动力匹配设计规范

目录1 原理及依据1.1 评价指标1.2 总成参数选择原则2 计算方法2.1 人工经验计算方法2.2 计算机辅助计算3 基础数据收集和输入3.1 动力系统总成参数3.2 车辆运行环境参数3.3 驾驶员换挡规律4 现阶段公司可用相关资源配置5 计算任务和匹配优化5.1 计算任务5.2 数据对比及匹配优化6 计算结果输出和数据分析6.1输出格式和内容规范6.2试验数据对比及分析一规范适用范围本规范规定了动力总成系统传统匹配设计方法及利用AVL Cruise软件对整车动力性和燃油经济性进行计算，并对动力总成系统配置优化。

本规范适用于目前我公司所有车型。

二规范性引用文件GB7258-2004 《机动车运行安全技术条件》。

本规范中所引用的符号及意义动力匹配设计规范1 原理及依据1.1评价指标1.1.1汽车动力性评价指标汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的,所能达到的平均行驶速度。

从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要可由以下三个指标来评定。

1.1.1.1最高车速最高车速U max是指在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度。

它仅仅反映汽车本身具有的极限能力，并不反映汽车实际行驶中的平均速度。

1.1.1.2加速性能汽车的加速能力常用原地起步连续换档加速时间与最高档或次高档加速时间来表示。

原地起步连续换档的加速时间是指用一档或二档起步，以最大加速度按最佳换档时间逐步换至最高档，加速至某一预定的距离或车速所需要的时间。

该项指标反映了汽车在各种车速下的平均动力性。

最高档或次高档加速时间是指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需要的时间。

因为超车时汽车与被超汽车并行，容易发生安全事故，所以最高档或次高档加速能力强，行驶就更安全。

1.1.1.3爬坡性能汽车的爬坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度i max 来表示的。

显然，最大爬坡度是指一档时的最大爬坡度。

有些国家用汽车在一定坡道上能达到的车速来表明其爬坡能力。

该项指标所反映的是汽车低速时的动力性。

现有的汽车动力性的评价指标只是反映了汽车本身具有的极限能力，在一定程度上反映了汽车动力性的好坏，但由于未与复杂的实际使用工况统一考虑，因而往往与汽车实际使用效果相差很大。

1.1.2 汽车燃油经济性评价指标在保证动力性的条件下，汽车以尽量小的燃油消耗量经济行驶的能力称为汽车的燃油经济性。

汽车的燃油经济性通常用一定工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能行驶的里程来衡量。

在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为 L/100km，即行驶 100km 所消耗的燃油量。

1.1.2.1等速燃油消耗等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷下，以最高档在水平良好路面上等速行驶 100km 的燃油消耗量。

测出每隔 10km/h 或20km/h 速度间隔的等速百公里燃油消耗量，绘制成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来综合评价汽车的燃油经济性。

1.1.2.2加速燃油消耗加速燃油消耗是指用最高档从某一车速开始全油门加速行驶500m的燃油消耗量，换算成百公里油耗量。

对重型汽车而言，在最高档满载时加速度非常小，行驶500m的速度增加量很小，目前重型汽车很少采用这一指标来评价汽车的经济性。

1.1.2.3多工况燃油消耗等速行驶工况没有全面的反映汽车的实际运行状况，是车辆行驶的一个理想状态，而车辆在实际使用过程中总会或多或少加速、减速等工况，如在市区行驶时，会频繁的出现加速、减速、怠速停车等行驶工况。

因此各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况，模拟汽车实际运行工况，并以其百公里燃油消耗量来评定相应性工况的燃油经济性。

许多国家对循环工况都进行了大量的研究，如欧洲的ECE循环，英国的NEDC循环，美国的UDDS循环，日本的JPN10DDS循环等。

我国也制定了货车的路上行驶循环工况：六工况行驶循环，用这些循环工况测出的燃油消耗量即为多工况燃油消耗量。

这是评价汽车燃料经济性的一个实用方法。

六工况循环是模拟干线公路行驶工况，适用于载货汽车（总质量在3500kg以上）和除了城市客车以外的其他类型客车的燃料消耗测定。

考虑加速性的差异，对总质量在14000kg以下和总质量大于14000kg的汽车，六工况的定义也不相同，表1-1是总质量大于14000kg 的汽车的六工况的定义（比较适用于我公司）。

这里我们以SX4185NM351牵引车列车为例，对满载的重型汽车能否实现六工况循环进行简单分析。

该车型发动机为WP10.290，发动机的最大扭矩为1160N.m；变速器为9JS119，最高档为直接档；驱动桥主减速比为4.8（我公司常用）；列车满载总质量为50t，其直接档的最大加速为0.08，次高档的最大加速度也仅为0.13，都小于工况中所要求达到的加速度，由此可见，重型汽车满载时无法实现六工况。

另外，对高速公路行驶的重型汽车而言，六工况也不能够反映出车辆的实际使用工况，高速公路的繁忙程度不至于使汽车频繁的处于加速状态，而且车辆通常能以较高的速度行驶，70km/h应是其最常用的速度，因此，在分析公路运输车辆（如牵引车列车）的多工况燃油消耗时，定义了一个简单的复合工况，即由起步连续换档加速到70km/h，再以70km/h匀速行驶一段时间，将这两部分的燃油消耗相加，即可认为近似得出了牵引车实际行驶工况的燃油消耗，而对于工程车辆，由于其运行工况复杂，无法自定义一个接近其实际运行工况的路谱，现阶段只能采用调整滚动阻力系数来简单对比动力系统性能趋势，若要模拟出车辆实际运行状况，需要采集实地路谱。

