汽車動力傳動系統優化匹配主講人：宋傳學教授單位：吉林大學汽車工程學院２００7年12月15日第一章概述研究必要性傳統內燃機汽車仍是主要運輸工具，其經濟性直接決定我國的能源需求量從動力傳動系匹配方面提高汽車燃料經濟性仍有潛力可挖。動力性與經濟性的預測計算是提高汽車動力傳動系設計的有效手段動力傳動系的合理匹配對改善汽車排放性也很有幫助。降低汽車燃油消耗措施提高汽車行駛效率提高發動機性能開發新型動力

優化匹配動力傳動系統國外研究情況1972年，美國通用汽車公司首先開發了汽車動力性與燃料經濟性的通用預測程序GPSIM，該程序可以模擬汽車在任何行駛工況下的瞬時油耗、累積油耗、行駛時間和距離，預測汽車設計參數如重量、傳動系速比、空氣阻力系數等的變化對性能的影響。有福特汽車公司的TOEFP軟件，康明斯公司的VMS軟件等。奧地利AVL公司開發的CRUISE軟件。可對內燃機汽車、混合動力汽車、電動汽車進行動力性、經濟性及排放性計算。美國能源部開發的ADVISOR軟件（主要做混合動力，電動汽車的性能預測計算）國內研究情況國內此類研究開展的較晚，特別是該類軟件開發方面較國外落后很多。一汽汽研所進行了較深入的研究，開發有汽車動力性經濟性模擬計算軟件EP。吉林大學，江蘇理工大學等學校也開展這方面的研究。其中吉林大學汽車工程學院目前在開展考慮排放約束的動力傳動系匹配方法。開發有模擬計算軟件AutoDyn。第二章

汽車動力性與經濟性評價體系§2－1汽車動力性的評價指標最高車速：指汽車在水平良好的路面上所能達到的最高行駛速度，它是一種極限能力的評價指標。加速性能：它的評價指標很多，歐美國家常用的評價指標采用汽車油門全開時的加速距離和時間；也有的國家采用油門全開時加速到最高車速一半的時間和距離。當今汽車界通常用原地起步加速時間與超車加速時間來表示汽車的加速性能。原地起步加速時間系指用一檔或二檔起步，按最佳換檔時機逐次換至高檔，油門開度保持全開，加速至某一預定的距離或車速所需的時間。超車加速時間系指用最高檔或次高檔由某一較低車速在油門全開的情況下，加速至某一高速所需要的時間。爬坡性能：汽車的爬坡性能是用滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度表示的。顯然，最大爬坡度是指一檔爬坡度。另外有的國家規定在常遇到的坡度上，以汽車必須保證的車速來表明它的爬坡能力。控制這個指標可以保證各種車輛的動力性相差不致太懸殊，以維持路面上各種車輛暢通行駛。§2－2汽車燃料經濟性的評價指標等速燃料經濟性：它是一種常用的評價指標，它指汽車在額定載荷下，以最高檔在水平良好路面上等速行駛100km的燃油消耗量。但這種評價方法沒有反映出汽車實際行駛中受工況經常變化的影響。多工況燃料經濟性：汽車多工況循環模式，是在大量進行汽車實際行駛工況調研和統計的基礎上獲得的，因而采用多工況循環試驗規范獲得的汽車燃料經濟性更接近實際行駛狀況。自70年代起，各國為了能正確地模擬汽車行駛工況，在測定汽車典型使用工況的基礎上，制訂了各種試驗規范，如聯合國歐洲經濟委員會頒布的ECE15循環工況；美國汽車工程師學會SAE制訂的燃料經濟性測量道路試驗程序J1082b；我國的載貨汽車六工況試驗循環JB3352、城市客車四工況試驗循環JB3972等。目前我國分別新發布了乘用車與商用車輛燃料消耗量試驗方法（GB／Tl2545.1-2001、GB／T12545.2-2001）

并以這些試驗循環的百公里燃油消耗量來評價相應行駛工況的燃料經濟性。§2－3汽車動力性和燃料經濟性的綜合評價汽車動力性與燃料經濟性的綜合評價指標，應該能定量反映汽車動力傳動系統匹配的程度，能反映出發動機動力性與燃料經濟性的發揮程度，能夠提示汽車實際行駛工況所對應的發動機工況與其理想工況的差異，能夠提示動力傳動系統改善的潛力和可能的途徑。動力性能發揮程度的評價指標——驅動功率損失率汽車的動力損失圖圖2－1汽車驅動力損失圖2－1為裝有四檔變速器的汽車驅動力與車速關系曲線圖，曲線上方的區域為因發動機功率所限汽車不能達到工作范圍，下方的陰影部分為汽車驅動力損失的工作區。在汽車前進檔數一定的條件下，優選變速器各檔的傳動比使汽車的實際驅動特性最接近理想特性，即上圖陰影面積最小。驅動功率損失率定義驅動功率損失率反映了實際汽車動力傳動系特性與理想的動力傳動系的差距，也能反映汽車動力性的大小與汽車動力性能的發揮程度。