手动变速箱毕业设计

手动变速箱毕业设计 目 录 摘 要 ................................................................................................... IX Abstract ............................................................................................ X 前 言 ................................................................................................ - 1 - 1.1课题背景 ............................................................................... - 1 - 1.2国内外发展现状 .................................................................. - 1 - 1.3主要研究内容 ...................................................................... - 2 - 2汽车动力性和燃油经济性评价.................................................... 4 2.1汽车动力性的评价指标 ........................................................... 4 2.2汽车燃油经济性评价指标 ....................................................... 5 2.3影响汽车燃油经济性的因素 ................................................... 7 2.4汽车动力性和燃油经济性综合评价 ..................................... 10 2.5汽车经济性和动力性的相互关系 ......................................... 11 2.6本章小结 ................................................................................ 12 3汽车的动力性计算 .................................................................. 13 3.1汽车车身及发动机参数 ......................................................... 13 3.2汽车动力性计算 ................................................................ - 18 - 3.3本章小结………………………………………………………28 4汽车燃油经济型计算 ............................................................. 29 4.1等速行驶工况燃油消耗量计算 ............................................. 30 4.2多任务况循环行驶燃油消耗量计算 ..................................... 34 I 4.3等减速行驶工况燃油消耗量的计算 ..................................... 36 4.4怠速停车时的燃油消耗量 ..................................................... 37 4.5整个循环工况的百公里燃油消耗量 ..................................... 37 4.6本章小结 ................................................................................ 37 结 论 .............................................................................................. - 38 - 致 谢 ............................................................... 错误～未定义书签。39 参考文献 .......................................................................................... 40 附录……………………………………………………………………43 II 摘 要 汽车的传动系对整车的动力性和燃油经济性有很大的影响。为实现发动机与传动系的最佳匹配，达到充分发挥汽车整车性能的目的，正确选择传动系参数成为汽车设计中的一项重要工作。