1.2总成参数选择原则 1.2.1.发动机功率选择设计中通常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。

最高车速虽然仅是动力性能的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速能力和爬坡能力。

这是因为最高车速越高，要求的发动机功率越大，汽车后备功率大，加速与爬坡能力必然较好。

给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时阻力功率之和，即⎪⎭⎫⎝⎛+=3max max 7614036001a D a T e u A C u Gf P η （1-1） 在给定m 、D C 、A 、f 、T η之值后，便能求出应有功率的数值。

在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。

汽车比功率是单位汽车总质量具有的发动机功率，比功率的常用单位为kW/t ，可由下式表示：3max max 14.766.31000a TD a T e u m A C u fg m P ηη+==汽车比功率 （1-2） 我国GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》规定：三轮汽车、低速货车及拖拉机运输机组的比功率不应小于4.0 kW/t ，除无轨电车外的其它机动车的比功率不允许小于 5.0 kW/t 。

1.2.2传动系最小与最大传动比的选择汽车大多时间以最高档行驶，即用最小传动比的档位行驶。

因此最小传动比的选定很重要。

传动系的总传动比是传动系中各部件传动比的乘积，即0i i i g t = （1-3）式中，g i 为变速器的传动比；0i 为主减速器的传动比；这里不考虑分动器和副变速器。

设最高车速为max a u ，当主减速器的选择使得阻力功率曲线正好与发动机功率曲线交在其最大功率点上。

若当发动机最大功率时的车速称为p u ，则有p a u u =m ax 。

过去，多数汽车将最小传动比选择得使p a u u =m ax ，或p u 稍小于max a u 。

近年来，为了提高燃油经济性，出现了减小最小传动比的趋势，即令p u 稍大于max a u （即变速箱有超速挡）。

确定最大传动比时，要考虑三方面的问题：最大爬坡度、附着率及汽车最低稳定车速。

对于普通汽车来说，传动系最大传动比m ax t i 是变速器Ⅰ档传动比1g i 与主减速器传动比0i 的乘积。

当0i 已知时，确定传动系最大传动比也就是确定变速器Ⅰ档传动比。

汽车爬大坡时车速很低，可以忽略空气阻力，汽车的最大驱动力应为max max i f t F F F += （1-4）或max max 01max sin cos ααηG Gf ri i T Tg tq += （1-5）即 Ttq g i T rf G i ηαα0max max max 1)sin cos (+≥（1-6）最大传动比确定后，还应计算驱动轮的附着率，检查附着条件是否满足上坡或加速的要求。

必要时，只能从汽车总体布置和结构入手，改善汽车的附着能力。

1.2.3主减速器传动比的确定在动力装置其他参数不变的情况下，若要选定最佳主减速器传动比，可根据燃油经济性与动力性的计算，绘制燃油经济性—加速时间曲线。

纵坐标为加速时间，横坐标为循环工况的燃油经济性。

计算出不同主减速器比0i 取不同值时的曲线，当0i 值较大时，加速时间较短但燃油经济性下降；当0i 值较小时，加速时间延长但燃油经济性改善。

0i 选择中间的某一个值，则可以兼顾动力性与燃油经济性。

若以动力性为目标，则可选用较大的0i 值；若以燃油经济性为主要目标，可选较小的0i 值。

燃油经济性—加速时间曲线通常大体上呈C 形，所以又称之为C 曲线。

1.2.4变速器与主减速器传动比的确定在不改变发动机的条件下，可利用C 曲线从数种变速器中选出合适的变速器及主减速器传动比。

确定变速器和主减速器比时，可以绘制不同变速器的燃油经济性—加速时间曲线，根据设计的主要目标选用其中的一个，并根据其C 曲线确定主传动比。

2 计算方法2.1人工经验计算方法 2.1.1最高车速计算：⑴ 发动机最高转速和传动系决定的最高车速：0.377g nru i i =(2-1)⑵ 按功率平衡决定的最高车速: 汽车在平直路面匀速行驶时的阻力功率为：f wTP P η+故功率平衡方程可简化为： 3max max ()3600761401f wD e TTG f u C A u P P P ηη⨯⨯⨯⨯==++ (2-2) 由公式（2-1）和公式（2-2）计算结果可分析，若公式（2-1）计算车速大于公式（2-2）计算车速，则说明整车在最高车速工况下无后备功率；若公式（2-1）计算车速小于公式（2-2）计算车速，则说明整车在最高车速工况下有后备功率，故其实际最高车速取二者之中较小者。

2.1.2最大爬坡度计算⑴ 地面附着性能允许的最大爬坡度：汽车行驶方程式：t f i w j F F F F F +++= 汽车以最低档稳定速度爬坡时0dudt=，即0j F =； 同时爬坡时行驶速度不大，可近似认为空气阻力0w F =， 所以汽车行驶方程式简化为：t f i F F F += 按车辆在坡道上的附着条件可知：cos sin cos f G G G αϕαα•+•=即 max tg f αϕ-=然后再根据max max tg i α=换算成最大爬坡度max i f ϕ-= (2-3) 轮胎与路面的附.附着系数。