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1、毕 业 论 文设计题目 汽车传动系参数优化设计 学生姓名 陈震 学 号 20101002 专业班级 车辆工程10级1班 指导教师 姜平 院系名称 机械及汽车工程学院 2014 年 6月 7日目 录中文摘要2英文摘要31 绪论4课题研究目和意义.4国内外研究现状61.3本文主要研究内容82 汽车动力性及燃油经济性综合评价9汽车动力性评价指标102.2汽车燃油经济性评价指标102.3汽车动力传动系统优化匹配方法 113 汽车动力性和燃油经济性模拟计算123.1 发动机数学模型建立123.2 最小二乘法曲面拟合123.3 变速器换挡规律模型133.3.1 汽车换挡规律处理133.3.2 最佳动力规律
2、处理143.3.3 最佳经济性换挡规律144 汽车传动系参数计算144.1 汽车动力性参数计算15 汽车动力性模拟计算154. 各档最大爬坡度计算164.1.3 最高车速计算164.1.4 汽车加速性能计算164.2 汽车燃油消耗量计算174. 等速行驶工况燃油消耗量计算174.等加速行驶工况燃油消耗量计算184. 等减速行驶工况燃油消耗量计算184. 怠速停车时燃油消耗量194. 整个循环工况百公里燃油消耗量194.3 汽车传动系匹配数学模型205 汽车动力传动系参数优化设计模型205.1 设计变量确定255.2 目标函数建立255.2.1 动力性目标函数255.2.2 经济性目标函数265
3、.2.3 双目标函数转成单一目标函数265.3 约束条件建立265.4 优化数学模型建立296 传动系参数优化设计实例计算296.1 发动机建模结果306.2 传动系参数优化结果32结论35致谢36参考文献36附录37汽车传动系参数优化设计摘要：本文利用优化设计思想，对货车动力传动系统参数进行优化设计，并编写了传动系参数优化设计matlab程序。首先从汽车动力性与燃油经济性入手，介绍了发动机外特性数学模型，总结出汽车动力性与燃油经济性各项评价指标计算方法。在此基础之上，基于优化设计理论，将汽车动力性分目标函数与燃油经济性分目标函数统一成一个目标函数，采用加权组合法将多目标优化转化为单目标优化，
4、以汽车整车基本性能要求与变速器速要求为约束条件，应用matlab软件进行计算，在满足汽车各性能指标前提下，找出最佳传动系参数，达到燃油消耗量最小与动力性优化目。基于以上理论，利用 Matlab软件为开发工具，编制出了汽车传动系参数优化程序。最后以某货车为实例，对传动系参数进行了优化，根据程序实用性与可靠性进行了检验，结果到达预定效果。 关键词： 优化，动力性，燃油经济性，传动系参数 Automobile Power-train Parameter OptimizationAbstract: In this thesis, optimization design theory was used
5、to optimize the design of the power-train parameters of automobile; and the program of power-train parameters optimization design was exploited. Firstly, beginning with the power performance and fuel economy of automobile, the thesis introduced the mathematic model of engines and transmission etc, a