值越小，發動機與傳動系在動力性能方面匹配得越好。理想驅動力曲線下覆蓋的面積：定義驅動功率損失率（2－8）——發動機在第j檔時的轉速工作范圍。（2－9）經濟性能發揮程度的評價指標——有效效率利用率汽車發動機在實際使用中，很少是完全沿著速度特性或負荷特性曲線工作的，也就是說，它的工作范圍在以轉速和負荷（轉矩）構成的二維平面的特定區域，其燃油消耗率不僅取決于這個區域的位置、形狀、大小，而且取決于在不同區域的持續時間。從經濟性考慮，希望內燃機工作在其經濟區域內。內燃機有效效率發動機常用工況有效效率利用率汽車動力傳動系統匹配的綜合指標——汽車能量利用率汽車的能量利用率是一個新的概念，它統一了兩個相互制約的概念，燃料經濟性和生產率。從能量的觀點看，可為獲得最高的生產率和燃料經濟性，需要盡可能減少汽車行駛過程中不必要的能量損耗，即以較少的燃油消耗完成一定的運輸工作量。汽車的能量利用率是指燃料的化學能轉為汽車有用功的效率。在這里，傳統的力學和熱力學效率完全不適用，這是因為汽車——司機——道路系統中存著非保守特性和概率特性，如汽車運輸過程中的全部機械功終將轉化為摩擦熱而消耗掉，有用功為零。故不便簡單地采用熱機效率的概念。汽車行駛的能量能量利用率定義汽車能量利用率計算能量利用率的意義從能量利用率的推導過程可以看出，這個指標已把發動機和底盤的固有特性與汽車實際行駛條件相結合，既反映了汽車具有的能力，又反映了汽車的實際使用效果，因此用它作為汽車動力傳動系統合理匹配綜合評價指標，既反映汽車動力傳動系統與使用工況匹配程度，又能提示動力傳動系統改善的潛力和途徑。第三章

汽車動力性與經濟性的模擬計算方法發動機模擬計算模型汽車動力性和燃料經濟性模擬計算中，首要的問題是發動機數學模型的正確建立。發動機數學模型的描述，包括汽車發動機外特性（使用外特性，對于柴油機來說，是功率特性）和發動機萬有特性。描述發動機性能特性的方法很多，其中有表格法、插值法和模型法。前兩種方法精確度較高，但占用內存較多、運算速度慢，故目前大都采用數學模型法。對于已知實驗數據的發動機，其使用外特性可以看作為發動機轉速的一元函數，用最小二乘法擬合獲得；而萬有特性可以看作為發動機轉速和發動機轉矩的二元函數，用曲面擬合法獲得。限于發動機測試技術，目前還主要是利用穩態工況下發動機特性實驗數據獲得的模型近似代替非穩定工況下發動機瞬態特性。考慮到發動機在加速工況時，其轉矩較穩定工況有所下降，燃油消耗率有所上升，一般認為其轉矩下降量與曲軸角加速度成線性關系，可以采用修正系數法來考慮這種影響，借以減少穩態工況代替瞬態工況帶來的誤差。發動機使用外特性模型的建立某發動機外特性曲線發動機萬有特性模型的建立某直列六缸發動機萬有特性圖發動機飛輪及運動系統的轉動慣量發動機飛輪及運動系統的轉動慣量可用經驗公式計算（本經驗公式是統計了國內外十幾種發動機的實際數據得到的，公式簡單明了，十分接近實際情況）：汽油機：I=0.1Volume;（kgM2）…3.10柴油機：I=0.2Volume;（kgM2）…3.11式中：Volume：排量（L）非穩定工況時發動機性能的修正汽車發動機大部分時間處于非穩定工況，而非穩定工況下的動態特性和穩定工況特性顯然是不相同的。目前，雖然能夠說明發動機非穩定工況的一般規律，但對它的研究還是不夠的。試驗表明：汽車加速時，發動機轉矩的下降與曲軸角加速度成線性關系，并且下降量不超過發動機最大轉矩的4％~5％。變速器的數學模型變速器的數學模型比較簡單，是一個可以換檔的傳動機構，各檔位有各自不同的傳動效率，典型的5檔變速器的傳動效率見表3-1。表3-1典型5檔變速器的傳動效率檔位三軸式變速器轎車雙軸式變速器一檔0．960．97二檔0．9650．975三檔0．970．98四檔0．99（直接檔）0．985五檔0．970．98驅動橋效率變化特征分析驅動橋的傳動效率主要與輸入扭矩和輸入轉速這二個參數有關。扭矩越小效率越低；轉速越高，效率越低。以下是原因分析：軸承的預緊力產生的摩擦力矩基本是一個常數，攪油損失產生的阻力矩只與轉速有關，與輸入扭矩無關。所以，在小輸入扭矩狀態下，上述兩項阻力矩占整個輸入扭矩的比例較大，所以輸入扭矩越小，效率越低；反之，在大輸入扭矩狀態下，上述兩項可以忽略，從試驗數據中可以看出，在輸入扭矩大于20％最大允許輸入扭矩時，阻力矩主要來自傳動齒輪的摩擦，由于摩擦系數接近常數，所以傳動效率基本不變。