变速器动力性、经济性匹配技术

四、动力性、经济性匹配 动力性、
3、动力性与燃油经济性对比
◇ 在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃油经济性 时所使用的发动机功率是不同的。 时所使用的发动机功率是不同的。 前者使用是发动机的外特性。 前者使用是发动机的外特性。即
Pe = Pe max ( n ) 或 Ttq = Ttq max ( n )
1、汽车变速器的由来
1）功率平衡 •☆档位不同时车速的范围不同， ☆档位不同时车速的范围不同， 但是功率的大小不变 功率的大小不变， 但是功率的大小不变，只是各 档的功率曲线对应的车速位置 不同。低档时车速低， 不同。低档时车速低，速度变 化区域窄；高档时车速高， 化区域窄；高档时车速高，所 占速度变化区域大。 占速度变化区域大。 •☆滚动阻力功率在低速时近似 功率在低速 ☆滚动阻力功率在低速时近似 为直线，而在高速时是二次曲 为直线，而在高速时是二次曲 低速、货车！） 线（低速、货车！） •☆空气阻力功率曲线为三次函 ☆空气阻力功率曲线为三次函 数 时以滚动阻力 •☆在低速时以滚动阻力功率为 ☆ 低速时以滚动阻力功率为 而在高速时以空气阻力 高速时以空气阻力功 主，而在高速时以空气阻力功 率为主。 率为主。
n0 ne ' n1 n2 n3 n4
n
四、动力性、经济性匹配 动力性、
Pηt e
I
经济性换档时刻选择
II
III
IV
利用阻力功率反推求得发动 机输出功率： 机输出功率：
uI uII
uIII
ua
四、动力性、经济性匹配 动力性、
汽车在一定的道路条件下按一定的工况行 驶时，某时刻所需驱动功率一定，传动效率变 化很小。汽车行驶的燃油消耗量与发动机的比 油耗成正比。在经济性换档程序中，以发动机 的比油耗作为换档判别依据，保证汽车总是以 使发动机比油耗最小的档位行驶。在汽车运行 工况中，速度是时间的连续函数，因此在经济 性换档程序中，考虑了当前档i以及i+1和i-1档 的经济性，从这三个档位中选取比油耗最小的 档位作为该时刻变速器的工作档位。
四、动力性、经济性匹配 动力性、
战斧
b、大马拉小车 美国克莱斯勒汽车公司的“ 美国克莱斯勒汽车公司的“ 道奇.战斧”四轮摩托车， 道奇.战斧”四轮摩托车，它的自 680千克 车长超过2.5 千克、 2.5米 重680千克、车长超过2.5米、宽 度约70厘米、高度1 70厘米 装有10 10缸 度约70厘米、高度1米；装有10缸 8.3L、功率为500 、总排气量为 8.3L、功率为500 马力的 10发动机 发动机。 马力的 Viper V －10发动机。理 论上， 2.5秒内能加速到96.5千 秒内能加速到96.5 论上，在2.5秒内能加速到96.5千 小时，最高时速可达643.6 643.6千 米／小时，最高时速可达643.6千 米。 理论上最高车速可以很高， 理论上最高车速可以很高， 但是轮胎、 但是轮胎、轴承等零部件达不到 要求，路面也可能不适合。 要求，路面也可能不适合。
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
节气门部 分开启
P f + Pw
ห้องสมุดไป่ตู้Pe
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
ηt
Ⅴ
a
b
c ua’ uamax up
ua
四、动力性、经济性匹配 动力性、
某6档变速器的速比和级差 8
6.7 1.68 1.54 1.53 1.31 1.30
2 1.5 1
2.6 1.7 1.3 1
变速器的动力性、经济 变速器的动力性、 性匹配技术
中国北京 痴迷技术——heichengyiji 痴迷技术——heichengyiji
2007年09月15日 2007年09月15日
目
录
一、变速器在整车中的地位 二、变速器装配尺寸匹配 三、可靠性匹配 四、动力性、经济性匹配 动力性、
四、动力性、经济性匹配 动力性、
最低燃油箱耗率曲线
P e
A3
n6
0
Pe
A2 A1
处工作， 和大致为90%负荷率工作时，燃油消耗率b最小。 90%负荷率工作时 处工作，即转速为ne’和大致为90%负荷率工作时，燃油消耗率b最小。
行驶，需要发动机提供功率P 例如一辆汽车在某道路上以一定车速ua行驶，需要发动机提供功率Pe’。发动机可以在n0 ……多种转速及相应的多种负荷率工作 但只有在Pe’水平线与A 多种转速及相应的多种负荷率工作， Pe’水平线与 、ne’、n1、n2……多种转速及相应的多种负荷率工作，但只有在Pe’水平线与A2A3的交点
四、动力性、经济性匹配 动力性、
1）、变速器与发动机的配合 ）、变速器与发动机的配合 发动机自适应： 发动机自适应： 不换档时， 不换档时，当汽车遇到阻力增大的 工况时， 工况时，发动机会自动向着扭矩输出增 大的方向变化，见右侧发动机扭矩、 大的方向变化，见右侧发动机扭矩、功 率曲线（节气门全开）。 ）。对应这个性能 率曲线（节气门全开）。对应这个性能 有发动机适应性系数。 有发动机适应性系数。 变速器适应： 变速器适应： 当汽车遇到阻力增加很大的时候， 当汽车遇到阻力增加很大的时候， 发动机减速增扭满足不了动力需求， 发动机减速增扭满足不了动力需求，这 时就需要变速器降档、增扭矩来适应. 时就需要变速器降档、增扭矩来适应.
