（机械工程专业论文）基于转鼓试验的微型汽车传动系统阻力测试与研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 签名：罩拿殳日期：逸1 2 出二z 墨 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版：，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位 论：史的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认 可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会 公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：下朱妻 导师( 签名) ：建为狐日期确i 之。) 一础 摘要 汽车传动系阻力大小影响到汽车传动系性能与传动效率，对汽车燃油消耗 产生影响，伴随着国家对汽车排放性要求的逐步提高，降低汽车传动系阻力提 高传动效率显得日益重要。本文针对国内某微型汽车公司生产的某车型传动系 阻；j i 了大、车辆滑行距离短的问题进行研究，采用理论分析、模型计算与试验验 证相结合的方法，利用转鼓试验台对其进行阻力特性测试与研究分析，获取微 型汽车传动系阻力变化规律与分布，分析传动系提升空间与改进方向，以改善 目标车型传动系阻力。本论文研究成果如下： ( 1 ) 建立汽车道路行驶阻力力学模型，分析汽车传动系阻力对车辆燃油经 济性影响，确定运用转鼓试验台测试传动系阻力。 ( 2 ) 制定传动系阻力特性测试方法为单点速度稳态测试与滑行测试两种测 试j 亨法，分析其测试原理与制定详细测试流程；确定以逐级拆解部件的方法测 试传动系各部件阻力特性与变化规律，获得传动系阻力测试数据与变化规律。 对目标车型道路滑行阻力进行实车测试获取其道路滑行阻力与滑行距离。 ( 3 ) 根据转鼓试验测试数据，处理得到传动系各部件阻力变化与车速的函 数关系，获得传动系阻力稳态测试和滑行测试阻力曲线，建立了传动系各部件 阻力变化曲线与分布曲线。 ( 4 ) 分析传动系阻力分布情况与竞品车型阻力分布对比，明确目标车型制 动系统在非制动情况下存在较大阻力，驱动桥阻力占传动系阻力比例较大，对 传动系阻力特性影响较大，目标车型制动系统和驱动桥是传动系阻力改善的主 要部件。 ( 5 ) 通过对目标车型驱动桥半轴结构改进，改变半轴轴承定位方式，防止 轴承与半轴发生侧滑偏移，改善其工作情况；对驱动桥齿轮油进行a r k l 测试与 评定，改进驱动桥润滑条件，选用阻力较小，润滑较好的齿轮油；制动系统制 动蹄片与制动鼓的加工精度和装配进行质量把控，保证非制动情况下两者的装 配间隙；目标车型传动系部件经过优选和改进措施实施后，试验测试表明上述 改进措施可以有效降低传动系阻力，为后续车型开发和传动系优化奠定基础。 关键词：传动系阻力，转鼓试验台，拆解测试，改进优化 a b s t r a c t t h er e s i s t a n c eo f a u t o m o t i v ed r i v e l i n ei n f l u e n c e si t sp e r f o r m a n c e t r a n s m i s s i o n e f f ic i e n c ya n dv e h i c l ef u e ll o s s e s a l o n gw i t ht h ec o u n t r y sg r a d u a l l yi m p r o v i n g r e q u i r e m e n tf o rv e h i c l ee m i s s i o n s ，i ti sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tt op r o m o t e t h et r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c ya n dd e c r e a s et h et r a n s m i s s i o nr e s i s t a n c eo f v e h i c l e s t h i s p a l ：p e rm a i n l yf o c u s e so nt h el a r g er e s i s t a n c ea n dt h es h o r td i s t a n c eo fs o m ec e r t a i n s u l ：l c o m p a c t sa n dt r yt oe x p l o r i n ga p p r o p r i a t es o l u t i o n sb