汽车理论---第三章汽车动力装置参数匹配

1、1/5第三章第三章2/53 汽车动力传动系参数匹配汽车动力传动系参数匹配3.1 发动机功率发动机功率3.2 最小传动比最小传动比3.3 最大传动比最大传动比3.4 变速器档数及其传动比变速器档数及其传动比3.5 动力传动系匹配动力传动系匹配3/5引言引言: 前2章讨论的性能（动力性、经济性）是汽车的主要性能中最主要的两性能。 我们依据汽车的动力性、经济性评价指标，主要讨论已有汽车（即结构参数已定，发动机已有）在不同使用条件下的性能如何，以评价其好坏。4/5在进行汽车造型和制定设计任务书时，或者进行改进设计或重新组装新车都必须研究整车和各总成的结构形式及主要参数。本章是反过来，根据使用条件和要求

2、（主管部门和用户）如何更好地确定发动机、底盘、传动系中一些结构参数，也就是一个造型设计，是汽车设计的开始部分的工作，也是两章理论分析的具体应用.5/5 选择的依据：选择的依据： 根据提供的汽车的动力性根据提供的汽车的动力性(Vomax,iamax,Domax,r(Vomax,iamax,Domax,r）和（经济性）和（经济性（Qs,L/100kmQs,L/100km）指标；）指标； 确定的对象：确定的对象： 确定整车和各总成的结构型式和主要参确定整车和各总成的结构型式和主要参数；数； 本章只讨论结构参数中： 1、发动机功率 2、传动系的传动比:i0,ig；6/5 讨论方法：讨论方法： 用功率平

3、衡法来讨论，也就是从能量观用功率平衡法来讨论，也就是从能量观点来分析确定；点来分析确定； 原则：原则： 主要从动力性出发来选择发动机功率，主要从动力性出发来选择发动机功率，确定传动系参数，然后从经济性方面进确定传动系参数，然后从经济性方面进行复核和修正，找出更为合适的结论。行复核和修正，找出更为合适的结论。7/5 进行总布置计算大致步骤如下：进行总布置计算大致步骤如下： 1、根据任务书提出的载重量、根据任务书提出的载重量Gc要求，拟定汽车自要求，拟定汽车自重重Go（控制数），求得总重：（控制数），求得总重：Ga=Gc+Go初步确定初步确定L1，L2，Hg； 2、按、按G1，G2选择轮胎，确定选

4、择轮胎，确定Rk； 3、参考同类型车确定、参考同类型车确定CDA； 以上是设计课的讨论内容 4、选择发动机型式，确定主要性能参数（、选择发动机型式，确定主要性能参数（Pemax/np，Ttqmax/nt）及外特性；）及外特性； 5、确定传动系最小传动比、确定传动系最小传动比itmin 6、确定传动系最大传动比、确定传动系最大传动比itmax 7、确定变速器档数及各档调速比分配。、确定变速器档数及各档调速比分配。 后四个问题即为本章所讨论的内容。8/5 发动机最大功率和传动系传动比的确定，首先发动机最大功率和传动系传动比的确定，首先应考虑满足新设计汽车的应考虑满足新设计汽车的动力性要求动力性要求

5、，如最高车，如最高车速、最大爬坡度、加速能力等，同时还要兼顾汽速、最大爬坡度、加速能力等，同时还要兼顾汽车车燃油经济性的要求燃油经济性的要求和和驾驶性的要求驾驶性的要求。 在确定发动机最大功率和传动系传动比之前，在确定发动机最大功率和传动系传动比之前，先要参照同类型汽车和有关资料初步确先要参照同类型汽车和有关资料初步确 定如下参定如下参数：数：(1) 汽车的质量；汽车的质量； (2) 迎风面积和空气阻力系迎风面积和空气阻力系数；数；(3) 轮胎的型号和尺寸；轮胎的型号和尺寸； (4) 传动系的机械效传动系的机械效率。率。9/5一、依据（原则）：一、依据（原则）：根据最大车速根据最大车速uama

