汽车动力传动系统参数优化匹配方法

机械传动汽车动力传动系统参数的优化通常包括发动机性能指标的优选，机械变速器传动比的优化和驱动桥速比的优化，以下分别阐述。 7.1汽车发动机性能指标的优选方法 在汽车设计中，发动机的初选通常有两种方法：

一种是从保持预期的最高车速初步选择发动机应有功率来选择的，发动机功

率应大体上等于且不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和；一种是根据现有的汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有的功率。

在初步选定发动机功率之后，还需要进一步分析计算汽车动力性和燃料经济

性，最终确定发动机性能指标（如发动机最大转矩，最大转矩点转速等）。

通常在给定汽车底盘参数、整车性能要求（如最大爬坡度max i ，最高车速max V ，

正常行驶车速下百公里油耗Q ，原地起步加速时间t 等），以及车辆经常运行工况条件下，就可以选择发动机的最大转矩T emax ，及其转矩n M ，最大功率max e P 及其转速P n ，发动机最低油耗率min e g 和发动机排量h V 。

在优选发动机时常常遇到两种情况：一种情况是有几个类型的发动机可供选

择，在整车底盘参数和车辆经常行驶工况条件确定时，这属于车辆动力传动系合理匹配问题，可用汽车动力传动系统最优匹配评价指标来处理。

第二种情况是根据整车性能要求和汽车经常行驶工况条件来对发动机性能

提出要求，作为发动机选型或设计的依据，而这时发动机性能是未知的。

对于计划研制或未知性能特性指标的发动机性能可看作为发动机设计参数

和运行参数的函数，此时，外特性和单位小时燃油消耗率可利用表示发动机的简化模型。

优选汽车发动机参数的方法: （1） 目标函数F （x ）

目标函数为汽车行驶的能量效率最高。 （2） 设计变量X

],,,,[max h M p e em V n n P T X

（3） 约束条件

1） 发动机性能指标的要求 发动机转矩适应性要求：

3.1/1.1≤≤P em T T

转矩适应性系数也可参考同级发动机试验值选取。 发动机转速适应性要求：

0.2/4.1≤≤M p n n

如果M n 取值过高，使4.1/

速行驶稳定性变差，换档次数增多。

2） 汽车动力性要求 最大爬坡度要求：

t

g k eM i i f Gr T ηαα01max max )

sin cos (+⋅≥

最高车速要求：

1.1~0.1/max =p a V V ，即 1.1377.00.10max ≤≤k

p a r n i i V 高档

直接档动力性要求：

max 2

015.21o a D k t em D G AV C G r i T ≥-η

汽车加速性能的要求：

原地起步连续换档加速时间不得大于要求值0t

0t t ≤

3） 汽车燃料经济性要求：

直接档在常用车速下行驶的百公里油耗不得超过其限制值0Q

0Q Q s ≤

发动机排量的要求：

h h e P V P P ≤

式中,h P 、1P ——分别为发动机升功率的统计上、下限值，kW/L 。

根据上述建立的优化模型，即可优选出最优发动机参数，并选择发动机型号。 发动机简化模型

发动机性能特性可看作是发动机性能指标和运行参数的函数，此时，外特性可表示为：

22

)()

(e m m p p m m e n n n n T T T T -⋅---

=

式中，m T ——发动机最大有效转矩，N ·m ； p T ——发动机最大功率对应的转矩，N ·m ；

m n ——发动机最大有效转矩对应的转速，r/min p n ——发动机最大功率对应的转速，r/min 。 发动机单位时间的油耗量可以表示为：

h e o ox e t V T r G n G ⋅⋅+⋅=)(

式中，t G ——发动机每分钟消耗的燃油量，g/min ； ox G ——发动机怠速时单位排量每转燃油消耗量，g/(r ·L)；

o r ——发动机单位排量单位转矩每转燃油消耗量提高系数g/(

N ·m ·r ·L)； h V ——发动机的排量，L 。

根据研究，汽油机和柴油机的的ox G 和o r 值范围如下表所示。

汽油机和柴油机的的ox G 和o r 值

7.2汽车变速器速比的优化方法

汽车传动系参数优化是以汽车动力性与燃料经济性模拟计算为基础，以汽车

动力性要求为约束条件，多工况燃料经济性为目标函数进行优化。

汽车变速器速比优化最终目的是使汽车在满足动力性要求前提下，在常用行驶工况下燃料经济性最佳。

设计变量取变速器各档速比，表示为x （i ），i=1，k n （k n 为前进档位数）。 目标函数一般为汽车多工况循环模式的燃油消耗量Qs 。 约束条件主要包括：汽车的动力性要求和变速器各档速比间隔的要求。

在选择传动系参数时，应考虑汽车具有足够的动力性能，即应有足够的直接

档动力因数D omax 和I 档最大动力因数D imax ，同时需校核I 档最大驱动力时附着条件。

式中, T em ——发动机最大有

效转矩，N.m ηt ——传动系效率 r k ——车轮滚动半径，m C D ——汽车空气阻力系数 A ——汽车前迎风面积,m 2

n em ——发动机最大转矩点所对应的转速，rpm;

G ——汽车总重力，N 。

则直接档最大动力因数的约束条件应为

D ol

式中，Dol,Doh ——分别为不同车型汽车直接档最大动力因数要求的上下限。

I 档最大动力因数反映了汽车最大爬坡能力，其计算式如下：

M

g I I r n A C r I I T D k

em D k t em ax

⋅⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛⋅⋅⋅⨯⋅-⋅⋅⋅=

2

1010Im 377.015.21η

同上，I 档最大动力因数的约束条件为

h L D D D 1max 11<<

G

I r n A C r I T D k em D k t em 2

0max

0)377.0(15.21⋅⋅⨯⋅-⋅⋅=

η