yt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n d c o m b i n a t i o no fm o d e l i n gc a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o na n db yu s i n g c h a ，s s i sd y n a m o m e t e rt ot e s tt h er e s i s t a n c ep e r f o r m a n c ea n dr e s e a r c ha n a l y s i st o o b t a i nt h ev a r i a t i o na n dd i s t r i b u t i o n r e g u l a r i t y , a n a l y z e t h e i m p r o v e m e n t p o s s i b i l i t ya n dd i r e c t i o no ft h ed r i v e l i n ea n dp r o m o t et h et r a n s m i s s i o nr e s i s t a n c eo f v e h i c l e s t h er e s u l t so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) e s t a b l i s h m e n to ft h em o d e lo fv e h i c l er o a dr e s i s t a n c e ；a n a l y s i so ft h e r e s i i s t a n c ei n f l u e n c eo ne c o n o m i c a l p e r f o r m a n c e o fv e h i c l ef u e la n dt h e d e t e r m i n a t i o no ft e s t i n gt r a n s m i s s i o nr e s i s t a n c eb yc h a s s i sd y n a m o m e t e r ( 2 ) d e t e r m i n a t i o no ft h et e s t i n gm e t h o d s - - s i n g l ep o i n ts p e e ds t a t et e s ta n d t a x i i n gt e s t ；a n a l y s i so ft e s tp r i n c i p l ea n df o r m u l a t i o no fd e t a i l e dt e s tp r o c e d u r e s ； t e s to fr e s i s t a n c ec h a r a c t e ra n dv a r i a t i o nr e g u l a r i t yo ft r a n s m i s s i o nc o m p o n e n t sb y u s i n gg r a d u a ld i s a s s e m b l ym e t h o dt oo b t a i nt h et e s td a t aa n dv a r i a t i o nr e g u l a r i t yo f t r a n s m i s s i o nr e s i s t a n c e r e a lv e h i c l et e s to ft h er o a dg l i d er e s i s t a n c et oo b t a i nt h e r e s i s t a n c ea n dg l i d ed i s t a n c e ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h et e s td a t ao fc h a s s i sd y n a m o m e t e r , w ec a ng e tt h ef u n c t i o n r e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e s i s t a n c ec h a n g eo ft h et r a n s m i s s i o nc o m p o n e n t sa n dt h e v e h i c l es p e e dt og e tt r a n s m i s s i o nr e s i s t a n c es t a t et e s ta n dt h er e s i s t a n c ec u