6、x选择选择PeeTDaDaTePfACmuACumgfP，则可求出功率、若给定)761403600(13maxmax00jiPP设计常从汽车最高车速入手来选择发动机的设计常从汽车最高车速入手来选择发动机的功率功率;Vamax间接反映了汽车的爬坡、加速间接反映了汽车的爬坡、加速能力能力10/5二、常用的方法二、常用的方法1根据最高车速计算发动机最大功率 所选发动机的最大功率应满足上式的计算结果，但也不宜过大，否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。wftePPP13maxmax7614036001aDateuACuGfP11/52 汽车比功率（单位汽车质量具有的功率）汽车比功率（单位汽车质

7、量具有的功率）3maxmaxmaxmax10003.676.143.6/eDaaTTTDaaTPfgC AuummfgfCuuconstA m汽车比功率若已知 、及大致差不多，但是，变化较大。常用单位为常用单位为kw/t利用现有汽车统计数据估计汽车比功率。做汽车比功率汽车总质量图，可以得到发动机功率。12第一节 发动机功率的选择13第一节 发动机功率的选择14第一节 发动机功率的选择15货车可以根据货车可以根据总质量与同类车总质量与同类车辆比功率的统计辆比功率的统计数据，初步选择数据，初步选择发动机功率。发动机功率。第一节 发动机功率的选择16/5中型货车的比功率约为中型货车的比功率约为10k

8、w/t,其中其中Ff约占约占40。A/m项，项，m增加，增加，A增加有限，因此增加有限，因此，A/m随总质随总质量的增加而减少量的增加而减少。由上述两项可知，货车的比功率是随其总质量的由上述两项可知，货车的比功率是随其总质量的增大而逐步变小。增大而逐步变小。通常，货车的比功率约为通常，货车的比功率约为7.35kW/t。小于小于2-3t的轻型货车常是轿车或微型车的变型车，的轻型货车常是轿车或微型车的变型车，动力性能很好，比功率很大。动力性能很好，比功率很大。重型货车汽车的重型货车汽车的Vamax低，比功率较小。低，比功率较小。总之货车可以根据同样总质量与同样类型车辆的总之货车可以根据同样总质量与

9、同样类型车辆的比功率统计数据，初步选择发动机功率。比功率统计数据，初步选择发动机功率。17 轿车的车速高，最高车速变轿车的车速高，最高车速变化范围大。化范围大。 比功率主要与比功率主要与 有关。有关。 比功率还与比功率还与CDA/ mT有关有关。max3aTDmaxaT14.766 . 3umACufg比功率2.轿车的比功率第一节 发动机功率的选择amaxu18Audi A6 轿车的比功率轿车的比功率车型车型功率功率/kW整备质量整备质量/kg比功率比功率最高车速最高车速A6 1.892152560198A6 1.8T110152572206A6 2.4121156078214A6 2.814

10、0156090226第一节 发动机功率的选择/()1kW t/()1km h19Audi A6 轿车的比功率轿车的比功率第一节 发动机功率的选择20车型车型功率功率/kW整备质量整备质量/kg比功率比功率最高车速最高车速Audi A6 1.892152060198Bora 1.892135068202Audi A6 1.8T110152072206Bora 1.8T110135081221根据设计轿车的总质量、预期的最高车速，利用轿车比功根据设计轿车的总质量、预期的最高车速，利用轿车比功率曲线可大体确定发动机的功率。率曲线可大体确定发动机的功率。第一节 发动机功率的选择Audi A6与与Bor

11、a 比功率的比较比功率的比较（两车轴距相差（两车轴距相差337mm，质量相差，质量相差170kg）/()1kW t/()1km h21/5 有的国家对汽车的比功率有规定，以保证有的国家对汽车的比功率有规定，以保证路上行驶的汽车动力性不低于一定的水平，路上行驶的汽车动力性不低于一定的水平，防止阻碍正常交通流。防止阻碍正常交通流。 国内大客车的标准明确规定了最高车速与国内大客车的标准明确规定了最高车速与功率的数值，可以作为初步确定发动机质功率的数值，可以作为初步确定发动机质的依据。的依据。 图图3-2也给出了一定条件下，某些类型轿也给出了一定条件下，某些类型轿车的比功率值点。利用这些数点形成的区车

12、的比功率值点。利用这些数点形成的区域，可以根据设计轿车的总质量、预期的域，可以根据设计轿车的总质量、预期的最高车速，大体确定发动机的功率。最高车速，大体确定发动机的功率。22第三章 汽车动力装置参数的选择第二节最小传动比的选择返回目录231.最小传动比与动力性和燃油经济性的关系第二节 最小传动比的选择三轴式变速器 = 1 的确定 i0的确定 副变速器传动比。思考汽车传动系由哪些传动部件组成？传动系总传动比 it 如何确定？t0 g cii i igminicitminitmin0ii24当 时，汽车的最高车速最高。1）最高车速uamax1 uP3uamax2 uamax3 uamax1第二节

