整车动力性经济性计算及速比匹配优化_邓业宝

2013年5月轻工科技

LIGHTINDUSTRYSCIENCEANDTECHNOLOGY

整车动力性经济性计算及速比匹配优化

邓业宝

（众泰控股集团有限公司/汽车工程研究院整车技术部，浙江杭州310018）

【摘

要】阐述整车动力总成的匹配流程，论述利用CRUISE软件对整车动力性和燃油经济性进行模拟计算，并对整车的动

力性和燃油经济性进行综合分析，得出最优的动力总成匹配方案，引入动经系数使动力性和燃油经济性综合指标进行量化，从而可以更清晰地看出动力总成匹配的合理性，对新车型动力总成系统开发具有现实的指导作用。

【关键词】动力性；燃油经济性；匹配优化

【中图分类号】TU601【文献识别码】A

【文章编号】2095-3518（2013）05-63-02

1前言

动力性和燃油经济性是汽车整车性能非常重要的两个整车

在传统的车辆前期开发中，工程师通常只能凭借以往经验对整车质量、发动机最大功率和变速器速比等参数进行粗略的估算，或者通过试验对整车的动力性、经济性做综合评价。这种匹配方法不仅延长了整车开发周期，增加了开发费用，也不能及时发现设计中存在的问题。由于匹配方案较多，计算量较大，因而较难实现动力传动系统的最优匹配。CRUISE软件可以快速方便地进行整车动力性和燃油经济性的模拟计算，可以对动力总成进行多次的计算匹配选出最优动力总成组合，节约大量的设计研发及样车验证的时间。

本文以某款乘用车开发为例，以AVLCRUISE软件作为仿真平台，通过对发动机、变速器速比等相关参数进行组合匹配计算，并且对所选速比做进一步的速比优化，完成动力传动系统的最优匹配。（因保密原因，文中数据进行了技术处理，仅供参考。）

性能参数。整车动力性和燃油经济性的好坏取决于动力总成参数匹配即发动机与传动系匹配程度的好坏，因此发动机与传动系参数的匹配成为整车设计中一个重要的组成部分。以往整车的设计及改型都是依靠简单的定性分析和定量计算，依靠大量的经验数据和反复测试，整个周期包括：经验设计计算→样车制造→实车试验→样车修改→实车试验→样车定型。这样设计周期长、成本高，而且在产品设计阶段使整车及各总成方案的确定、结构参数的选取、传动系与发动机的匹配等都带有一定的盲目性，可能会使较优的方案遗漏，进而使整车的性能不尽人意，从而造成人财物力的浪费。

汽车的动力性能是汽车最基本、最重要的性能。对汽车动力性的评定，主要通过分析汽车的驱动力和行驶阻力、车速与发动机扭矩、变速器速比和主减速比、车速与发动机扭矩和转速之间的关系来确定，目的是尽量拓展车速范围和增大牵引力，最大限度地发挥动力总成的性能，满足复杂多变的使用条件。汽车经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量，我国基本上采用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量。随着计算机软件、硬件技术的不断提高，用计算机技术对发动机的动力性能与燃油经济性能进行仿真成为可能。

3动力总成的匹配

动力总成的匹配主要是发动机和变速箱速比的匹配，进行

匹配时的整车输入参数有整车整备质量、迎风面积、风阻系数、轮胎滚动半径、行驶阻力、发动机特性参数、变速器速比、传动效率、循环工况和环境数据等；输出参数主要包括最高车速、加速时间、超车时间、最大爬坡度、循环工况油耗、等速行驶油耗等车辆动力性和燃油经济性评价指标。

为响应节能降耗的国家政策，提高车辆的燃油经济性降低整车油耗成为乘用车企业的一项重要工作。乘用车的整车性能一般以在满足整车动力性的前提下，尽量降低整车油耗，提高燃油经济性。以良好的燃油经济性为匹配目标，通过合理选择发动机、变速器、主减速器等相关参数进行传动系统匹配，使整车动力性和燃油经济性在符合相关法规的情况下，对传动系参数进行优化设计，进一步改善整车的燃油经济性，降低油耗值。

汽车的动力性主要由三方面指标来评定，即汽车的最高车速、汽车的加速时间和最大爬坡度。燃油经济性常用等速行驶百公里燃油消耗量和循环工况（城市、郊区和综合三种工况）百公里燃油消耗量来评价。某款乘用车开发阶段的整车动力性燃油经济性指标要求如表1所示。

