整車匹配大柴

1、發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車整車性能匹配2004.51一、概述1。目的： 使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和整車性能達(dá)到最佳 或合理選用發(fā)動(dòng)機(jī)，保證汽車性能最佳汽車性能：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性； 排放特性 舒適性 安全性 操安性等上述性能與動(dòng)力源、傳動(dòng)系、懸掛等直接有關(guān)所以，需合理選配各系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)。22。汽車動(dòng)力傳遞的途徑：發(fā)動(dòng)機(jī)離合器變速器傳動(dòng)軸主減速器差速器半軸輪胎。發(fā)動(dòng)機(jī)：性能：速度特性，萬有特性 類型：汽油機(jī)、柴油機(jī)、CNG、LPG EV、HV 、FCV、H2等 發(fā)動(dòng)機(jī)性能適用范圍取決于傳動(dòng)系傳動(dòng)系：根據(jù)汽車行駛要求選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能； 正確傳遞動(dòng)力。所以，要求離合器：有足夠的扭矩容量Tc，或后備系數(shù)。 b=maxecTT3

2、 離合器的類型：圖5-12 干式摩擦片結(jié)構(gòu)摩擦片徑向彈簧阻尼彈簧鉚釘從動(dòng)盤鉚釘摩擦片式液力式電磁式：鐵粉末摩擦系數(shù)B：磁束密度D:直徑，L：寬度4變速器：足夠的變速范圍擋位數(shù)及速比。 在發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性上有選擇的余地。 實(shí)際上受結(jié)構(gòu)的限制。 類型：有極變速器MT、AT 無極變速器CVT 5牽引油膜CVT6傳動(dòng)軸：萬向節(jié)主減速器： FR型傘形齒輪 FF型螺旋齒輪 主減速比：扭矩放大效果； 尺寸緊湊 差速器：7二、整車性能參數(shù)選擇的內(nèi)容1。發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇2。變速器及速比的選擇3。主減速比的選擇4。輪胎的選擇81。發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的類型： 排放法規(guī)的要求， 經(jīng)濟(jì)性/動(dòng)力性要求， 社會(huì)市場的要求發(fā)動(dòng)機(jī)的

3、功率的選擇：根據(jù)汽車行駛原理，總阻力： +=jFiFWFfFF9 汽車最高車速要求，按下式選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。即 it 大最高車速直接檔最大爬坡能力最大爬坡能力IIIFfit 小0=qmaxq瓆qIVit 大直接檔最大爬坡能力最大爬坡能力IIIIIIamaxvFfit 小0=q0=qmaxqmaxqvaM后備功率瓆q瓆qIV102。傳動(dòng)系參數(shù)的選擇1）最小傳動(dòng)比：最高擋=直接擋時(shí)， 最小傳動(dòng)比為： 最高擋=超速擋時(shí)， 最小傳動(dòng)比為：11在選擇最高擋時(shí)，主要考慮以下幾方面因數(shù)：a）應(yīng)考慮汽車最高擋的爬坡能力和加速能力。即具有足夠的最高擋最大動(dòng)力因數(shù)。即 ：最高擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩點(diǎn)的 轉(zhuǎn)速nM

4、所對(duì)應(yīng)的車速。aMvWvACriTDaMDttqM/)15.21(2minmax0-=h12b）從傳動(dòng)裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)性能合理匹配角度確定最高變速比，由道路情況選定io和r后；使最高擋行駛于平路時(shí)的牽引功率曲線與發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線相交于最大功率點(diǎn)。即132）最大傳動(dòng)比的選擇最大傳動(dòng)比=最低擋iI：確定iI時(shí)主要考慮： 汽車最大爬坡度； 附著力； 汽車最低穩(wěn)定車速。一般最大傳動(dòng)比：14最大傳動(dòng)比的確定方法有以下三種：a）根據(jù)最大爬坡度確定一擋速比：汽車爬坡行駛時(shí)，車速不高，故忽略空氣阻力，則最大牽引力為又因?yàn)椋?5所以，即 其中， ：最大道路阻力系數(shù)16b）根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪的附著力確定一擋速比 汽車行駛時(shí)為