r v eo f g l i d et e s ta n dt h e ne s t a b l i s ht h ec u r v e so fr e s i s t a n c ec h a n g ea n dd i s t r i b u t i o n ( 4 ) c o m p a r e dw i t hc o m p e t i n gv e h i c l e s ，b ya n a l y z i n gt h er e s i s t a n c e d i s l x i b u t i o nw ek n o wt h a to b j e c t i v ev e h i c l e s b r a k i n gs y s t e mh a sl a r g e rr e s i s t a n c ei n n o n - b r a k i n gs i t u a t i o n s ；d r i v ea x l er e s i s t a n c ea c c o u n t sf o ral a r g e rp r o p o r t i o no f t r a n s m i s s i o nr e s i s t a n c ea n dh a s g r e a t e r e f f e c t so nc h a r a c t e ro ft r a n s m i s s i o n r e s i i s t a n c e ；b r a k i n gs y s t e ma n dd r i v ea x l ei st h ep r i m ec o m p o n e n to ft r a n s m i s s i o n r e s i i s t a n c e ( 5 ) b yi m p r o v i n gt h eh a l fs h a f ts t r u c t u r eo fd r i v ea x l e ，t h ep o s i t i o n i n gw a yo f i i h a l fs h a f tb e a r i n gw a sc h a n g e d t op r e v e n ts i d e s l i pa n de x c u r s i o na n d t o1 m p r o v et h e w o r k i n gs i t u a t i o n s t h ed r i v ea x l el u b r i c a n tc o n d i t i o n sw e r ec h a n g e da n dg e a r 0 i l w h i c hh a ss m a l l e rr e s i 曲m c ea n db e t t e rl u b r i c a n ta b i l i t yw a s c h o s e nb ya r k lt e s t a n de v a l u a t i o no nd r i v ea x l eg e a ro i l t h ep r o c e s s i n ga c c u r a c ya n d a s s e m b l yq u a l i t y w a ss t r i c t l vc o 舭o l l e dt oe n s u r et h ea s s e m b l yg a pb e t w e e nb r a k es h o e a l l db r a k e d r u mi nn o nb r a k i n gs i t u a t i o n s e x p e r i m e n t a lt e s t s s h o wt h a ta f t e rt r a n s m i s s l o n c o m p o n e n t s ，i m p r o v e m e n ta n do p t i m i z a t i o n ，t h e t r a n s m i s s i o nr e s l s t a n c e 啪s s i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ，w h i c hl a y st h ef o u n d a t i o n f o rs u b s e q u e n td e v e l o p m e n ta n d t r a n s m i s s i o ns y s t e mo p t i m i z a t i o no f v e h i c l e s k e yw o r d s ：t r a n s m i s s i o nr e s i s t a n c e ；c h a s s i sd y n a m o m e