2动力性和燃油经济性计算

我们使用奥地利AVL公司的CRUISE软件对整车的动力性

和燃油经济性能进行了CAE仿真计算分析。CRUISE软件是一款针对车辆动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能进行模拟计算的分析软件，该软件具有灵活方便的模块化建模功能，可以自由地建立任何一种配置的汽车模型。精密完善的计算器保证了软件具有较快的运算速度。利用软件提供的各种模块（如发动机、离合器、变速器、轮胎等），可以轻松地建立各种汽车模型，甚至连概念车（如混合动力车或多动力源轿车）也能建模，并能进行快速的模拟运算。

【作者简介】邓业宝（1981-），男，安徽人，工程师，研究方向：动力性经济性、NVH。

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表1某款乘用车整车动力性和燃油经济性指标

最高车速(km/h)百公里加速时间(s)最大爬坡能力(%)综合油耗(L/100km)

18512.9426.9

mark车型的百公里加速时间和综合循环工况油耗的数据，然后用Benchmark车型的百公里加速时间除以Benchmark车型的综合油耗（即百公里加速时间/综合油耗），得到动经系数（用k表示）。动经系数k也就是Benchmark车型的动力性指标（用PB表示）和Benchmark车型的燃油经济性指标（用EB表示）间的系数，即k=PB/EB。

然后通过函数Fi=Pi+k*Ei（第i种方案的动力性和燃油经济性综合指标），找到较小的Fi即为动力性燃油经济性均较优的组合。上面6种方案的计算结果通过动经系数的方法来进行评价。

Fi=Pi+k*Ei(i=1,6)

通过该方法代入上述6种方案后计算得到的Fi，计算结果见表3。

表3动经系数法求得的6种方案Fi值对比

方案Fi

方案125.3

方案225.1

方案324.9

方案425.1

方案525.2

方案625.6

4匹配方案的优化

在实际的车辆开发过程中，工程师往往选择市场上已存在

的发动机、变速器、主减速器等进行动力传动系统的匹配。依据整车的动力性和燃油经济性的要求，动力传动装置参数大致参照以下条件进行选择：发动机功率应不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和，一档的传动比应能满足最大爬坡度的要求。在公司的发动机数据库和变速器的数据库中，分别选择与上面计算值相接近的若干款型号的发动机、变速器进行多种动力总成的匹配计算分析。

该款车型在前期开发过程中有两款发动机和三种变速器方案通过初步计算比较符合性能指标要求，通过排列组合的方式列出6种方案。确定6种方案后，分别将这6种方案的发动机和变速器数据输入到CRUISE软件中，通过软件的解算器快速的求解出计算结果，这6种方案通过CRUISE软件计算得出的计算结果如表2所示。

表2某款乘用车动力性和燃油经济性模拟计算结果

方案发动机变速箱最高车速(km/h)百公里加速时间(s)最大爬坡度(%)NEDC（综合工况）(L/

6.72

100km)

6.76

6.79

7.45

7.65

8.84

方案1发动机1变速箱1187.1312.9341.71

方案2发动机1变速箱2184.7312.6843.24

方案3发动机1变速箱3186.4712.4843.5

方案4发动机2变速箱1195.4311.445.51

方案5发动机2变速箱2202.2411.0846.96

方案6发动机2变速箱3203.019.3447.01

通过表3可以很清楚地看出方案3的值最小、方案最优，动力性和燃油经济性匹配最为合理。

6结论

（1）利用CRUISE软件模拟分析计算能够方便快捷地实现车

辆动力传动系统的最优匹配，在车型开发初期预测整车动力性和燃油经济性，缩短开发周期，降低开发费用。

（2）运用动经系数法可以方便快速地比较各方案的动力性和燃油经济性匹配合理性，对动力性和燃油经济性评价指标进行量化。

（3）以上动力总成匹配方法只适合用于对机械式手动变速器，对于安装自动变速器的车辆不适用，装有自动变速器的车辆可以通过变速器的换档控制策略做一步的优化来提高燃油经济性。参考文献

[1]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2]赵晓峰.动力经济性模拟计算在新车开发中的应用[C].AVL用户大会论文集,2007.

选择满足动力性经济性设计指标的发动机和变速箱匹配方案，只有方案3同时满足动力性和燃油经济性设计指标要求。

5动经系数评价

选择百公里加速时间作为动力性评价指标，综合循环工况

油耗作为燃油经济性评价指标，搜集目标市场上同级别Bench-

（上接第46页）参考文献

[1]郭娟,刘长雄,张进.聚烯烃发泡母粒研制及生产现状与展望[J].塑料科技,2008,(3).

[2]温安华,薛平,贾明印.微发泡木塑复合材料的研究进展[J].塑料工业,

2006,(6).

[3]郑小军,赵东日.ACR对PVC加工性能的影响[J].聚氯乙烯,2006,(6).

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wby4.html