述研究必要性傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車仍是主要運(yùn)輸工具，其經(jīng)濟(jì)性直接決定我國(guó)的能源需求量從動(dòng)力傳動(dòng)系匹配方面提高汽車燃料經(jīng)濟(jì)性仍有潛力可挖。動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的預(yù)測(cè)計(jì)算是提高汽車動(dòng)力傳動(dòng)系設(shè)計(jì)的有效手段動(dòng)力傳動(dòng)系的合理匹配對(duì)改善汽車排放性也很有幫助。降低汽車燃油消耗措施提高汽車行駛效率提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能開(kāi)發(fā)新型動(dòng)力

優(yōu)化匹配動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)國(guó)外研究情況1972年，美國(guó)通用汽車公司首先開(kāi)發(fā)了汽車動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性的通用預(yù)測(cè)程序GPSIM，該程序可以模擬汽車在任何行駛工況下的瞬時(shí)油耗、累積油耗、行駛時(shí)間和距離，預(yù)測(cè)汽車設(shè)計(jì)參數(shù)如重量、傳動(dòng)系速比、空氣阻力系數(shù)等的變化對(duì)性能的影響。有福特汽車公司的TOEFP軟件，康明斯公司的VMS軟件等。奧地利AVL公司開(kāi)發(fā)的CRUISE軟件?？蓪?duì)內(nèi)燃機(jī)汽車、混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車進(jìn)行動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性計(jì)算。美國(guó)能源部開(kāi)發(fā)的ADVISOR軟件（主要做混合動(dòng)力，電動(dòng)汽車的性能預(yù)測(cè)計(jì)算）國(guó)內(nèi)研究情況國(guó)內(nèi)此類研究開(kāi)展的較晚，特別是該類軟件開(kāi)發(fā)方面較國(guó)外落后很多。一汽汽研所進(jìn)行了較深入的研究，開(kāi)發(fā)有汽車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算軟件EP。吉林大學(xué)，江蘇理工大學(xué)等學(xué)校也開(kāi)展這方面的研究。其中吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院目前在開(kāi)展考慮排放約束的動(dòng)力傳動(dòng)系匹配方法。開(kāi)發(fā)有模擬計(jì)算軟件AutoDyn。第二章

汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)體系§2－1汽車動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)最高車速：指汽車在水平良好的路面上所能達(dá)到的最高行駛速度，它是一種極限能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。加速性能：它的評(píng)價(jià)指標(biāo)很多，歐美國(guó)家常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)采用汽車油門全開(kāi)時(shí)的加速距離和時(shí)間；也有的國(guó)家采用油門全開(kāi)時(shí)加速到最高車速一半的時(shí)間和距離。當(dāng)今汽車界通常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來(lái)表示汽車的加速性能。原地起步加速時(shí)間系指用一檔或二檔起步，按最佳換檔時(shí)機(jī)逐次換至高檔，油門開(kāi)度保持全開(kāi)，加速至某一預(yù)定的距離或車速所需的時(shí)間。超車加速時(shí)間系指用最高檔或次高檔由某一較低車速在油門全開(kāi)的情況下，加速至某一高速所需要的時(shí)間。爬坡性能：汽車的爬坡性能是用滿載時(shí)汽車在良好路面上的最大爬坡度表示的。顯然，最大爬坡度是指一檔爬坡度。另外有的國(guó)家規(guī)定在常遇到的坡度上，以汽車必須保證的車速來(lái)表明它的爬坡能力?？刂七@個(gè)指標(biāo)可以保證各種車輛的動(dòng)力性相差不致太懸殊，以維持路面上各種車輛暢通行駛?！?－2汽車燃料經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)等速燃料經(jīng)濟(jì)性：它是一種常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，它指汽車在額定載荷下，以最高檔在水平良好路面上等速行駛100km的燃油消耗量。但這種評(píng)價(jià)方法沒(méi)有反映出汽車實(shí)際行駛中受工況經(jīng)常變化的影響。多工況燃料經(jīng)濟(jì)性：汽車多工況循環(huán)模式，是在大量進(jìn)行汽車實(shí)際行駛工況調(diào)研和統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上獲得的，因而采用多工況循環(huán)試驗(yàn)規(guī)范獲得的汽車燃料經(jīng)濟(jì)性更接近實(shí)際行駛狀況。自70年代起，各國(guó)為了能正確地模擬汽車行駛工況，在測(cè)定汽車典型使用工況的基礎(chǔ)上，制訂了各種試驗(yàn)規(guī)范，如聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)頒布的ECE15循環(huán)工況；美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)SAE制訂的燃料經(jīng)濟(jì)性測(cè)量道路試驗(yàn)程序J1082b；我國(guó)的載貨汽車六工況試驗(yàn)循環(huán)JB3352、城市客車四工況試驗(yàn)循環(huán)JB3972等。目前我國(guó)分別新發(fā)布了乘用車與商用車輛燃料消耗量試驗(yàn)方法（GB／Tl2545.1-2001、GB／T12545.2-2001）

并以這些試驗(yàn)循環(huán)的百公里燃油消耗量來(lái)評(píng)價(jià)相應(yīng)行駛工況的燃料經(jīng)濟(jì)性?！?－3汽車動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性的綜合評(píng)價(jià)汽車動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)該能定量反映汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配的程度，能反映出發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮程度，能夠提示汽車實(shí)際行駛工況所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況與其理想工況的差異，能夠提示動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)改善的潛力和可能的途徑。動(dòng)力性能發(fā)揮程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)——驅(qū)動(dòng)功率損失率汽車的動(dòng)力損失圖圖2－1汽車驅(qū)動(dòng)力損失圖2－1為裝有四檔變速器的汽車驅(qū)動(dòng)力與車速關(guān)系曲線圖，曲線上方的區(qū)域?yàn)橐虬l(fā)動(dòng)機(jī)功率所限汽車不能達(dá)到工作范圍，下方的陰影部分為汽車驅(qū)動(dòng)力損失的工作區(qū)。在汽車前進(jìn)檔數(shù)一定的條件下，優(yōu)選變速器各檔的傳動(dòng)比使汽車的實(shí)際驅(qū)動(dòng)特性最接近理想特性，即上圖陰影面積最小。