t e r ；d i s a s s e m b l y t e s t ； o p t i m i z a t i o na n di m p r o v e m e n t i i i 目录 第1 章绪论1 1 1 引言1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外研究现状3 1 2 2 国内研究现状3 1 3 研究目的和意义4 1 4 本文的研究内容一5 1 5 本文的研究方法与技术路线5 1 6 本文的总体结构7 1 7 本章小结7 第2 章汽车动力学分析与测试方案分析8 2 1 汽车道路行驶力学分析8 2 2 车辆行驶的驱动力8 2 3 汽车的道路行驶阻力一9 2 4 传动系内部阻力1 1 2 5 汽车动力学方程与燃油影响因素分析1 2 2 6 测试方案分析1 3 2 6 1 实车道路测试1 3 2 6 2 台架模拟试验1 4 2 6 3 方案分析与对比15 2 7 本章小结1 6 第：；章微型汽车传动系统阻力测试方法l7 3 1 转鼓试验台l7 3 2 微型汽车传动系阻力测试方法1 9 3 2 1 测试目的与试验台参数1 9 3 2 2 传动系阻力的测试方法2 0 3 3 道路滑行测试与滑行阻力模型验证2 3 3 4 传动系阻力分布测试2 5 3 4 1 单一状态测试流程2 5 3 4 2 传动系阻力分布测试2 6 3 4 3 传动系阻力分布数据获取2 8 3 5 目标车型与对比车型选取2 9 3 6 本章小结2 9 第4 章微型汽车传动系统阻力数据处理与分析3 0 4 1 目标车型测试阻力数据3 0 4 1 1 整车状态测试数据与处理一3 0 4 1 2 拆除制动蹄片状态测试数据与处理3 2 4 1 3 拆除传动轴状态测试数据与处理3 3 i v 4 1 4 拆除主减速器测试数据与处理3 5 4 2 目标车型传动系阻力分布3 7 4 3 对比车型传动系阻力对比分析3 8 4 4 可提升空间分析4 2 4 5 本章小结4 3 第5 章微型汽车传动系统改进分析与试验验证4 4 5 1 驱动桥半轴改进与分析4 4 5 1 1 驱动桥传动模型4 4 5 1 2 半轴结构改进一4 4 5 1 3 半轴的有限元分析。4 6 5 2 润滑条件改进4 8 5 3 制动系统改进4 9 5 4 传动系部件优选及改进试验验证5 0 5 5 本章小结5 2 第6 章总结与展望5 3 6 1 本文总结5 3 6 2 展望5 3 致谢5 5 参考文献5 6 附录a 作者研究生期间发表的论文5 9 附录b 研究生期间参与并完成的项目6 0 v 武汉理工大学硕士学位论文 1 【引言 第1 章绪论 进入新世纪以来，汽车在社会中所起的作用逐渐发生改变，现如今汽车产 业已经成为中国重要的支柱产业之一，中国汽车数量也已经进入快速增长阶段。 虽然我国汽车工业已经取得快速的发展，汽车性能及结构设计不断完善，但是 我国汽车行业的技术水平与发达国家相比还存在较大的差距，其安全问题与环 境问题也日益凸显。 随着燃油成本与环境问题的突出，各国逐渐认识到小排量汽车的重要性， 微型汽车以其排量小、价格低、节能、实惠等优势，销量持续增长并逐渐赢得 市场需求的青睐。微型汽车经过长期的发展，微型汽车企业之间的技术水平和 研发能力差距也在不断缩小，各企业都在力图巩固自己的优势地位，在对现有 车型进行技术改进及性能提升的同时，积极研发新车型以适应能市场需要来应 对日趋激烈市场竞争。微型汽车制造业现在存在的主要问题是，过多的通过成 套j 亨式引进国外技术，缺乏较强的设计研发能力，特别是在许多关键技术和领 域的自主研发能力较弱，对于汽车各子系统的研究还处于经验设计阶段。微型 汽车属于低成本、低利润的汽车产品，一直以来微型汽车依靠其价格低廉，实 惠耐用在市场中占有相当的份额，微型汽车企业对汽车的研发成本、原料成本 和制作工艺成本进行严格的把控，对微型汽车的设计和改进应该尽量降低研发 成本和缩短研发周期。 汽车传动系统是位于发动机和车轮之间的，将发动机输出的动力传递至车 轮的一系列动力传动装置的总称i l j 。其作用不仅是传递动力，还承担着将发动机 的输出特性变换为满足汽车所要求的驱动特性的任务，满足汽车的起步、前进、 倒退、和克服各种形式阻力等需求，传动系统包括离合器、变速器、传动轴、 万向节、主减速器、半轴【2 1 。传动系统将发动机输出的驱动力传递至驱动轮的过 程中，需要克服传动系各部件的阻力1 3 j 。最终传递至车轮的功率会小于发动机对 传动系统的输入功率，传动系统在动力传递过程中的功率损耗即为传动系阻力 的体现。因此降低传动系统的阻力，提高传动系统效率不仅可以改善传动系统 性能，降低车辆油耗，而且对汽车整车的动力性、燃油经济性和尾气排放有很 大的影响【4 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 对汽车传动系统部件的要求包括操作简单、功率损失少、体积小、重量轻、 可靠性好、寿命长、成本低等。