6 4 2 0 1 2 3
4
速比 级差
0.5 0
4
5
6
四、动力性、经济性匹配 动力性、
P f + Pw
3）多档箱的应用： 多档箱的应用：
1、速比级差小，不管是否在经济 速比级差小， P/KW 区域， 区域，换档时发动机功率降低幅度小 ，整体负荷率高，而负荷率在80-90% 整体负荷率高，而负荷率在8080 的较高范围内发动机的燃油消耗率是 最低的。 最低的。 2、各档之间的传动比间隔减小， 各档之间的传动比间隔减小， 增加了发动机在经济区工作的可能性 ，可降低燃料消耗量。 可降低燃料消耗量。
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Ⅰ
Pe
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
ηt
Ⅴ
a
节气门部 分开启
b
c ua’ uamax up
发动机转速n 0.377r)/(i 车速ua=发动机转速n ×(0.377r)/(igi0)
四、动力性、经济性匹配 动力性、
4）经济性换档时刻选择
b
n1
n2
n3 n4 n5
P f + Pw
ηt
3 2 1
P
uamax1 uamax2 uamax3
ua
up3
up2
up1
四、动力性、经济性匹配 动力性、
2）各个档位速比分配： 各个档位速比分配：
汽车在实际行驶时， 汽车在实际行驶时，货车高档位 使用率90%以上。 使用率90%以上。为了合理利用有限的 90%以上 档位， 档位，使汽车具有良好动力性和燃料 经济性， 经济性，将传动比间隔由低档到高档 P/KW 逐渐减小的偏等比级数分配各档传动 比，使变速器在不同档位工作时发动 机的转速范围不同。低档时转速范围 机的转速范围不同。 宽，而高档时窄，使高档两档之间的 高档时窄， 重合区域增大。 重合区域增大。当汽车高速行驶变速 器在高档之间换档时，发动机功率下 器在高档之间换档时， 降较小， 降较小，在发动机工作区内平均功率 较大。 较大。 就燃料经济性， 就燃料经济性，高档之间的传动 比间隔减小， 比间隔减小，增加了发动机在经济区 工作的可能性，可降低燃料消耗量。 工作的可能性，可降低燃料消耗量。 发动机转速n 0.377r)/(i 车速ua=发动机转速n ×(0.377r)/(igi0)
四、动力性、经济性匹配 动力性、
2）动力性换档时刻选择
Ft
保证汽车以尽可能大的加速度行驶。
i
j
k
Ff + Fw ua
ui u j uk uamax
四、动力性、经济性匹配 动力性、
动力性换档规律 为了保证汽车的动力性， 为了保证汽车的动力性，应使汽车 在较低的档位行驶。 在较低的档位行驶。 换档点的选择问题， 换档点的选择问题，应该在两档车 速驱动力曲线相交时刻换档。 速驱动力曲线相交时刻换档。 在保证动力性的换档程序中， 在保证动力性的换档程序中，以驱 动轮上驱动力的大小来判断相邻两个档 位之间是否有交叉点。 位之间是否有交叉点。
活塞式内燃机的特性曲线
装有各种发动机的汽车功率 平衡对比
装有活塞式内燃机和5 装有活塞式内燃机和5档变速 器的汽车功率平衡
四、动力性、经济性匹配 动力性、
2、变速器与整车动力性
举几个极端情况下的例子来说明变 速器匹配和整车动力性之间的关系： 速器匹配和整车动力性之间的关系： a、小马拉大车 配置特点： 配置特点： 小发动机、多档变速箱（ 小发动机、多档变速箱（获得大的低档 速比） 速比） 优点： 优点： 车辆采购成本低， 车辆采购成本低，运营经济性好 缺点： 缺点： 车速低，发动机经常处于高负荷状态， 车速低，发动机经常处于高负荷状态， 降低寿命。 降低寿命。 P=FV，最高速度； P=FV，最高速度；最高档的最高转 功率不一定是最高，为什么呢， 速，功率不一定是最高，为什么呢，因 为只需要克服阻力功率， 为只需要克服阻力功率，而阻力功率已 经达到最大了， 经达到最大了，它小于发动机能够发出 的功率，发动机有这种自适应性。 的功率，发动机有这种自适应性。
