汽车动力传动系统合理匹配的实用方法

表2 主传动比数值
原车主传动比 主传动比1 主传动比2 主传动比3
数值
4.4
3.91
5.85
6.67
表3 改变汽车主传动比后结果对比
百公里燃油消耗量 /l。(100km)－1
平均燃油消耗率 /g。(kW。h)-1
直接档最大动力 因数D0max
Ⅰ档最大动力 因数D1max
最大 爬坡度
λ值
原车
14.90
文献［1］提出了发动机有效效率利用率ηQ=
。它能够反映发动
机经济性能发挥程度，ηQ的值越大，发动机与传动系在经济性能方面匹配得越好。当
发动机完全在经济区工作时，ηQ=1。
汽车动力性的评价指标有最高车速、加速时间和最大爬坡度。这些指标是汽车所 能达到的极限值，在一般运行条件下，汽车不会以这些工况运行。所以汽车的动力性 也与常用的使用条件(行驶工况)有关。对于同一辆汽车，若在不同的使用条件下运行 (例如城市公共汽车的不同路线)，其动力有时显得充足，有时显得不足。具体表现在 运行工况的一些参数的变化上。当动力相对不足时(道路坡多路陡、路面状况差、载荷 大等情况下)，就会频繁使用低速档，滑行的使用减少，这说明孤立地考虑汽车动力性 而忽视具体的使用条件，是不足以说明汽车的动力是否充足的。对于用户来说，提高 运输效率是关键，也就是说，汽车行驶到目的地的时间、载货量、燃料消耗量是衡量 汽车好坏的标准。这就要求汽车以最短的时间，最少的耗油量来完成最大的工作任 务。汽车动力性具体表现在汽车对高速档的利用率上。 为此用汽车在某一常用工况下高档利用率(最高档和次高档)ηk来评价汽车的动力
334.75
0.045 0
0.397
40 0.138
主传动比1 主传动比2 主传动比3
13.64 20.30 24.28
298.18 468.37 562.80
0.034 5 0.076 5 0.091 0
0.360 0.539 0.759
37 0.155 62 0.099 76 0.082
从表3可见，当主传动比增大时，汽车动力性显著地提高，但汽车燃油消耗量也提 高了。当主传动比等于3.91时，汽车燃料经济性提高很大，动力性有所降低。但从汽车 合理匹配的角度来说，它和原车发动机有更好的匹配效果。其它两车虽然动力性提高 了，但它们损失了过多的经济性能，所以其整体匹配效果不是很好，汽车动力传动系 合理匹配系数的值就很小。 2.3 改变汽车的传动系参数 为了对汽车动力传动系合理匹配有更深的了解，将原车的传动系参数更换，以比 较汽车动力传动系的匹配程度。所选传动系均为南京跃进集团已有的传动系，为了有 比较性，选取了一个四档变速器，一个带超速档的变速器，一个与原车变速器参数相 近的IVECOA30-10的变速器。各传动系参数如表4所示。计算结果如表5所示。
2 汽车动力传动系合理匹配实用方法的应用
对于在一个地区行驶的车辆，可以通过统计分析的方法找到它的常用行驶工况和 平均燃油消耗率，计算其动力传动系合理匹配系数λ，判断汽车最佳经济区的覆盖 率。如果常用工况范围远离最佳经济区范围，而且汽车经常以低速档行驶，λ的值很 小，可以通过改变汽车的有效载荷和传动系速比或者同时改变来调整发动机的常用工 况，从而改变常用工况在特性曲线上的覆盖位置。 同一发动机与不同的变速器匹配时，其燃油经济性和动力性均不同。燃油经济性 表现在ηQ的大小上，若平均燃油消耗率在最佳经济区附近，则表明它的燃油经济性
(1)
式中：Hu为燃料的低热值。 发动机的有效效率ηe最大值出现在理想的发动机工作区，也就是燃油消耗率最低 区。而在实际行驶条件下，汽车发动机能不能经常工作在发动机的理想工作区，不仅 与传动系参数和发动机本身有关，而且还与汽车行驶工况有关。 发动机常用工况下平均燃油消耗率g(ne,Me)可由下式求得
λ=ηQηk (6)
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式中：λ为汽车动力传动系合理匹配系数；ηQ为发动机有效效率利用率；ηk为汽车 在某一常用工况下高速档利用率。 汽车动力传动系合理匹配系数λ的大小直接反映了在常用工况下行驶时，汽车传 动系与发动机最佳使用工况的匹配程度。λ值越大，说明汽车在这种工况下，传动系 和发动机之间匹配的越好，反之越差；在对汽车传动系参数进行选择时，利用它可以 作为优化设计的目标函数，对传动系参数进行优化；也可以作为评价汽车动力传动系 行驶工况匹配好坏的指标。
212013, China）
Abstract：By using statistics,a practical method for reasonable matching of automobile powertrain and the concept of the matching coefficient of automobile powertrain are presented,which comprehensively consider the optimal economical regions of the engine and the frequently driving modes.The practical method can be used to quantitatively analyze the matching degree of automobile powertrain and driving modes.And the method is confirmed to be correct and feasible by some examples. Key words：automobile;powertrain;matching;practical method
汽车动力传动系统与汽车使用工况匹配的好坏直接关系到汽车动力性能的发挥和 燃料经济性的好坏。在汽车设计中，发动机与传动系的优化匹配，是通过合理地选择 传动系参数，使发动机的实际使用工况尽可能地接近最佳经济区。而在汽车使用中， 也需要根据不同的汽车运行工况来选择适当的档位或传动系速比，使发动机处于其最 佳经济区工作。如果汽车的常用转速和负荷落在其最佳经济区内，则汽车的燃油经济 性好。常用的发动机最佳经济区的确定方法有作图法与区间确定法［1］。由于汽车经 常在不稳定工况和部分负荷下工作，若要确知某种车辆在某种使用条件下发动机的常 用工况，可以对车辆实际运行车速进行充分的监测与记录，并对记录结果进行统计处 理，使发动机的常用工况形象地显露出来。由于汽车的行驶工况是随机过程，根据统 计学原理［2］，必须在典型路段上反复测试。当测试次数足够多时，就可以用样本的
