汽车发动机与传动系统的匹配计算分析
作者：潘存福
来源：《山东工业技术》2014年第23期
摘 要：研究汽车发动机和传动系统需要从汽车整车动力性和燃油经济性出发，对汽车发动机与传动系的匹配进行了分析，并据此提出相应的优化设计方法。本文使用Cruise软件建立手动前置后驱整车模型，并运用该软件对整车动力性和燃油经济性进行模拟计算，然后对计算结果进行全面分析，以检测其性能匹配的好坏情况。 关健词：发动机；传动系统；性能匹配；计算分析 0 引言
发动机与传动系统的匹配研究是汽车界的重大研究课题，二者之间的匹配程度，直接影响整车的动力性和燃油经济性。所以汽车发动机与传动系的合理匹配，要根据车辆的使用条件和要求，通过改进发动机、选择适当的传动系参数，最后使发动机的经常工作区尽量与理想工作区相吻合，以达到整车动力性和燃油经济性的改善。 1 整车动力性能评价
汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。动力性通常是汽车各种性能中最基本、最重要性能，主要由汽车的最高车速和汽车的加速时间以及汽车的最大爬坡度三方面的指标来进行评价。最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速；加速时间表示汽车的加速能力，汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好的路面上的最大爬坡度表示的。 2 基于Cruise的整车性能分析 2.1 Cruise软件介绍
Cruise 软件是基于全面满足汽车开发全过程要求的思想而设计的。它具有：（1）模块化的概念可进行各种汽车和动力总成配置的分析；（2）智能化的司机模型根据人体反应真实地再现车辆的行驶；（3）发动机的冷启动模型考虑了高等摩擦和热力学效应；（4）黑盒子功能可嵌入用户自定义的模块和控制算法等4个特点。该软件既能计算纯运动学模型，也能计算运动学/动力学混合模型，计算可以是准稳态的，也可以是瞬态的。 2.2 模型建立 2.2.1 整车模型
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在车辆建模器窗口下，从模块库中选择适当模块建立整车模型，（如图1所示）。 2.2.2 信号连接
模块机械连接完成之后，要建立模块之间的信号连接，（各个模块之间具体的信号连接如图2所示）。 2.3 参数输入
由于车辆模型的建立参考了Cruise软件本身自带的Man RWD模型，所以缺少很多模块的数据，而大部分数据是可以直接从原模型中导入的。 2.4 计算任务建立
Cruise 中包含了七个计算任务，这些计算任务可分别模拟整车的动力性、经济性和排放性。在建立计算任务的时候，要设置很多参数包括行驶工况、驾驶员、换挡规律、车载状态、起动设置等信息。这些参数的设置不同得到的曲线和结果有很大差别。 2.5 结果分析 2.5.1 整车动力性分析
（1）Climbing Performance without Slip 各挡最大爬坡度计算任务。在计算最大爬坡性能的时候，轮胎的滑移是否有限制对计算的结果是有影响的。路面附着系数最大值为1，而普通路面大约为0.7-0.8 左右，要保证该车型既有较好的爬坡性能又有较好的经济性，就要使1挡对应的最大爬坡度的最大值落在附着系数0.7 和0.8 这两条蓝线之间，这样即能达到较好的动力性能和良好的燃油经济性。在改变动力总成主要参数观察整车爬坡性能和经济性变化的同时，还要受到轮胎和地面附着条件的限制。图3中1挡对应的最大爬坡度要大于41.3494%，但是大于41.3494%的部分在附着系数0.8之外，一般路面的附着系数应不大于0.8，所以爬坡度在41.3494%以上的部分是没有意义的。
（2）Acceleration in all Gears， without Slip 各挡最大加速度计算任务。根据下表我们可以总结出以下结论，该车在1挡出现最大加速度为4.16855 m/s2对应的车速为46.2527 km/h，发动机转速为4270 r/min。另外从图4中我们还可以看出当加速度为零时，和速度轴有一个交点，在该点处驱动力和行驶阻力相等，所以对应的车速为最高车速230 km/h。 2.5.2 燃油经济性分析
（1）Cycle Run循环行驶工况下的燃油经济性分析。在Cycle Run任务计算过程中出现了一系列的问题，在计算过程中的行驶模式的选择对计算结果是有影响的，而不同的行驶模式在
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计算任务中对应的计算模式是不同的，如standard manual对应的计算模式有Quasi-stationary S，Quasi-stationary1，Quasi-stationary2等等。
通过Cycle Run循环行驶工况下的燃油经济性分析得知，在standard manual-Quasi-stationary S 模式下的整车燃油经济性远离最佳燃油经济区，故此车匹配不属于最佳匹配，还有待进一步改进完善。
（2）Constant Drive 稳态行驶下的燃油经济性分析。Constant Drive 主要进行稳态性能分析，能够模拟不同条件下的整车百公里油耗。该车在5挡，发动机转速在1600 r/min附近，燃油经济性最好。 3 结束语
在过去动力传动系统的匹配，由于测试手段和计算工具的限制，一直都采用定性分析和简单计算，靠大量积累的试验数据和反复测试的结果进行设计，试验周期长、试制费用高。通过Cruise软件建立了汽车整车模型、发动机模型以及传动系统等各大模型，对发动机与传动系统进行了全面而深入的计算分析以便于更好地应用于整车的设计开发。 参考文献：
[1]何仁，商高高.汽车动力传动系参数的优化方法[J].江苏理工大学学报，2000，21（06）：61-64.
[2]李孟良，张建伟，张富兴等.中国城市乘用车实际行驶工况的研究[J].汽车工程，2006 ，28（06）：554-557.
[3]宋宝玉，任秉银，于华波等.汽车传动系参数优化设计系统的研究[J].哈尔滨工业大学学报，2001，33（02）：179-182.
作者简介：潘存福，男，本科，工程师，主要从事：发动机质量方面的工作。
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