驅(qū)動(dòng)功率損失率定義驅(qū)動(dòng)功率損失率反映了實(shí)際汽車動(dòng)力傳動(dòng)系特性與理想的動(dòng)力傳動(dòng)系的差距，也能反映汽車動(dòng)力性的大小與汽車動(dòng)力性能的發(fā)揮程度。值越小，發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系在動(dòng)力性能方面匹配得越好。理想驅(qū)動(dòng)力曲線下覆蓋的面積：定義驅(qū)動(dòng)功率損失率（2－8）——發(fā)動(dòng)機(jī)在第j檔時(shí)的轉(zhuǎn)速工作范圍。（2－9）經(jīng)濟(jì)性能發(fā)揮程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)——有效效率利用率汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用中，很少是完全沿著速度特性或負(fù)荷特性曲線工作的，也就是說(shuō)，它的工作范圍在以轉(zhuǎn)速和負(fù)荷（轉(zhuǎn)矩）構(gòu)成的二維平面的特定區(qū)域，其燃油消耗率不僅取決于這個(gè)區(qū)域的位置、形狀、大小，而且取決于在不同區(qū)域的持續(xù)時(shí)間。從經(jīng)濟(jì)性考慮，希望內(nèi)燃機(jī)工作在其經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)。內(nèi)燃機(jī)有效效率發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況有效效率利用率汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配的綜合指標(biāo)——汽車能量利用率汽車的能量利用率是一個(gè)新的概念，它統(tǒng)一了兩個(gè)相互制約的概念，燃料經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)率。從能量的觀點(diǎn)看，可為獲得最高的生產(chǎn)率和燃料經(jīng)濟(jì)性，需要盡可能減少汽車行駛過(guò)程中不必要的能量損耗，即以較少的燃油消耗完成一定的運(yùn)輸工作量。汽車的能量利用率是指燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)為汽車有用功的效率。在這里，傳統(tǒng)的力學(xué)和熱力學(xué)效率完全不適用，這是因?yàn)槠嚒緳C(jī)——道路系統(tǒng)中存著非保守特性和概率特性，如汽車運(yùn)輸過(guò)程中的全部機(jī)械功終將轉(zhuǎn)化為摩擦熱而消耗掉，有用功為零。故不便簡(jiǎn)單地采用熱機(jī)效率的概念。汽車行駛的能量能量利用率定義汽車能量利用率計(jì)算能量利用率的意義從能量利用率的推導(dǎo)過(guò)程可以看出，這個(gè)指標(biāo)已把發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的固有特性與汽車實(shí)際行駛條件相結(jié)合，既反映了汽車具有的能力，又反映了汽車的實(shí)際使用效果，因此用它作為汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)合理匹配綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，既反映汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與使用工況匹配程度，又能提示動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)改善的潛力和途徑。第三章

汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的模擬計(jì)算方法發(fā)動(dòng)機(jī)模擬計(jì)算模型汽車動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算中，首要的問(wèn)題是發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的正確建立。發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的描述，包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)外特性（使用外特性，對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，是功率特性）和發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性。描述發(fā)動(dòng)機(jī)性能特性的方法很多，其中有表格法、插值法和模型法。前兩種方法精確度較高，但占用內(nèi)存較多、運(yùn)算速度慢，故目前大都采用數(shù)學(xué)模型法。對(duì)于已知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其使用外特性可以看作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一元函數(shù)，用最小二乘法擬合獲得；而萬(wàn)有特性可以看作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的二元函數(shù)，用曲面擬合法獲得。限于發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)，目前還主要是利用穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的模型近似代替非穩(wěn)定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)特性?？紤]到發(fā)動(dòng)機(jī)在加速工況時(shí)，其轉(zhuǎn)矩較穩(wěn)定工況有所下降，燃油消耗率有所上升，一般認(rèn)為其轉(zhuǎn)矩下降量與曲軸角加速度成線性關(guān)系，可以采用修正系數(shù)法來(lái)考慮這種影響，借以減少穩(wěn)態(tài)工況代替瞬態(tài)工況帶來(lái)的誤差。發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性模型的建立某發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性模型的建立某直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（本經(jīng)驗(yàn)公式是統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)外十幾種發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)得到的，公式簡(jiǎn)單明了，十分接近實(shí)際情況）：汽油機(jī)：I=0.1Volume;（kgM2）…3.10柴油機(jī)：I=0.2Volume;（kgM2）…3.11式中：Volume：排量（L）非穩(wěn)定工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的修正汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間處于非穩(wěn)定工況，而非穩(wěn)定工況下的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定工況特性顯然是不相同的。目前，雖然能夠說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)非穩(wěn)定工況的一般規(guī)律，但對(duì)它的研究還是不夠的。試驗(yàn)表明：汽車加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的下降與曲軸角加速度成線性關(guān)系，并且下降量不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的4％~5％。