動力系統(tǒng)匹配和選型設(shè)計(jì)規(guī)范

1、編號動力系統(tǒng)匹配和選型設(shè)計(jì)規(guī)范編制：審核：批準(zhǔn)： 目錄前言21適用范圍32引用標(biāo)準(zhǔn)33選型匹配設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容及流程44產(chǎn)品策劃55資源調(diào)查56分析與篩選67設(shè)計(jì)參數(shù)輸入68預(yù)布置與匹配分析計(jì)算69法規(guī)對策分析18前言本標(biāo)準(zhǔn)是為了規(guī)范我公司汽車動力總成(MT)匹配設(shè)計(jì)而編制。標(biāo)準(zhǔn)中對設(shè)計(jì)程序、參數(shù)的輸入、參照標(biāo)準(zhǔn)、匹配計(jì)算等方面進(jìn)行了描述和規(guī)定，此標(biāo)準(zhǔn)可作為今后汽車動力總成(MT)匹配設(shè)計(jì)參考的規(guī)范性指導(dǎo)文件。1適用范圍本方法適用于基于現(xiàn)有動力總成資源，選擇滿足整車設(shè)計(jì)要求的動力總成（MT）的一般方法與原則。2引用標(biāo)準(zhǔn)GB16170-1996汽車定置噪聲限制GB1495-2002汽車加速行駛車

2、外噪聲限值及測量方法GB/T12536-1990汽車滑行試驗(yàn)方法GB/T12543-2009汽車加速性能試驗(yàn)方法GB/T12544-1990汽車最高車速試驗(yàn)方法GB/T12539-1990汽車爬陡坡試驗(yàn)方法GB/T12545.1-2008汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法GB/T18352.3-2005輕型汽車污染物排放限值測量方法 3選型匹配設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容及流程否預(yù)布宜與匹配計(jì)算參數(shù)調(diào)整右設(shè)計(jì)變產(chǎn)品策劃選型資源調(diào)査(法規(guī)對策分析分析口篩選方案批準(zhǔn)整車架構(gòu)方案成設(shè)計(jì)任務(wù)書參數(shù)輸入4產(chǎn)品策劃產(chǎn)品策劃的目的是依據(jù)整車設(shè)計(jì)要求，確定動力總成選型的范圍、條件及基本技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)整車設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，確定以下輸入條

3、件：整車輸入條件車輛類型；市場定位經(jīng)濟(jì)型、中級或高級；動力總成布置型式前置后驅(qū)、后置后驅(qū)；整車尺寸參數(shù)外形尺寸、輪距、軸距、整備質(zhì)量、總質(zhì)量、離地間隙；前懸和后懸；輪胎規(guī)格；風(fēng)阻系數(shù)；整車重量參數(shù)整備質(zhì)量、載客量、總質(zhì)量、軸荷分配；整車目標(biāo)性能動力性（最高車速、加速時(shí)間、汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩指標(biāo)、最大爬坡度）、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、排放水平；產(chǎn)品策劃的內(nèi)容是根據(jù)整車設(shè)計(jì)要求，確定資源調(diào)查的具體指標(biāo)范圍：型式（類型）、發(fā)動機(jī)功率范圍、對配套變速器的要求。5資源調(diào)查根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書及產(chǎn)品策劃要求進(jìn)行資源調(diào)查，調(diào)查市場上發(fā)動機(jī)及變速器資源及相關(guān)信息，包括：（1）發(fā)動機(jī)、變速器技術(shù)參數(shù)外形尺寸長寬高及相對變速器輸