6、nd summarized the calculating methods of power performance and fuel economy . Based on this, using optimization design theory, it united the power performance and fuel economy of automobile into an aim function. Referring to the comprehensive vehicle performances、speed ratio of transmission , it put
7、 forward the optimization design method of automobile power-train parameters, and solved it with Matlab algorithm. Based on the theory, Matlab was used as a tool to work out the program of power-train parameters optimization, Besides the power-train parameters optimization function, automobile perfo
8、rmance can also be calculated by the program. Finally, a car of gasoline engine was taken as an example. The power-train parameter was optimized, and a satisfying result has been got after the test on practicability and reliability of this program. Keywords: Optimum Design， Power performance，Fuel ec
9、onomy，Power-train parameters1 绪论1.1 课题研究目与意义随着汽车保有量增加，车用燃油消耗量占总燃油消耗量比例逐年增加，导致中国对进口原油依赖程度越来越大。2009年中国原油对外依存度超过了50%，然而中国汽车油耗水平及国外相比仍存在较大差距；2008年欧洲乘用车百公里平均油耗，日本。 汽车尾气污染已经成为我国大中城市主要污染源之一。虽然在中国汽车行业已全面实施了国三排放标准，但是大量在用汽车仍只能满足国二排放标准。 因此汽车动力性与燃油经济性匹配至关重要。近些年来，由于世界石油危机潜在威胁与环境保护压力，人们开始探索除石油外汽车代用燃料。综合各种因数分析结果是：
10、代用燃料是汽车燃料长远发展方向，但是在相当长时间里还无法及石油燃料竞争，石油仍是21世纪我国主要能源。我国石油消耗占总能源消耗20%。19901996年，中国石油表观消耗量(生产量十进口量一出口量)年均增长率为5.12%，而石油生产年均增长率仅为1.46%, 19972000年石油生产年均增长也仅为1%。我国石油产量与进口量相对需求量而言，总量短缺矛盾在未来相当长时间内不会改变。汽车是人们生活中最重要交通工具,最近几年,我国汽车产量飞速增长,尤其是轿车正迅速普及市场，随着人们对汽车消费越来越理性,对汽车动力性与燃油经济性关注度越来越高,即要求汽车具有良好动力性、舒适性等,同时又希望其油耗低。这
11、给汽车设计者带来任务就是如何在提高与保证汽车动力性前提下又使汽车具有最佳经济性能,一方面努力提高发动机性能是目前一个重要研究方向,另一方面,对汽车发动机、底盘传动系、道路行驶状况合理匹配研究以提高汽车经济性能,目前国内在这方面研究还远落后于美国等发达国家。因此汽车动力性与燃油经济性研究至关重要，如何提高动力性前提下又进一步改善燃油经济性，让汽车发挥出更好性能，本文主要内容就是针对汽车动力性与燃油经济性优化进行设计，通过调节传动比及主减速器比来调节动力性与燃油经济性。表1.1 改善汽车性能研究研究方法解决措施提高汽车行驶效率减少汽车行驶阻力通过改进车身造型改善车身结构来减少迎风面积与空气阻力；通