性能的发挥程度。ηk为汽车最高档和次高档在运行时按时间统计的使用概率。显然，
此值越大，说明汽车高速档使用率越多，汽车的动力性能发挥程度就好。 假设T为在某个工况下汽车行驶时间，t为汽车最高档和次高档在运行中使用累计 时间，则ηk计算式为
ηk=t/T (5)
汽车的经济性和动力性都要和汽车具体使用条件相结合。由此提出汽车动力传动 系合理匹配系数λ的概念。它表示在某一汽车常用行驶工况下，汽车传动系与发动机 合理匹配的程度。其数学表达式为
1 汽车动力传动系统合理匹配系数
传动系与发动机的合理匹配问题一直是人们普遍关心的课题。在汽车设计中，一 般是根据已知条件和一定的发动机，对传动系参数进行选择。下面从汽车的动力性和 燃料经济性的观点出发，对传动系与发动机的合理匹配作进一步的探讨。 根据内燃机原理可知：对于一定的发动机功率Pe，有无数的发动机运行工况(ne, Me)与之相对应，在万有特性图上形成等功率曲线。在等功率曲线上，各点的油耗是不 同的，有一个最低油耗点，它所对应的发动机工况为(n′e,M′e)，此时的油耗为gemin (ne,Me)。如果对应于汽车行驶工况(va,Ft)的发动机工况(ne,Me)正好落在这一最小油耗 工况上，即ne=n′e,Me=M′e，此时说明传动系与发动机在此工况下匹配最佳，是理想 匹配，称此时的油耗率为理想油耗率。 事实上，由于汽车运行的工况不同，驾驶员操纵的习惯不同，传动系参数不同， 对应于汽车行驶工况(va,Ft)，发动机运行工况(ne,Me)并不是在此最小油耗工况上，把此 时的发动机耗油量称为实际耗油量，用ge(ne,Me)来表示。 发动机燃油消耗率表示发动机将燃料化学能转化为有效功的效率，内燃机的有效 效率ηe与燃油消耗率ge之间存在如下关系
220
转矩 ［134，219］
0.045
Ⅰ档最 大
动力因 数
D1max
最大 爬坡 度
λ值
0.397
40 0.138
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The practical method for reasonable matching of automobile powertrain
HE Ren WANG Jian-feng （College of Automobile, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang
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分布规律和数字特征来推断总体分布特性。笔者应用数理统计的方法，综合考虑汽车 发动机最佳经济区和汽车常用行驶工况，提出了汽车动力传动系统合理匹配系数和合 理匹配的实用方法，并以实例加以验证。
好。而汽车的动力性表现在汽车高速档的利用率上。ηk值大，表明汽车以较高的档位
行驶，换入低档，故λ的大小表明了发动机与不同变速器匹配的优劣。据此可以分析评价与
优化匹配汽车动力传动系统。 2.1 优选发动机 原车的发动机是Sofim8140.27S发动机，作为示例，笔者将装用YZ4102Q型柴油机， 原车的传动系及整车参数不变。 计算结果如表1所示。在以下过程中，所有的计算都是以汽车十五工况为计算模 式。
表1 发动机匹配结果
指 标
发动机
形式
平均燃油
百公里燃油 消耗率
消耗量 /l。(100km)-1
/g。 (kW。h)-1
高档 时间 利用 率
发动机最佳 经济区
发动机最 佳
经济区油 耗 /g。
(kW。h)-1
直接档 最大 动力因 数 D0max
原车发动机
14.90
334.75
0.21 转速
［1 470，2 740］
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中国公路学报
CHINA JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORT
2000 Vol.13 No.1 P.100-103,108
汽车动力传动系统合理匹配的实用方法
何仁 王建峰
摘 要：应用数理统计的方法，综合考虑汽车发动机最佳经济区和汽车常用行驶工况 而提出汽车动力传动系统合理匹配系数和合理匹配的实用方法，并以实例验证了实用 方法的正确性和可行性。 关键词：汽车；动力传动系；匹配；实用方法 分类号：U463.2 文献标识码：A 文章编号：1001-7372(2000)01-0100-04
YZ4102Q
15.36
339.72
0.21 转速
［1 483，2 390］
220
0.043 0.363 38 0.136
转 矩
［120， 190］
从表1可以看出，虽然两发动机的最佳经济区的数值非常接近，而且由于采用相同 的行驶工况，其高档利用率也相同，但由于原车的最佳经济区范围比换发动机后的最 佳经济区范围大，且两发动机的万有特性曲线也不同，使得两车的动力性和燃油经济 性指标都不同。原车的发动机和传动系的匹配优于换发动机后的匹配。这可以从发动 机合理匹配系数直观地判断其优劣。经过计算两车的百公里油耗和动力因数以及最大 爬坡度，也验证了其判断的正确性。 2.2 改变汽车主传动比 根据跃进集团汽车系列中的主传动比进行比较。表2为这次计算所选的主传动比数 值，表3为计算结果。
(2)
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式中：m1、n1分别为发动机转矩和转速的分段数；tij为为发动机在转矩Mei和转速nei下 工作时间(s)。 若Dm和Dn分别为发动机转矩和转速变化的步长，而Memax、Memin、nemax、nemin 分别为转矩和转速的变化范围，则有