圖3.4為兩種驅動橋的傳動效率隨載荷的變化曲線，試驗溫度為80℃，輸入速度為260r/min，兩種橋的最大允許輸入扭矩都約為10000Nm。橋的傳動效率隨載荷變化曲線3.4為兩種驅動橋的傳動效率隨載荷的變化曲線，試驗溫度為80℃，輸入速度為260r/min，兩種橋的最大允許輸入扭矩都約為10000Nm。輸入扭矩小于2000Nm時橋的傳動效率隨載荷變化曲線驅動橋效率模型單級驅動橋最高傳動效率一般在0.96到0.94之間。國內中重型車的一般水平在0.95左右，輕型車一般為0.96，轎車大約在0.96到0.97之間。當輸入扭矩大于0.2倍的最大允許輸入扭矩時，效率約等于最高傳動效率，是一個常數；當輸入扭矩小于0.2倍的最大允許輸入扭矩時，效率按經驗公式3.12計算。式中：x=M_in/(Min_max/5)。M_in：輸入扭矩（Nm）。Min_max：最大允許輸入扭矩（Nm）。：驅動橋最高效率（典型值為0.95～0.96）。驅動橋效率擬合曲線圖3.6是按3.12式計算所得的驅動橋效率擬合曲線。為使計算簡便，忽略了轉速對傳動效率的影響。從圖3.6分析，轉速對傳動效率的影響較小，所以忽略轉速對效率的影響不會帶來很大的計算誤差。汽車換檔規律的處理機械變速器是否需要換檔，取決于駕駛員對汽車行駛條件以及對發動機轉速和負荷的判斷。行駛中，駕駛員嚴格遵守道路環境對速度的限制；在未達到對速度的限制時，可以充分發揮汽車的動力性；在滿足上述條件時，應考慮汽車的燃料經濟性，盡量利用高檔行駛。最佳動力性換檔規律在動力性模擬計算中使用了保證最佳動力性的換檔規律，即認為與盡可能在較低檔位行駛。關鍵問題是換檔點的選擇，目前有兩種判斷方法：一種是以同一車速下各檔加速度的大小作為換檔依據；另一種是以同一車速下各檔驅動力的大小作為換檔依據。模擬計算中，對駕駛員換檔規律規定：1．當發動機轉速低于其最小穩定轉速時，由高檔換入低檔；2．當發動機轉速高于其最大轉速時，由低檔換入高檔；3．當發動機轉轉速介于最大和最小轉速之間時，若高檔加速度大于低檔加速度時，應由低檔換入高檔。最佳經濟性換檔規律在燃料經濟性模擬計算中使用了保證最佳經濟性的換檔規律。這里也有兩種判斷方法，一種是在汽車加速度大于零情況下，盡可能采用高檔行駛；另一種是以發動機燃油消耗率作為換檔依據，保證汽車總是以使發動機的燃油消耗率最小的檔位行駛。模擬計算中，對駕駛員換檔規律規定：當發動機轉速低于其最小穩定轉速時，由高檔換入低檔；當發動機轉速高于其最大轉速時由低檔換入高檔；當發動機轉速介于其最大和最小轉速之間時，若高檔加速度大于零時，應由低檔換入高檔。當行駛阻力大于牽引力時，若發動機轉速高于發動機最大轉矩所對應的轉速時，則不換檔，反之應換入低檔。§3－3汽車動力性模擬計算方法各檔動力因數計算最大爬坡度的計算汽車最高車速的計算汽車加速性能的計算起步能力計算各檔動力因數計算續續15噸汽車動力特性圖最大爬坡度的計算某15噸汽車最大爬坡度計算結果某15噸車加速特性計算結果滾動阻力系數計算輪胎綜合滾動阻力系數轎車低壓子午胎：f=0.01376×(1+Va×Va／40566)適用車速：220km/h以下。輕型車斜膠胎：f=0.0108×(1+Va×Va／19440)適用車速：130km/h以下。輕型車子午胎：f=0.0108×(1+Va×Va／40566)適用車速：150km/h以下。中重型斜膠胎：f=0.00717×(1+Va×Va／19440)適用車速：130km/h以下。中重型子午胎：f=0.00717×(1+Va×Va／40566)適用車速：150km/h以下。式中：Va：車速（km/h）f：綜合阻力系數上述滾動阻力系數f，實際上包括了輪胎的滾動阻力、變速器及驅動橋的攪油損失等等因素。所以更貼切的，應該名之為“綜合阻力系數”，它反映的是用滑行法測得的綜合阻力的大小（除空氣阻力外的所有阻力）。綜合阻力系數f及空氣阻力系數Cd的獲取綜合阻力系數f的經驗公式是這樣確定的，以中重型輪胎為例：首先根據滑行阻力的試驗數據擬合出滑行阻力—車速曲線圖3.7和圖3.8是解放牌某2種中重型車型的滑行阻力試驗結果及2次擬合方程。