12、过改进轮胎结构减少滚动阻力。底盘轻量化采用新型轻质材料，通过可靠性设计技术使整车质量轻量化，使各总成部件附件紧凑；前置发动机前轮驱动化。提高驱动效率采用自动或无级变速系统，减少轴承及齿轮摩擦损失，提高传动系统传动效率。提高发动机性能改进现有发动机通过改善燃烧，减少冷却损失以提高热效率；采用可变气门定时变排量技术以改善部分负荷特性；通过降低运转部件摩擦损失与发动机辅助设备损失以提高机械效率；采用汽油喷射电子点火与微机控制使发动机工作过程最佳化。提高能源利用率利用涡轮增压回收废气能量；利用储能装置（飞轮）回收制动能量；提高附属装置（空调、电器装置等）效率。开发新动力开发新型发动机研制高效率循环发动
13、机；研制氢气发动机；研制利用电能电动车；采用混合动力驱动系统。利用新型燃料采用外燃机燃烧低质燃油；利用液化天然气石油气等燃料；利用乙醇甲醇等合成燃料。利用新能源研制高效太阳能电池；应用氢气储存法与氢气混合燃烧法。优化动力系统发动机选型汽油机及柴油机选择；发动机使用特性选择；发动机排量选择。传动系及参数选择变速器型式速比范围挡位数速比间隔；液力变矩器型式及尺寸；驱动桥类型及尺寸。汽车整车性能好坏不仅仅取决于发动机与传动系各自单独性能，而且在很大程度上取决于二者匹配得如何。在评价汽车整车性能时，往往要用到一些特定指标，如衡量汽车动力性主要指标是其最高车速、爬坡性能与加速性能等，衡量燃油经济性主要指
14、标是汽车等速燃油经济性与多工况燃油经济性。这些指标除了反映发动机本身动力性、燃油经济性外，还表达了整车驱动系统(包括发动机、变速器、主减速器以及驱动轮等)相互配合及优化程度。即使一台发动机具有良好性能，如果没有一个及之合理匹配传动系统，也不能充分发挥其性能。能及发动机合理匹配传动系统可以使发动机经常在其理想工作区附近工作。这样不仅可以减少燃油消耗，减轻发动机磨损，提高发动机使用寿命，而且可以取得良好排放效果。因此，通过合理匹配汽车动力传动系统来提高汽车动力性，降低燃油经济性具有较大潜力，是一个可以进一步研究课题。1.2 国内外研究现状汽车动力传动系统合理匹配，一直是汽车行业所关心问题，是提高汽
15、车传动效率，提高汽车动力性与提高汽车燃油经济性重要措施之一，国内外很多专家学者都对此做了大量研究工作。一般对汽车动力性与燃料经济性研究，是通过进行实车道路试验之后给予最后评价。这种研究方法周期长，成本高，同时在产品设计阶段对整车及各总成方案确定、结构参数选择、传动系参数及发动机匹配等，就有一定盲目性。为研究传动系匹配，传统做法首先根据设计者经验与汽车在某些极限行驶状况下动力性要求来选择几种方案进行设计、试制、试验，然后通过试验结果对比，修改设计方案，再试制、试验，如此反复，才能得到一种较好设计方案。这种设计方法耗资大、周期长。因此，设计者因受时间与经费所限，往往简单地采用参照法决定了动力及传动
16、系匹配，其结果虽然能满足基本性能要求，但是发动机及传动系匹配却不尽合理，没有充分发挥其性能指标，还增加了燃料消耗，加速了发动机磨损，降低了发动机使用寿命，恶化了发动机废气排放标准。因此，为了提高设计程度，减少研发周期，在设计阶段就需要根据有关参数，对汽车动力性与燃料经济性进行一定预测，随着计算机广泛应用与现代计算方法发展，计算机模拟计算方法为汽车动力性与燃料经济性预测提供了有效而准确工具。计算机模拟及一般性能计算方法相比，有着许多优点： (1）它可以考察出汽车结构参数是如何影响汽车动力性、燃油经济性与排放性能，特别是这些参数微小变化时，实际车辆试验往往测量不出对动力性、燃油经济性与排放性能影响
