第八章發動機與整車性能匹配

8-1現代汽車動力傳動系統8-2汽車動力傳動裝置及主要參數的確定8-3汽車行駛基本原理及特性

8-4發動機與傳動裝置性能匹配8-5燃油車整車性能的改進途徑

整車匹配的必要性：整車的動力性、經濟性及排放性

E/G性能

E/G性能好≠汽車性能就好；汽車性能：POWERTRAIN匹配的結果。不僅具有良好的車型結構；而且具有優良的動力傳動系統及其優化匹配。汽車的標準：優良的車型；配優良的發動機；匹配優良的動力傳動系統；

發揮發動機性能，完善汽車性能的前提。8-1現代汽車動力傳動系統一、傳統燃油汽車的動力傳動系統：傳統燃油汽車動力傳動系統的匹配：一種是對動力傳動系統已確定的車輛，選用適合于該汽車行駛要求的內燃機；另一種是在車型內燃機已確定的條件下，通過正確選用動力傳動系統的布置形式和主要性能（底盤）參數，使汽車常用運行工況選擇在該內燃機整機性能最佳的工況。二、純電動汽車的動力傳動系統：單機前置前輪驅動雙機輪邊電動機驅動輪轂電動機兩驅輪轂電動機四驅對純電動汽車根據汽車動力性和成本要求確定動力源布置(驅動)方式，然后根據續駛里程等要求確定電池類型及其能量管理系統。三、混合動力汽車的動力傳動系統：串聯式并聯式混聯式對混合動力汽車根據混合程度，即電動機輸出功率相對內燃機輸出功率的比值，以及整車動力性、經濟性和排放特性，確定混合動力驅動方式后，根據不同混合動力的驅動方式進行匹配設計。8-2汽車動力傳動裝置及主要參數的確定發動機離合器變速器主減速器差速器半軸車輪一、動力傳動裝置及其作用：汽車動力傳遞的途徑連接或斷開動力傳動；并對發動機輸出的轉矩進行放大

適應汽車行駛過程中對轉矩的需求。1）離合器：連接或斷開發動機的動力傳遞1718192021222324干摩擦液壓電磁要求：可靠傳遞E/G最大扭矩；足夠的傳遞儲備（轉矩容量）；分離時要徹底、迅速；保證摘擋輕便、換擋沖擊??；接合時平順、柔和；起步時沒有抖動和沖擊性。2）變速器：將Ttq/n，通過不同傳動比進行放大

適應不同汽車行駛條件對不同牽引力的要求。678要求：足夠的變速范圍

檔位數及變速比

在發動機萬

有特性上有選擇余地。變速比及檔位數受變速器結構的限制

無級變速CVT有級變速3)傳動軸：傳遞變速器輸出的轉矩，要求：吸收變速器和車輪驅動軸間位置和角度的變化量。結構：萬向節

相對位置不斷變化的兩根軸之間傳遞動力。主從動軸之間的轉角傳動關系：

1：主動叉所在平面與主從動軸所在平面的夾角；

2：從動叉所在平面與萬向節主從動軸所在平面的夾角。瞬時角速度的傳遞關系：萬向節的轉矩傳遞關系：即，當M1,

一定時，輸出轉矩隨

1

（軸旋轉）周期性變化。車輛振動。

4）主減速器：進一步增大減速比

放大驅動轉矩，調節轉

速；將曲軸旋轉方向改變成車輪旋轉方向。使變速器小型緊湊。123i0過大

外殼尺寸增加

離地間隙

，通過性

.

確定主減速比時，考慮以下三個方面的因素：滿足汽車動力性和經濟性的要求；相嚙合齒輪的齒數間沒有公約數，保證主、從動齒輪各齒之間都能正常嚙合，起到自動磨合作用；大小齒輪的齒數之和>40。保證重合系數和輪齒的抗彎強度。對轎車，一般小齒輪齒數Z1≥9；貨車Z1≥65）差速器：汽車轉彎時，左右輪轉彎半徑不同

旋轉速度不同。差動裝置就是適應這種左右車輪的轉速差

同時向車輪傳遞動力。設差速器外殼角速度

0，兩個半軸角速度分別為

1，

2。差速器外殼受到的轉矩為T0；轉速快/慢的兩個半軸對差速器的反轉矩分別為T1，T2；Tr為差速器內部摩擦力矩，則差速器的鎖緊系數K：不計差速器內部摩擦力矩，K=0，T1=T2=0.5T0

半軸轉矩平均分配考慮內摩擦力矩，使K>0時，T1<T2。增大K，可較好地利用左右輪上的附著力，提高汽車的通過性。所以，現代汽車一般取K=0.33~0.67。二、動力傳動系統主要性能參數的選擇1）發動機最大功率的選擇：依據最高車速貨車：最高車速及加速性要求低，

估算時，可忽略空氣阻力2）最小傳動比的選擇：最小傳動比=最高檔位，

汽車常用工況。汽車總傳動比：最高擋為超速擋iKmin時，最高檔在選擇iKmin時，主要考慮兩方面因數：①最高擋爬坡能力和加速能力

具有足夠的最高擋最大動力因數：②從整車匹配觀點確定最高變速比；根據路況選定io和輪胎半徑r后，使最高檔行駛于平路時的牽引功率曲線與E/G外特性曲線交于額定功率點。