5、了使驅(qū)動(dòng)輪不打滑，必須使驅(qū)動(dòng)力小于或等于驅(qū)動(dòng)輪與路面之間的附著力。即 =0.50.6 ：道路附著系數(shù)，N:驅(qū)動(dòng)輪垂直（法向）反力。h：汽車滿載時(shí)質(zhì)心高度17 :后輪驅(qū)動(dòng)時(shí): a、b：車質(zhì)心到前后軸距 前輪驅(qū)動(dòng)時(shí): L：汽車前后輪軸距 全輪驅(qū)動(dòng)時(shí): 18由此確定的第1擋速比為c）根據(jù)最低穩(wěn)定車速確定第一擋速 比 對(duì)于越野車為了保證在松軟路面上的地面附著力，需保證汽車能在極低車速下穩(wěn)定行駛。設(shè)最低車速為vamin ，則第一擋傳動(dòng)比為19r ：車輪滾動(dòng)半徑；nmin：發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速； ：動(dòng)力分配裝置的低擋傳動(dòng)比。 由上述三個(gè)條件所確定的第一擋傳動(dòng)比不相等時(shí)，取其中最小值。203）各擋傳動(dòng)比的確定最高

6、擋和最低擋確定之后，一般，相鄰擋之間按幾何級(jí)數(shù)公比變化。即 式中， ：為幾何公比，k：變速器的擋數(shù)但這種幾何級(jí)數(shù)公比法并不代表最佳的擋位分配213、主減速比的確定單級(jí)主減速器：傳動(dòng)比過大，影響通過性。過小扭矩放大倍數(shù)不夠，變速器負(fù)擔(dān)重。一般，雙級(jí)主減速器：提高傳動(dòng)比22i0的選定：a. 動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的要求； b. 相嚙合齒輪的齒數(shù)間沒有公約數(shù)，保證主、從動(dòng)齒輪的各齒之間都能嚙合，起到自動(dòng)磨合的作用； c. 大小齒輪齒數(shù)和大于40,以保證重合系數(shù)和高的輪齒抗彎強(qiáng)度。 對(duì)轎車，小齒輪齒數(shù)不小于9； 對(duì)于貨車，不小于6。234。輪胎的選擇 輪胎直徑對(duì)汽車行駛特性有直接影響。但是在選擇輪胎時(shí)，主要考

7、慮輪胎的負(fù)荷系數(shù)。即, 輪胎承受的最大靜負(fù)荷與額定負(fù)荷之比。輪胎負(fù)荷系數(shù)為0.91.0范圍之內(nèi)，高速取下限，車速低時(shí)取偏大一些，但不能大于1.2。輪胎與路面摩擦系數(shù)輪胎花紋還要考慮操縱穩(wěn)定性和行駛平順性以及總體布置和性能核算等。24三、整車性能匹配汽車不同行駛條件所要求的驅(qū)動(dòng)力不同，寬一般，只靠發(fā)動(dòng)機(jī)不能獲得汽車行駛所需要的足夠的驅(qū)動(dòng)力。所以，采用變速器，以增大驅(qū)動(dòng)扭矩，但若選擇過大的變速比，導(dǎo)致油耗及噪聲等增加25往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩偏小，需通過變速多段化提高扭矩，以滿足理想驅(qū)動(dòng)力曲線的要求；一般加速性好時(shí)油耗差，反之油耗好的變速比其加速性能就差。措施：變速比多段化即要求發(fā)動(dòng)機(jī)性能和變速比最

8、佳匹配。261。發(fā)動(dòng)機(jī)性能與汽車性能之間的關(guān)系1) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速、傳動(dòng)比之間的關(guān)系：2) 車速va、牽引力Pk與所需發(fā)動(dòng)機(jī)功率Pe之間的關(guān)系：3) 汽車百公里油耗：274）牽引力： 車輪驅(qū)動(dòng)扭矩：則，牽引力：5）傳動(dòng)效率及傳動(dòng)損失 傳動(dòng)效率的定義： PT：傳動(dòng)系的功率損失。齒輪速比越大，轉(zhuǎn)速越高，傳動(dòng)效率越低。286）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速關(guān)系： km/h7) 汽車行駛時(shí)所需要的牽引力pk由汽車?yán)碚撆榔聲r(shí)牽引力：加速能力：最高車速：加速度為零，坡度為零，所以，29牽引力和車速是溝通汽車運(yùn)行參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的“橋梁”。即，以Pkva或Pkn關(guān)系為基礎(chǔ)。302。發(fā)動(dòng)機(jī)的（等油耗）萬有特性1）萬有特性