13、最小传动比的选择 发动机最大功率对应的车速； 汽车的最高车速。amaxPuuamaxuPu252）后备功率第二节 最小传动比的选择后备功率26i01的后备功率最小；i03的后备功率最大；i01的燃油经济性最好；i03的燃油经济性最差。 1，动力性好，燃油经济性差。第二节 最小传动比的选择2）后备功率amaxP/uuamaxP/uuamaxP/uu27轿车所占比例轿车所占比例0.50.730.70.917.50.91.10741.101.395.5不同 的取值在轿车中所占的比例第二节 最小传动比的选择amaxP/uuamaxP/uu282.最小传动比与驾驶性能 驾驶性能是指加速性、动力装置的转矩

14、响应、噪声和振动。 大排量发动机提供较大、较快、较平稳的转矩响应。 前置前驱动传动系转矩响应较前置后驱动好。 最小传动比过小，汽车在重负荷下工作，加速性不好，出现噪声和振动。 最小传动比过大，燃油经济性差，发动机高速运转的噪声大。第二节 最小传动比的选择29第二节 最小传动比的选择 根据每千克车质量的发动机排量毫升值，查出允许的最小 值，对于选择轿车最小传动比有参考价值。a/n u30 满足满足汽车的最大爬坡度汽车的最大爬坡度max；传动系最大传动比传动系最大传动比 主要用于什么工况？主要用于什么工况？思考思考 满足汽车的最低稳定车速满足汽车的最低稳定车速uamin ； 满足汽车加速时间的要求

15、满足汽车加速时间的要求； 满足汽车的附着条件满足汽车的附着条件 。maxXFFmaxi31maxifmaxtFFFmaxmaxT0g1maxtqsincosGGfriiTT0maxtqmaxmaxg1sincosiTrfGi当汽车低速爬坡时当汽车低速爬坡时FW= 0， = 0一、保证最大爬坡度第三节 最大传动比的选择maxijF32 已知参数：已知参数：G 26950N；f 0.02； ； r 367.15mm； 310 ；i03.70；副变速器传动比副变速器传动比 2.64；T0.90 以奔驰以奔驰ML320越野汽车为例，计算满足最大爬越野汽车为例，计算满足最大爬坡度要求前提下的传动系最大传

16、动比。坡度要求前提下的传动系最大传动比。T0maxtqmaxmaxg1sincosiTrfGi30求得求得 ig12.619第三节 最大传动比的选择N mtqmaxTci33/4TgtqzgzTgtqtiiTrFiFriiTFF01max101maxmax二、满足附着条件34/4 取取ig1除了应满足除了应满足 要求外，还要考要求外，还要考虑道路的附着条件。虑道路的附着条件。 对于越野汽车还要考虑最低稳定对于越野汽车还要考虑最低稳定车速车速：三、满足最低稳定车速uamin的要求35/4 通过上述，我们便可确定出itminitmax， 根据不同用作汽车变化范围： 车型itmax itmin it

17、max/itmin 货车 30-50 6-7 6-7 轿车 12-15 3-6 3-4 货车主要是牵引力，兼顾V，所以itmax大，轿车则以Vamax为主。 36/9 由于使用条件变化很大，车速驱动力等，因此由于使用条件变化很大，车速驱动力等，因此变速器必须有变速器必须有n n种不同的速比，才能较好满足种不同的速比，才能较好满足使用条件。使用条件。一般讲，一般讲，i itmaxtmax/i/itmintmin，间隔大，档数应多，而象，间隔大，档数应多，而象轻型车，轻型车，D Domaxomax大，而大，而1max1max小些，所以间隔小，小些，所以间隔小，则挡数设置少些。则挡数设置少些。 档数