本文以HFJ7130为例，计算不同传动比条件下的整车动力性和燃油经济性，在既保证整车符合国家现行燃油法规 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，同时又能满足其动力性要求的前提下，确定适合的传动比。 首先，论述汽车动力性和燃油经济性的评价指标，及汽车动力性和燃油经济性评价指标的计算方法。 其次，对HFJ7130选取不同的动力传动参数，对其整车动力性和燃油经济性进行详细的计算与分析。 关键词:动力传动系统;动力性;燃油经济性 III Abstract ，The transmission system has great influence on automobiles power performance and fuel economy performance. In order to obtain the best matching between engine and transmission system and improve the performance of automobile, choosing its parameters correctly is very important in designing a car. Taking HFJ7130 as an example, this paper finished simulation calculation of its power and fuel economy performance for different transmission rates. Thinking of not only current country standard of fuel law but also realizing power performance, ，a suitable rate was obtained and the optimization of the cars transmission parameter was achieved. ，Firstly, automobiles power performance and fuel economy performance indexes were discussed in detail, then the simulation calculating methods were presented in this thesis. ，Secondly, using above methods to calculate and analyse automobiles power and fuel economy performance under the conditions of different transmission rates. Keywords: transmission system; power performance; fuel economy performance IV 前 言 1.1课题背景 人类在政治、经济、文化和军事活动中，总会有人的出行和物的运输环节。随着社会的发展，出行与运输的范围越来越广，频率越来越高，节奏越来越快。所以人类对出行和运输行和运输所用的工具特别重视，不断地开发新品种。汽车就是人类开发出的杰出产品之一，并己成为人类社会活动中难以离开的必需品。进入20世纪以来，全世界的汽车保有量愈来愈多，特别是第二次世界大战以后汽车保有量增加很快，1950年为6897万辆，而在1986年达到5.033亿辆，如今己达到6.785亿辆。在汽车运输成本中，燃料消耗占20%-30%，而目前汽车发动机使用的仍是石油燃料，随着国民经济的进步和交通运输的发展，特别是当今能源供给日趋紧张，如何使汽车节能降耗，发挥出最佳社会效益，成为一个急需解决的现实问题。 传动系统是发动机与整车联系的桥梁，传动系统设计的好坏将直接影响到整车的动力性和燃油经济性。在整车和发动机参数确定后，选择合适的传动系参数，使发动机经常在其理想的工作去附近 [1]工作。合理设计传动系统，使整车既满足动力性要求又最大程度的提高燃油经济性是至关重要的。 1.2国内外发展现状 自70年代世界范围能源危机发生以后，各国汽车界都被迫努力降低燃料消耗，围绕汽车和发动机采取了一系列措施，包括提高汽 - 1 - 车的行驶效率、提高发动机性能、开发利用新型动力、优化动力传 [2]动系统。由于传动系统参数是直接影响整车动力性、燃油经济性的重要因素，国内外汽车学者、专家都十分重视整车、发动机与传动系统匹配的技术研究工作。在国外，1972年美国通用汽车公司首先开发汽车动力性、燃油经济性通用性预测程序CP-SMI，该程序可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累计油耗、行驶时间和距离，预测汽车设计参数，如质量、传动系速比、空气阻力系数等 [3-5]的变化对整车性能的影响。 我国汽车动力传动系统优化匹配研究工作起步比较晚，20世纪80年代以后，国内汽车行业和部分有关院校开展了一些研究工作，如长春汽研所、吉林大学、北京理工大学、清华大学、江苏大学等院校都开展了该方面的研究工作，取得了一定成果。