第三章 汽车动力装置参数的选定

第三章汽车动力装置参数的选定汽车动力装置参数发动机的功率传动系的传动比影响汽车的动力性燃油经济性第三章汽车动力装置参数的选定发动机功率的选择传动系最小传动比的选择（主减速器传动比）传动系最大传动比的选择（头挡传动比）传动系档数与各档传动比的选择利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数§1发动机功率的选择一、依据（原则）：常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。〔从动力性角度出发〕讨论：1.动力性指标：uamax、i、tj2.uamax增Pe增后备功率Pe－（Pf+Pw）/T增加速能力和爬坡能力也较好。§1发动机功率的选择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。wftePPP13maxmax7614036001aDateuACuGfP§1发动机功率的选择2.用比功率确定发动机最大功率比功率—单位汽车总质量具有的发动机功率。比功率＝1）利用现有汽车统计数据估计汽车比功率。2）做汽车比功率—汽车总质量图，可以得到发动机功率。3maxmax14.766.31000atDateumACufgmP§1发动机功率的选择中型货车的比功率约为10kw/t,其中Ff约占40％。A/m项，m增加，A增加有限，因此，A/m随总质量的增加而减少(2～3m2)。由上述两项可知，货车比功率随总质量增加而减小。通常，货车的比功率约为7.35kW/t。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，防止阻碍正常交通流。§2最小传动比选择一、imin的重要性汽车多数时间是以最高档行驶，即以最小传动比行驶。二、传动系的总传动比it=ig.i0.ic普通汽车没有分动器或副变速器，若装有三轴变速器且以直接挡作最高档时，传动系最小传动比就是主传动比i0；如变速器的最高档为超速挡，则最小传动比应为变速器最高档传动比与i0的乘积。二轴变速器没有直接挡．最小传动比为最高档传动比与i0的乘积。§2最小传动比选择明确：发动机特性汽车结构参数：G、f、CD、A原则：动力性经济性设定：注：存在一个传动比可使其功率曲线的最大转速与阻力相交于最大车速点。010203iii02i§2最小传动比选择1.先分析uamax由图知wftePPP12max所以所以，i0选择到汽车的最高车速相当于发动机最大功率时的车速时，最高车速是最大的。11maxpauu33maxpauu2max3max1maxaaauuu、22maxpauu§2最小传动比选择2.再分析后备功率i01i02，后备功率差，但Qs好i03i02，后备功率好，但Qs差不强调Qs，则i0应使uamax＝up或up稍小于uamax；强调Qs，则i0应使up稍大于uamax，出现减小i0的趋势。§2最小传动比选择%10%30%60,39.1~10.1,9.0~70.0,10.1~90.0u/uuu,uuuupmaxapmaxamaxappmaxa＝轿车经济性。，以提高燃油稍微小于则现在。稍微小于或过去选择§2最小传动比选择3.最高档行驶时汽车应具有足够的动力性，即应有足够的最高档动力因数D0max，亦即mgu15.21ACriTD15.0~1.0D08.0~04.0D2atqDT0maxtqmax0max0max0中级轿车中型货车§2最小传动比选择4.受驾驶性能的限制：即包括驾驶平稳性在内的加速性，如动力装置的转向响应、噪声与振动。※最小传动比的选择，既要考虑汽车的最高车速，也要考虑最高档的动力因数，特别是对货车。1)i0过小加速性能不好，发动机重负荷下工作出现噪声与振动；会造成汽车运行时发动机负荷率过大，反而不利于提高燃油经济性。§2最小传动比选择2)i0过大燃料经济性差，发动机高速运转噪声大。※适当地选择最小传动比，使得既能保证汽车的动力性，也能有合适的燃油经济性。※根据每千克(磅)车质量的发动机排量毫升值，查出允许的最小n/ua值。这对选择轿车最小传动比是有参考价值的。§3最大传动比选择考虑三个方面：最大爬坡度＋附着力＋最低稳定车速普通汽车：itmax=ig1.i0，其中i0已经在上一节选好，即选择ig1＝？即：确定头挡的传动比§3最大传动比选择一、最大爬坡度汽车的最大驱动力（忽略空气阻力）或即maxmaxiftFFFmaxmax01maxsincosGGfriiTtgtqttqgiTrfGi0maxmaxmax1sincos§3最大传动比选择二、按最低稳定车速要求minmaxmin0.377rtanriuminmin00.377aInruigig§3最大传动比选择三、按以上取值取以上两者较大者四、利用附着系数验算验算附着条件必要时，只能从汽车总体布置和结构着手，改善汽车的附着能力。ztgtqtFFriiTF01maxmax§3最大传动比选择最大传动比最小传动比传动比变化范围货车35~506~76~7轿车12~183~63~4§4传动系挡数与各挡传动比的选择一、档数选择（功能——决定——结构）不同类型的汽车具有不同的传动系挡位数。其原因在于它们的使用条件不同，对整车性能要求不同，汽车本身的功率不同。而传动系的挡位数与汽车的动力性、燃油经济性有着密切的关系。就动力性而言，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，挡位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗。所以增加挡位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。§4传动系挡数与各挡传动比的选择二、汽车性能与传动系档数的关系挡数多少还影响到挡与挡之间的传动比比值。比值过大会造成换挡困难。