圖3.7某14噸車滑行阻力-車速擬合曲線圖3.8某12噸滑行阻力-車速擬合曲線汽車最高車速的計算汽車最高車速是指在良好的水平路面上汽車所能達到的最高車速。根據功率平衡原理，發動機功率曲線（直接檔或最高檔）與汽車行駛阻力功率曲線相交點處的車速，便是汽車最高車速。汽車加速性能的計算起步連續換檔加速過程框圖起步能力計算S=(78.5495*Te*Rt*Ra)/(GW*r)…3.4式中：S：起步能力（%）Te：離合器接合時的發動機扭矩，通常對大型柴油機可取發動機800r/min時的扭矩，對于小型發動機，可以取1000r/min時的扭矩（kg.m）；Rt：變速器的最低檔速比；Ra：主減速比；r：輪胎的滾動半徑（m）；GW：車輛總重（包括掛車）（kg）起步能力的物理意義起步能力的物理意義是：汽車在這樣大的坡路上能夠起步。注意不能與最大爬坡度混淆，最大爬坡度的概念是汽車已經在運動中，能夠爬上的坡度。設計過程，對中重型車的起步能力有一定的要求：S=16%公路用車最低要達到16；S=25%工程用車最低要達到25；S=30%使用條件極其惡劣的越野車最低要達到30％。對于輕型車和轎車，一般起步能力比上述要求還要大。但主要考慮的已經不是汽車起步的能力，而是為了保證汽車具有足夠的加速能力，起步能力自然就比較大。等速燃料經濟性模擬計算等速油耗計算框圖某15噸車等行駛燃料消耗特性汽車多工況燃料經濟性計算方法多工況循環試驗是不同強度的加速、減速和等速三種行駛工況連續循環的組合，其速度歷程總可以表示為隨時間變化的分段函數，即：。多工況燃料經濟性模擬計算就是這三種工況油耗計算的綜合。等速過程加速過程15噸車高擋加速過程燃料消耗特性減速過程多工況循環試驗的百公里油耗；多工況循環試驗的油耗Q就是上述三種過程油耗量的總和，于是整個循環試驗的百公里油耗可按下式計算式中：S——循環試驗總行駛距離（m）；——燃油密度多工況燃料經濟性計算流程圖某汽車多工況行駛負荷變化特性多工況行駛瞬時燃料消耗量第四章

汽車動力傳動系統的優化優化問題概述我們在做一切工作時，總是有很多方案可選用，優化問題就是從這眾多可選方案中找出最好的方案。其實質是在現有條件下，使我們所期望的目標值達到最大。如在汽車生產中，在保證汽車質量的前提下，選擇最合理的生產過程，使生產費用最省。在生產、科研領域中，普遍存在著這種是最優化問題。最優化技術就是研究最優化問題的一門學科。它研究和解決如何在一切可能的方案尋求最優化的方案。換言之，最優化技術研究和解決兩大類問題：如何將最優化問題表示成數學模型；如何根據數學模型盡快地求出最優解。優化技術發展電子計算機的飛速發展為最優化技術提供了有力的計算工具也對應優化技術的廣泛應用起到了巨大的推動作用。由于最優化技術是要在一切可能的方案中尋求最優的方案，往往需要進行大量的計算。若沒有電子計算機而用人工進行計算，不僅工作量很大，且有時是難以實現的，而有了計算機這一有效的計算工具，就使得最優化技術得以迅速發展。運用計算機技術進行機械最優化設計，對速個機械設計學科產生了十分深刻的影響，使許多過去無法解決的關鍵性問題獲得了重大突破，并取得顯著經濟效益與社會效益。機械優化設計作為一種新興的技術在汽車產品中的應用也逐漸深入，從產品設計到應用都普遍采用優化技術提高產品性能，降低生產成本。傳動系參數與動力性燃料經濟性間關系分析發動機的工作特性曲線與汽車行功率的合理匹配問題，可由傳動系來解決。傳動系參數對汽車的行駛功率和燃油消耗量有著決定性的影響，改變傳動系的傳動比，使汽車的常用工況處于發動機特性曲線的最佳經濟區，那么一定能有效地降低汽車的燃油消耗。傳動系的參數包括：變速器的速比范圍，檔位數，速比分配規律和驅動橋速比等。對傳動系參數選擇的基本要求是：檔位數適當；速比合適；輕量小型；傳動效率高、操縱感覺好；振動、噪聲特性好；耐久性好；成本低廉；拆卸、裝配、維修方便汽車動力性與經濟性分析用于分析傳動系參數與動力傳動系合理匹配間關系的工具是汽車動力性與燃料經濟性模擬計算方法。通過計算獲得的動力性與燃料經濟性指標在以汽車原地起步連續換檔加速時間為縱坐標，多工況循環模式燃料經濟性為橫坐標的圖上為一點。在一定范圍內，連續改變驅橋速比，就可得到一條描述由驅動橋速比改變而引起的動力性隨燃料經濟性變化的曲線。同樣改變變速器各檔速比等參數，也可以獲得類似的曲線，根據這些曲線，可以定量分析傳動系參數改變時，對整車動力性與燃料經濟性的影響。速比范圍的影響傳動比的范圍要根據發動機的特性、汽車最高車速、最低車速和使用條件等要求而確定。最大傳動比決定著汽車最大爬坡度、附著力，及汽車最低穩定車速。而最小傳動比除影響汽車最高車速外，還決定了汽車的最高檔動力因數。