變速器的數(shù)學(xué)模型變速器的數(shù)學(xué)模型比較簡(jiǎn)單，是一個(gè)可以換檔的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，各檔位有各自不同的傳動(dòng)效率，典型的5檔變速器的傳動(dòng)效率見(jiàn)表3-1。表3-1典型5檔變速器的傳動(dòng)效率檔位三軸式變速器轎車雙軸式變速器一檔0．960．97二檔0．9650．975三檔0．970．98四檔0．99（直接檔）0．985五檔0．970．98驅(qū)動(dòng)橋效率變化特征分析驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)效率主要與輸入扭矩和輸入轉(zhuǎn)速這二個(gè)參數(shù)有關(guān)。扭矩越小效率越低；轉(zhuǎn)速越高，效率越低。以下是原因分析：軸承的預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力矩基本是一個(gè)常數(shù)，攪油損失產(chǎn)生的阻力矩只與轉(zhuǎn)速有關(guān)，與輸入扭矩?zé)o關(guān)。所以，在小輸入扭矩狀態(tài)下，上述兩項(xiàng)阻力矩占整個(gè)輸入扭矩的比例較大，所以輸入扭矩越小，效率越低；反之，在大輸入扭矩狀態(tài)下，上述兩項(xiàng)可以忽略，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，在輸入扭矩大于20％最大允許輸入扭矩時(shí)，阻力矩主要來(lái)自傳動(dòng)齒輪的摩擦，由于摩擦系數(shù)接近常數(shù)，所以傳動(dòng)效率基本不變。圖3.4為兩種驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)效率隨載荷的變化曲線，試驗(yàn)溫度為80℃，輸入速度為260r/min，兩種橋的最大允許輸入扭矩都約為10000Nm。橋的傳動(dòng)效率隨載荷變化曲線3.4為兩種驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)效率隨載荷的變化曲線，試驗(yàn)溫度為80℃，輸入速度為260r/min，兩種橋的最大允許輸入扭矩都約為10000Nm。輸入扭矩小于2000Nm時(shí)橋的傳動(dòng)效率隨載荷變化曲線驅(qū)動(dòng)橋效率模型單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋最高傳動(dòng)效率一般在0.96到0.94之間。國(guó)內(nèi)中重型車的一般水平在0.95左右，輕型車一般為0.96，轎車大約在0.96到0.97之間。當(dāng)輸入扭矩大于0.2倍的最大允許輸入扭矩時(shí)，效率約等于最高傳動(dòng)效率，是一個(gè)常數(shù)；當(dāng)輸入扭矩小于0.2倍的最大允許輸入扭矩時(shí)，效率按經(jīng)驗(yàn)公式3.12計(jì)算。式中：x=M_in/(Min_max/5)。M_in：輸入扭矩（Nm）。Min_max：最大允許輸入扭矩（Nm）。：驅(qū)動(dòng)橋最高效率（典型值為0.95～0.96）。驅(qū)動(dòng)橋效率擬合曲線圖3.6是按3.12式計(jì)算所得的驅(qū)動(dòng)橋效率擬合曲線。為使計(jì)算簡(jiǎn)便，忽略了轉(zhuǎn)速對(duì)傳動(dòng)效率的影響。從圖3.6分析，轉(zhuǎn)速對(duì)傳動(dòng)效率的影響較小，所以忽略轉(zhuǎn)速對(duì)效率的影響不會(huì)帶來(lái)很大的計(jì)算誤差。汽車換檔規(guī)律的處理機(jī)械變速器是否需要換檔，取決于駕駛員對(duì)汽車行駛條件以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的判斷。行駛中，駕駛員嚴(yán)格遵守道路環(huán)境對(duì)速度的限制；在未達(dá)到對(duì)速度的限制時(shí)，可以充分發(fā)揮汽車的動(dòng)力性；在滿足上述條件時(shí)，應(yīng)考慮汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性，盡量利用高檔行駛。最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律在動(dòng)力性模擬計(jì)算中使用了保證最佳動(dòng)力性的換檔規(guī)律，即認(rèn)為與盡可能在較低檔位行駛。關(guān)鍵問(wèn)題是換檔點(diǎn)的選擇，目前有兩種判斷方法：一種是以同一車速下各檔加速度的大小作為換檔依據(jù)；另一種是以同一車速下各檔驅(qū)動(dòng)力的大小作為換檔依據(jù)。模擬計(jì)算中，對(duì)駕駛員換檔規(guī)律規(guī)定：1．當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于其最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，由高檔換入低檔；2．當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最大轉(zhuǎn)速時(shí)，由低檔換入高檔；3．當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速介于最大和最小轉(zhuǎn)速之間時(shí)，若高檔加速度大于低檔加速度時(shí)，應(yīng)由低檔換入高檔。最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律在燃料經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算中使用了保證最佳經(jīng)濟(jì)性的換檔規(guī)律。這里也有兩種判斷方法，一種是在汽車加速度大于零情況下，盡可能采用高檔行駛；另一種是以發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率作為換檔依據(jù)，保證汽車總是以使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率最小的檔位行駛。模擬計(jì)算中，對(duì)駕駛員換檔規(guī)律規(guī)定：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于其最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，由高檔換入低檔；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最大轉(zhuǎn)速時(shí)由低檔換入高檔；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速介于其最大和最小轉(zhuǎn)速之間時(shí)，若高檔加速度大于零時(shí)，應(yīng)由低檔換入高檔。當(dāng)行駛阻力大于牽引力時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，則不換檔，反之應(yīng)換入低檔?！?－3汽車動(dòng)力性模擬計(jì)算方法各檔動(dòng)力因數(shù)計(jì)算最大爬坡度的計(jì)算汽車最高車速的計(jì)算汽車加速性能的計(jì)算起步能力計(jì)算各檔動(dòng)力因數(shù)計(jì)算續(xù)續(xù)15噸汽車動(dòng)力特性圖最大爬坡度的計(jì)算某15噸汽車最大爬坡度計(jì)算結(jié)果某15噸車加速特性計(jì)算結(jié)果滾動(dòng)阻力系數(shù)計(jì)算輪胎綜合滾動(dòng)阻力系數(shù)轎車低壓子午胎：f=0.01376×(1+Va×Va／40566)適用車速：220km/h以下。輕型車斜膠胎：f=0.0108×(1+Va×Va／19440)適用車速：130km/h以下。輕型車子午胎：f=0.0108×(1+Va×Va／40566)適用車速：150km/h以下。中重型斜膠胎：f=0.00717×(1+Va×Va／19440)適用車速：130km/h以下。中重型子午胎：f=0.00717×(1+Va×Va／40566)適用車速：150km/h以下。式中：Va：車速（km/h）f：綜合阻力系數(shù)上述滾動(dòng)阻力系數(shù)f，實(shí)際上包括了輪胎的滾動(dòng)阻力、變速器及驅(qū)動(dòng)橋的攪油損失等等因素。所以更貼切的，應(yīng)該名之為“綜合阻力系數(shù)”，它反映的是用滑行法測(cè)得的綜合阻力的大?。ǔ諝庾枇ν獾乃凶枇Γ＞C合阻力系數(shù)f及空氣阻力系數(shù)Cd的獲取綜合阻力系數(shù)f的經(jīng)驗(yàn)公式是這樣確定的，以中重型輪胎為例：首先根據(jù)滑行阻力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出滑行阻力—車速曲線圖3.7和圖3.8是解放牌某2種中重型車型的滑行阻力試驗(yàn)結(jié)果及2次擬合方程。