一般认为比值不宜大于1.7-1.8。因此，如最大传动比与最小传动比之比值越大，挡位数也应越多。轿车的行驶车速高，比功率大，最高档的后备功率也大，即相对而言最高档的驱动力与I档驱动力间的范围小，即小。因此，过去美国装备手动变速器的轿车，常用操纵方便的3挡；而注重节油的国家，如欧洲各国，选用发动机的排量较小，则用4挡。近年来，为了进一步节油，装用手动变速器的轿车普通采用5挡，也有采用6挡的。minmaxttii§4传动系挡数与各挡传动比的选择轻型和中型货车比功率小，一般采用5挡变速器。重型货车的比功率更小，使用条件也更复杂，如矿山用重型汽车，行驶道路变化很大。重型牵引车要拖带挂车，有时要求有很大的驱功力。重型车辆发动机工作时间长，油耗量大，且本身自重很大，增加挡位数不会过多地增加汽车的制造成本，所以一般采用6挡至十几个挡的变速器，以适应复杂的使用条件，并具有足够的动力性与良好的燃油经济性。越野汽车遇到的使用条件最复杂，还要经常牵引火炮或挂车，所以很大，其传动系的挡位数较货车常多一倍。minmaxttii§4传动系挡数与各挡传动比的选择三、各档传动比的选择在变速器中，挡位数超过五个（指前进挡）会使结构大为复杂，同时操纵机构也相应复杂。为此，常在变速器后接上一个2挡或3挡位的副变速器。越野汽车因要求多轴驱动，故采用分动器。※在选定汽车的最小传动比itmin、最大传动比itmax及传动系的挡位数后，再确定中间各挡的传动比。§4传动系挡数与各挡传动比的选择1.原则：尽可能利用高功率2.中间各档传动比的确定汽车传动系各挡的传动比大体上是按等比级数分配的。constqiiiigggg32211n2neP档I档II档IIIau0212377.0iirnugagainku210121377.0iirnuga§4传动系挡数与各挡传动比的选择3.按等比级数分配的优点：（1）换档平顺，操作方便。换挡过程分析I挡起步发动机转速到n2换挡开始离合器平顺接触发动机转速降为n1车速不变0121377.0iirnuga§4传动系挡数与各挡传动比的选择10212377.0agauiirnu0121377.0iirnuga1221gginin换上II挡发动机转速降为n1车速不变2112ggiinn§4传动系挡数与各挡传动比的选择II挡发动机转速到n2换挡开始离合器平顺接触发动机转速降为n’1车速不变0222377.0iirnugan1§4传动系挡数与各挡传动比的选择203'13377.0agauiirnu0222377.0iirnuga223'1gginin换上III挡发动机转速降为n’1车速不变32'12ggiinn§4传动系挡数与各挡传动比的选择32'12ggiinn2112ggiinn3221ggggiiii传动比按照等比级数'1212nnnn'11nn在一定的转速范围内，充分利用发动机提供的功率§4传动系挡数与各挡传动比的选择由此可见，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n1—n2内工作。这样，驾驶员在起步加速时操作就方便得多了。§4传动系挡数与各挡传动比的选择gnigngggggkgkggggqiiqiiqiiqiiiiii,...,,........322113221即＝＝＝＝§4传动系挡数与各挡传动比的选择,,,,,,,1,5432423414414132234511ggiiiiiiiqqiqiqiqiingggggggggg则且若§4传动系挡数与各挡传动比的选择由此可导出n档变速器的各档传动比：。是否小于校验公比，还要确定了各档的传动比后档，则对于第8.1~7.1,,11441331221111qiimiiiiiinmngmnngnngnnggggg§4传动系挡数与各挡传动比的选择（2）充分发挥发动机提供的功率，提高动力性。能使发动机经常在接近外特性最大功率处的大功率范围内运转，从而增加了汽车的后备功率．提高了汽车的加速或上坡能力。§4传动系挡数与各挡传动比的选择3）便于和副变速器结合构成更多档位。一具有5挡位的主变速器，各挡间的公比为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l、q、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9。§4传动系挡数与各挡传动比的选择实际上，对于挡位较少（如5挡以下）的变速器，各挡传动比之间的比值常常并不正好相等，即并不是正好按等比级数来分配的。这主要是因为各挡利用率差别很大的缘故。汽车主要是用较高档行驶。例如中型货车5挡变速器中的l、2、3三个挡位的总利用率仅为10％－15％，所以较高档位相邻两挡间的传动比的间隔应小些，特别是最高挡与次高挡之间更应小些。§5利用燃油经济性-加速时间曲线确定动力装置参数初步选择参数之后，可拟定供选用参数数值的范围，近一步具体分析、计算不同参数匹配下汽车的燃油经济性与动力性，然后综合考虑各方因素，最终确定动力装置的参数。通常以循环工况油耗Q(L/100km)代表燃油经济性，以原地起步加速时间代表功力性，作出不同参数匹配下的燃油经济性一加速时间曲线，并根据此曲线确定动力装置参数。§5利用燃油经济性-加速时间曲线确定动力装置参数一、主减速器传动比确定图3-8中的纵坐标是0-96.6km/h（0-60mile/h）时的加速时间(s)，横坐标为EPA循环工况的燃油经济性(km/L或mile/gal)。计算出不同i0值时的加速时间与每升燃油行驶公里数后，即可作出图示曲线（C曲线）。§5利用燃油经济性-加速时间曲线确定动力装置参数二、变速器与主减速器传动比的确定在发动机一定的条件下．可由C曲线从数种变速器中确定一种合适的变速器和—个合适的主减速器传动比。下图为装有不同变速器时的C曲线。图a是三档变速器与四档变速器的曲线，变速器都有直接档。由于四挡变速器的变速范围广，汽车动力性比较高。图b是四档变速器与五档变速器