變速器檔位數的影響檔位數的增加，不僅有利于增大利用發動機最大功率的機會，提高汽車的動力性能；而也增大了發動機在最佳經濟區工作的機會，提高了汽車燃料經濟性。燃而機械變速器的前進檔數超過五檔時，會使結構變得復雜。對于給定的發動機，如果發動機的轉矩儲備系數小，為使相鄰檔位順利銜接，需要較多的檔位；相反，如果發動機的轉矩儲備系數較大，則可以減少檔位數。速比分配規律的影響傳統方法是按等比級數來分配變速器各檔速比，可以使發動機保持在同一轉速范圍內工作，可充分利用發動機提供的功率，提高汽車行駛的動力性。實踐表明，汽車在實際行駛時，變速器主要在高檔位工作。例如，中型貨車五檔變速器在干線公路上1、2、3三個檔位的總利用率僅為10％~15％。而按等比級數分配的傳動比使利用率低的低檔位數較多，而高檔速比間隔較大。為了合理利用變速器有限的檔位，使汽車在行駛中具有良好的動力性與燃料經濟性，應根據行駛條件的要求，使傳動比的間隔由低檔到高檔逐漸減少。即采用偏置等比級數分配各檔速比，使得低檔時發動機的轉速范圍較寬，而高檔時較窄，即在高檔位時兩檔位之間重合區域增大了。當汽車以較高車速行駛時，變速器在高檔間換檔時發動機功率下降較小，工作區的平均功率較大。驅動橋速比的影響當變速器選定后，汽車動力性與燃料經濟性將主要由驅動橋速比決定。驅動橋速比的變化影響著行駛阻力功率曲線在發動機萬有特性圖中的位置，大的傳動比使曲線右移；小的傳動比使曲線左移，接近萬有特性的低油耗區。當驅動橋速比減少時，汽車單位行程內發動機曲軸總轉數減少，內部摩擦損失也減少，燃料效率提高。考慮到汽車的高速化和燃料經濟性的提高，驅動橋速比傾向選擇較小值。減小傳動系的傳動比有兩種途徑：其一是減少驅動橋速比，這雖然能改善燃料經濟性，但同時使汽車的動力性較原車有所下降；其二是在變速器中增加超速檔，既能改善燃料經濟性，又能保持原車的動力性，從制造工藝看，實現可能性較大。發動機工作區間的最優化在汽車設計中，發動機與傳動系參數的優化匹配，是通過合理地選擇傳動系參數，使發動機的實際使用工況盡可能地接近最佳經濟區。而在汽車使用中，也需要根據不同的汽車運行工況來選擇適當的檔位和傳動系傳動比，使發動機處于其最佳經濟區工作。由此可見，發動機最佳工作區的定量確定對動力傳動系的最優化匹配是十分重要的。數學模型的建立模型的幾何描述圖5－1約束函數等高線§5-4汽車動力傳動系參數的優化傳動系優化實質是合理選擇汽車驅動橋與變速器的傳動比使其與汽車發動機性能達到匹配良好。設計變量選定汽車驅動橋與變速器的傳動比作為設計變量，分別為X（I，1），X（I，2），X（I，3），X（I，4），X（I，5）…X（I，N）。目標函數的建立優化設計的目標是汽車的燃料經濟性，故應根據汽車燃料消耗量試驗方法的要求分別選擇汽車的多工況燃料消耗量與汽車最高檔及次高檔等速行駛的百公里油耗作為目標函數。可根據汽車等速燃料消耗量與我工況燃料消耗量的模擬計算方法編寫目標函數。約束條件的建立傳動系優化的約束條件應保證汽車的動力性要求。即優化是為實現保證動力性前提下實現經濟性的最優。目前，可把排放約束也加入到傳動系速比的優化過程。確定直接檔動力因數汽車燃料經性的提高，應在保證汽車動力性的前提下，即要求汽車在最小傳動比時，有足夠的的上坡能力。評價指標用直接檔或最高檔的最大動力因數（表示汽車直接檔或最高檔時爬能力和加速能力）。確定原則可見最高檔最大動力因數是最高檔總傳動比X（I，N）的函數，提高最高檔的動力因數，可以增大上坡加速能力，但最高車速降低，最高檔總傳動比X（I，N）提高，發動機負荷率降低，汽車經濟性變差。若X（I，5）小，雖然發動機負荷率高，汽車的燃料經濟性變好，但爬坡能力和加速能力降低，因此確定時應兼顧汽車的動力性與經濟性，對于中型和大型客車要求直接檔最大動力因數在0.04~0.06之間。最大傳動比X（I，1）就普通汽車而言，傳動系最大傳動比就變速器頭檔傳動比與驅動橋主減速比的乘積。確定傳動系最大傳動比也就是確定變速器頭檔傳動比。汽車的動力性要求其最大傳動比應滿足汽車最大爬坡度要求。確定中間各檔傳動比變速器檔與檔之間傳動比的比值主要影響變速器的使用性能，比值過大會造成換檔困難，一般認為不宜大于1.7~1.8。同時考慮在換檔過程中，由于外部阻力的影響，車速常有所下降，而且換檔時車速越高，換檔過程中的速度下降越多。所以隨著檔位的提高，相鄰兩檔傳動比應逐漸降低。