9、的制?。?）萬有特性的分析：a）最經(jīng)濟(jì)區(qū)：指各種不同功率Pe下的最低油耗線，即，令 時(shí)的油耗稱為100% 31沿各等功率線求出110% 線，則稱 范圍為經(jīng)濟(jì)區(qū)。b）油耗率曲線的疏密：稀疏區(qū)：表示隨工況油耗率變化小; 利于運(yùn)輸動(dòng)力或變工況機(jī)械工作。一般高速區(qū)ge曲線稀疏，表示轉(zhuǎn)速的提高有潛力。密集區(qū)：表示隨工況油耗率變化大，表明燃料系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對(duì)這些地區(qū)敏感，單純?cè)黾庸┯土?，可能使油耗劇增，排氣溫度及排煙也增加，但平均有效指示壓力增加微小?2c）等油耗曲線形狀： 縱向長：適應(yīng)于負(fù)荷變化大，而轉(zhuǎn)速變化小的工況；如工程機(jī)械用發(fā)動(dòng)機(jī) 橫向長：適應(yīng)于負(fù)荷變化小，而轉(zhuǎn)速變化大的工況。車用發(fā)動(dòng)機(jī)要求：最經(jīng)濟(jì)

10、區(qū)在中間轉(zhuǎn)速位置，沿橫向（轉(zhuǎn)速方向）長一些；333。汽車萬有特性1確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)：2經(jīng)濟(jì)區(qū)及等百公里油耗線：3牽引功率曲線：不同擋位下根據(jù)汽車道路阻力曲線轉(zhuǎn)化而求得。4車速曲線：5汽車萬有特性，直觀看出節(jié)油效果，和底盤參數(shù)的匹配情況。34353637383、匹配方法常用的擋位常用的車速根據(jù)所設(shè)計(jì)汽車的使用條件確定1）確定常用汽車工況、擋位、發(fā)動(dòng)機(jī)工況：39根據(jù)汽車經(jīng)常使用條件，換算發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)常使用工況范圍。402）根據(jù)上述參數(shù)關(guān)系進(jìn)行匹配計(jì)算，繪制汽車萬有特性，并分析評(píng)價(jià)、提出改進(jìn)方案41方案1后橋速比4.8，變速箱型號(hào)9JS150方案2后橋速比5.73，變速箱型號(hào)9JS150方案3后橋

11、速比5.73，變速箱RT11509C直接檔加速時(shí)間對(duì)比 km/h 起步連續(xù)換檔加速時(shí)間對(duì)比 km/h 例：不同改進(jìn)方案比較423）經(jīng)濟(jì)性匹配的基本原則：（1） 超速擋或直接擋的常用道路阻力曲線盡量接近100%gemin曲線：措施：可適當(dāng)減小主減速比io， 略加大輪胎半徑r 也可以改善經(jīng)濟(jì)性； （2） 車速一定時(shí)，盡可能用高檔，有利于改善經(jīng)濟(jì)性；高擋不能滿足行駛條件時(shí)，才換入抵擋。43 改善整車經(jīng)濟(jì)性的途徑由百公里油耗：當(dāng)車輪半徑r 和主減速比i0一定時(shí)，即 時(shí)， 并不最佳。所以，要求從設(shè)計(jì)和使用兩方面考慮。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗一定時(shí)：44a.發(fā)動(dòng)機(jī)要求發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性的低油耗區(qū)（經(jīng)濟(jì)區(qū)）位于常用排擋、

12、常用車速區(qū)。為此選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，對(duì)其特性提出具體的要求；或改善發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線，以適應(yīng)汽車的使用要求。4）發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性的改進(jìn)45(1)可變進(jìn)氣管46進(jìn)氣控制裝置吸氣控制閥吸氣控制閥吸氣控制閥吸氣管短吸氣管長【低速時(shí)控制閥關(guān)】真空室負(fù)壓切換閥諧振管進(jìn)氣歧管【高速時(shí)控制閥開】（a） ACIS結(jié)構(gòu)及控制原理壓力脈動(dòng)增壓系統(tǒng)ACIS47（b） ACIS-III型進(jìn)氣系統(tǒng)可變進(jìn)氣閥全開可變進(jìn)氣閥全關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)高轉(zhuǎn)速區(qū)域中低轉(zhuǎn)速區(qū)域48可變慣性增壓系統(tǒng)VICS（Variable Inertia Charging System） 利用進(jìn)氣過程中各歧觀之間的反射波原理進(jìn)行慣性增壓的。 特點(diǎn)是進(jìn)氣歧管之間采用連接通