18、多少，视工作条件变化幅度大小，主要档数多少，视工作条件变化幅度大小，主要由下述几方面所决定：由下述几方面所决定：路面状况变化路面状况变化坡度大小变化坡度大小变化车速变化车速变化载荷变化载荷变化37 比功率大比功率大 挡位数少（阻力靠后备功率克服）。挡位数少（阻力靠后备功率克服）。 比功率小比功率小 挡位数多（阻力靠变换挡位克服）。挡位数多（阻力靠变换挡位克服）。 重型货车和越野汽车使用中，载质量变化大，路重型货车和越野汽车使用中，载质量变化大，路面条件复杂，面条件复杂， 大，挡数较多。大，挡数较多。挡位数多，对汽车动力性和燃油经济性都有利。挡位数多，对汽车动力性和燃油经济性都有利。 动力性动力

19、性：挡位数多，增加了发动机发挥最大功率：挡位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。 燃油经济性燃油经济性：挡位数多，增加了发动机在低燃油：挡位数多，增加了发动机在低燃油消耗率转速区工作的可能性，降低了油耗。消耗率转速区工作的可能性，降低了油耗。第四节 传动系挡数与各挡传动比的选择tmaxtmin/ii38/9 乘用车：乘用车： 过去常为34档，近年来增加到5-6档 轻中型载重车轻中型载重车/客车：客车： 45档，近年来有6档 3.5T以上6档 3.5T以下有5档 重型车重型车/大客车：大客车： 有副变速器，81

20、012档， 越野车：越野车：变速器和两端分动器 3.5T以下四档 3.5T以上56档39/9 档位数多，增加了发动机发挥最大功率附档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡近功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力能力同时也增加了发动机在低燃油消耗率工作同时也增加了发动机在低燃油消耗率工作的机会，档位数增加对动力性和燃油经济的机会，档位数增加对动力性和燃油经济性均有利。性均有利。近年来，随着对车型的经济性要求的提高，档近年来，随着对车型的经济性要求的提高，档数整体呈增加的趋势。数整体呈增加的趋势。档位数还影响邻档间传动比的比值。比值档位数还影响邻档间传动比的比值。比

21、值过大会造成换档困难。通常其比值要小于过大会造成换档困难。通常其比值要小于1.71.8。最大与最小传动比值越大，档位。最大与最小传动比值越大，档位数应越大。数应越大。40/9 但档数越多，变速器结构复杂，成本高，但档数越多，变速器结构复杂，成本高，操作频繁，操作频繁，T下降。下降。 也不易太多。也不易太多。41g1g2g2g3iiqii第四节 传动系挡数与各挡传动比的选择1.各挡传动比的分配变速器各挡传动比基本按变速器各挡传动比基本按等比级数分配等比级数分配，即，即g2g1qiig3g2qiig4g3qiiqig42g3qi3g2qi4g1qi设设5挡变速器的挡变速器的ig5=14g1iq 4

22、g1g4ii42g1g3ii43g1g2ii一、各挡传动比的确定42 1）发动机工作范围都相同，加速时便于操纵；）发动机工作范围都相同，加速时便于操纵； 2）各挡工作所对应的发动机功率都较大，有利于汽）各挡工作所对应的发动机功率都较大，有利于汽车动力性；车动力性； 3）便于和副变速器结合，构成更多挡位的变速器。）便于和副变速器结合，构成更多挡位的变速器。以下将重点分析上述优点以下将重点分析上述优点2.等比级数分配传动比的优点第四节 传动系挡数与各挡传动比的选择43发动机工况图发动机工况图变速器工况图变速器工况图国产奥迪国产奥迪A6 轿车的各项技术参数轿车的各项技术参数第四节 传动系挡数与各挡传

23、动比的选择44ig1/ig21.85；ig2/ig31.432；ig3/ig41.346； ig4/ig51.355；且且 第四节 传动系挡数与各挡传动比的选择2maxnn45/91n2neP档I档II档III档IVau21aauu122 01220.377agagn rui inuki211agnuki0121377. 0iirnugan3au2au1au4au46/9无冲击接合或档）（档）间变化，则在工作范围设发动机转速2g1g121g22g12a1a02g12a01g21a21iinnininIIuI(uiirn377. 0u ,iirn377. 0unnn47/91n2neP档I档II

24、档III档IVau34aauu143 01430.377agagn rui inuki232agnuki232 00.377agn rui in3au2au1au4au48/921342 03 034221223130.377,0.377(aaggaaggggn rn ruui ii iuIIuIIIinnniini同理：档）（档）或无冲击接合49/91n2neP档I档II档III档IVaun3au2au1au4auII 档1n2n222 00.377agn rui i211 00.377agn rui i232 00.377agn rui i143 00.377agn rui i122212