17、，而计算机模拟计算则可算出其微小影响。 (2）它可以求解较复杂而精确数学模型，过去无法求解或需大量时间才能求解线性与非线性系统微分方程组，采用电子计算机与现代数值计算方法以后，就可以很快地求出其数值解。所以，在计算机模拟情况下可以采用能精确描述所研究运动较复杂模型，这就使计算结果更接近实际。 (3）它能按预定程序模拟各种行驶工况，包括瞬变非稳定工况，因而能全面地预测汽车在各种工况下动力性、燃油经济性与排放性能。 (4）它能在很短时间内对大量设计方案进行运算，查明这些方案与参数对汽车性能影响，有助于设计人员很快地找到比较有利设计方案与参数匹配。由此可见，计算机模拟计算方法是汽车总布置设计有利工具
18、，它不仅能分析与预测汽车动力性、燃油经济性与排放性能，而且能运用于设计综合，即根据预定性能指标与技术要求找出最佳设计参数。中国作为一个汽车大国，但并非是汽车强国，在汽车开发研究与试验测试方面跟国外汽车公司相比有一定差距。国外公司在开发投放新车型之前，都要针对目前汽车市场、竞争对手车型、购车者消费心理做一些分析研究，从而确定所开发车型主要尺寸、技术参数、性能参数、成本、价格及利润等。技术部门设计任务是实现汽车性能，动力性与燃油经济性是其中最基本、最重要性能。传统汽车开发阶段，这些性能主要是通过实车道路试验来测定。但随着社会经济、汽车技术及计算机技术发展，汽车这些性能必须在汽车概念开发阶段就确定，
19、因此合理汽车性能计算机仿真成为汽车工业发展需要。这样不仅可以节省大量试验费用，缩短设计开发周期，而且使得厂家对自己所设计车型性能有准确预先估计。完善汽车性能计算机仿真，不仅能够模拟汽车在任何行驶工况下瞬时油耗、累积油耗、行驶时间与距离等，而且可以计算分析汽车设计参数如车重、空气阻力系数、变速器速比等对汽车性能影响。早在上世纪七十年代，美国最大汽车公司通用汽车就开发了汽车动力性与燃油经济性性能预测程序GPSIM，随后国际各大汽车公司都在这方面做了大量研究工作，如福特汽车公司开发了TOEFP，康明斯公司VMS，美国交通部VEESIM，日本日产汽车公司CSVFEP，德国奔弛汽车公司TRASCO，奥地
20、利AVL李斯特公司开发CRUISE车辆仿真分析软件，美国可再生能源实验室NRELADVISOR等。这些计算机模拟程序及试验相结合，使得设计人员能够在汽车开发阶段就可以准确地预测汽车动力性与燃料经济性，并且可以快速有效地比较不同发动机及传动系匹配时汽车性能，从而找到最佳匹配方案。同时设计人员也可以利用该程序，进一步优化汽车结构参数，完善汽车性能指标。通过计算机模拟不仅可以避免设计人员在产品设计阶段对整车总成布置、动力及传动系统选择盲目性，防止遗漏最优方案可能性，而且还大大缩短了设计周期，节省了大量试验费用。我国在汽车性能计算机模拟仿真方面研究起步较晚，进入80年代后，国内汽车界如长春汽车研究所、
21、吉林大学、江苏大学等单位做了一些这方面研究工作，主要工作内容有:(l)汽车动力传动系数学模型研究；(2)给定工况模拟研究;(3)实际道路条件随机模拟研究;(4)模拟程序应用研究。并取得了一些成果。但是由于起步比较晚，跟国外大公司开发模拟程序相比还存在如下主要问题:(l)数学模型不完善;(2)没有形成通用计算程序与方法。这些问题导致我国汽车工程界在设计中无法运用有效工具较为准确地预测与优化汽车性能，阻碍了开发水平提高与自主研发能力进步。1.3 本文主要研究内容本论文在研究汽车动力传动系数学模型、动力性与燃油经济性基础上，分析汽车动力传动系优化匹配技术。本文主要任务有：（1）系统地分析了汽车动力性