我国汽车行业中大部分产品，如整车技术、发动机技术以及传动系统参数不同程度上是采用从国外知名汽车公司技术引进，或参照设计。因此，在我国汽车领域中，进行独立优化匹配应用到商品中的企业还很少;开展该项匹配技术研究的企业也只是用一些经典理论进行模拟计算，还不具备完全准确优化设计能力。目前国产汽车发动机使用工况多数是远离其最佳经济区域，未能实现动力传动系统的最佳匹配。因此，通过合理匹配汽车传动系统来提高汽车运输效率，降低嫩料 [6]消耗，具有较大潜力，是一个值得进一步研究的课题。 1.3主要研究内容 从分析整车动力性、燃油经济性开始，结合HFJ7130及DA471QL - 2 - 发动机性能，分析了汽车传动系参数变化对整车动力性、燃油经济性的影响，通过分析最终确定适合整车要求的传动系参数。 根据汽车的实际使用工况，采用计算机模拟发动机外特性曲线、万有特性曲线、传动系统的各文件驱动力曲线、整车的行驶阻力曲线，对上述曲线进行综合计算、分析，对传动系统参数进行优化，设计出合理的传动系参数。 - 3 - 2汽车动力性和燃油经济性评价 2.1汽车动力性的评价指标 汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低在很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。 从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性能主要可由三方面的指标来评定，即: (1) 汽车的最高车速 最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青)上汽车能达到的最高行驶车速。反映汽车本身具有的极限能力。 (2) 汽车的加速性能 汽车的加速能力对平均行驶车速有着很大的影响，特别是轿车，对加速时间更为重视。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表示汽车的加速能力。原地起步加速时间指汽车由?挡或?挡起步，并以最大的加速强度(包括选择恰当的换檔时机)逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高车速所需的时间。因为超车时汽车与被超车辆并行，容易发生安全事故，所以超车加速能力强，并行行程短，行驶就安全。 一般常用0?402.5m(0?1/4mile)或0?400m的秒数来表明汽 车原地起步加速能力;也有用0?96.6km/h(0?60mile/h)或 - 4 - 0?100km/h所需的时间来表明加速能力的。 (3) 汽车的爬坡性能 汽车的上坡能力是用满载(或某一载质量)时汽车在良好路面上的最大爬坡度i表示的。显然，最大爬坡度是指?挡最大爬坡max 度。i代表了汽车的极限爬坡能力，它应比实际行驶中遇到的道路max 最大坡度超出很多，这是因为应考虑到在实际坡度行驶时，在坡道上停车后顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力、克服坡道上崎岖不平路面的局部大阻力等要求的缘故。 轿车的最高车速大，加速时间短，经常在较好的路面上行驶，一般不强调它的爬坡能力。货车在各种道路上行驶，所以必须具有足够的爬坡能力，一般i在30%即16.7?左右。 max 2.2汽车燃油经济性评价指标 汽车的燃油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。 在我国及欧洲，燃油经济性指针的单位为L/100km，即行驶100km所消耗的燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济型越差。美国为MPG或mile/USgal，指的是每加仑燃油能行驶的英里数。这个数值越大，汽车燃油经济性越好。 等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷(我国标准规定轿车为半载、货车为满载)下，以最高挡在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上 - 5 - 连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线，用来评价汽车的燃油经济性。 但是，等速行驶工况并没有全面反映汽车的实际运行工况，特别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等行驶工况。因此，在对实际行驶车辆进行跟踪测试统计的基础上，各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况来模拟实际汽车运行状况，并以其百公里燃油消耗量(或MPG)来评定相应行驶工况的燃油经济性。 欧洲经济委员会(ECE)规定，要测量车速为90km/h或120km/h的等速百公里燃油消耗量和按ECE—R.15循环工况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性。美国环境保护局(EPA)规定，要测量城市循环工况(UDDS)及公路循环工况(HWFET)的燃油经济性(单位为每加仑燃油汽车行驶英里数mile/gal)，并按下式计算综合燃油经济性(单位为mile/gal) 以它作为燃油经济性的综合评价指标。 