汽车传动系统的性能优劣对汽车的运行状况和 能量利用率有着显著影响，其中传动系统阻力与传动系统功率损失对传动系统 的性能评定具有重要影响。测试与研究微型汽车传动系阻力特性与变化规律， 准确获得传动系阻力分布与部件影响因素，对优化传动系统、降低传动系阻力、 提高传动效率具有指导意义【5 】。汽车传动系统的传动效率与传动系阻力有很大关 系，而汽车传动系阻力既受到机械结构设计的影响还受到汽车运行状况的影响， 车辆在运行状况中传动系阻力会随着车速、润滑、传动系统磨合情况而改变， 所以汽车传动系传动效率与阻力并非定值。汽车行业现行的技术标准通常采用 汽车滑行法获取汽车滑行距离，滑行法通常采用道路试验法，以汽车滑行距离 的长短作为评定汽车传动系统阻力的标准【6 1 。 现有国内某微型汽车公司开发的某一整车平台按照道路滑行试验方法测定 汽车滑行距离，存在车辆滑行距离短的问题，整车排放试验测定其燃油消耗较 高。传动系统存在传动系阻力较大、功率损失较高的问题。考虑道路试验测定 滑行距离方法直观，简便易测，但滑行试验的路试值包括了路面阻力和风阻的 影响，导致检测参数的灵敏性和可控性降低，使得试验的重复性和对比性降低； 滑行距离只能针对整车传动系统进行整体性能评定。本文主要针对传动系统阻 力分布进行试验测试与分析，以整车排放实验室转鼓试验台测试为基础，通过 控制系统再现汽车行驶时的各种工况，实现扭矩、转速平稳加载或连续可调， 利用调速装置、转矩控制、传感器等装置，获得传动系阻力的数值，分析研究 阻力分布情况从而对微型汽车传动系统做出改进，改善传动系阻力较高的现状， 降低油耗。 1 2 国内外研究现状 随着中国汽车产业的发展与汽车市场日益壮大，各汽车生产商和研发部门 都投入大量的人力、物力建立专用试验场和汽车检测试验中心，对整车或零部 件、材料等进行试验，以获取汽车的技术特性、可靠性、耐久性和环境适应性【7 1 。 汽车及其部件性能、效率、可靠性和耐久性等不能只依靠计算，而必须通过试 验验证，避免汽车投入量产后，才发现因设计、工艺或材料问题出现普遍损坏 或工作性能差。为此国内外学者和厂商对汽车传动系统阻力、传动效率和功率 损失进行理论分析和试验验证等研究。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 1 国外研究现状 汽车传动系统担负着传递动力及降速增矩的作用，传动系统的性能对车辆 道路行驶的动力性和操控性有着至关重要的作用【8 】。国外方面，相关学者对汽车 传动系统和传动部件的性能测试与台架试验方法的理论研究较为深入，其研究 主要针对传动系统部件总成性能进行研究。r z a n a s i a v i s c o n t i 等人通过理论 分析车辆运行状态，建立从发动机到主减速器的传动系各部件的图形化模型与 传动系统的动态仿真模型，最终提出了一种传输扭矩控制策略，对变速器总成 的传动效率研究奠定理论基础【9 】。国外运用底盘测功机进行汽车传动系统测试与 燃油消耗检测的方法与标准逐步完善，为使底盘测功机模拟能够更接近道路行 驶：【况，在提高检测精度的同时，底盘测功机加载力计算与测试程序也在进一 步发展。z h a k a na k p o l a t 等人运用底盘测功机系统对汽车阻力进行研究，主要 对模拟控制系统提出合理的控制策略，并将控制策略运用在底盘测功机系统上 模拟机械负载动态特性并验证其可行性【l0 1 。e r c o l l i n s ，j r 等人使用以基于能量输 入j 与能量输出的方法，建立一个用来计算汽车总传效率的简单模型，这个模型 只适用于带有手动挡的汽车，因为该模型要求连续速度测量【1 1 1 ，用底盘测功机 测量加速状态下发动机输出功率和车轮动力，以及汽车稳定满负荷运行状态下 的车轮功率，测量所得出的这些值用来计算前轮驱动和后轮驱动两种类型汽车 的总传动效率。在道路实车测试传动效率方面，美国密西根科技公司开发出一 套道路实车测试方案，在发动机输出轴安装柔性板扭矩传感器和转速传感器测 量发动机输出净扭矩及转速，在传动系统中安装变速箱传感器、传动轴传感器、 半轴传感器测量各节点的扭矩及转速，在车辆四个车轮上安装高分辨率的车轮 扭矩传感器测定轮胎滚动阻力损失，在车辆外部安装风阻传感器，获取风阻功 率损失。基于以上数据，发动机输出功率与驱动轮驱动功率损失，从动轮旋转 功率损失、轮胎滚动功率损失和空气阻力功率损失的差值就是传动系统的总体 。 功率损失。 1 z 2 国内研究现状 国内对于传动系统的研究多限于对汽车变速器的传动性能和驱动桥性能研 究，主要从测试方法的探究和传动效率模型的建立入手，如重庆大学的王熙等 人分析研究变速器的具体档位传动结构，理论分析变速器机械传动功率损失， 建立变速器传动效率理论模型，利用模型计算各档位的传动效率并与变速器台 武汉理工大学硕士学位论文 架试验测试结果比对验证模型正确性。