汽車變速器參數優化選擇流程和方法

孟德偉　蔣孝淵　鄧慶斌

【摘 要】本文闡述了某款機械式變速器在整車匹配中速比等參數優化選擇的依據，首先介紹了速比優化方案開發流程，然后結合CAE分析詳細介紹了動力性經濟性平衡點選擇、工況油耗和擋位油耗分布圖、驅動力與行駛阻力分布圖、擋位行駛性能評估圖、加速性能評估圖、坡度和高原起步性能評估圖等方面的內容，使得整車性能目標達到較好的平衡點。

【關鍵詞】汽車變速器；參數優化

【Abstract】This paper describes the basis of selection of ratio optimization scheme. First introduced the development process of ratio optimization scheme， and then introduces the dynamic economic equilibrium point selection， fuel consumption and gear oil consumption distribution map， driving force and running resistance distribution graph， gear driving performance evaluationchart acceleration performance evaluation chart， slope and plateau starting performance evaluation chart and other aspects combined with CAE analysis， which makes the vehicle performance targets to achieve a better balance point.

【Key words】Vehicle transmission；Parameter optimization

0.前言

在汽車產品開發過程中，一旦整車的重量、發動機、軸荷分配、輪胎、造型等參數確定后，傳動系速比的選擇對整車性能的影響是極其重要的。為保證汽車的動力性和經濟性技術指標，需要合理選擇和配置變速器各擋位速比，使整車性能達到最佳平衡點。

1.變速器速比參數優化選擇開發流程

變速器速比參數優化選擇開發流程圖可如下圖1所示。速比的選擇的流程可簡單概括為“目標設定——CAE仿真分析計算——速比確認”三個主要方面，目標設定要對市場車型進行調研并對競品車型的動力總成參數進行競品分析，同時還需要實時了解國家法規政策。CAE仿真分析計算是基于已有的整車參數及發動機參數進行的，具體包括車重、輪胎滾動半徑、發動機特性、風阻系數、車輛迎風面積等參數輸入，結合合理的變速器速比分配對整車的動力性能和經濟性能進行評價，后期通過實車基本性能測試對仿真分析結果進行校驗，修正模型后再反復進行實車評價，最終確認速比選擇方案。

2.變速器速比參數選擇對整車性能的影響因素

2.1動力性經濟性平衡圖

變速器速比的取舍過程實際上就是整車動力性和經濟性的平衡過程，動力性經濟性平衡圖如圖2所示，通過模擬分析可計算出七種方案下的整車百公里加速時間和NEDC工況油耗，通過整車的開發目標對變速器速比進行最終的選擇，因此從動力性經濟性平衡圖中可以得出以下兩點結論：

（1）根據計算結果所處的相限，來評估整車動力經濟性的取舍。

（2）速比選定時，需要考慮計算誤差綜合評估。

2.2工況油耗和擋位油耗分布圖

隨著國家法規要求日益嚴格，燃油消耗在整車性能開發中起著越來越重要的作用。燃油消耗可用計算法和測量法來確定，消費者實車的油耗數據與標準試驗循環的油耗數據不同，這是因為駕駛風格、道路條件、交通狀況、環境因素以及車輛狀況與車輛裝備等因素產生了不同的作用。燃油消耗受駕駛員影響較大，選擇的車速和擋位決定了發動機的工作點，因而也就決定了發動機的燃油消耗。

與發動機一樣，油耗特性圖對于發動機、傳動系和整車之間的匹配是一個重要的依據，從工況油耗和擋位油耗分布圖示例分析結果可知：

（1）用NEDC排放工況評估速比參數選擇是否處于合理的經濟油耗區以滿足中國的國家法規。

（2）用等速油耗點所分布的位置評估主減速比和五擋速比選擇是否合理，以此獲得優秀的城郊、高速油耗性能。

2.3驅動力行駛阻力分布圖

變速器在各個不同擋位時的加速性和爬坡能力，可將每個擋位所得到的驅動力和各種不同擋位下所需的驅動力隨車速的變化關系繪制在驅動力行駛阻力圖中，如圖3可以看出：

（1）1-2-3-4行走的線路為100公里加速時間的評估。

（2）5-6行走的線路為30-100公里加速時間的評估。

（3）7所處的位置為整車能到達的最大車速。

2.4擋位行駛性能評估圖

需要結合發動機的低速性能綜合評估速比的優化選擇，保證換擋無“掉坑”現象出現，圖4所示為擋位行駛性能評估圖，可以得出以下結論。

（1）用各擋位連接線的平滑性評估速比因子選擇的合理性。

（2）用整車行駛圖評估換擋過程中擋位動力輸出的連貫性。

（3）速比選擇需要結合發動機的性能綜合評估。

2.5坡度和高原起步性能評估圖

坡度及高原起步性能評估圖如圖5所示，可以得出以下結論。

（1）平原最大爬坡性能大于30%的坡度。

（2）AT起步考慮變矩器損耗扭矩，MT考慮離合器滑摩功損耗。

3.本文結論

本文通過結合汽車整車動力、經濟性能，對變速器速比參數優化選擇流程、評估方法進行了詳細闡述，可以得出下述幾點結論：

（1）根據整車開發目標，繪制動力性經濟性平衡圖，根據計算結果所處的象限，來評估整車動力經濟性的取舍，速比選定時需要考慮計算誤差綜合評估。

（2）開發前期可以通過工況油耗和擋位油耗判斷合理的經濟油耗區方法是可行的。

（3）用各擋位連接線的平滑性評估速比因子選擇的合理性，用整車行駛圖評估換擋過程中擋位動力輸出的連貫性，速比選擇需要結合發動機的性能綜合評估。

（4）坡度和高原起步性能中，AT起步要考慮變矩器損耗扭矩，MT要考慮離合器滑摩功損耗。 [科]

【參考文獻】

[1]Harald Naunheimer.汽車變速器理論基礎、選擇、設計與應用，2010.

[2]葛安林.車輛自動變速理論與設計.機械工業出版社，1993.