圖3.7某14噸車滑行阻力-車速擬合曲線圖3.8某12噸滑行阻力-車速擬合曲線汽車最高車速的計(jì)算汽車最高車速是指在良好的水平路面上汽車所能達(dá)到的最高車速。根據(jù)功率平衡原理，發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線（直接檔或最高檔）與汽車行駛阻力功率曲線相交點(diǎn)處的車速，便是汽車最高車速。汽車加速性能的計(jì)算起步連續(xù)換檔加速過(guò)程框圖起步能力計(jì)算S=(78.5495*Te*Rt*Ra)/(GW*r)…3.4式中：S：起步能力（%）Te：離合器接合時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，通常對(duì)大型柴油機(jī)可取發(fā)動(dòng)機(jī)800r/min時(shí)的扭矩，對(duì)于小型發(fā)動(dòng)機(jī)，可以取1000r/min時(shí)的扭矩（kg.m）；Rt：變速器的最低檔速比；Ra：主減速比；r：輪胎的滾動(dòng)半徑（m）；GW：車輛總重（包括掛車）（kg）起步能力的物理意義起步能力的物理意義是：汽車在這樣大的坡路上能夠起步。注意不能與最大爬坡度混淆，最大爬坡度的概念是汽車已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)中，能夠爬上的坡度。設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)中重型車的起步能力有一定的要求：S=16%公路用車最低要達(dá)到16；S=25%工程用車最低要達(dá)到25；S=30%使用條件極其惡劣的越野車最低要達(dá)到30％。對(duì)于輕型車和轎車，一般起步能力比上述要求還要大。但主要考慮的已經(jīng)不是汽車起步的能力，而是為了保證汽車具有足夠的加速能力，起步能力自然就比較大。等速燃料經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算等速油耗計(jì)算框圖某15噸車等行駛?cè)剂舷奶匦云嚩喙r燃料經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法多工況循環(huán)試驗(yàn)是不同強(qiáng)度的加速、減速和等速三種行駛工況連續(xù)循環(huán)的組合，其速度歷程總可以表示為隨時(shí)間變化的分段函數(shù)，即：。多工況燃料經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算就是這三種工況油耗計(jì)算的綜合。等速過(guò)程加速過(guò)程15噸車高擋加速過(guò)程燃料消耗特性減速過(guò)程多工況循環(huán)試驗(yàn)的百公里油耗；多工況循環(huán)試驗(yàn)的油耗Q就是上述三種過(guò)程油耗量的總和，于是整個(gè)循環(huán)試驗(yàn)的百公里油耗可按下式計(jì)算式中：S——循環(huán)試驗(yàn)總行駛距離（m）；——燃油密度多工況燃料經(jīng)濟(jì)性計(jì)算流程圖某汽車多工況行駛負(fù)荷變化特性多工況行駛瞬時(shí)燃料消耗量第四章

汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化優(yōu)化問(wèn)題概述我們?cè)谧鲆磺泄ぷ鲿r(shí)，總是有很多方案可選用，優(yōu)化問(wèn)題就是從這眾多可選方案中找出最好的方案。其實(shí)質(zhì)是在現(xiàn)有條件下，使我們所期望的目標(biāo)值達(dá)到最大。如在汽車生產(chǎn)中，在保證汽車質(zhì)量的前提下，選擇最合理的生產(chǎn)過(guò)程，使生產(chǎn)費(fèi)用最省。在生產(chǎn)、科研領(lǐng)域中，普遍存在著這種是最優(yōu)化問(wèn)題。最優(yōu)化技術(shù)就是研究最優(yōu)化問(wèn)題的一門學(xué)科。它研究和解決如何在一切可能的方案尋求最優(yōu)化的方案。換言之，最優(yōu)化技術(shù)研究和解決兩大類問(wèn)題：如何將最優(yōu)化問(wèn)題表示成數(shù)學(xué)模型；如何根據(jù)數(shù)學(xué)模型盡快地求出最優(yōu)解。優(yōu)化技術(shù)發(fā)展電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展為最優(yōu)化技術(shù)提供了有力的計(jì)算工具也對(duì)應(yīng)優(yōu)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用。由于最優(yōu)化技術(shù)是要在一切可能的方案中尋求最優(yōu)的方案，往往需要進(jìn)行大量的計(jì)算。若沒(méi)有電子計(jì)算機(jī)而用人工進(jìn)行計(jì)算，不僅工作量很大，且有時(shí)是難以實(shí)現(xiàn)的，而有了計(jì)算機(jī)這一有效的計(jì)算工具，就使得最優(yōu)化技術(shù)得以迅速發(fā)展。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)速個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科產(chǎn)生了十分深刻的影響，使許多過(guò)去無(wú)法解決的關(guān)鍵性問(wèn)題獲得了重大突破，并取得顯著經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種新興的技術(shù)在汽車產(chǎn)品中的應(yīng)用也逐漸深入，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到應(yīng)用都普遍采用優(yōu)化技術(shù)提高產(chǎn)品性能，降低生產(chǎn)成本。傳動(dòng)系參數(shù)與動(dòng)力性燃料經(jīng)濟(jì)性間關(guān)系分析發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性曲線與汽車行功率的合理匹配問(wèn)題，可由傳動(dòng)系來(lái)解決。傳動(dòng)系參數(shù)對(duì)汽車的行駛功率和燃油消耗量有著決定性的影響，改變傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，使汽車的常用工況處于發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線的最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)，那么一定能有效地降低汽車的燃油消耗。傳動(dòng)系的參數(shù)包括：變速器的速比范圍，檔位數(shù)，速比分配規(guī)律和驅(qū)動(dòng)橋速比等。對(duì)傳動(dòng)系參數(shù)選擇的基本要求是：檔位數(shù)適當(dāng)；速比合適；輕量小型；傳動(dòng)效率高、操縱感覺(jué)好；振動(dòng)、噪聲特性好；耐久性好；成本低廉；拆卸、裝配、維修方便汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析用于分析傳動(dòng)系參數(shù)與動(dòng)力傳動(dòng)系合理匹配間關(guān)系的工具是汽車動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算方法。