22、与燃油经济性评价体系。研究理想动力传动系与实际动力传动系差别。从发动机及传动系合理匹配角度出发，提出动力性与经济性评价指标。（2)以原地起步连续换档加速时间与多工况循环使用油耗作为评价动力性与经济性两个分目标函数，使用线性加权组合方法将其转换成单一目标函数，建立汽车传动系参数优化数学模型。（3）建立包括怠速、起步、加速减速、匀速与换档在内汽车不同行驶模式仿真分析模型，以及最高车速、最大动力因数等数学模型。（4）利用这个系统对本文货车进行动力性与燃油经济性进行模拟计算，并且对传动系参数进行优化，主要包括变速箱与主减速器传动比优化，然后通过优化前后整车性能对比得出结论。2 汽车动力性及燃油经济性综
23、合评价汽车动力传动系最优匹配研究关键问题是确定汽车动力传动系统匹配评价指标。汽车动力性就是指汽车在良好路面上进行直线行驶过程，可以由纵向外力来进行决定相应行驶性能，是能够达到平均行驶速度要求。我们从这个定义当中就可以看出，对于道路来说，必须要是良好路面，水平或是坡路都可以，运动方式可以采取直线行驶过程，对于外力因素来说，可以由纵向外力来决定运动基础，使其能够达到一定能力。对于运动能力来说，主要有三个方面指标，比如汽车最高车速，加速时间，以及最大爬坡度。在良好水平路面上进行行驶车辆，如果能够达到最高行驶速度，我们就叫最高车速。对于加速时间来说，通常是在原地起步加速时间，以及超车加速时间，这个时间
24、表明了汽车加速能力。世界上评论汽车燃油经济性一般用耗油量或油行程来表示。耗油量是指汽车满载时单位行驶里程所需燃油体积。我国与欧洲都用行驶百公里消耗燃油数(L)来表示，即L/ 100 km；油行程是指汽车满载时，单位体积燃油所能行驶里程，美国就是用每加仑燃油能行驶里程数来表示，即(英里/加仑)。前一种表示法，数值越小，燃油经济性越好；后一种表示法，数值越大，燃油经济性越好。汽油燃油经济性指标及发动机特性与汽车自重、车速及各种运动阻力如空气阻力、滚动阻力与爬坡阻力等大小、传动系效率及减速比等都有关系，因而在数值上往往及实际情况有差别。2.1 汽车动力性评价指标汽车动力性是指汽车在良好路面上直线行驶
25、时由汽车受到纵向外力决定所能达到平均行驶速度。动力性是汽车各种性能中最基本、最重要性能。从获得尽可能平均行驶速度观点出发，汽车动力性能主要由三方面指标评定最高车速、加速性能与爬坡性能。 最高车速是指在水平良好路面上汽车能达到最高行驶速度。它仅仅反映汽车本身具有极限能力，并不反映汽车实际行驶中平均速度。加速性能对汽车平均行驶速度有着很大影响，它评价指标很多，但通用与统一评价准则还没有。 当今汽车界通常用原地起步加速时间及超车加速时间来表示汽车加速性能。原地起步加速时间指用一挡或二挡起步，按最佳动力换挡时间逐次换至高挡，油门开度保持全开，加速至某一预定距离或车速所需要时间。 汽车爬坡性能是用满载汽
26、车在良好路面上最大爬坡度表示。显然，最大爬坡度是指一挡最大爬坡度。有国家规定在常遇到坡度上，以汽车必须保证车速来表明它爬坡能力。控制这个指标可以保证各种车辆动力性相差不至太悬殊，以维持路面上各种车辆畅通行驶。现有汽车动力性评价指标只是反映了汽车本身具有极限能力，在一定程度上反映了汽车动力性好坏，但由于未及复杂实际使用工况统一考虑，因而往往及汽车实际使用效果相差很大。例如国内目前城市公共汽车，尽管其最高车速设计在70km/h左右，而实际汽车运行平均车速只有2030km/h。2.2 汽车燃油经济性评价指标 汽车燃油经济性常用一定运输工况下汽车行驶百公里耗油量或一定燃油量能使汽车行驶里程来衡量。目前
27、，一般采用等速燃油经济性与多工况燃油经济性来评价汽车燃油经济性。(1)等速燃油经济性 汽车等速燃油经济性是常用一种评价指标，它指汽车在额定载荷下，以最高挡在水平良好路面上等速行驶100km燃油消耗量。常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线，以它来评价汽车燃油经济性。但是，这种评价方法没有反映出汽车实际行驶中受工况经常变化影响，特别是市区行驶中频繁出现加速、减速、怠速停车等行驶工况。(2)循环行驶工况燃油经济性 汽车多工况循环模式，是在大量进行汽车实际行驶工况调研与统计基础上获得，因而采用多工况循环试验规范获得汽车燃油经