4、出軸尺寸技術(shù)指標(biāo)功率、扭矩、速比、排放水平技術(shù)狀態(tài)開發(fā)階段、定型產(chǎn)品、匹配車型、批量生產(chǎn)（2）品牌及產(chǎn)品來源國產(chǎn)化、自主研發(fā)、合作開發(fā)（3）服務(wù)配套車型、附件提供狀態(tài)、配套體系完整性（4）風(fēng)險(xiǎn)性分析配套意向、批量供貨能力資源調(diào)查方法為信息收集與廠家專訪。6分析與篩選根據(jù)排量、功率、扭矩及排放指標(biāo)并結(jié)合參考樣車的發(fā)動機(jī)艙尺寸與動力總成外廓尺寸對比，綜合評價(jià)技術(shù)狀態(tài)、產(chǎn)量、配套意向、品牌、服務(wù)、附件提供狀態(tài)、配套體系完整性，初選兩-三種動力總成進(jìn)行進(jìn)一步分析和對比調(diào)查。7設(shè)計(jì)參數(shù)輸入根據(jù)初選的兩-三種動力總成，確認(rèn)供應(yīng)商意向，并收集以下匹配計(jì)算資料及參數(shù)：（一）動力性計(jì)算參數(shù)發(fā)動機(jī)使用外特性或外特

5、性曲線發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax主減速器傳動比變速器傳動比（各檔）（二）燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算參數(shù)發(fā)動機(jī)萬有特性圖（三）預(yù)布置參數(shù)動力總成外廓數(shù)模、主要附件數(shù)模、主要硬點(diǎn)數(shù)據(jù)（差速器中心、懸置安裝點(diǎn)）、重心及重量參數(shù)、安裝要求。8預(yù)布置與匹配分析計(jì)算8.1預(yù)布置通過預(yù)布置初步確認(rèn)動力總成布置可行性。根據(jù)造型設(shè)計(jì)確定的前懸、發(fā)動機(jī)罩型線、前圍板及縱梁位置、傳動軸容許安裝角等設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)間隙要求并參考對標(biāo)車或相近車型空氣濾清器、中冷器、冷凝器、散熱器、蓄電池和副車架規(guī)格統(tǒng)計(jì)尺寸或數(shù)模，以滿載狀態(tài)為基準(zhǔn)進(jìn)行動力總成模型布置，預(yù)測機(jī)艙尺寸、與主要總成的間隙及離地間隙是否滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)布置

6、工作的輸入條件：動力總成外形數(shù)模、差速器接口數(shù)模、機(jī)艙、縱梁及前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)及線框模型、機(jī)艙內(nèi)主要總成數(shù)模、輪胎規(guī)格、輪轂與傳動軸連接尺寸；安全性相關(guān)指標(biāo)要求；預(yù)布置主要間隙要求如下表：序號內(nèi)容間隙值（mm）備注1發(fā)動機(jī)皮帶輪處與縱梁的最小間隙三302變速器與縱梁的最小間隙三303與散熱器及風(fēng)扇的最小間隙三35排氣管前置式三20排氣管后置式4與副車架和轉(zhuǎn)向機(jī)的最小間隙三175與周圍固定的其他零部件的最小間隙三256滿載狀態(tài)時(shí)的最小離地間隙三120預(yù)布置狀態(tài)：預(yù)布置在整車坐標(biāo)系下進(jìn)行。預(yù)布置工作輸出結(jié)果：最小離地間隙，動力總成與縱梁、E/G罩外板、前圍板靜態(tài)最小間隙，主要總成布置可行性及與周邊零

7、件最小間隙；傳動軸靜態(tài)安裝角（一般不大于4）；根據(jù)預(yù)布置結(jié)果判斷動力總成布置可行性。匹配分析計(jì)算根據(jù)整車設(shè)計(jì)參數(shù)及動力總成參數(shù)，計(jì)算整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行離合器容量匹配計(jì)算，判斷選用動力總成是否能滿足整車動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，選用離合器是否適用，并提出改型意見。為綜合衡量和判斷動力總成的適用性提供依據(jù)。動力性計(jì)算動力性是汽車各項(xiàng)性能中最基本、最重要的性能之一。動力性的好壞，直接影響到汽車在城市和城際公路上的使用情況。因此在新車開發(fā)階段，必須進(jìn)行動力性計(jì)算，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案是否滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)和使用要求。動力性計(jì)算的主要內(nèi)容如下：a）汽車的最高車速b）加速時(shí)間（0-100km/h連續(xù)換擋加速