通過(guò)計(jì)算獲得的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)在以汽車原地起步連續(xù)換檔加速時(shí)間為縱坐標(biāo)，多工況循環(huán)模式燃料經(jīng)濟(jì)性為橫坐標(biāo)的圖上為一點(diǎn)。在一定范圍內(nèi)，連續(xù)改變驅(qū)橋速比，就可得到一條描述由驅(qū)動(dòng)橋速比改變而引起的動(dòng)力性隨燃料經(jīng)濟(jì)性變化的曲線。同樣改變變速器各檔速比等參數(shù)，也可以獲得類似的曲線，根據(jù)這些曲線，可以定量分析傳動(dòng)系參數(shù)改變時(shí)，對(duì)整車動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性的影響。速比范圍的影響傳動(dòng)比的范圍要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、汽車最高車速、最低車速和使用條件等要求而確定。最大傳動(dòng)比決定著汽車最大爬坡度、附著力，及汽車最低穩(wěn)定車速。而最小傳動(dòng)比除影響汽車最高車速外，還決定了汽車的最高檔動(dòng)力因數(shù)。變速器檔位數(shù)的影響檔位數(shù)的增加，不僅有利于增大利用發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的機(jī)會(huì)，提高汽車的動(dòng)力性能；而也增大了發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)工作的機(jī)會(huì)，提高了汽車燃料經(jīng)濟(jì)性。燃而機(jī)械變速器的前進(jìn)檔數(shù)超過(guò)五檔時(shí)，會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)小，為使相鄰檔位順利銜接，需要較多的檔位；相反，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)較大，則可以減少檔位數(shù)。速比分配規(guī)律的影響傳統(tǒng)方法是按等比級(jí)數(shù)來(lái)分配變速器各檔速比，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在同一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，可充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率，提高汽車行駛的動(dòng)力性。實(shí)踐表明，汽車在實(shí)際行駛時(shí)，變速器主要在高檔位工作。例如，中型貨車五檔變速器在干線公路上1、2、3三個(gè)檔位的總利用率僅為10％~15％。而按等比級(jí)數(shù)分配的傳動(dòng)比使利用率低的低檔位數(shù)較多，而高檔速比間隔較大。為了合理利用變速器有限的檔位，使汽車在行駛中具有良好的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)根據(jù)行駛條件的要求，使傳動(dòng)比的間隔由低檔到高檔逐漸減少。即采用偏置等比級(jí)數(shù)分配各檔速比，使得低檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍較寬，而高檔時(shí)較窄，即在高檔位時(shí)兩檔位之間重合區(qū)域增大了。當(dāng)汽車以較高車速行駛時(shí)，變速器在高檔間換檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降較小，工作區(qū)的平均功率較大。驅(qū)動(dòng)橋速比的影響當(dāng)變速器選定后，汽車動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性將主要由驅(qū)動(dòng)橋速比決定。驅(qū)動(dòng)橋速比的變化影響著行駛阻力功率曲線在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖中的位置，大的傳動(dòng)比使曲線右移；小的傳動(dòng)比使曲線左移，接近萬(wàn)有特性的低油耗區(qū)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)橋速比減少時(shí)，汽車單位行程內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸總轉(zhuǎn)數(shù)減少，內(nèi)部摩擦損失也減少，燃料效率提高。考慮到汽車的高速化和燃料經(jīng)濟(jì)性的提高，驅(qū)動(dòng)橋速比傾向選擇較小值。減小傳動(dòng)系的傳動(dòng)比有兩種途徑：其一是減少驅(qū)動(dòng)橋速比，這雖然能改善燃料經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)使汽車的動(dòng)力性較原車有所下降；其二是在變速器中增加超速檔，既能改善燃料經(jīng)濟(jì)性，又能保持原車的動(dòng)力性，從制造工藝看，實(shí)現(xiàn)可能性較大。發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的最優(yōu)化在汽車設(shè)計(jì)中，發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化匹配，是通過(guò)合理地選擇傳動(dòng)系參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用工況盡可能地接近最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)。而在汽車使用中，也需要根據(jù)不同的汽車運(yùn)行工況來(lái)選擇適當(dāng)?shù)臋n位和傳動(dòng)系傳動(dòng)比，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于其最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)工作。由此可見(jiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作區(qū)的定量確定對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系的最優(yōu)化匹配是十分重要的。數(shù)學(xué)模型的建立模型的幾何描述圖5－1約束函數(shù)等高線§5-4汽車動(dòng)力傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化傳動(dòng)系優(yōu)化實(shí)質(zhì)是合理選擇汽車驅(qū)動(dòng)橋與變速器的傳動(dòng)比使其與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能達(dá)到匹配良好。設(shè)計(jì)變量選定汽車驅(qū)動(dòng)橋與變速器的傳動(dòng)比作為設(shè)計(jì)變量，分別為X（I，1），X（I，2），X（I，3），X（I，4），X（I，5）…X（I，N）。目標(biāo)函數(shù)的建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性，故應(yīng)根據(jù)汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法的要求分別選擇汽車的多工況燃料消耗量與汽車最高檔及次高檔等速行駛的百公里油耗作為目標(biāo)函數(shù)?？筛鶕?jù)汽車等速燃料消耗量與我工況燃料消耗量的模擬計(jì)算方法編寫目標(biāo)函數(shù)。約束條件的建立傳動(dòng)系優(yōu)化的約束條件應(yīng)保證汽車的動(dòng)力性要求。即優(yōu)化是為實(shí)現(xiàn)保證動(dòng)力性前提下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)。目前，可把排放約束也加入到傳動(dòng)系速比的優(yōu)化過(guò)程。