驱动桥性能试验方面，南京理工大学的 王良模等人研制针对驱动桥磨合、差速、噪声等性能的试验台和控制系统实现 更好的模拟汽车驱动桥实际工作状态。运用底盘测功机测试汽车阻力方面的研 究，长安大学王晓东等通过分析车辆行驶的受力与试验验证结合得到测试车辆 在台架上滚动阻力和底盘测功机内阻的近似值，实现使测功机更好的模拟道路 阻力。武汉理工大学赵奇平等人对转鼓试验台的参数进行设计计算实现模拟汽 车道路行驶阻力【12 1 。华南理工大学对测试车辆检测过程数据进行计算和处理后， 通过控制电涡流测功机实现对惯量和行驶阻力的电模拟加载【l 引。在汽车传动效 率测试方面，吴明申请专利，运用滑行标定的方法，汽车在发动机额定功率点 时，利用底盘测功机进行动力性检测分别获得传动系、驱动轮等部位功率损耗， 从而获得传动系统效率【1 4 】。针对汽车滑行阻力与传动系阻力分析方面，同济大 学王博文等人利用整车滑行测试数据，根据汽车滑行微分方程提出滑行阻力与 速度关系的算法，并通过试验数据计算获取整车滑行过程的滚动阻力、空气阻 力和传动系阻力5 。 1 3 研究目的和意义 随着市场竞争越来越激烈和国家最新排放标准的实施日期临近，汽车的环 保和资源问题日益突出，提升传动效率，降低油耗，提高能源利用率，提升车 辆性能变得至关重要【1 6 】。针对国内某微型汽车公司生产的某车型传动系阻力大、 车辆滑行距离短等问题，详细分析车型传动系统设计现状与发展趋势，运用转 鼓试验台对整车状态下传动系统阻力及功率损失进行测试与分析，以测功机机 为动力源，转鼓试验台控制系统模拟汽车行驶时的各种工况，实现扭矩、转速 平稳加载或连续可调，再现汽车行驶工况，利用调速装置、转矩控制、传感器 等装置，通过测试数据获得传动系阻力的数值，并根据试验需要设计不同工况 研究润滑油、变速器、驱动桥等不同因素对传动系阻力的影响，通过对微型汽 车传动系统进行改进设计从而降低传动系阻力，提高其传动效率，降低油耗。 准确获得传动系统阻力分布情况与变化规律，不但有利于提高传动系统的 传动效率，避免整车动力的损失，还能够为其他车型的传动系统优化设计提供 方向和依据。转鼓试验台作为大型试验设备，在控制系统与测量系统的作用下 下可以对测试车辆进行电力加载，通过模拟汽车道路行驶对汽车传动系统与排 放性等进行测试试验，相比道路试验具有重复性高、对比性强、精度高、费用 低、试验周期短等优势，在汽车排放与传动性试验中得到广泛应用，运用转鼓 4 武汉理工大学硕士学位论文 试验台的测试可以对汽车传动系统进行针对性测试与试验，结合试验验证情况 对影响传动系统性能的因素进行改进研究，提出可行优化方案以降低传动系阻 力，对提升微型汽车的自主设计研发能力和制造水平具有重大意义。 1 4 本文的研究内容 本文以微型汽车传动系统为研究对象，探讨微型汽车传动系阻力测试试验 方法及影响因素，运用转鼓试验台，制定试验测试方案，测试分析某整车平台 传动系统总体及各部件的传动系阻力，分析传动系阻力变化规律与分布情况， 测试试验引入竞品车型进行对比，明确目标车型传动系统差距并对测试车型传 动系统进行改进，降低其传动系统阻力。本文的主要研究内容如下： ( 1 ) 汽车道路行驶动力学模型与燃油消耗模型。根据汽车实际行驶工况， 分析道路行驶下汽车受力情况，建立汽车行驶阻力和传动系阻力数学模型，通 过求解汽车行驶动力学方程与燃油消耗方程寻求汽车阻力的组成与变化规律以 及影响因素。 ( 2 ) 传动系阻力在转鼓试验台上测试方法确定。根据汽车道路滑行试验相 关技术标准，分析转鼓试验台测试原理、结构组成、可获取数据和模拟加载力 的方式，针对微型汽车传动系统，制定转鼓试验方案及实施方案，记录相关试 验数据，获取传动系统阻力及阻力损失分布情况；根据获得的大量速度阻力、 速度时间数据，利用线性回归等数学方法分析试验数据，确定传动系统阻力与 速度变化数学模型，。 ( 3 ) 传动系阻力测试数据处理分析与传动系优化提升空间的确定。通过对 目标车型传动系阻力分布和对比分析寻求传动系阻力变化规律与影响因素，明 确对制动器、传动系统驱动桥和润滑条件的提升空间。 ( 4 ) 传动系改进与试验验证。根据传动系阻力变化规律与影响因素分析， 对传动系统改进部件进行样件试制与润滑改进后，以实车测试分别获取整车和 驱动桥传动系阻力的分布与变化规律。对改进后部件进行力学分析与理论计算 结合的方式验证方案可实施性，将改进前与改进后传动系阻力试验结果进行对 比分析，验证改进方向的正确性。 1 5 本文的研究方法与技术路线 本文所采取的技术路线如下图1 1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 图1 1 本文所采用的技术路线图 本文的研究以汽车动力学、传动系阻力力学模型、转鼓试验台测试系统等 为基础，结合计算机辅助设计( c a d ) 技术和计算辅助分析( c a e ) 技术，运 用转鼓试验台对微型汽车传动系统阻力进行测试与分析，采用理论分析、数值 计算、试验验证相接合的方法对传动系统阻力分布、传动系阻力变化规律、传 动系阻力影响因素进行研究并对其进行优化改进，在成本控制的前提下提出传 动系统优化方向和综合优化方案，为传动系统优化设计和整车平台提供参考。 