根據上述模型編制優化程序即可確定既滿足汽車動力性要求而燃料經濟性又最佳的汽車傳動系參數。其它約束條件前面所講的綜合評價指標如驅動功率損失率、有效效率利用率、汽車能量利用率等也可作為約束條件加入優化過程，這樣使優化的動力傳動系更加合理。優化算法汽車動力傳動系匹配優化算法有很多，具體編程時可以參考相關書藉。目前做此類問題應盡量借用成熟的優化軟件，如MATLAB等。MATLAB的OptimzationToolbox專用于優化問題的解決，具有使用方便及自動化的特點。吉林大學開發的AutoDyn功能操作系統平臺采用Windows系統，應用程序采用C／S（客戶／服務器）結構，這樣使系統能充分應用現有軟件，解決了系統開發中人員少而工作量大的矛盾，可把主要精力放在汽車動力性與燃料經濟性計算的計算機實現上，而不必拘泥于數學算法等一些支節問題。客戶程序選擇VC＋＋作為開發平臺，服務器主要完成數學計算與分析，主要包括燃料經濟性計算，動力性計算，發動機性能的數學模型擬合及傳動系優化等。這部分是系統的內核，它要求計算精度高與可信度好，故選擇了MATLAB作為開發平臺，MATLAB自身也提供了面向C／C＋＋語言的作為自動化服務器的接口——MATLAB計算引擎。這為我們在C／C＋＋程序中調用MATLAB功能提供了極大的方便。AutoDyn主界面7噸車的計算值與試驗值對比

圖5.2次高檔（5檔）等速油耗

圖5.3次高檔（6檔）等速油耗輕型車計算與試驗對比XX1046LXX6440項目試驗值計算值試驗值計算值總重38202265最高車速(km/h)/檔位115.5/五114.6/五129.1/四128.7/四起步0～80km/h時間s34.632.818.117.9次高檔30～80km/h時間s36.3436.726.8最高檔40～80km/h時間s46.0344.629.015工況燃料消耗量L/100km10.6810.637.927.56直接檔全油門加速油耗25.3620.2119.84等速次高檔3040506070808.899.5910.5011.612.8814.329.6410.5610.4611.6312.8514.056.747.047.548.238.9310.127.568.268.409.3510.2412.73油耗最高檔40506070809.109.9510.9011.9313.048.859.7210.1911.1212.466.356.947.748.439.627.197.988.499.3910.56第五章計算實例分析計算實例（一）對某系列輕型汽車進行了動力性與經濟性分析并對其傳動系進行了優化，由于技術保密，這里只對結果進行說明。發動機參數491Q（4Y）汽油機的性參數如下：額定功率－轉速68KW-4200~4600r/min最大扭甜轉速－轉速180N.m－2500~3000r/min最低燃油消耗率285g/kw.h原車動力性與經濟性分析存在問題但該車最大動力因數為0.254，對應爬坡度為13.93°，最高檔最大動力因數為0.025，對應爬坡度僅0.67°，二者均偏小，可見該車的傳動系與發動機性能匹配時，經濟性良好，但動力性不足。另外，該車變速器1檔與2檔之間的傳動比值達1.96偏大，而最高檔與次高檔傳動比比值為1.26偏小，這可以從其性能曲線上看出，這些都將影響汽車的使用性能。優化后汽車性能曲線優化結果分析可見優化后的傳動比在沒有明顯增加汽車多工況百公里油耗的情況下，使汽車的動力性有了較大的改善。而且最高檔和次高檔的等速燃料經濟性曲線也變得更平緩一些，從而使汽車以中高速行駛時的燃料經濟性有所改善。計算實例（二）某輕型卡車動力傳動系匹配。根據技術保密協議，這里對整車數據及車型略去，只對優化結果進行說明。發動機特性原車動力性經濟性a.等速百公里油耗擋位行駛車速（km/h）油耗(L/100km)單位質量油耗(L/100km.t)V505.931.792V606.692.021V707.62.296b.多工況百公里油耗：6.78135L/100kmc.單位質量多工況百公里油耗：2.049L/100km.t原車傳動系存在問題原車傳動系由于考慮農用運輸和超載需要而選了較大的主減速比，該主減速比與理想值偏離較大，導致整車經濟性不好，而且即使這樣，整車在裝載質量為2000kg時，動力性也很不理想。