確定直接檔動(dòng)力因數(shù)汽車燃料經(jīng)性的提高，應(yīng)在保證汽車動(dòng)力性的前提下，即要求汽車在最小傳動(dòng)比時(shí)，有足夠的的上坡能力。評(píng)價(jià)指標(biāo)用直接檔或最高檔的最大動(dòng)力因數(shù)（表示汽車直接檔或最高檔時(shí)爬能力和加速能力）。確定原則可見(jiàn)最高檔最大動(dòng)力因數(shù)是最高檔總傳動(dòng)比X（I，N）的函數(shù)，提高最高檔的動(dòng)力因數(shù)，可以增大上坡加速能力，但最高車速降低，最高檔總傳動(dòng)比X（I，N）提高，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率降低，汽車經(jīng)濟(jì)性變差。若X（I，5）小，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率高，汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性變好，但爬坡能力和加速能力降低，因此確定時(shí)應(yīng)兼顧汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于中型和大型客車要求直接檔最大動(dòng)力因數(shù)在0.04~0.06之間。最大傳動(dòng)比X（I，1）就普通汽車而言，傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比就變速器頭檔傳動(dòng)比與驅(qū)動(dòng)橋主減速比的乘積。確定傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比也就是確定變速器頭檔傳動(dòng)比。汽車的動(dòng)力性要求其最大傳動(dòng)比應(yīng)滿足汽車最大爬坡度要求。確定中間各檔傳動(dòng)比變速器檔與檔之間傳動(dòng)比的比值主要影響變速器的使用性能，比值過(guò)大會(huì)造成換檔困難，一般認(rèn)為不宜大于1.7~1.8。同時(shí)考慮在換檔過(guò)程中，由于外部阻力的影響，車速常有所下降，而且換檔時(shí)車速越高，換檔過(guò)程中的速度下降越多。所以隨著檔位的提高，相鄰兩檔傳動(dòng)比應(yīng)逐漸降低。根據(jù)上述模型編制優(yōu)化程序即可確定既滿足汽車動(dòng)力性要求而燃料經(jīng)濟(jì)性又最佳的汽車傳動(dòng)系參數(shù)。其它約束條件前面所講的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)如驅(qū)動(dòng)功率損失率、有效效率利用率、汽車能量利用率等也可作為約束條件加入優(yōu)化過(guò)程，這樣使優(yōu)化的動(dòng)力傳動(dòng)系更加合理。優(yōu)化算法汽車動(dòng)力傳動(dòng)系匹配優(yōu)化算法有很多，具體編程時(shí)可以參考相關(guān)書藉。目前做此類問(wèn)題應(yīng)盡量借用成熟的優(yōu)化軟件，如MATLAB等。MATLAB的OptimzationToolbox專用于優(yōu)化問(wèn)題的解決，具有使用方便及自動(dòng)化的特點(diǎn)。吉林大學(xué)開(kāi)發(fā)的AutoDyn功能操作系統(tǒng)平臺(tái)采用Windows系統(tǒng)，應(yīng)用程序采用C／S（客戶／服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，這樣使系統(tǒng)能充分應(yīng)用現(xiàn)有軟件，解決了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中人員少而工作量大的矛盾，可把主要精力放在汽車動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)上，而不必拘泥于數(shù)學(xué)算法等一些支節(jié)問(wèn)題?？蛻舫绦蜻x擇VC＋＋作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，服務(wù)器主要完成數(shù)學(xué)計(jì)算與分析，主要包括燃料經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，動(dòng)力性計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)性能的數(shù)學(xué)模型擬合及傳動(dòng)系優(yōu)化等。這部分是系統(tǒng)的內(nèi)核，它要求計(jì)算精度高與可信度好，故選擇了MATLAB作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，MATLAB自身也提供了面向C／C＋＋語(yǔ)言的作為自動(dòng)化服務(wù)器的接口——MATLAB計(jì)算引擎。這為我們?cè)贑／C＋＋程序中調(diào)用MATLAB功能提供了極大的方便。AutoDyn主界面7噸車的計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

圖5.2次高檔（5檔）等速油耗

圖5.3次高檔（6檔）等速油耗輕型車計(jì)算與試驗(yàn)對(duì)比XX1046LXX6440項(xiàng)目試驗(yàn)值計(jì)算值試驗(yàn)值計(jì)算值總重38202265最高車速(km/h)/檔位115.5/五114.6/五129.1/四128.7/四起步0～80km/h時(shí)間s34.632.818.117.9次高檔30～80km/h時(shí)間s36.3436.726.8最高檔40～80km/h時(shí)間s46.0344.629.015工況燃料消耗量L/100km10.6810.637.927.56直接檔全油門加速油耗25.3620.2119.84等速次高檔3040506070808.899.5910.5011.612.8814.329.6410.5610.4611.6312.8514.056.747.047.548.238.9310.127.568.268.409.3510.2412.73油耗最高檔40506070809.109.9510.9011.9313.048.859.7210.1911.1212.466.356.947.748.439.627.197.988.499.3910.56第五章計(jì)算實(shí)例分析計(jì)算實(shí)例（一）對(duì)某系列輕型汽車進(jìn)行了動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析并對(duì)其傳動(dòng)系進(jìn)行了優(yōu)化，由于技術(shù)保密，這里只對(duì)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)491Q（4Y）汽油機(jī)的性參數(shù)如下：額定功率－轉(zhuǎn)速68KW-4200~4600r/min最大扭甜轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)速180N.m－2500~3000r/min最低燃油消耗率285g/kw.h原車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析存在問(wèn)題但該車最大動(dòng)力因數(shù)為0.254，對(duì)應(yīng)爬坡度為13.93°，最高檔最大動(dòng)力因數(shù)為0.025，對(duì)應(yīng)爬坡度僅0.67°，二者均偏小，可見(jiàn)該車的傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)性能匹配時(shí)，經(jīng)濟(jì)性良好，但動(dòng)力性不足。另外，該車變速器1檔與2檔之間的傳動(dòng)比值達(dá)1.96偏大，而最高檔與次高檔傳動(dòng)比比值為1.26偏小，這可以從其性能曲線上看出，這些都將影響汽車的使用性能。優(yōu)化后汽車性能曲線優(yōu)化結(jié)果分析可見(jiàn)優(yōu)化后的傳動(dòng)比在沒(méi)有明顯增加汽車多工況百公里油耗的情況下，使汽車的動(dòng)力性有了較大的改善。