汽車發動機與傳動系統的匹配計算分析

潘存福

（上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西 柳州 545007）

汽車發動機與傳動系統的匹配計算分析

潘存福

（上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西 柳州 545007）

研究汽車發動機和傳動系統需要從汽車整車動力性和燃油經濟性出發，對汽車發動機與傳動系的匹配進行了分析，并據此提出相應的優化設計方法。本文使用Cruise軟件建立手動前置后驅整車模型，并運用該軟件對整車動力性和燃油經濟性進行模擬計算，然后對計算結果進行全面分析，以檢測其性能匹配的好壞情況。

發動機；傳動系統；性能匹配；計算分析

0 引言

發動機與傳動系統的匹配研究是汽車界的重大研究課題，二者之間的匹配程度，直接影響整車的動力性和燃油經濟性。所以汽車發動機與傳動系的合理匹配，要根據車輛的使用條件和要求，通過改進發動機、選擇適當的傳動系參數，最后使發動機的經常工作區盡量與理想工作區相吻合，以達到整車動力性和燃油經濟性的改善。

1 整車動力性能評價

汽車的動力性是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。動力性通常是汽車各種性能中最基本、最重要性能，主要由汽車的最高車速和汽車的加速時間以及汽車的最大爬坡度三方面的指標來進行評價。最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或瀝青）上汽車能達到的最高行駛車速；加速時間表示汽車的加速能力，汽車的上坡能力是用滿載（或某一載質量）時汽車在良好的路面上的最大爬坡度表示的。

2 基于Cruise的整車性能分析

2.1 Cruise軟件介紹

Cruise 軟件是基于全面滿足汽車開發全過程要求的思想而設計的。它具有：（1）模塊化的概念可進行各種汽車和動力總成配置的分析；（2）智能化的司機模型根據人體反應真實地再現車輛的行駛；（3）發動機的冷啟動模型考慮了高等摩擦和熱力學效應；（4）黑盒子功能可嵌入用戶自定義的模塊和控制算法等4個特點。該軟件既能計算純運動學模型，也能計算運動學/動力學混合模型，計算可以是準穩態的，也可以是瞬態的。

2.2 模型建立

2.2.1 整車模型

在車輛建模器窗口下，從模塊庫中選擇適當模塊建立整車模型，（如圖1所示）。

圖1 手動前置后驅整車模型

2.2.2 信號連接

模塊機械連接完成之后，要建立模塊之間的信號連接，（各個模塊之間具體的信號連接如圖2所示）。

圖2 模型信號連接

2.3 參數輸入

由于車輛模型的建立參考了Cruise軟件本身自帶的Man RWD模型，所以缺少很多模塊的數據，而大部分數據是可以直接從原模型中導入的。

2.4 計算任務建立

Cruise 中包含了七個計算任務，這些計算任務可分別模擬整車的動力性、經濟性和排放性。在建立計算任務的時候，要設置很多參數包括行駛工況、駕駛員、換擋規律、車載狀態、起動設置等信息。這些參數的設置不同得到的曲線和結果有很大差別。

2.5 結果分析

2.5.1 整車動力性分析

圖3 各檔最大爬坡性能曲線

（1）Climbing Performance without Slip 各擋最大爬坡度計算任務。在計算最大爬坡性能的時候，輪胎的滑移是否有限制對計算的結果是有影響的。路面附著系數最大值為1，而普通路面大約為0.7-0.8 左右，要保證該車型既有較好的爬坡性能又有較好的經濟性,就要使1擋對應的最大爬坡度的最大值落在附著系數0.7 和0.8 這兩條藍線之間,這樣即能達到較好的動力性能和良好的燃油經濟性。在改變動力總成主要參數觀察整車爬坡性能和經濟性變化的同時,還要受到輪胎和地面附著條件的限制。圖3中1擋對應的最大爬坡度要大于41.3494％,但是大于41.3494％的部分在附著系數0.8之外,一般路面的附著系數應不大于0.8,所以爬坡度在41.3494％以上的部分是沒有意義的。

（2）Acceleration in all Gears, without Slip 各擋最大加速度計算任務。根據下表我們可以總結出以下結論,該車在1擋出現最大加速度為4.16855 m/s2對應的車速為46.2527 km/h,發動機轉速為4270 r/min。另外從圖4中我們還可以看出當加速度為零時,和速度軸有一個交點,在該點處驅動力和行駛阻力相等,所以對應的車速為最高車速230 km/h。

圖4 各擋對應最大加速度曲線

各擋對應的最大加速度m/s2

2.5.2 燃油經濟性分析

（1）Cycle Run循環行駛工況下的燃油經濟性分析。在Cycle Run任務計算過程中出現了一系列的問題,在計算過程中的行駛模式的選擇對計算結果是有影響的,而不同的行駛模式在計算任務中對應的計算模式是不同的,如standard manual對應的計算模式有Quasi-stationary S，Quasi-stationary1，Quasi-stationary2等等。

圖5 standard manual-Quasi-stationary S 模式下的燃油消耗時間分配圖

通過Cycle Run循環行駛工況下的燃油經濟性分析得知，在standard manual-Quasi-stationary S 模式下的整車燃油經濟性遠離最佳燃油經濟區，故此車匹配不屬于最佳匹配，還有待進一步改進完善。

圖6 不同擋位不同發動機轉速下的百公里油耗

（2）Constant Drive 穩態行駛下的燃油經濟性分析。Constant Drive 主要進行穩態性能分析,能夠模擬不同條件下的整車百公里油耗。該車在5擋,發動機轉速在1600 r/min附近,燃油經濟性最好。

3 結束語

在過去動力傳動系統的匹配,由于測試手段和計算工具的限制,一直都采用定性分析和簡單計算,靠大量積累的試驗數據和反復測試的結果進行設計,試驗周期長、試制費用高。通過Cruise軟件建立了汽車整車模型、發動機模型以及傳動系統等各大模型，對發動機與傳動系統進行了全面而深入的計算分析以便于更好地應用于整車的設計開發。

[1]何仁,商高高.汽車動力傳動系參數的優化方法[J].江蘇理工大學學報,2000,21（06）：61-64.

[2]李孟良，張建偉，張富興等.中國城市乘用車實際行駛工況的研究[J].汽車工程，2006 ,28（06）：554-557.

[3]宋寶玉,任秉銀,于華波等.汽車傳動系參數優化設計系統的研究[J].哈爾濱工業大學學報,2001,33（02）：179-182.

潘存福，男，本科，工程師，主要從事：發動機質量方面的工作。