3）最大傳動比的選擇最大傳動比是根據汽車最大爬坡度、附著力和最低穩定車速來確定。確定最大傳動比的三種方法：其中取最小iI值①根據最大爬坡度確定變速器第一檔速比。爬坡時，忽略空氣阻力，最大牽引力為：

最大坡度角②根據驅動輪與路面附著力確定第一檔速比:

車行駛時驅動輪不打滑條件：驅動力≤附著力

=0.5~0.6，道路附著系數，N:驅動輪垂直反力。③根據最低穩定車速確定第一檔速比:越野車

松軟路面上輪胎對地面的附著力最低車速

amin

4）變速器各檔傳動比的確定變速器最高檔和最低檔確定后，中間各檔位初步可按幾何級數公比法確定：幾何公比，擋位數k5）輪胎的選擇主要考慮輪胎負荷系數=輪胎承受的最大靜負荷與額定負荷之比。取0.9~1.0。高速型取下限，車速低時取偏大的值，但不能大于1.2。8-3汽車行駛基本原理及特性

：一、牽引力設整車質量為m，汽車加速度為a，則牽引力為牽引力：Ttq經傳動系統傳遞到輪胎的驅動力。汽車行駛中輪胎對路面作用力的反作用力通過車軸向車

體傳遞

形成推動汽車前進的推動力。牽引力和驅動扭矩：Ttq=f(n)，但其變化范圍相對汽車工況窄。為適應復雜變化的道路阻力，需將E/G的轉矩范圍，通過變速器放大。變速時的扭矩特性

牽引力與E/G轉矩:二、汽車行駛特性

汽車穩定行駛：牽引力=汽車行駛阻力，即平坦路面上：W：汽車總重量（kg）f：輪胎的滾動阻力系數車速va時：A：汽車正投影面積m2CD：空氣阻力系數準確測量f和CD是確定穩定行駛所需牽引力的基礎3）Fi：坡道阻力路面坡度傾斜角為

時，克服自身重量引起的爬坡阻力：爬坡能力：在良好路面上克服Ff、FW后的余力，在等速下所能爬坡的最大坡度。爬坡行駛時汽車加速度為零，爬坡時的牽引力：最大爬坡能力：變速器1擋時的爬坡能力。此時，車速低，FW0

4）Fj：加速阻力：水平路面上加速運行時W：汽車總重量ΔW：旋轉部分等效重量前后車輪主減速器變速器E/G旋轉件轉動慣量汽車加速時，道路的坡度角

=0，汽車加速度a：最高車速：良好水平路面上，a=0，

=0，則即，牽引力和車速是溝通汽車運行參數與發動機工況的“橋梁”。8-4發動機與傳動裝置性能匹配汽車動力傳動系統：動力源和傳遞系統組合發動機性能

工況

有限變速器不同擋位

E/G工況不同性能不同整車性能

發動機和動力傳動裝置的優化匹配一、發動機性能與汽車性能之間的關系1)發動機轉速與車速、傳動比之間的關系：2)車速、牽引力與所需發動機功率之間的關系：純電動汽車通過電動機負載電流控制電動機輸出功率：直流電路的主電路負載電流為：交流電路的主電路負載電流為：3)汽車百公里油耗:對純電動汽車而言，其經濟性可用動力電池單次充滿電后的百公里能耗或續駛里程等表示，也可以用比能耗表示。電動汽車在實際行駛過程中，續駛里程還與蓄電池的放電效率、放電深度、放電電流以及自放電現象等有關。設單位里程能耗為e(=0.11~1.07kW

h/km)、電動汽車總質量為M(t)則電動汽車行駛的比能耗e0定義為當蓄電池組充滿電后的總能量為E(kW

h)時，電動汽車的理論續駛里程為：4）傳動效率及傳動損失

齒輪速比越大，轉速越高，傳動效率就越低。二、汽車萬有特性及評價發動機工作經濟區:100%bemin~110%bemin100%bemin110%bemin100%bemin線：各等功率線最低油耗點的連線車速與發動機轉速n成線性關系牽引功率線：不同檔位下與道路阻力平衡線擋位純電動汽車用續駛里程來評價動力傳動系統匹配的好壞；影響電動汽車續駛里程的因素較多，包括驅動電動機的工作效率、動力電池的容量及其放電效率等；良好的動力傳動系統是在滿足汽車動力性的要求下，使汽車常用的行駛工況落在驅動電機高效率工作區。電動汽車驅動電動機的等效率曲線三、整車性能匹配方法1）常用工況的確定根據汽車的用途，在設計時確定。車型及其常用工況底盤及傳動比發動機的常用工況區。2）制取汽車萬有特性目的：對確定的發動機及傳動系統進行評價評價方法：制取發動機萬有特性；各擋位下行駛阻力=牽引力隨n的變化曲線常用擋位、車速下發動機工作區（一）燃油汽車動力傳動系統匹配3）匹配結果評價與改進措施經濟性評價：經濟性匹配時，要求常用檔下行駛時E/G工作領域接近100%曲線，或在(100%~110%)bemin范圍內。措施：對有級變速，盡可能用高檔；