由于原車主減速比過大，使整車最高速度受發動機轉速限制而顯得過低，特別是從空載到滿載時，汽車的最高車速相同均為84km/h，這限制了汽車的“快跑”能力。就該車所配發動機功率來說，在載質量2000kg時，動力性很差，如果以這個裝載量為常用質量來設計汽車動力傳動系，將使該車綜合性能大大折扣，雖達到使該車能“多拉”的目的，但該車卻不能“快跑”，動輸效率低，而且高速時的等速油耗較大，因此使整車動力性與經濟性均較差。主減速比選優由于主減速器可選的速比較少，同類車可選的系列為：5.375，5.143，5.125，4.875。對應汽車最佳動力性與最佳經濟性的速比是不同的，因此對應汽車最低油耗的主減速比，并不能滿足汽車直接擋動力性的要求。故為兼顧汽車的動力性與經濟性要求，該車型應選擇4.875的主減速比。優化后傳動系分析為了主要部件的通用化，盡量采用原車變速器，這里對速比為4.875的主減速器與原車變速器的匹配進行分析。載質量2000kg經濟性擋位行駛車速（km/h）油耗(L/100km)單位質量的油耗(L/100km.t)V505.751.737V606.381.928V707.212.178多工況油耗6.94L/100km單位質量多工況油耗：2.097L/100km.t等速百公里油耗載質量1500kg經濟性3燃料經濟性計算(1)等速百公里油耗擋位行駛車速（km/h）油耗(L/100km)單位質量油耗(L/100km.t)V505.341.90V606.012.138V706.842.434(2)六工況油耗六工況油耗：6.07L/100km單位質量多工況油耗：2.16L/100km.t三種傳動系方案對比方案I是指對變速器與主減速器均按最優方案選型與設計。方案II是指保持原車變速器不比，只改變主減速器速比。經濟性對比單位質量燃料經濟性對比結果分析方案I對該車整個傳動系進行了優化匹配，從對比結果可以看出，裝載量為1500kg以下時該方案的經濟性非常好而且動力性也滿足要求。我國已頒布了乘用車的燃料消耗量限值標準。不久也將制定并頒布商用車的燃料消耗量限值的強制性國標。因此保證該車具有較好的經濟性是至關重要的。為了使該車傳動系做盡量少的改動，對速比為4.875的主減速器與原車變速器的匹配性能進行了分析。從經濟性上來說，方案II較方案I有所變壞，但動力性指標有所改善。綜合考慮各因素，方案II所確定的傳動系也是可以接受的。這樣就不必再為該車開發新的變速器，節省了改進設計的成本。第六章

排放約束下動力傳動系匹配汽車排放性能的評價歐洲排放標準是我國借鑒的汽車排放標準，我國的排放法規體系就是在全面等效采用歐洲ECE技術內容和部分采用EEC的基礎上形成的。目前國產新車都會標明發動機廢氣排放達到的歐洲標準。考慮排放的綜合評價指標目前的汽車動力傳動系評價指標局限于整車的動力性和燃料經濟性，而忽略了動力傳動系匹配與發動機有害氣體排放的關系。實踐證明，動力傳動系統匹配與發動機廢氣排放有著密切的關系。鑒于國家對汽車尾氣排放的限制日益嚴格，提出一個排放約束指標來匹配汽車動力傳動系顯得尤重要。基于對排放性能的考慮，本文提出包含汽車排放性在內的汽車動力傳動系匹配的綜合評價指標，采用多因子加權法評價。所謂多因子加權法就是將汽車驅動功率使用率、高檔常用車速比油耗因子以及多工況循環試驗排放因子進行加權處理，得到一個綜合評價指標的方法。汽車動力傳動系合理匹配加權評價指標評價指標分析 評價指標之所以選擇驅動功率利用率、常用車速比油耗因子和多工況循環試驗排放因子這七個參數，是因為他們能夠很好的反映動力傳動系匹配后汽車的動力性、燃油經濟性和排放特性。

驅動功率利用率反映了汽車動力性的發揮程度，此值越大，表明汽車實際行駛時的驅動功率越接近于理想驅動功率，功率損失越小，動力性匹配性能愈佳。 汽車在行駛過程中，高檔使用率占很大比例，因此選擇高檔常用車速下的比油耗因子能很好的反映汽車的經濟性能。汽車有害物的排放受多種因素的影響，在起步過程中各種排放物的排放占很大比例，常用檔位與常用車速下的排放特性并不能完全反映汽車在整個行駛過程中的排放特性。為了更全面地反映汽車在整個行駛過程中的排放特性，在此選用汽車多工況循環試驗過程中的總排放量作為衡量排放的標準。權系數先取原則根據不同的車型、不同的發動機類型，權系數的選擇也不相同。驅動功率權系數應較其它兩個評價指標大，因為它決定著車輛的平均行駛速度，決定著高檔利用率，代表著傳動系匹配的好壞，在很大程度上也影響著燃油經濟性和排放性能。