8、時(shí)間）c）最大爬坡度。汽車的最高車速計(jì)算汽車動力性能計(jì)算的主要依據(jù)是汽車的驅(qū)動力和行駛阻力之間的平衡關(guān)系，汽車的驅(qū)動力行駛阻力平衡方程為：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj其中：F,一驅(qū)動力；行一滾動阻力；Fw空氣阻力；F一坡道阻力；F加速阻力；驅(qū)動力：其中：Tt發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；i變速器各個(gè)檔位的傳動比；i0主減速器速比；ntqg0T動力傳動系統(tǒng)機(jī)械效率；rd車輪滾動半徑，單位為m。Td發(fā)動機(jī)外特性曲線是發(fā)動機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩以及燃油消耗率與發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩隨發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線通過擬合方式確定，已知條件為功率曲線通過原點(diǎn)，最大功率點(diǎn)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，最大功率

9、點(diǎn)在功率曲線上的導(dǎo)數(shù)為零，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)在轉(zhuǎn)矩曲線上的導(dǎo)數(shù)為零。轎車發(fā)動機(jī)在使用過程中還要為水泵、發(fā)電機(jī)、空調(diào)等設(shè)備提供動力，其使用外特性要比外特性小，用于汽車行駛的有效扭矩和有效功率均在原來基礎(chǔ)上有所減少，一般汽油發(fā)動機(jī)使用外特性比外特性約小10%,取有效扭矩=扭矩X90%，有效功率=功率X90%。傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率主要由變速器傳動效率、傳動軸萬向節(jié)傳動效率、主減速器傳動效率等部分組成。參照汽車工程手冊，取變速器傳動效率為95%、傳動軸萬向節(jié)傳動效率為98%、主減速器傳動效率為96%。采用有級機(jī)械變速器傳動系的轎車傳動系統(tǒng)效率一般在90%到92%之間。滾動阻力：Ff=mgfcosa其中：m汽車計(jì)

10、算載荷工況下的質(zhì)量，單位為kg；g重力加速度，單位為m/s2f滾動阻力系數(shù)；a道路坡角，單位為rad；滾動阻力系數(shù)采用推薦的轎車輪胎在良好路面上的滾動阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：其中,fo0.00720.0120以上，取0.012；f0.000250.00280,取0.0027；f40.000650.002以上，取0.002；c對于良好瀝青路面，取1.2；空氣阻力：%=3僉其中：CD空氣阻力系數(shù)；A迎風(fēng)面積，根據(jù)車身外表面及各種附件的數(shù)模投影計(jì)算迎風(fēng)面積,單位為m2;u汽車行駛速度，單位為km/h。a坡道阻力：F=mgsina其中：m計(jì)算載荷工況下汽車的質(zhì)量，單位為kg；g重力加速度，單位為m/

11、s2；a道路坡角，單位為rad。加速阻力：其中$礎(chǔ)轉(zhuǎn)質(zhì)暈換算系數(shù)川計(jì)算栽荷工況卜汽車的質(zhì)量，單位為畑讐汽車行駛加速度，單位為m/s2。在進(jìn)行動力性初步計(jì)算時(shí)，如無汽車飛輪、輪胎等旋轉(zhuǎn)部件準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動慣量數(shù)值，對于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)6，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算確定：式中：0=2其中U乍輪的轉(zhuǎn)動慣量（kgmF）h%*（其中IlE輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）；如不知道工Iw和If的準(zhǔn)確值，61和62值可按經(jīng)驗(yàn)取，范圍在0.03-0.05之間。在進(jìn)行不同檔位的驅(qū)動力和阻力計(jì)算時(shí)，汽車速度與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系按下式換算：其中，ua汽車行駛速度，單位為km/h；n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；i主減速器傳動