優化傳動比：適當減小主減速比

但對

Ttq放大倍數降低改善發動機常用工況區經濟性動力性評價：動力性的評價指標最高車速：在水平良好路面上最高檔行駛時，所能達到的最高車速。

最高檔位下牽引功率線與行駛阻力曲線交點所對應的車速。汽車加速時間：原地起步加速時間與超車加速時間表示。原地起步加速時間：車速從0km/h加速到Akm/h時連續換檔加速時間表示。100km/h80km/h60km/h40km/hA=超車加速時間：直接檔行駛時從50km/h加速到Bkm/h所需要的時間。汽車的加速能力與各檔位下的后備功率有關。90km/h80km/h60km/hB=100km/h最大爬坡能力：汽車滿載時在良好的路面上所能爬坡的最大坡度來表示。直接檔最大爬坡度

表示汽車的超載能力。

動力因素D：評價不同類型、不同排量汽車單位質量所能克服的道路阻力的能力和加速能力。nNnMFWPFWPTFKn排放特性：CO、HC、NOx以及煙度排放特性表示的萬有特性上評價常用檔位和常用工況下各種排放物的水平

根據排放法規規定的試驗工況

NEDC循環工況法：評價或預測循環工況法的排放水平。

通過匹配，分析存在的問題

提出改進的有效途徑和措施。（二）純電動汽車動力傳動系統匹配1）電動機類型的選擇2）電動機參數的確定峰值功率：考慮加速能力的最大功率：最高轉速和基速：驅動電機的最高轉速根據電動汽車最高設計車速確定，同時要求基速的4~5倍；

驅動電機的基速nb，也稱之為電機的額定轉速。當電機的轉速n

nb

時，電機輸出恒轉矩；當n>nb時電機輸出恒功率。峰值轉矩：根據汽車最大爬坡能力確定；一檔下滿載以最低車速在最大坡度的路面上爬坡行駛時，所需求的功率為則，峰值轉矩為：3）動力電池參數的確定當選擇動力電池時首先要考慮其比能量和比功率是否滿足電動汽車動力性的要求。比能量影響汽車的行駛里程；而比功率影響汽車的加速能力和爬坡能力。電池節數的確定：根據動力電池組總電壓確定電池節數根據電池總容量或續駛里程確定電池節數根據最大需求功率確定電池節數（三）混合動力汽車動力傳動系統的匹配根據汽車行駛過程中動力性的要求，確定兩種動力傳動系統的控制策略。1）串聯式混合動力系統的控制模式起動-正常行駛-加速輕載減速-制動蓄電池充電2）并聯式混合動力系統的控制模式輕載行駛減速-制動正常行駛起動-加速3）混聯式混合動力系統內燃機與發電機/電動機之間以及電動機與變速器之間必須進行機械連接。目前常用的機械連接方式為行星齒輪機構。太陽輪與發電機相連，齒圈與傳動裝置相連，行星架與內燃機輸出端相連。內燃機輸出動力的一部分通過行星齒輪傳遞給齒圈，并通過傳動軸直接驅動車輪，而另一部分動力傳遞給太陽輪以驅動發電機發電，可作為蓄電池充電或電動機的電源?；炻撌交旌蟿恿ο到y（THSII型）的控制模式起動-中低速行正常運行急加速制動-減速蓄電池充電8-5

整車性能的改進途徑改善汽車百公里油耗的措施：滿足動力性的前提下，盡可能選用小排量發動機。

小排量化的發展趨勢。在汽車適用范圍內滿足牽引力及動力性要求的前提下，盡可能減小傳動比。改進發動機的性能。確定行駛條件，Fk一定，

E/G常用工況下的be是q100的重要措施相對外特性上的bemin1212123一、發動機性能的改進改善萬有特性形狀的主要措施：就是改善不同負荷下的發動機高低速性能，如可變進氣系統技術：可變進氣管長度可變配氣相位進氣管可變：根據不同n，改變旋轉件轉角位置

達到控制目的

改善高低速充氣效率。配氣相位的可變技術：充氣效率：進氣遲關角及氣門升程高低速性能

MIVECMD：休缸控制

VVT-i進氣遲關角：重疊角內部EGR燃燒方式：FVVT

配氣相位及氣門升程全程可變實現負氣門重疊角內部EGRHCCI/CAI

增壓技術：是一種改善萬有特性形狀的最有效方法。廢氣渦輪增壓方式：不能很好地兼顧高低速性能。需優化匹配技術

兼顧高低速性能的措施：VNT/VGT技術。汽油機增壓：難點是爆震成功的汽油機增壓技術在米勒循環+雙蝸桿耦合式機械增壓器發動機混合氣及燃燒模式的控制技術改善點燃式發動機不同工況下特性的措施：根據不同工況分別實施