排放因子中各排放物權系數的選擇由發動機的類型決定。對于汽油發動機，排放法規中對顆粒物的排放標準沒有定量的規定，因此，在汽油機模型中確定=0。同時汽油機排放物主要成分為HC、CO和NOx，且其中CO占很大比例。因此它們的權系數應視排放量比例而定，這樣也能更好的體現發動機的排放狀態。柴油機相對于汽油及來說，有著較低的HC和CO排放量，其主要排放物為NOx和固體顆粒物，所以對于柴油機，權系數中不可小視。排放因子的確立主減速比對燃油經濟性和排放性的影響分析主減速比的大小對汽車動力性、燃油經濟性和有害物的排放都有不同程度的影響，主減速比選擇的恰當與否將對汽車的性能產生很大影響。主減速比與百公里油耗關系主減速比與HC排放關系主減速比與HC排放物之間的關系。從圖中可以看出，整體上來說HC的排放隨著主減速比的減小而增大，但這種增大幅度并不是很明顯，說明主減速比對HC的排放影響并不大，它在很大程度上受汽車行駛狀況的影響。主減速比與CO排放物關系主減速器速比的大小對CO的排放影響也不是很大，但是變化規律卻與對HC的影響相反。CO的排放隨著主減速比的減小而略有降低，在汽車行駛平均車速較大時這種趨勢趨于明顯。主減速比與NOx排放物關系NOx隨主減速比變化的規律相對比較復雜，從整體的趨勢來看，NOx的排放先隨著主減速比的減小而降低至一最低值，然后再隨著主減速比的減小而上升，排放曲線呈現出一種兩頭高中間低的效果。這說明過高或者過低的主減速比都會使行駛過程中的NOx排放惡化。紅旗CA7220E裝有不同變速器時綜合性能評價Ⅰ～Ⅴ傳動比（倒檔速比）3.6，2.125，1.458，1.07，0.857（3.5）主減速比4.4444.1113.89各檔理想驅動功率（kw）746263.514746314.118746279.58各檔實際驅動功率（kw）470901.394472120.306472214.302驅動功率利用率

（%）63.163.2663.28Ⅴ檔140km/h時燃油消耗率（g/kwh）304.34300.17298.88最低燃油消耗率(g/kwh)285高檔常速比油耗因子（%）93.21494.67795.13轎車行駛工況CO排放量(g/km)2.4522.2082.155CO排放因子（%）88.54599.636102.045轎車行駛工況NOx+HC排放量0.8640.8420.836NOx+HC排放因子（%）27.231.632.8加權綜合評價值

（%）69.3271.772.28注：

歐洲排放標準CONOx+HC(g/km)歐Ⅰ

形式認證/一致性認證2.72/3.160.97/1.13歐Ⅱ2.20.5結果分析利用提出的綜合評價指標對動力性、燃油經濟性和排放性進行綜合評價后，裝有主減速比3.89的傳動系的加權評價值最高。另外，從表6-4中也可以看出3.89的傳動系無論在驅動功率利用率還是在燃油經濟性和排放方面都有明顯優越性。這也證明了所提評價指標的合理性。因此，在紅旗轎車CA7220E上裝配主減速比為3.89的FMS016WAAZ變速器能使其得到更好的綜合性能。第七章汽車傳動新技術主要內容自動變速器技術電控機械式自動變速器（AMT）雙離合器自動變速器（DCT）驅動控制技術自動傳動管理系統（ADM）限滑差速器（LSD）電動輪驅動系統（IWD）自動變速器技術電控機械式自動變速器（AMT）英文AutomatedMechanicalTransmission，簡稱AMT是在通常的手動固定軸式機械變速器和普通干式離合器上加裝電控系統，以實現自動變速的目的。AMT實際上是由一個控制系統來完成離合器操作和選、換擋動作，其核心技術是電控系統，電子技術及質量將直接決定AMT的性能與運行質量。自動變速器技術1986年首次出現（F1賽車的法拉利車隊）1989年首次被應用在貨車上（IVECO輕型卡車）1992年首次被應用在轎車上（AlfaRomeo156）1997年小批量生產（法拉利F355）1999年大批量生產（AlfaRomeo156）目前各級別汽車上應用很普遍主要組成工作原理典型結構雙離合器式自動變速器雙離合器自動變速器（DCT）DCT有別于一般的自動變速器系統，它基于手動變速器而又不是自動變速器，除了擁有手動變速器的靈活性及自動變速器的舒適性外，還能提供無間斷的動力輸出。而傳統的手動變速器使用一臺離合器，當換擋時，駕駛員須踩下離合器踏板，使不同擋的齒輪做出嚙合動作，而動力就