变速箱速比的合理确定

第1期 汽 齿 科 技 2008年变速箱速比的合理确定

杨 立

摘要：本文阐述了某汽车DCT六档变速器在与整车匹配中选择合理的传动比，使发动机与变速箱动力衔接顺畅，换档快速，体现出整车动力高效率、操纵性强的优点。

关键词：发动机特性、最高档位、最低档位、速比优化

汽车变速箱承担着传递引擎输出动力的重要功能。发展至今，为了提高整车动力性，增强操作性，手动六档变速器已是趋势所在，多档位、紧密的齿比变化有着动力衔接顺畅、换档快速的优点。合理制定传动速比是变速箱内部结构设计的关键。

1 设计要求

某一整车目标数据如表1所示。发动机特征曲线图如图1所示。

图1发动机特征曲线图

表1

特性参数

车身4/5-door

空载1525KG

满载1940kg

拖车1200kg

CdA 0.7

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滚阻系数Cr 0.015

迎风面积 (m2) 2.33

轮胎尺寸 Min 215/55 R16

轮胎尺寸Max 215/50 R17

车辆长度(mm) 4619

轴距 (mm) 2705

车辆宽度(mm) 1826

2 最高档位六档速比确定

2.1牵引力

设发动机引擎动力通过变速箱94%效率输出在轮胎上，那么汽车的发动机牵引力F与车速V、功率P的关系为：

F=P max*94%/V=117680*94%/V

根据不同的车速，可得到发动机理想牵引力（见表2）及曲线（见图2）。

表2

车速(m/s) 牵引力(N)

10 11061.9

20 5531

30 3687.3

40 2765.5

50 2212.4

60 1843.7

70 1580.3

图 2 发动机理想牵引力曲线

汽 齿 科 技 2008年

38 这是汽车发动机的理想最大牵引力曲线。但是要确定汽车的动力性，必须要了解汽车行驶的实际情况，掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系建立汽车的行驶方程式。

2.2 汽车的阻力（在水平道路上）

汽车的行驶阻力∑F 有滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速度阻力，其中滚动阻力、空气阻力是在任何行驶条件下均存在的，坡度阻力、加速度阻力仅在一定行驶条件下存在。在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力、加速度阻力。计算公式：

θρsin 5.02g M AV Cd MgCr F ++=∑

式中，M 表示汽车重量，C r 表示滚阻系数，ρ表示空气密度，C d 表示空气阻力系数，A 表示迎风面积，θ表示路面坡度）。

当 汽车在水平道路上等速行驶时：

∑+=27.0*23.1*5.0015.0*81.9*1940V F

根据不同的速度V ，得出不同的阻力（见表3）及阻力曲线图（图3）。 表 3 车速(m/s) 阻力(N)

10 328.5

20 457.7

30 672.9

40 974.3

50 1361.7

60 1835.3

70 2394.9

图 3 水平阻力曲线图

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2.3 汽车的驱动力

驱动力是由发动机的转矩经传动系统传至驱动轮上得到的。 作用于驱动轮上的转矩产生对地面的圆周力，而地面对驱动轮的反作用力就是驱动汽车的外力，成为驱动力F t ：

32145.0/%94**/i T R Ti F t ==η

式中，T 表示发动机转矩，i 表示总速比， η表示传动系的机械效率，R 表示作用轮胎半径。

汽车车速

i n i R n V /32145.0***2/***2ππ==

当牵引力F =阻力∑F ，此时最高档六档达到理论最高车速V max ；

当驱动力F t =牵引力F =阻力∑F ，汽车的动力性达到最佳状态。

∑+===27.0*23.1*5.0015.0*81.9*1940/V F R Ti F t η

27.0*23.1*5.0015.0*81.9*1940/%94*1000*68.117V V +=

最高车速V max =60.10(m/s)=216.4(km/h)

牵引力F =阻力∑F =驱动力F t = 1840.53(N)

53.184032145.0/%94**/===i T R Ti F t η (N) (1)

i n i R n V /32145.0***2/***2ππ===60.10 (m/s) (2)

两方程式根据n 、T 发动机特征曲线，用逼近法，推算出6档速比i 6=3.227。根据不同速度，得出最高档六档不同的驱动力，表4、图4为牵引力、阻力、驱动力的关系。 表 4

车速(m/s) 牵引力(N) 驱动力(N)水平阻力(N) 2%坡度阻力(N)

10.43 10604.4 1292.8 332.3 712.9

15.65 7069.6 1603.3 390.9 771.5

20.86 5302.2 1762.7 472.8 853.5

26.08 4241.8 1941.1 578.2 958.9

31.29 3534.8 1960.9 707.1 1087.7

36.51 3029.8 2032.6 859.3

1239.9 41.73 2651.1 2112.8 1035.0 1415.6

46.94 2356.5 2089.3 1234.1 1614.7

52.16 2120.9 2027.0 1456.6 1837.2

54.80 2018.7 1959.0 1578.1 1958.7

58.60 1887.7 1925.1 1763.8 2144.4

60.10(max) 1840.5 1840.1 1840.5 2221.2

62.59 1767.4 1673.1 1971.9 2352.5