而且最高檔和次高檔的等速燃料經(jīng)濟(jì)性曲線也變得更平緩一些，從而使汽車以中高速行駛時(shí)的燃料經(jīng)濟(jì)性有所改善。計(jì)算實(shí)例（二）某輕型卡車動(dòng)力傳動(dòng)系匹配。根據(jù)技術(shù)保密協(xié)議，這里對(duì)整車數(shù)據(jù)及車型略去，只對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。發(fā)動(dòng)機(jī)特性原車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性a.等速百公里油耗擋位行駛車速（km/h）油耗(L/100km)單位質(zhì)量油耗(L/100km.t)V505.931.792V606.692.021V707.62.296b.多工況百公里油耗：6.78135L/100kmc.單位質(zhì)量多工況百公里油耗：2.049L/100km.t原車傳動(dòng)系存在問(wèn)題原車傳動(dòng)系由于考慮農(nóng)用運(yùn)輸和超載需要而選了較大的主減速比，該主減速比與理想值偏離較大，導(dǎo)致整車經(jīng)濟(jì)性不好，而且即使這樣，整車在裝載質(zhì)量為2000kg時(shí)，動(dòng)力性也很不理想。由于原車主減速比過(guò)大，使整車最高速度受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制而顯得過(guò)低，特別是從空載到滿載時(shí)，汽車的最高車速相同均為84km/h，這限制了汽車的“快跑”能力。就該車所配發(fā)動(dòng)機(jī)功率來(lái)說(shuō)，在載質(zhì)量2000kg時(shí)，動(dòng)力性很差，如果以這個(gè)裝載量為常用質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系，將使該車綜合性能大大折扣，雖達(dá)到使該車能“多拉”的目的，但該車卻不能“快跑”，動(dòng)輸效率低，而且高速時(shí)的等速油耗較大，因此使整車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性均較差。主減速比選優(yōu)由于主減速器可選的速比較少，同類車可選的系列為：5.375，5.143，5.125，4.875。對(duì)應(yīng)汽車最佳動(dòng)力性與最佳經(jīng)濟(jì)性的速比是不同的，因此對(duì)應(yīng)汽車最低油耗的主減速比，并不能滿足汽車直接擋動(dòng)力性的要求。故為兼顧汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性要求，該車型應(yīng)選擇4.875的主減速比。優(yōu)化后傳動(dòng)系分析為了主要部件的通用化，盡量采用原車變速器，這里對(duì)速比為4.875的主減速器與原車變速器的匹配進(jìn)行分析。載質(zhì)量2000kg經(jīng)濟(jì)性擋位行駛車速（km/h）油耗(L/100km)單位質(zhì)量的油耗(L/100km.t)V505.751.737V606.381.928V707.212.178多工況油耗6.94L/100km單位質(zhì)量多工況油耗：2.097L/100km.t等速百公里油耗載質(zhì)量1500kg經(jīng)濟(jì)性3燃料經(jīng)濟(jì)性計(jì)算(1)等速百公里油耗擋位行駛車速（km/h）油耗(L/100km)單位質(zhì)量油耗(L/100km.t)V505.341.90V606.012.138V706.842.434(2)六工況油耗六工況油耗：6.07L/100km單位質(zhì)量多工況油耗：2.16L/100km.t三種傳動(dòng)系方案對(duì)比方案I是指對(duì)變速器與主減速器均按最優(yōu)方案選型與設(shè)計(jì)。方案II是指保持原車變速器不比，只改變主減速器速比。經(jīng)濟(jì)性對(duì)比單位質(zhì)量燃料經(jīng)濟(jì)性對(duì)比結(jié)果分析方案I對(duì)該車整個(gè)傳動(dòng)系進(jìn)行了優(yōu)化匹配，從對(duì)比結(jié)果可以看出，裝載量為1500kg以下時(shí)該方案的經(jīng)濟(jì)性非常好而且動(dòng)力性也滿足要求。我國(guó)已頒布了乘用車的燃料消耗量限值標(biāo)準(zhǔn)。不久也將制定并頒布商用車的燃料消耗量限值的強(qiáng)制性國(guó)標(biāo)。因此保證該車具有較好的經(jīng)濟(jì)性是至關(guān)重要的。為了使該車傳動(dòng)系做盡量少的改動(dòng)，對(duì)速比為4.875的主減速器與原車變速器的匹配性能進(jìn)行了分析。從經(jīng)濟(jì)性上來(lái)說(shuō)，方案II較方案I有所變壞，但動(dòng)力性指標(biāo)有所改善。綜合考慮各因素，方案II所確定的傳動(dòng)系也是可以接受的。這樣就不必再為該車開(kāi)發(fā)新的變速器，節(jié)省了改進(jìn)設(shè)計(jì)的成本。第六章

排放約束下動(dòng)力傳動(dòng)系匹配汽車排放性能的評(píng)價(jià)歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)借鑒的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)的排放法規(guī)體系就是在全面等效采用歐洲ECE技術(shù)內(nèi)容和部分采用EEC的基礎(chǔ)上形成的。目前國(guó)產(chǎn)新車都會(huì)標(biāo)明發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放達(dá)到的歐洲標(biāo)準(zhǔn)?？紤]排放的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)目前的汽車動(dòng)力傳動(dòng)系評(píng)價(jià)指標(biāo)局限于整車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，而忽略了動(dòng)力傳動(dòng)系匹配與發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體排放的關(guān)系。實(shí)踐證明，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配與發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放有著密切的關(guān)系。鑒于國(guó)家對(duì)汽車尾氣排放的限制日益嚴(yán)格，提出一個(gè)排放約束指標(biāo)來(lái)匹配汽車動(dòng)力傳動(dòng)系顯得尤重要?；趯?duì)排放性能的考慮，本文提出包含汽車排放性在內(nèi)的汽車動(dòng)力傳動(dòng)系匹配的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用多因子加權(quán)法評(píng)價(jià)。所謂多因子加權(quán)法就是將汽車驅(qū)動(dòng)功率使用率、高檔常用車速比油耗因子以及多工況循環(huán)試驗(yàn)排放因子進(jìn)行加權(quán)處理，得到一個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的方法。汽車動(dòng)力傳動(dòng)系合理匹配加權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析 評(píng)價(jià)指標(biāo)之所以選擇驅(qū)動(dòng)功率利用率、常用車速比油耗因子和多工況循環(huán)試驗(yàn)排放因子這七個(gè)參數(shù)，是因?yàn)樗麄兡軌蚝芎玫姆从硠?dòng)力傳動(dòng)系匹配后汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性。