28、济性更接近实际行驶状态。自20世纪70年代起，各国为了能正确地模拟汽车行驶工况，在测定汽车典型使用工况基础上，制定了各种试验规范，如联合国欧洲经济委员会颁布ECE-R15循环工况，美国环境保护局EPA制定城市循环工况UDDS及公路循环工况HWFET，美国汽车工程师学会SAE制定燃油经济性测量道路试验程序J1082b,日本十工况与十一工况试验循环，中国载货汽车六工况试验循环JB3352、城市客车四工况试验循环JB3972等，并以这些试验循环百公里燃油消耗量来评定相应行驶工况燃油经济性。本次讨论燃油经济性主要使用六工况法进行试验，六工况实验法主要参数表格如下：表2.1 六工况实验参数工况运转状态（
29、km/h）行程（m）累计行程（m）时间（s）加速度（m/s2）变速器档位1255050-最高档22540150200最高档340250450225-最高档44050175625最高档550250875180-最高档650252001075最高档注：3km/h。25km/h车，使用档位允许从最高档降低一档进行，当车辆进行等速行驶路段与减速段时再换入最高档进行实验。c.汽车在进行六工况实验时，加速、匀速与用车辆制动器减速时，每个实验工况除单独规定外，允许车速偏差2km/h。在工况改变过程中允许车速偏差大于规定值，但在任何条件下超过车速偏差时间不大于1s，即时间偏差为1s。 汽车动力传动系统优化匹配
30、方法 汽车动力传动系参数优化匹配就是根据汽车使用条件与要求，通过优选适当动力传动系型式与参数（如发动机型式及排量，机械变速器型式，速比范围、挡位数、速比间隔，驱动桥型式及速比，轮胎类型及尺寸）使发动机经常工作区尽量及理想经济工作区相接近，以获得最佳整车动力性及燃油经济性以及良好排放性能。 目标函数：取多工况燃油经济性，也有选取汽车原地起步连续换挡加速时间及多工况燃油经济性加权值。 设计变量：选变速器各挡传动比、驱动桥主减速器传动比。 约束条件：一般选择整车动力性要求，变速器速比分配规律为约束条件。3 汽车动力性与燃油经济性模拟计算3.1 发动机数学模型建立汽车动力性燃油经济性模拟计算是以发动机
31、数学模型为重要依据。发动机数学模型描述，包括汽车发动机外特性(使用外特性，对于柴油机来说，是功率特性)与发动机万有特性。描述发动机性能方法有表格法、差值法与数学模型法三种，前两种精度较高，但占用内存较多、运算速度较慢，故目前都采用数学模型法对于已知试验数据发动机，其使用外特性可以看作是发动机转速一元函数，用最小二乘法获得。限于发动机测试技术，目前还主要是利用稳态工况下发动机特性试验数据获得模型近似代替非稳态工况下发动机瞬时特性。考虑到发动机加速工况时，其转矩较稳定工况有所下降，燃料消耗率有所上升，一般认为其转矩下降量及曲轴角加速度成线性关系，可以采用修正系数方法来考虑这种影响，借以减少稳态工况
32、代理瞬态工况带来误差。 最小二乘法曲面拟合采用曲面拟合方法求取模型参数，实际上是个线性回归问题。即认为平面上各测点Z是其坐标(X,Y)函数，从而建立回归模式为： （3-1）式中：模型中待定系数； 随机误差； N试验数据点数； S拟合阶数；k待定系数个数，及多项式拟合阶数s存在如下关系： （3-2）拟合阶数高时拟合值更接近于实际试验数据，但此时在上下限区域内通常会产生畸变，严重影响汽车燃油经济性模拟计算，因此本文拟合阶数取3。回归模型写成矩阵形式： （3-3）其中G为阶矩阵，Z与E均为列向量。假设 （3-4）按照极值理论应有 （3-5） 易得： （3-6）拟合值及观测值拟合程度，可以用拟合度C来