25、: : nnnnnn挡挡挡50/91n2neP档I档II档III档IVaun3au2au1au4auII 档1n2n121222: : nnnnnn挡挡挡51/952/9 由此可见，若每次发动机都是提高到转速n2换挡，只要发动机都降到同一低转速n1，离合器就能无冲击地接合。就是说，换挡过程中，发动机总在同一转速范围n1n2内工作。这样，驾驶员在起步加速时操作就方便得多了。53/954/9由此可倒出由此可倒出n档变速器的各档传动比：档变速器的各档传动比：55/9 上述分析表明：换挡过程中，发动机总在同一转速范围n1n2内工作。这样，驾驶员在起步加速时操作就方便得多了。 不过，按等比级数分配传动比

26、的主按等比级数分配传动比的主要目的还在于：要目的还在于：充分利用发动机提供的功率，提高汽车充分利用发动机提供的功率，提高汽车的动力性。的动力性。56/9 当汽车需要大功率当汽车需要大功率(如全力加速或上坡如全力加速或上坡)时，时，若排挡选择恰当，具有按等比级数分配若排挡选择恰当，具有按等比级数分配传动比的变速器，能使发动机经常在接传动比的变速器，能使发动机经常在接近外特性最大功率近外特性最大功率Pemax处的大功率范处的大功率范围内运转，从而增加了汽车的后备功率，围内运转，从而增加了汽车的后备功率，提高了汽车加速或上坡能力。提高了汽车加速或上坡能力。 下面比较三种不同传动比分配的下面比较三种不

27、同传动比分配的3 3挡变速挡变速器在加速过程中发动机功率发挥的程度，器在加速过程中发动机功率发挥的程度，以说明传动比分配规律对汽车后备功率以说明传动比分配规律对汽车后备功率的影响。的影响。57/9122312122323iiiiiiiiiiii第一方案是：另外两种方案分别是：和58/9minnmaxnmaxnmaxn1n1nkq 3221iiii3221iiiiPPPnnn1n 1n 1n 1n左移eP右移eP21ggii和固定59/9 三种方案在I挡时，发动机工作区域相同。 在II挡和III挡时，由于发动机在换挡时的起始转速不同，其功率曲线覆盖的面积也不同。60/9 按第一个方案，即按等比级

28、数分配传动比的方案，可以在汽车需要大功率时，较好地利用发动机特性曲线功率比较大的一段来增加汽车的后备功率，提高汽车的加速或上坡能力。61/9 若按第二个方案，在使用II挡时，与第一个方案相比较，利用发动机功率的范围少掉一段较大功率区域；在III挡时与第一个方案相比较，汽车多利用了较小的功率区域。总的来看，失去的是较大功率区域。62/9 同理，第三个方案，也有同样情况，不过得到功率区域与失去功率区域的挡位不同。63/9若每次均将转速提高到若每次均将转速提高到n2换档，只要发换档，只要发动机降低到动机降低到n1，离合器就能无冲击地接合。离合器就能无冲击地接合。由于符合人的操作习惯，由于符合人的操作

29、习惯，这样这样布档能布档能方便驾方便驾驶员加速时换档操作。驶员加速时换档操作。按等比级数分配传动比也在于按等比级数分配传动比也在于可可充分地充分地利用发动机的功率，提高发动机的动力性。利用发动机的功率，提高发动机的动力性。汽车需要大功率时，若档位传动比分配汽车需要大功率时，若档位传动比分配得当，就可使发动机经常在接近外特性最大得当，就可使发动机经常在接近外特性最大功率范围内运转。从而功率范围内运转。从而相对相对增加汽车后备功增加汽车后备功率，提高汽车加速和爬坡能力。率，提高汽车加速和爬坡能力。64/9 按等比级数分配传动比的主变速器，还便于和副变速器结合构成更多挡位的变速器。 例如一具有5挡位的主变速器，各挡问的公比为q2，其传动比序列为l、q2、q4、q6、q8。若结合一后置两挡副(减速)变速器，其传动比为1、q便可构成一具有10挡位的变速器，各挡间的公比为q，其传动比序列为： 1、q2、q3.q9。65/9 实际上，对于挡位较少(如5挡以下)的变速器，各挡传动