循环工况规定了车速—时间行驶 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，例如，何时换挡、何时制动以及行车的速度和加速度等数值。因此，它在路上试验比较困难，一般多规定在室内汽车底盘测功机(转鼓试验台)上进行测试;而规定在路上进行试验的循环工况均很简单。 - 6 - 2.3影响汽车燃油经济性的因素 下面分别从使用与汽车结构两个方面讨论影响汽车燃油经济性的因素，从而可以看出提高燃油经济性的一些途径。 1.使用方面 (1)行驶车速 汽车在接近于低速的中等车速时燃油消耗量最低，高速时随车速增加，燃油消耗量迅速加大。这是因为在高速行驶时，虽然发动机的负荷率较高，但汽车的行驶阻力增加很多而导致百公里油耗增加的缘故。 (2)挡位的选择 在一定道路上，汽车用不同排挡行驶，燃油消耗量是不一样的。显然，在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但挡位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，而使用高挡时的情况则相反。 (3)挂车的使用 运输企业中普遍拖带挂车，这是提高运输生产率和降低成本，包括降低燃油消耗量的一项有效措施。拖带挂车后节省燃油的原因有两个:一是带挂车后阻力增加，发动机的负荷率增加，使燃油消耗率下降;另一个原因是汽车列车的质量利用系数(即装载质量与整车整备质量之比)较大。 (4)正确的保养与调整 汽车的调整与保养会影响到发动机的性能与汽车的行驶阻力， - 7 - 所以对百公里油耗有相当的影响。例如，一般驾驶员经常用滑行距离来检查底盘的技术状况。当汽车的前轮定位准确，制动器摩擦片与制动鼓有正常的间隙，轮胎气压正常，各相对运动零部件滑磨表面光洁、间隙恰当并有充分的润滑油时，底盘的行驶阻力减小，滑行距离便大大增加。阻力较小的装载质量为2.5t的汽车，在良好水平道路上以30km/h的车速开始摘挡滑行，滑行距离应达200,250m，当滑行距离由200m增至250m时，油耗可降低7%。 2.汽车结构方面 (1)缩减轿车总尺寸和减轻质量 又大又重的豪华轿车(有的达2.7t以上)比小而轻的轻型或微型汽车(质量只有500kg上下)的油耗几乎要高3,5倍。大型轿车废油的原因是大幅度的增加了滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行驶中负荷率低也是原因之一。 (2)发动机 发动机中的热损失与机械损失占燃油化学能中的65%左右。显然，发动机是汽车燃油经济性最有影响的部件。目前看来提高发动机经济性的主要途径为: ?提高现有汽油发动机的热效率与机械效率。 ?扩大柴油发动机的应用范围(1996年西欧柴油轿车的市场份额已达21.5%)。 ?增压化(目前常提供选用的增压汽油机，采用增压的柴油机 - 8 - 已很普遍)。 ?广泛采用电子计算机控制技术(如电控汽油喷射系统、柴油机的高压共轨系统、可变进气流量控制和可变配气相位控制等)。 (3)传动系 传动系的挡位增多后，增加了选用合适挡位使发动机处于经济工作状况的机会，有利于提高燃油经济性。挡数无限的无级变速器，在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可能性。若无级变速器始终能维持较高的机械效率，则汽车的燃油经济性将显著提高。 目前，在轿车上的到广泛应用的无级变速器是自动液力变矩器。不过，由于液力变矩器的传动效率较低，汽车装用自动液力变矩器后，燃油经济性均有所下降。但由于它具有起步平稳、操作简便、乘坐舒适性好等优点而受到人们的欢迎。近年来，为了节油和进一步提高动力性，自动液力变速器的挡数有所增加，一般为四个挡;在有的挡位(如三挡)进行功率分流，即较大部分功率不经过液力变矩器而直接经输出轴输出;高挡装有锁止离合器，当离合器锁止时滑转完全消除提高了传动效率，从而提高了装有液力变速器汽车的燃油经济性。 (4)汽车的外形与轮胎 降低C值是节约燃油的有效途径。当C值由0.42降低到0.3DD 时，其混合百公里燃油消耗可降低9%，而以150km/h等速行驶的油 [7]耗则可降低25%左右。 - 9 - 2.4汽车动力性和燃油经济性综合评价 现有的汽车动力性和燃油经济性指标是相互矛盾的。因为动力性好，特别是汽车加速度和爬坡性能好，一般要求汽车稳定行驶的后备功率大;但是对于燃油经济性来说，后备功率增大，必然降低发动机的负荷率，从而使燃油经济性变差。从汽车使用要求来看，既不可脱离汽车燃油经济性来孤立地追求动力性，也不能脱离动力性来孤立地追求燃油经济性，最佳的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是汽车的动力性与燃油经济性之间取得最佳折中。 目前，在进行动力传动系统优化匹配时，一般应用多任务况燃油经济性或汽车原地起步连续换檔加速时间与多任务况燃油经济性的加权值作为综合评价指标，而这些指标实际上是汽车基本性能指针，并不能定量反映汽车动力传动系统的匹配完善程度，也不能提示动力传动系统改善的潜力和途径。汽车动力性燃油经济性的综合评价指标，应该能定量反映汽车动力传动系统匹配的程度，能够反映出发动机动力性与燃油经济性的发挥程度，能够提示汽车实际行驶工况所对应的发动机工况与其理想工况的差异，能够提示动力传动系统改善的潜力和可能的途径。 