汽車變速器參數(shù)優(yōu)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(jī)械式變速器在整車匹配中速比等參數(shù)優(yōu)化選擇的依據(jù)，首先介紹了速比優(yōu)化方案開(kāi)發(fā)流程，然后結(jié)合CAE分析詳細(xì)介紹了動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性平衡點(diǎn)選擇、工況油耗和擋位油耗分布圖、驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力分布圖、擋位行駛性能評(píng)估圖、加速性能評(píng)估圖、坡度和高原起步性能評(píng)估圖等方面的內(nèi)容，使得整車性能目標(biāo)達(dá)到較好的平衡點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】汽車變速器；參數(shù)優(yōu)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一旦整車的重量、發(fā)動(dòng)機(jī)、軸荷分配、輪胎、造型等參數(shù)確定后，傳動(dòng)系速比的選擇對(duì)整車性能的影響是極其重要的。為保證汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性技術(shù)指標(biāo)，需要合理選擇和配置變速器各擋位速比，使整車性能達(dá)到最佳平衡點(diǎn)。

1.變速器速比參數(shù)優(yōu)化選擇開(kāi)發(fā)流程

變速器速比參數(shù)優(yōu)化選擇開(kāi)發(fā)流程圖可如下圖1所示。速比的選擇的流程可簡(jiǎn)單概括為“目標(biāo)設(shè)定——CAE仿真分析計(jì)算——速比確認(rèn)”三個(gè)主要方面，目標(biāo)設(shè)定要對(duì)市場(chǎng)車型進(jìn)行調(diào)研并對(duì)競(jìng)品車型的動(dòng)力總成參數(shù)進(jìn)行競(jìng)品分析，同時(shí)還需要實(shí)時(shí)了解國(guó)家法規(guī)政策。CAE仿真分析計(jì)算是基于已有的整車參數(shù)及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行的，具體包括車重、輪胎滾動(dòng)半徑、發(fā)動(dòng)機(jī)特性、風(fēng)阻系數(shù)、車輛迎風(fēng)面積等參數(shù)輸入，結(jié)合合理的變速器速比分配對(duì)整車的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，后期通過(guò)實(shí)車基本性能測(cè)試對(duì)仿真分析結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，修正模型后再反復(fù)進(jìn)行實(shí)車評(píng)價(jià)，最終確認(rèn)速比選擇方案。

2.變速器速比參數(shù)選擇對(duì)整車性能的影響因素

2.1動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性平衡圖

變速器速比的取舍過(guò)程實(shí)際上就是整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的平衡過(guò)程，動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性平衡圖如圖2所示，通過(guò)模擬分析可計(jì)算出七種方案下的整車百公里加速時(shí)間和NEDC工況油耗，通過(guò)整車的開(kāi)發(fā)目標(biāo)對(duì)變速器速比進(jìn)行最終的選擇，因此從動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性平衡圖中可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：

（1）根據(jù)計(jì)算結(jié)果所處的相限，來(lái)評(píng)估整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的取舍。

（2）速比選定時(shí)，需要考慮計(jì)算誤差綜合評(píng)估。

2.2工況油耗和擋位油耗分布圖

隨著國(guó)家法規(guī)要求日益嚴(yán)格，燃油消耗在整車性能開(kāi)發(fā)中起著越來(lái)越重要的作用。燃油消耗可用計(jì)算法和測(cè)量法來(lái)確定，消費(fèi)者實(shí)車的油耗數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)循環(huán)的油耗數(shù)據(jù)不同，這是因?yàn)轳{駛風(fēng)格、道路條件、交通狀況、環(huán)境因素以及車輛狀況與車輛裝備等因素產(chǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，因而也就決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗。

與發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，油耗特性圖對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系和整車之間的匹配是一個(gè)重要的依據(jù)，從工況油耗和擋位油耗分布圖示例分析結(jié)果可知：

（1）用NEDC排放工況評(píng)估速比參數(shù)選擇是否處于合理的經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)以滿足中國(guó)的國(guó)家法規(guī)。

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

2.3驅(qū)動(dòng)力行駛阻力分布圖

變速器在各個(gè)不同擋位時(shí)的加速性和爬坡能力，可將每個(gè)擋位所得到的驅(qū)動(dòng)力和各種不同擋位下所需的驅(qū)動(dòng)力隨車速的變化關(guān)系繪制在驅(qū)動(dòng)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(shí)間的評(píng)估。

（2）5-6行走的線路為30-100公里加速時(shí)間的評(píng)估。

（3）7所處的位置為整車能到達(dá)的最大車速。

2.4擋位行駛性能評(píng)估圖

需要結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能綜合評(píng)估速比的優(yōu)化選擇，保證換擋無(wú)“掉坑”現(xiàn)象出現(xiàn)，圖4所示為擋位行駛性能評(píng)估圖，可以得出以下結(jié)論。

（1）用各擋位連接線的平滑性評(píng)估速比因子選擇的合理性。

（2）用整車行駛圖評(píng)估換擋過(guò)程中擋位動(dòng)力輸出的連貫性。

（3）速比選擇需要結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的性能綜合評(píng)估。

2.5坡度和高原起步性能評(píng)估圖

坡度及高原起步性能評(píng)估圖如圖5所示，可以得出以下結(jié)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(jié)論

本文通過(guò)結(jié)合汽車整車動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能，對(duì)變速器速比參數(shù)優(yōu)化選擇流程、評(píng)估方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，可以得出下述幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）根據(jù)整車開(kāi)發(fā)目標(biāo)，繪制動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性平衡圖，根據(jù)計(jì)算結(jié)果所處的象限，來(lái)評(píng)估整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的取舍，速比選定時(shí)需要考慮計(jì)算誤差綜合評(píng)估。

（2）開(kāi)發(fā)前期可以通過(guò)工況油耗和擋位油耗判斷合理的經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)方法是可行的。

（3）用各擋位連接線的平滑性評(píng)估速比因子選擇的合理性，用整車行駛圖評(píng)估換擋過(guò)程中擋位動(dòng)力輸出的連貫性，速比選擇需要結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的性能綜合評(píng)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(xiàn)】

[1]Harald Naunheimer.汽車變速器理論基礎(chǔ)、選擇、設(shè)計(jì)與應(yīng)用，2010.

[2]葛安林.車輛自動(dòng)變速理論與設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1993.