武汉理工大学硕士学位论文 1 6 本文的总体结构 第l 章为本论文的绪论，阐述了本文的研究背景，详细介绍了国内外的研 究现状，以及目前存在的问题，提出本文研究的目的意义与研究内容。 第2 章对汽车道路行驶工况进行动力学分析，详细阐述汽车阻力构成与数 学计算公式，建立汽车动力学方程；对传动系阻力测试方案进行详细介绍并对 方案优缺点进行对比分析，确定使用转鼓试验台进行传动系阻力测试研究。 第3 章详细介绍转鼓试验台结构与测试原理，制定单点速度稳态测试和滑 行测试流程与转鼓试验测试方法，以逐步拆解法对传动系统各部件进行测试， 按照既定试验方案分别对目标车型和对比车型在各速度点和工况下进行单点速 度稳态测试和滑行测试，获得速度一阻力、时间一阻力等数据关系，形成试验数 据库文件。 第4 章对目标车型和对比车型试验数据进行数据处理与分析，分析目标车 型传动系统阻力分布情况，分析影响汽车传动系统阻力的因素，明确提升空间 和改进方向。 第5 章主要运用模型分析、理论计算等方法针对汽车传动系统中可提升空 间较大的部件及影响因素进行优化改进，并通过试验验证改进的正确性。 第6 章总结本文的研究工作和所取得的成果，同时对本文的研究存在的问 题及后期需要进行研究工作做出展望。 1 7 本章小结 本章主要阐述了本文的研究背景，系统总结分析汽车传动系阻力和转鼓试 验台等方面的国内外研究现状；论述了汽车传动系统阻力测试与研究和性能改 设计的研究目的和意义；介绍了本文针对微型汽车传动系阻力的研究内容和以 转鼓试验测试为主的技术路线。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章汽车动力学分析与测试方案分析 汽车的传动系阻力对汽车的动力性、燃油经济性与传动效率产生重要影响， 为t n 试和研究微车传动系阻力和传动效率，需要对在实际道路行驶的汽车进 行动力学分析和燃油消耗情况分析【1 7 1 。 2 1 汽车道路行驶力学分析 汽车在实际道路行驶中，汽车的动力与行驶阻力如图2 1 所示： f w = 发动机动力& = 车轮驱动力f l = 空气阻力 f t = 传动系阻力f s c = 坡度阻力f b = d n 速n 力 1 7 = 行驶速度厂= 滚动阻力系数g = 重力加速度m = 汽车质量 图2 1 汽车动力与阻力 实际工况下，汽车发动机作为动力源提供足够大的动力，克服行驶中的 各种阻力，主要有汽车传动系统阻力f c 和道路行驶阻力f r o n d ，驱动汽车在道路 上行驶1 8 , 1 9 】。则汽车道路行驶的力学方程式： m f t = 耳o n d ( 2 - 1 ) 式中，所为发动机驱动力，b o n d 为道路行驶阻力，包括滚动阻力斥、空 气阻力f l 、坡度阻力b r 、加速阻力。 2 2 车辆行驶的驱动力 传动系统将发动机转矩传递至驱动轮从而对地面产生驱动力，地面对车轮 武汉理工大学硕士学位论文 产生反作用力驱动汽车行驶即为车辆的驱动力【2 0 】： 乓= t x r 式中，瓦为轮胎的转矩，r 为轮胎滚动半径。 设汽车整个传动系统的传动效率7 7 0 ，变速器传动比f r ， 发动机输出转矩7 k ，则车轮驱动转矩与车辆驱动力为【2 0 ，2 1 】： t x = t w i r i v r l o 最= 瓦研f r i f r l o r 2 3 汽车的道路行驶阻力 ( 2 2 ) 主减速器传动比f f ， ( 2 3 ) ( 2 4 ) 汽车在道路行驶中，运行状态主要有匀速行驶、坡道行驶、加速行驶等情 况，汽车主要受到路面的滚动阻力昂、空气阻力兄、坡度阻力岛，以上各阻力 合称为汽车道路行驶阻力耳。积【2 2 1 。 辟。口d = f r + f l + f s r + f b ( 2 5 ) 式中，晶为滚动阻力、瓦为空气阻力、髓为坡度阻力、为加速 阻力。 ( 1 ) 滚动阻力 道路行驶下汽车轮胎滚动前进是一个反复压缩和伸展的过程，轮胎与地面 接触导致轮胎和路面都会发生变形而产生能量损失。而产生变形阻力；轮胎与 路面的局部滑动与车轮轴承内部相对运动产生摩擦阻力；轮胎在空气中滚动而 产生空气阻力，以上三种阻力共同组成汽车的滚动阻力【2 3 1 。汽车轮胎与地面的 滚动阻力表示为： f r = 厂g = 厂。m 。目 ( 2 - 6 ) 式中，m 为汽车质量，g 为重力加速度，厂为滚动阻力系数。 滚动阻力系数与路面、车速、轮胎性能、胎压等因素有关，根据美国a s e j l 2 6 3 标准，滚动阻力系数可表示为： 厶= o ( 1 + 厂。_ y z ) ( 2 - 7 ) 式中兀为不随车速变化的滚动阻力系数，厂7 为速度系数，矿为车速【2 4 1 。 将上式写成滚动阻力形式，令矗= 兀- 厂7 时，有下式： f r = g 。