13、道，并用控制閥來控制。 圖3-199 VISC系統(tǒng)穩(wěn)壓箱真空室密封板控制閥控制閥連通道 高速時(shí) 低速時(shí)49VICS的原理50流線動(dòng)力型AD（Aero-dynamic） 在氣體流動(dòng)過程中提高流速，以增加進(jìn)氣流動(dòng)慣性。低速時(shí)保證一定進(jìn)氣流速，改善低中速充氣效率。 圖3-202 AD型進(jìn)氣管空氣大直徑進(jìn)氣總管進(jìn)氣歧管節(jié)流氣缸蓋燃燒室流速快大型歧管直徑51進(jìn)氣門控制式TICS副進(jìn)氣道則負(fù)責(zé)形成進(jìn)氣渦流。 52(2)可變配氣相位的控制 1）MIVEC（Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control） 結(jié)構(gòu)T低速凸輪高速凸輪高速

14、搖臂低速搖臂型柄(a) 結(jié)構(gòu)53工作原理54MIVEC配氣相位及氣門升程特性 圖3-207 配氣相位及氣門升程特性膨脹排氣進(jìn)氣壓縮TDC7041BDCBDC471715 3531 72低速用高速用10.0mm5.5mm9.0mm6.8mm排氣進(jìn)氣氣門升程曲軸轉(zhuǎn)角55MIVEC的控制效果 低速工況（低速凸輪）高速工況（高速凸輪） 0 1 2 3 4 5 6 7 8n103/rmin-1Ttq/Nm油門全開時(shí)的輸出特性圖3-209 采用MIVEC機(jī)構(gòu)時(shí)的扭矩特性56 MIVEC的 MD（Modulated Displacement）控制 功能油門全開時(shí)MD工況（2缸工作）5擋恒速行駛所必要的扭矩2

15、50300100200806040km/h5擋恒速行駛所必要的扭矩250300350200100806040km/h油門全開時(shí)怠速怠速0 1 2 3 4 5 6 7 80 1 2 3 4 5 6 7 8n103/rmin-1n103/rmin-1Ttq/NmTtq/Nm00g/PShg/PSh圖3-210 MD控制時(shí)燃油消耗率的改善效果減小機(jī)械損失約44%，熱效率可提高17%左右。57連續(xù)可變配氣相位 VVTi（Variable Valve Timing-intelligent） VVT-I皮帶輪OCV曲軸位置傳感器機(jī)油泵螺旋齒輪凸輪轉(zhuǎn)角傳感器電信號(hào)油壓 VVT-I系統(tǒng)58控制效果59(3)

16、增壓系統(tǒng) 增壓系統(tǒng)分類：四大類：廢氣渦輪增壓系統(tǒng)、 機(jī)械式增壓系統(tǒng) 復(fù)合（混合）式增壓系統(tǒng) 多級(jí)增壓 60特點(diǎn)廢氣渦輪增壓：緊湊、體積小，便于安裝。 缺點(diǎn)：響應(yīng)特性差，時(shí)間滯后機(jī)械式增壓：曲軸通過齒輪或傳動(dòng)帶來驅(qū)動(dòng)，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例；所以，響應(yīng)特性比較好。缺點(diǎn)：隨著轉(zhuǎn)速的增加驅(qū)動(dòng)損失增大，而且效率降低。61多級(jí)增壓：小型增壓機(jī)器和大型增壓 器復(fù)合用，并聯(lián)、串聯(lián) 小型：用于低速低負(fù)荷； 大型：高速大負(fù)荷62并列型63直列型64復(fù)合增壓：將兩種增壓方式混合的結(jié)構(gòu)形式。輸出軸輸出軸排氣排氣輸出軸排氣進(jìn)氣管發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)氣管發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣排氣排氣進(jìn)氣管發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣（a）（b）（c）圖465機(jī)械式增

