整车动力性经济性匹配优化设计方法NO2[1]

整车动力性经济性匹配优化设计方法

王华秀徐勇杨兴明

摘要：整车动力性和经济性，是一对相互矛盾的整车性能，如何在获得足够动力性的同时，能有最好的燃油经济性，是整车匹配中需要解决的问题。随着汽车发动机电子燃油喷射技术的发展，为整车的动力性、经济性匹配提供了良好的条件，使整车匹配中，可以根据设计要求，在一定范围内，通过调整发动机外特性和变速箱速比，使整车动力性和经济性达到最优。Abstract:Vehicle power and economy is one conflicting vehicle performance. It is a problem that getting enough power and the best fuel economy at the same time to be solved in the vehicle matching. With the development of the automotive engine electronic fuel injection technology, good conditions for the vehicle's power, economy have become available and match the vehicle matching the design requirements, making the optimal vehicle power and economy by adjusting the engine outside characteristics and variable speed box speed ratio within a certain range.

关键词：整车动力性经济性整车匹配

Key words: vehicle power Economy Vehicle matching

整车动力性是用户关注的重要整车性能，在整车匹配中，为了达到好的动力性，常常要牺牲整车经济性。由于能源紧缺，汽车的燃油经济性越来越被重视。在整车已确定使用某款发动机的情况下，发动机外特性和燃油消耗特性已基本确定，如果整车匹配不好，会使整车在获得良好动力性时，经济性不好，在经济性好时，动力性又不足。如何在整车动力性满足设计要求的前提下获得良好的经济性，是整车匹配的关键。

传统的整车匹配中，是先有发动机变速箱，再进行整车匹配计算，这种匹配方法由于是整车去适应发动机，一般只能满足整车主要目标性能（如最高车速、最大动力性因素、百公里加速时间），而不能兼顾次要性能要求（如10S起步加速性能、坡道起步性能）；随着发动机技术的发展，可根据整车需要提出发动机外特性目标和变速箱速比范围，由整车适应发动机变为发动机适应整车性能要求，由逆向匹配变为正向匹配，使整车匹配达到最优。

整车匹配是一个反复优化计算、与发动机变速箱供应商反复交流修改特性参数的过程。如何根据整车目标提出最优的发动机特性参数、传动系速比、变速箱参数，是整车匹配优化中需回答的问题。本文以某种轻型客车为例，阐述六档变速箱总成的匹配优化设计方法。1.整车参数及名词述语、符号说明：

本文中涉及的整车参数、名词述语及数学符号说明如下：

1.1整车设计参数见表1

表1 整车设计参数

1.2计算公式中的符号说明见表2

表2：计算公式中的符号说明

2.整车动力性/经济性目标：

整车性能目标是在车型商品定义阶段，根据市场需求确定的，只有达到该性能目标，整车才有市场竞争力，高出该性能目标太多，不仅没有意义，还会使整车开发成本和实物成本增加，从而失去市场竞争力。假定某车型客车整车动力性/经济性目标见下表3：

表3：整车动力性/经济性目标

3.发动机变速箱等参数优化设计：

3.1发动机功率确定：

根据功率平衡原理，计算满足整车最高车速要求的发动机净功率。通过计算，总重G=3600kg、最高车速Vmax=140～150km/h车型的最小功率Pmin范围为94 ～112kW。根据此功率范围，在可选的发动机总成中，确定使用某一种发动机，发动机参数如下：最大功率/转速：100kW/3600rpm

最大扭矩/转速：300N.m/1800-3000rpm

发动机万有特性见图1。按该发动机的原始参数，经匹配计算，一档传动系总速比需大于20才能满足整车低速动力性要求。通过供应商调查，没有合适的总速比大于20的横置变速箱资源。为了提高整车低速动力性，采用更换增压器、调整发动机喷油量等方法，提升发动机低速扭矩。扭矩提升前后的发动机外特性见图2：

图1 发动机万有特性

3.2．变速箱速比确定： 3.2.1 一档变速箱速比确定：

在发动机确定的情况下，发动机的扭矩特性已基本确定，一档速比的大小，决定了整车的爬坡性能和坡道起步性能。根据整车最大爬坡度和最大起步坡度要求，计算传动系总速比Io ×I 1的范围。整车最大爬坡和坡道起步时，车速一般较低，在计算中，风阻可忽略不计。计算公式如下：

将表1中的参数代入上式，计算出满足要求的Io ×I 1范围如下： 满足最大爬坡度30%～45%要求的Io ×I 1范围：14.66～20.67 满足最大起步坡度20%～30%要求的Io ×I 1范围：17.00～24.44

将计算得出的一组数据，以总速比为横座标，坡度为纵座标，作图见图3：

图3：总速比与最大爬坡度和最大起步坡度的关系曲线

从而可以得出，满足最大爬坡度和最小起步坡度要求的传动系总速比范围为：

100

tan 8.9cos sin 8.910⨯=⨯⨯≥

⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=αηααi M R F I I f G G Fi r

e r i

17≤Io×I1≤20.67

注：在最大爬坡度计算中，取发动机最大扭矩Me=300N.m；在起步坡度计算中，取发动机转速ne=1000rpm时的扭矩Me=180N.m

3.2.2 最高档和次高档变速箱速比范围确定：

整车最高档速比决定了整车所能获得的最高车速。传动系速比偏大时，整车后备功率大，加速性好，但经济性会降低，一般匹配中，在满足整车动力性目标的前提下，要求尽量降低传动系速比，以获得较好的经济性。但若传动系速比过小，整车动力性差时，用低档跑高速，不但不能提高经济性，反而会使经济性变差。为此，在确定传动系速比时，要同时考虑以下因素，进行优化匹配：

a. 整车最高车速：140～150km/h

b. 发动机最大功率/转速：100kW/3600rpm

c. 发动机经济转速：1600～2800 rpm

d. 整车常用车速：80～120km/h

为了兼顾动力性和经济性，最佳匹配时，

应使五档和六档同时能达到最高车速，这样，

在良好路面且外气环境良好时，用六档行驶

后备功率小，能达到最高车速，有较好的燃

油经济性；在较差路面、外气环境不好（如逆风）时，用五档行驶也能达到最高车速并获得较好的加速性。

按功率平衡原理和发动机转速与车速的关系，计算不同总传动比Ia=2.6、2.8……3.8、4.0时，不同车速对应的发动机功率，并根

据整车设计参数，计算整车实际使用工况的

车速对应的使用功率（V-P关系），将计算

数据汇成功率平衡图，见图4：

从图4可以看出，当Ia=3.5和Ia=3.0

时，整车能达到相近的最高车速，且最高车

速时的后备功率接近零。为此，初步确定五

档Ia=3.5左右、六档Ia=3.0左右。

当Ia=3.5和Ia=3.0时，发动机转速与

车速的关系见图5：

从图5可以看出：

当Ia=3.0、车速80～120km/h时，对应的发动机转速ne=1800～2700rpm

当Ia=3.5、车速80～120km/h时，对应的发动机转速ne=2100～3150rpm

发动机的经济转速在ne=1600～3000 rpm区间，因而，当Ia=3.5和Ia=3.0时，在常用车速80～120km/h段，发动机是在经济区运行，整车有较好的经济性。

因此，将五档总速比Io×I5确定为3.5左右、六档总速比Io×I6确定为3.0左右时，五