12、比；i0變速器各個(gè)檔位的傳動比；r車輪的滾動半徑，單位為m。d根據(jù)上述公式，編制相應(yīng)的計(jì)算軟件，計(jì)算出汽車在任意發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、檔位下的驅(qū)動力、行駛阻力，進(jìn)而可以繪制出汽車的驅(qū)動力行駛阻力平衡圖。100119150375200(km*h-1)在驅(qū)動力行駛阻力平衡圖中，最高檔下驅(qū)動力和行駛阻力曲線的交點(diǎn)處對應(yīng)的速度值即為汽車的最高車速。0100Kn/h加速時(shí)間計(jì)算汽車的加速能力一般用水平良好路面上直接檔行駛時(shí)，由最低穩(wěn)定車速加速到一定車速所需的時(shí)間表明汽車的加速能力。汽車加速時(shí)，驅(qū)動力除了用來克服空氣阻力、滾動阻力以外，主要用來克服加速阻力，此時(shí)不考慮坡道阻力Fi（Fi=0）。ii根據(jù)驅(qū)動力行駛阻力

13、平衡方程得由上式，編制相應(yīng)軟件計(jì)算可得出汽車的加速行駛曲線：通過數(shù)值積分方法對上式進(jìn)行積分求解，可以得到所需要的加速時(shí)間。如I擋與II擋加速度曲線有交點(diǎn)，以交點(diǎn)對應(yīng)車速換擋；如無交點(diǎn)，則以I擋加速行駛至發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)換入II擋；其他各檔間換檔時(shí)刻依此確定。換檔經(jīng)歷時(shí)間按0.1秒計(jì)。最大爬坡度計(jì)算最大爬坡度在計(jì)算爬坡度時(shí)，認(rèn)為汽車的驅(qū)動力除了用來克服空氣阻力、滾動阻力外，剩余驅(qū)動力都用來克服坡道阻力，即加速阻力Fj為零。根據(jù)驅(qū)動力行駛阻力平衡方程可以得到如下公式:Ff+Fi=Ft-Fwfitw轉(zhuǎn)換后可得到如下公式：a=arcsin(耳-(Ff+Fw)/mg由上式，然后根據(jù)公式i=tga

14、進(jìn)行轉(zhuǎn)換，編制相應(yīng)軟件計(jì)算得出汽車車速與相應(yīng)檔位的爬坡度關(guān)系，繪制出爬坡度曲線圖計(jì)算出爬坡度。其中最大爬坡度為I擋時(shí)的最大爬坡度。I檔附著條件校核汽車發(fā)動機(jī)在I檔時(shí)可提供的最大驅(qū)動力在轉(zhuǎn)矩值最大時(shí)取得：同時(shí)，滿載時(shí)驅(qū)動軸載荷為FZ1,考慮良好的混凝土或?yàn)r青路面，取路面附著系數(shù)為=0.8,這時(shí)路面可提供的最大附著力為：FX1=FZ1FX1應(yīng)大于等于Ftmax，即汽車在實(shí)際行駛中可達(dá)到最大驅(qū)動力。計(jì)算結(jié)果應(yīng)以滿足附著條件的爬坡度作為最大爬坡度，并應(yīng)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。8.2.2燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算等速百公里油耗的計(jì)算方法汽車等速百公里油耗指汽車在一定載荷(國標(biāo)規(guī)定轎車為半載)下，以最高檔在水平良好路面上等

15、速行駛100Km/h的燃油消耗量。汽車等速百公里油耗計(jì)算主要是依據(jù)汽車發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線以及汽車功率平衡圖進(jìn)行的。在汽車的行駛方程式的基礎(chǔ)上，在公式兩端同時(shí)乘以車輛速度ua，經(jīng)過單位換算、以得到汽車的功率平衡方程式：p=1(川gfcosS)”。響血(g)叫G沏：渤叫血36003600761403600dt整理就可，將發(fā)動其中,Pe發(fā)動機(jī)功率，單位為kW。其它各個(gè)參數(shù)的意義和單位同上述說明。利用上式就可以計(jì)算出汽車行駛功率平衡關(guān)系，以縱坐標(biāo)表示功率，橫坐標(biāo)表示車速機(jī)功率、汽車的阻力功率對車速的關(guān)系繪制在坐標(biāo)圖上，可繪制出功率平衡圖。50100嗎uamxp汽車的發(fā)動機(jī)功率可以根據(jù)功率平衡關(guān)系由阻