四、动力性、经济性匹配 动力性、
2、变速器与整车燃油经济性
1）最高档的选择： 最高档的选择：
曲线1 最高档传动比最小， 曲线1，最高档传动比最小，燃油经 济性最好，但动力性最差。 济性最好，但动力性最差。最高档油门 踩到底也不能达到发动机的额定转速。 踩到底也不能达到发动机的额定转速。 曲线2 最高档传动比居中， 曲线2，最高档传动比居中，燃油经 济性和动力性居中。 济性和动力性居中。最高档油门踩到底 刚好可以达到发动机的额定转速。 刚好可以达到发动机的额定转速。 曲线3，最高档传动比最大，燃油经 曲线3 最高档传动比最大， 济性最差，动力性最好。 济性最差，动力性最好。最高档油门踩 到底可以达到或超过发动机的额定转速 。 对一辆既定的车来讲，曲线2 对一辆既定的车来讲，曲线2 最高 车速最大。 车速最大。
四、动力性、经济性匹配 动力性、
2）内燃发动机特性缺陷和弥补方法
都是活塞式内燃机惹的祸，它的动力特性不是很适用于汽车 因为在低速时功率小，P=FV， 特性不是很适用于汽车， 都是活塞式内燃机惹的祸，它的动力特性不是很适用于汽车，因为在低速时功率小，P=FV， 提供的驱动力小，满足不了起步和爬坡的需要。 提供的驱动力小，满足不了起步和爬坡的需要。 等功率发动机的性能是最理想的。 等功率发动机的性能是最理想的。 车辆装上变速器后可大大改善其动力性能，使其接近于等功率发动机特性。 车辆装上变速器后可大大改善其动力性能，使其接近于等功率发动机特性。采用变速器后使 汽车有可能在低速时产生大的驱动力。变速器主要是减速 减速器 为了改善汽车低速时的动力性能。 汽车有可能在低速时产生大的驱动力。变速器主要是减速器，为了改善汽车低速时的动力性能。 减速增转矩，使车速有可能在发动机大功率高转速的时候比较低。 减速增转矩，使车速有可能在发动机大功率高转速的时候比较低。变速器是活塞式内燃机的臂膀 研究变速器就必须要熟悉发动机的动力特性，使变速器更好的弥补发动机动力性能的不足。 ，研究变速器就必须要熟悉发动机的动力特性，使变速器更好的弥补发动机动力性能的不足。
后者利用阻力功率反推求得发动机输出功率
Pe =
1
η
( P f + Pi + P w + P j )
T
前者主动，后者被动。 前者主动，后者被动。
四、动力性、经济性匹配 动力性、
4、MT变速器总结 MT变速器总结
MT必须和离合器结合才能正常工作，离合器在0-5Km/h的整车速度 必须和离合器结合才能正常工作，离合器在 必须和离合器结合才能正常工作 的整车速度 提高过程中发挥了重要的作用，可以说起到了低速变速的作用， 提高过程中发挥了重要的作用，可以说起到了低速变速的作用，弥补了 MT低速变速的缺陷。 低速变速的缺陷。 低速变速的缺陷 很大的低速档速比——出色的起步能力，更大的拖挂总质量，更大的 出色的起步能力，更大的拖挂总质量， 很大的低速档速比 出色的起步能力 爬坡度，更长的离合器寿命。 爬坡度，更长的离合器寿命。 选用超速档可以实现“齿轮快 发动机运行慢 的燃油经济性模式， 发动机运行慢” 选用超速档可以实现“齿轮快—发动机运行慢” 的燃油经济性模式， 还使动力传动系统承受扭矩降低。 还使动力传动系统承受扭矩降低。 选用多档箱可使汽车的经济性进一步降低。 选用多档箱可使汽车的经济性进一步降低。 另外变速器的选用还关系到汽车噪音和乘坐舒适性等。 另外变速器的选用还关系到汽车噪音和乘坐舒适性等。