驅(qū)動(dòng)功率利用率反映了汽車動(dòng)力性的發(fā)揮程度，此值越大，表明汽車實(shí)際行駛時(shí)的驅(qū)動(dòng)功率越接近于理想驅(qū)動(dòng)功率，功率損失越小，動(dòng)力性匹配性能愈佳。 汽車在行駛過(guò)程中，高檔使用率占很大比例，因此選擇高檔常用車速下的比油耗因子能很好的反映汽車的經(jīng)濟(jì)性能。汽車有害物的排放受多種因素的影響，在起步過(guò)程中各種排放物的排放占很大比例，常用檔位與常用車速下的排放特性并不能完全反映汽車在整個(gè)行駛過(guò)程中的排放特性。為了更全面地反映汽車在整個(gè)行駛過(guò)程中的排放特性，在此選用汽車多工況循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中的總排放量作為衡量排放的標(biāo)準(zhǔn)。權(quán)系數(shù)先取原則根據(jù)不同的車型、不同的發(fā)動(dòng)機(jī)類型，權(quán)系數(shù)的選擇也不相同。驅(qū)動(dòng)功率權(quán)系數(shù)應(yīng)較其它兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)大，因?yàn)樗鼪Q定著車輛的平均行駛速度，決定著高檔利用率，代表著傳動(dòng)系匹配的好壞，在很大程度上也影響著燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。排放因子中各排放物權(quán)系數(shù)的選擇由發(fā)動(dòng)機(jī)的類型決定。對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，排放法規(guī)中對(duì)顆粒物的排放標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有定量的規(guī)定，因此，在汽油機(jī)模型中確定=0。同時(shí)汽油機(jī)排放物主要成分為HC、CO和NOx，且其中CO占很大比例。因此它們的權(quán)系數(shù)應(yīng)視排放量比例而定，這樣也能更好的體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放狀態(tài)。柴油機(jī)相對(duì)于汽油及來(lái)說(shuō)，有著較低的HC和CO排放量，其主要排放物為NOx和固體顆粒物，所以對(duì)于柴油機(jī)，權(quán)系數(shù)中不可小視。排放因子的確立主減速比對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性的影響分析主減速比的大小對(duì)汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和有害物的排放都有不同程度的影響，主減速比選擇的恰當(dāng)與否將對(duì)汽車的性能產(chǎn)生很大影響。主減速比與百公里油耗關(guān)系主減速比與HC排放關(guān)系主減速比與HC排放物之間的關(guān)系。從圖中可以看出，整體上來(lái)說(shuō)HC的排放隨著主減速比的減小而增大，但這種增大幅度并不是很明顯，說(shuō)明主減速比對(duì)HC的排放影響并不大，它在很大程度上受汽車行駛狀況的影響。主減速比與CO排放物關(guān)系主減速器速比的大小對(duì)CO的排放影響也不是很大，但是變化規(guī)律卻與對(duì)HC的影響相反。CO的排放隨著主減速比的減小而略有降低，在汽車行駛平均車速較大時(shí)這種趨勢(shì)趨于明顯。主減速比與NOx排放物關(guān)系NOx隨主減速比變化的規(guī)律相對(duì)比較復(fù)雜，從整體的趨勢(shì)來(lái)看，NOx的排放先隨著主減速比的減小而降低至一最低值，然后再隨著主減速比的減小而上升，排放曲線呈現(xiàn)出一種兩頭高中間低的效果。這說(shuō)明過(guò)高或者過(guò)低的主減速比都會(huì)使行駛過(guò)程中的NOx排放惡化。紅旗CA7220E裝有不同變速器時(shí)綜合性能評(píng)價(jià)Ⅰ～Ⅴ傳動(dòng)比（倒檔速比）3.6，2.125，1.458，1.07，0.857（3.5）主減速比4.4444.1113.89各檔理想驅(qū)動(dòng)功率（kw）746263.514746314.118746279.58各檔實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率（kw）470901.394472120.306472214.302驅(qū)動(dòng)功率利用率

（%）63.163.2663.28Ⅴ檔140km/h時(shí)燃油消耗率（g/kwh）304.34300.17298.88最低燃油消耗率(g/kwh)285高檔常速比油耗因子（%）93.21494.67795.13轎車行駛工況CO排放量(g/km)2.4522.2082.155CO排放因子（%）88.54599.636102.045轎車行駛工況NOx+HC排放量0.8640.8420.836NOx+HC排放因子（%）27.231.632.8加權(quán)綜合評(píng)價(jià)值

（%）69.3271.772.28注：

歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)CONOx+HC(g/km)歐Ⅰ

形式認(rèn)證/一致性認(rèn)證2.72/3.160.97/1.13歐Ⅱ2.20.5結(jié)果分析利用提出的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后，裝有主減速比3.89的傳動(dòng)系的加權(quán)評(píng)價(jià)值最高。另外，從表6-4中也可以看出3.89的傳動(dòng)系無(wú)論在驅(qū)動(dòng)功率利用率還是在燃油經(jīng)濟(jì)性和排放方面都有明顯優(yōu)越性。這也證明了所提評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理性。因此，在紅旗轎車CA7220E上裝配主減速比為3.89的FMS016WAAZ變速器能使其得到更好的綜合性能。第七章汽車傳動(dòng)新技術(shù)主要內(nèi)容自動(dòng)變速器技術(shù)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）雙離合器自動(dòng)變速器（DCT）驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)傳動(dòng)管理系統(tǒng)（ADM）限滑差速器（LSD）電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（IWD）自動(dòng)變速器技術(shù)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）英文AutomatedMechanicalTransmission，簡(jiǎn)稱AMT是在通常的手動(dòng)固定軸式機(jī)械變速器和普通干式離合器上加裝電控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速的目的。AMT實(shí)際上是由一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)完成離合器操作和選、換擋動(dòng)作，其核心技術(shù)是電控系統(tǒng)，電子技術(shù)及質(zhì)量將直接決定AMT的性能與運(yùn)行質(zhì)量。自動(dòng)變速器技術(shù)1986年首次出現(xiàn)（F1賽車的法拉利車隊(duì)）1989年首次被應(yīng)用在貨車上（IVECO輕型卡車）1992年首次被應(yīng)用在轎車上（AlfaRomeo156）1997年小批量生產(chǎn)（法拉利F355）1999年大批量生產(chǎn)（AlfaRomeo156）目前各級(jí)別汽車上應(yīng)用很普遍主要組成工作原理典型結(jié)構(gòu)雙離合器式自動(dòng)變速器雙離合器自動(dòng)變速器（DCT）DCT有別于一般的自動(dòng)變速器系統(tǒng)，它基于手動(dòng)變速器而又不是自動(dòng)變速器，除了擁有手動(dòng)變速器的靈活性及自動(dòng)變速器的舒適性外，還能提供無(wú)間斷的動(dòng)力輸出。而傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器使用一臺(tái)離合器，當(dāng)換擋時(shí)，駕駛員須踩下離合器踏板，使不同擋的齒輪做出嚙合動(dòng)作，而動(dòng)力就