33、评价，同时也确定最佳s值。 （3-7）式中 为总体均值。3.3 变速器换挡规律模型3.3.1 汽车换挡规律处理机械变速器是否需要换挡，取决于驾驶员对汽车行驶条件以及对发动机转速与负荷判断。在行驶中，首先驾驶员应严格遵守道路环境对速度限制；其次在未达到对速度限制时，可以充分发挥汽车动力性；在满足上述两条件时，应考虑汽车燃油经济性，尽量利用高挡行驶。一般来说，确定换挡规律时应满足两个条件： （1）选择最佳挡位及换挡时机，使汽车具有良好动力性与燃油经济性。 （2）在一般道路条件下，要尽量减少换挡次数，使换挡稳定可靠，并尽量减少在某些道路条件下相邻两挡间不断循环换挡现象。3 最佳动力性换挡规律最佳动力
34、性换挡规律应用于动力性模拟计算中，它认为汽车尽可能在较低挡位行驶。现在关键问题是是换挡点选择，目前有两种判断法：一种是以同一车速下各挡加速度大小作为换挡依据；另一种是以同一车速下各挡动力大小作为换挡依据。在模拟计算中，对驾驶员换挡规律规定：(1)当发动机转速低于其最小稳定转速时，由高挡换入低挡。(2)当发动机转速高于其最大转速时，由低挡换入高挡。(3)当发动机转速介于其最大与最小转速之间时，若高挡加速度大于低挡加速度时，应由低挡换入高挡。3 最佳经济性换挡规律 最佳经济性换挡规律应用于燃油经济性模拟计算中。目前也有两种判断法，一种是在汽车加速度大于零情况下，尽可能采用高挡行驶；另一种是以发动机
35、燃油消耗率作为换挡依据，保证汽车总是以使发动机燃油消耗率最小挡位行驶。 在模拟计算中，对驾驶员换挡规律规定：(1)当发动机转速低于其最小稳定转速时，由高挡换入低挡。(2)当发动机转速高于其最大转速时，由低挡换入高挡。(3)当发动机转速介于其最大与最小转速之间时，若高挡加速度大于零时，应由低挡换入高挡。(4)当行驶阻力大于驱动力时，若发动机转速高于发动机最大转矩所对应转速时，则不换挡，反之应换入低挡。4 汽车传动系参数匹配4.1 动力性参数计算整车性能计算是最终确定汽车动力传动系匹配评价体系基础，由于我们在第二章中详细讨论了发动机数学模型建立方法，以此本节重点放在动力性及经济性仿真计算。4. 汽
36、车动力性模拟计算设变速器置于第k挡；1.首先计算变速器置k档时，发动机转速； （4-1）2. 根据发动机使用外特性模型，计算发动机输出转矩； （4-2）3. 计算汽车空气阻力； （4-3）4. 计算汽车驱动力； （4-4）5. 则第k挡、速度时，则最大动力因数为： （4-5）4.1.2 各档最大爬坡度计算设各档最大爬坡角为，则有： （4-6）然后再根据换算成最大爬坡度。式中：4.1.3 最高车速计算汽车最高车速是指在良好水平路面上汽车所能达到最高速度，根据汽车驱动力行驶阻力平衡图，发动机驱动力(直接档或最高档)及汽车行驶阻力曲线相交点处车速，便是汽车最高车速。若无交点，则发动机最高转速对应车速
37、则为最高车速。变速箱置于k档。设发动机最大功率点对应车速为初选最高车速，并计算发动机最高车速对应最高车速。 （4-7） （4-8）计算此时汽车行驶阻力 （4-9） (4-10）其中计算此时驱动力 (4-11)其中为变速器传动比；为主减速器传动比；r为车轮半径；为传动效率 计算此时驱动力及行驶阻力差值D： (4-12)如果D小于预先给定值，则可认为此时车速为最高车速，而如果D绝对值大于，则需要根据正负号对v进行一定步长加减进行循环计算，并最终取得满意结果，值得注意是最终结果需要及进行比较，若，则最高车速应为。4.1.4汽车加速性能计算汽车加速性能可用它在水平良好路面上行驶时能产生加速度来评价。由