17、壓器的類型66彌勒循環(huán)（汽油機(jī)）彌勒循環(huán)+ 耦合螺旋式壓氣機(jī)67廢氣渦輪增壓的效果68面徑比對(duì)性能的影響面徑比：= A/R面徑比A/R69面經(jīng)比的概念70可變截面增壓器（VGS）71VNT&VGS72b. 擋位在道路條件和車速相同條件下，擋位越低，后備功率越大，be和g100 越大；擋位越高，則相反；增加擋位，可增加選用適當(dāng)擋位的機(jī)會(huì)，有利于提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性。所以，發(fā)展趨勢： 轎車手動(dòng)變速基本采用5擋； 重型貨車1016個(gè)擋位73c. 行車速度一般汽車中速行駛時(shí)，g100 最低；高速時(shí)隨車速的增加，行駛阻力增加，g100迅速增加。車速過低，汽車使用效率等低;所以, 比較理想的經(jīng)濟(jì)車速為使 最

18、小。該車速稱為實(shí)用車速。74755換擋規(guī)律 1）換擋規(guī)律：單參數(shù)換擋規(guī)律、兩參數(shù)換擋規(guī)律和多參數(shù)換擋規(guī)律三種類型。單參數(shù)換擋規(guī)律：用相對(duì)穩(wěn)定的車速作為控制參數(shù)。 升擋、降擋曲線分開，在往返擋之間設(shè)有回差稱之為換擋重疊或換擋延遲，目的:是換入新?lián)鹾蟛粫?huì)因油門踏板或車速的微小變化而回到原擋。76缺點(diǎn)：單參數(shù)換擋規(guī)律司機(jī)不能干預(yù)換擋，噪聲大，難于兼顧動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的要求，故目前應(yīng)用較少。兩參數(shù)換擋規(guī)律：車速和油門開度（或進(jìn)氣管壓力），或泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速作為控制參數(shù)。與單參數(shù)換擋規(guī)律同樣，以穩(wěn)定行駛工況確定其換擋規(guī)律。三參數(shù)的換擋規(guī)律：根據(jù)車輛運(yùn)行的非穩(wěn)定工況可引入加速度參數(shù)，這樣形成油門開度、車速

19、、加速度三參數(shù)的換擋規(guī)律。7778換擋規(guī)律的確定：以相鄰兩擋在換擋過程中各油門下的加速度和車速關(guān)系，牽引力和車速關(guān)系，以及油耗和車速關(guān)系為基礎(chǔ)而確定。動(dòng)力性最佳換擋規(guī)律：是在同一油門開度下根據(jù)相鄰兩擋牽引力曲線的相交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度來確定換擋點(diǎn)，即在某一確定的油門開度下，在原擋位行駛速度達(dá)到設(shè)定車速時(shí)就要換擋，保證牽引力最大。79經(jīng)濟(jì)性最佳換擋規(guī)律：是根據(jù)相鄰兩擋不同油門開度下油耗曲線相交的點(diǎn)作為換擋點(diǎn)而求出的換擋規(guī)律。這樣保證在油耗最小的擋位下行駛。80812）變速比的最佳控制齒輪式有極變速器MT或AT的變速比固定不變，不能達(dá)到最佳變速比的控制。只能盡可能接近經(jīng)濟(jì)區(qū)。CVT是可任意選擇變速比，

20、所以可使變速比最佳化（最低油耗點(diǎn)工作）。 由汽車萬有特性，對(duì)應(yīng)最經(jīng)濟(jì)區(qū)的最佳變速比是一定的。當(dāng)確定對(duì)應(yīng)最低油耗的最佳變速比時(shí)，首先由車速傳感器，求出車速及其運(yùn)行工況。當(dāng)車速從vA變化到vB時(shí)其加速度為82為了保證此加速度所必需的牽引力可表示為這里， ：慣性重量系數(shù)， ：空氣阻力系數(shù)，A：汽車正面投影面積。833變速速度的最佳控制采用CVT時(shí)的車輛控制模型，由能量守恒定律，有 Te ：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩， TLCVT ：CVT部分的損失扭矩，TLR ：行駛阻力 ：發(fā)動(dòng)機(jī)角速度， ：車軸角速度，Ie：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，84IB：換算到車輛軸上的車輛轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即發(fā)動(dòng)機(jī)克服自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和CVT內(nèi)部摩擦損失所傳遞的有效扭矩，全部用來克服汽車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和行駛阻力。這里， ，即 。由上式可求出車輛行駛加速度的代表值，即 85變速比的控制方法：一般采用由油門開度和車速設(shè)