o + g 。兀。v z ( 2 8 ) 式中，f r 为滚动阻力，g 为汽车重力。 ( 2 ) 空气阻力 汽车在道路行驶时与空气产生的运动产生空气阻力，主要组成部分为压力 9 武汉理工大学硕士学位论文 阻力、摩擦阻力与干扰阻力，此外还有诱导阻力和内循环阻力【2 5 1 。汽车在行驶 中，车前面为层流，而车体尾部形成湍流或涡流，空气流速增加时，汽车前面 压力高于物体后面压力，从而形成前后压差，产生压力阻力，其大小主要受到 车身外形轮廓和运动速度的影响；摩擦阻力是由于空气的粘性而产生的对汽车 的阻力；干扰阻力是由于汽车表面的凸起零件引起气流干扰的阻力【2 6 2 8 。 汽车的外形轮廓与正面投影面积是影响空气阻力的两个关键因素，行驶中 的汽车所受空气阻力与气流的相对速度平方成正比，表现为伴随车速升高空气 显著增高。汽车空气阻力表示为： f l = 妄c w a p v r z ( 2 9 ) 式中，为空气阻力系数，p 为空气密度，4 为横截面积，k 为相对速度。 汽车在高速行驶时空气阻力对汽车的行驶阻力起决定性作用，显著增加汽 车燃油消耗。车辆乘坐的舒适性与车内空间影响到横截面积大小，在车型研发 上通过优化车身参数降低空气阻力系数成为减少空气阻力的关键。 ( 3 ) 坡度阻力 坡度阻力是汽车在坡道行驶时车辆重力在坡道路面方向上的分力，根据汽 车上坡行驶或下坡行驶，坡度阻力可表现为阻碍行驶或推动行驶【2 9 1 ，坡度阻力 由下式表达： b c = g s i n f l ( 2 - 1 0 ) 式中，g 为汽车的重力；p 为坡道与水平面夹角。 道路的坡度是指道路沿汽车前进方向的梯度，通常以坡高和底长之比来表 示，通常用下式表达： i = ；h = t a n # ( 2 - 1 1 ) 式中，i 表示坡度，h 表示坡高，s 表示坡底长。 在卢较小的情况下，t a n f l s i n # ，可将式( 2 1 1 ) 坡度阻力简化表达为： b c = g t a n f l = g f ( 2 - 1 2 ) ( 4 ) 加速阻力 汽车在加速行驶工况下车速发生改变需要克服汽车的惯性力从而产生加速 阻力。汽车的惯性包括车辆自身的车重惯性和旋转部件的惯性，加速时汽车需 要克服汽车车重平移的惯性力和旋转部件产生的惯性力偶矩。加速阻力由下式 表达： 武汉理工大学硕士学位论文 f b = ( g + 坼) 三 ( 2 1 3 ) 式中，b 为加速阻力；g 为汽车自重，坼为旋转惯性当量，口为汽车加速度； 曰为重力加速度。 为计算方便，式( 2 - 1 3 ) 中，设9 = 坼g ，则有 = ( 1 + 妒) g 兰 ( 2 - 1 4 ) 妒将旋转惯性当量直观转化为重量，旋转部件的惯性当量坼，把发动机、 传动系、车轴、车轮等旋转惯性力矩，以重量形式换算到驱动轴有效半径上， 它可由下式表达。 w r2 口b + 【，f + ( i t + i e ) i r 2 i f 2 嘉 ( 2 - 1 5 ) 式中，b 为与车轮共体旋转部件产生的惯性矩，包括轮胎、轮毂、制动鼓、 驱动轴等； ，f 为与主减速器输入轴共体旋转产生的惯性矩；b 为与变速器输入 轴共体旋转产生的惯性矩，包括变速器主轴、变速器齿轮；如为与发动机输出轴 共体旋转产生的惯性矩，包括曲轴、活塞、飞轮、离合器等；y d 为驱动轮滚动 半径。 飞轮、车轮等旋转部件的转动惯量和汽车传动比共同决定汽车旋转质量的 换算系数够， 9=+_if+(it+ie)ir2ifz ( 2 。1 6 ) 。 m y d m y d 2 4 传动系内部阻力 汽车行驶中，传动系统将动力从发动机传递至驱动轮，汽车传动系输出的 功率总是小于输入的功率，传动系在传递动力过程的功率损耗就是传动系内部 阻力的体现形式【30 | ，传动系内部阻力即动力传递过程中所引起的机械损失。一 般认为传动系内部阻力源自于传动系部件相对运动产生的摩擦，传动系统主要 包括由两种不同性质的摩擦即机械摩擦和液力摩擦引起的机械阻力和液力阻力。 而传动系功率损失可以分成几部分：离合器摩擦功率损失、搅油功率损失、轴 承功率损失、圆柱齿轮啮合功率损失、圆锥齿轮啮合功率损失、油封功率损失。 传动系统各运动副间的相对运动摩擦引起传动系统机械阻力，机械阻力的 大小与齿面加工精度、部件的装配与工作状况密切相关。传动系零件如齿轮、 轴承等工作下的润滑引起搅油损失及润滑油与旋转零件表面的摩擦引起液力阻 力，液力阻力的大小受到润滑油品质、温度、浸油深度和旋转部件的转速的影 武汉理工大学硕士学位论文 响。传动系轴承、油封选用不同，传动系磨合、装配以及车辆润滑油特性不同 都对传动系内部阻力产生影响，所以传动系内部阻力不是定值，而是随车而异， 随工作状况而改变。但测试研究表明传动系内部阻力均随车辆车速增加而增大， 具有明显的规律性和一致性，汽车传动系阻力服从一元一次线性方程： r = a + b x 矿( 2 - 1 7 ) 式中：彳为与速度无关的传动系阻力