38、汽车行驶可以得到： (4-13)而由运动学可知，汽车从加速到时所需时间为： (4-14)此时加速时间可通过计算机用图解计分法求出。式中：是旋转质量换算系数。4.2.1 等速行驶工况燃油消耗量计算根据等速行驶车速及阻力率P，在万有特性图上可确定相应燃油消耗率b，从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内燃油消耗量(mL/s)为 (4-15)式中，b为燃油消耗率 g/(kwh)；g为重力加速度，汽油可取为6.96-7.15N/L,柴油可取为7.94-8.13N/L。整个等速过程行经s（m）行程燃油消耗量（mL）为： (4-16)折合成等速百公里燃油消耗量（L/100km）为： (4-17)4.2.2
39、等加速行驶工况燃油消耗量计算在汽车加速行驶时，发动机还要提供为克服加速阻力所消耗功率若加速度为则发动机提供功率P(kW)应为 (4-18)下面计算由以等加速度加速行驶至燃油消耗量，把加速过程分离成若干区间，例如按加速度每增加1km/h为一个小区间，每个区间消耗量可根据其平均单位时间燃油消耗量及行驶时间之积来求得。各区间起始或终了车速所对应时刻单位时间燃油消耗量，可根据相应发动机发出功率及燃油消耗率求得 (4-19)而汽车行驶速度每增加1km/h所需时间(s)为 (4-20)从行驶初速加速至所需燃油量（ml）为 (4-21)式中，为行驶初速时，即时刻单位时间燃油消耗量（mL/s）；为车速为时，即
40、时刻单位时间燃油消耗量（mL/s）。由车速再增加1km/h所需燃油量（mL）为 (4-22)式中，为车速为时，即时刻单位时间燃油消耗量（mL/s）。依次，每个区间燃油消耗量为 (4-23) (4-24)整个加速过程燃油消耗量为 (4-25)或为： (4-26) 加速区间内汽车行驶距离（m）为 (4-27)4.2.3 等减速行驶工况燃油消耗量计算减速行驶时，油门松开并进行轻微制动，发动机处于强制怠速状态，其油耗量为正常怠速油耗。所以，减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间及怠速油耗乘积减速时间(s)为 (4-28)式中：，为起始及减速终了车速；为减速度；则减速过程燃油消耗量（mL）为 (4-29)式
41、中：为怠速燃油消耗率（mL/s）。4.2.4 怠速停车时燃油消耗量若怠速停车时间，则燃油消耗量（mL）为： (4-30)4.2.5 整个循环工况百公里燃油消耗量对于由等速，等加速，等减速，怠速停车行驶工况组成循环，如我国货车六工况法，其整个试验循环百公里燃油消耗量(L100km)为 (4-31)输入汽车参数输入工况参数工况是否满足下一工况开始下一工况档位选择状况判断计算不同工况油耗完成图4.1 燃油经济性指标计算程序流程图开始输入原始数据输入传动系参数的组合确定设计指标约束调入子程序计算结果是否满意输出结果结束图4.2 传动系参数匹配程序流程图4.3 货车传动系匹配数学模型快速匹配目是找出最佳
42、匹配，首先要根据国家标准与地方行业标准对功率与比功率要求，确定符合强度要求变速箱与后桥以及符合国家标准规格车轮。然后再进行匹配分析。匹配过程首先需要确定匹配指标以及整车设计动力性与经济性指标，然后根据各种传动系组合计算并得到综合匹配指标比较好，而且要求符合整车设计要求传动系组合，供设计人员根据实际情况做出具体选择。确定传动系匹配指标 (4-32)式中： -货车30-80km/h最高档或直接档加速时间。 -基于实际运行工况综合油耗。 ，-汽车动力性燃油经济性加权系数。本章讨论货车传动系参数快速匹配原理与方法，首先我们详细分析了汽车动力性与燃油经济性指标计算方法，以及如何在计算中进行模拟仿真计算，然后提出了基于实际运行工况货车传动系匹配综合指标以及传动系匹配数学模型，完成了程序流程图开发。通过以上内容，设计人员就可以在汽车总体设计中，快速而且准确找出符合整车性能设计要求传动系组合，提高了工作效率。5 货车动力传动系参数优化设计汽车动力传动系统及汽车使用工况匹配好坏直接关系到汽车动力性能发挥与燃油经济性