16、力功率計(jì)算獲得。發(fā)動機(jī)功率同時(shí)要考慮發(fā)動機(jī)附件的功率損失10%,可以用卜式來表示：90%其中：P一發(fā)動機(jī)功率；Pe一克服阻力功率應(yīng)提供的發(fā)動機(jī)功率不同車速下以最高檔位行駛時(shí)的阻力功率計(jì)算:在汽車等速行駛情況下，阻力功率主要表現(xiàn)為滾動阻力功率、空氣阻力功率。這時(shí)的汽車功率平衡方程為：其中：Pe克服阻力功率應(yīng)提供的發(fā)動機(jī)功率，單位為kW；nT傳動系統(tǒng)各個(gè)檔位情況下的傳動效率；m汽車試驗(yàn)載荷，單位為kg；g一重力加速度，單位為m/s2；f汽車滾動阻力系數(shù)；CD空氣阻力系數(shù)；A迎風(fēng)面積，單位為m2；ua汽車行駛速度，單位為km/h。特定檔位下發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和車速之間有如下關(guān)系n二0,3廠止其中：ua汽車行

17、駛速度，km/h；an發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；i0傳動系統(tǒng)各個(gè)檔位的傳動比；rd車輪滾動半徑，m。發(fā)動機(jī)萬有特性曲線橫坐標(biāo)通常是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或車速，縱坐標(biāo)則是發(fā)動機(jī)有效輸出扭矩、平均有效壓力或發(fā)動機(jī)有效功率等。對于四沖程發(fā)動機(jī)，平均有效壓力和發(fā)動機(jī)有效功率通過下式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。Pm廠發(fā)動機(jī)平均有效壓力，Kpa；V發(fā)動機(jī)氣缸工作容積，L。在發(fā)動機(jī)萬有特性曲線圖上，根據(jù)曲線進(jìn)行插值計(jì)算，可以得到對應(yīng)特定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)功率處的燃油消耗率gm，再根據(jù)下列公式即可計(jì)算得到特定速度下的等速百公里油耗：m一卩&1-02叫愆其中：QS等速百公里油耗，單位為L/100km；gm發(fā)動機(jī)的實(shí)際燃油消耗率，單位為g

18、/(kWh)；P發(fā)動機(jī)工作功率，單位為kW；ua汽車行駛速度，單位為km/h；aP燃油密度，單位為kg/L；g重力加速度，m/s2；汽油的Pg可取6.96-7.15N/L；燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算輸出結(jié)果：等速行駛工況燃油消耗量離合器匹配計(jì)算輸入?yún)?shù)整車參數(shù)：Ma汽車總質(zhì)量；r輪胎滾動半徑；動力總成參數(shù)：Temax最大扭矩；ig擋速比；i。主減速比；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne(為接合時(shí)轉(zhuǎn)速，車輛進(jìn)行起步時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，一般轎車取lOOOrpm，貨車取1500rpm)；離合器參數(shù)：D摩擦片外徑；d摩擦片內(nèi)徑；f靜摩擦系數(shù)；F壓緊力；Z摩擦面數(shù)；匹配計(jì)算靜摩擦力矩TcTc=fFZRcRc為摩擦片用半徑，Rc=D3-d3/(D2-d2)離合器主、從動部分間的摩擦力矩傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩。為保證離合器可靠傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，Tc應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，一般靜摩擦力矩計(jì)算結(jié)果應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大扭矩的1.2倍。后備系數(shù)BB=Tc/Temax為保證完全傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和防止產(chǎn)生過大的滑磨，B不宜過?。粸榉乐闺x合器尺寸過大和避免傳動系過載，B也不宜過大；根據(jù)車輛類型，B可在1.2-2.5之間選擇，一般轎車B值應(yīng)在1.2-1.75；膜片彈簧離合器因磨損后壓緊力變化小，B可選較小值；單位面積滑摩功WT=4niXV/flSOOii/ZCD-d-)換擋過程中離合器的滑摩功小