汽车动力性燃油经济性的综合评价指标。 (1)动力性能发挥程度的评价指标——驱动功率损失率 在行驶文件位一定的情况下，驱动功率损失率表示实际汽车动力传动系统特性与理想的动力传动系的差距，反映了汽车动力性的大小与汽车动力性能发挥程度。其值越小，发动机与传动系统在动 - 10 - 力性能方面匹配得越好。 (2)经济性能发挥程度的评价指标——有效效率利用率 有效效率利用率为发动机常用工况平均有效效率与经济区有效效率的比值。有效效率利用率能够反映出发动机经济性能发挥程度，其值越大，发动机与传动系统在经济性能方面匹配得越好。 (3)汽车动力传动系统匹配的综合指标——汽车能量利用率 汽车能量利用率是指燃料的化学能转化为汽车有用功的效率。汽车的能量利用率是一个新的概念，它统一了两个相互制约的概念:燃料经济性和生产率。这个指标把发动机和底盘的固有特性与汽车实际行驶条件相结合，既反映汽车具有的能力，又反映了汽车的实际使用效率。因此，用它作为汽车动力传动系统合理匹配综合评价指标，既反映汽车动力传动系统与使用工况的匹配程度，又能提高动力传动系统改善的潜力和途径。 2.5汽车经济性和动力性的相互关系 经济性和动力性是密切相关的，其联系的纽带就是车辆行驶时所需的驱动力和所匹配发动机的万有特性。 在车辆参数和发动机万有特性确定的情况下，提高汽车的爬坡能力和加速度需要增加传动系统的传动比，最高车速与传动比、车辆阻力特性密切相关。而传动系统传动比对整车经济性有着重要的作用。在进行经济性改进时，就必须考虑动力性。没有动力性，经济性就失去了意义;没有经济性，动力性也就丧失了竞争力。这需要对两项进行统筹考虑，在充分分析的基础上，经过实际验证，确 - 11 - 定合理的结构参数，使动力性和经济性同时得到满足。 2.6本章小结 首先介绍了汽车动力性的评价指标，分别从最高车速、爬坡度、加速时间三个方面分别进行阐述。然后介绍汽车燃油经济性的评价指标。最后，简要的对汽车动力性与燃油经济性进行综合分析。 - 12 - 3汽车的动力性计算 3.1汽车车身及发动机参数 3.1.1 HFJ7130车身参数 (1)HFJ7130基本参数 汽车整备质量:895 kg 最大总质量:1270 kg 最高车速: 140 km/h 最大爬坡度: 36% 最小转弯半径: 9.5m 最小离地间隙:150mm (2)底盘 轮胎型号:165/65R13 驱动型式:FF 制动装置型式(前/后):前盘后鼓制动器 离合器型式:单片，膜片弹簧式 变速器型式:齿轮啮合式，五前进檔(均有同步器)，一倒退檔 3.1.2发动机参数 (1)基本参数 型式:四缸、四冲程、水冷、直列、横置、顶置双凸轮轴、四气 门、电 控制点火、电控燃油喷射 额定功率:58 kW/5400r/min - 13 - 最大扭矩:108 N.m/4000r/min 最低燃油消耗率:270 g/kW h 额定转速:5400 r/min 怠速转速:800 r/min (2)发动机外特性 表3.1 DA471QL发动机外特性数据 工况(r/min) 扭矩(N*m) 功率(kW) 耗油率 (g/kW*h) 1500 93.40 14.65 274.189 2000 93.49 19.59 266.217 2500 97.88 25.64 259.419 3000 104.67 32.87 252.462 3500 107.05 39.23 248.911 4000 108.06 45.56 251.887 4500 107.89 50.83 260.079 5000 105.71 55.33 268.602 5400 102.03 57.68 283.117 (3)发动机万有特性 - 14 - 表3.2 DA471QL发动机万有特性数据 转速 功率 耗油率转速 功率 耗油率r/min kw g/kw.h r/min kw g/kw.h 5400 55.02 289.815 5000 52.98 274.358 5400 52.5 272.382 5000 47.36 266.044 5400 45.39 273.785 5000 42.13 269.383 5400 39.67 283.659 5000 36.63 279.632 5400 33.85 297.320 5000 31.38 293.083 5400 28.21 315.515 5000 26.12 308.637 5400 22.4 342.653 5000 20.80 335.129 5400 17.02 387.780 5000 15.74 378.593 5400 11.16 482.386 5000 10.36 471.114 5400 5.63 771.246 5000 5.29 735.526 4500 48.44 262.810 4000 42.80 254.780 4500 44.63 259.184 4000 38.58 258.842 4500 43.36 259.966 4000 37.77 258.835 4500 38.75 265.633 4000 33.74 262.671 4500 33.93 273.981 4000 29.33 271.811 4500 29.2 284.492 4000 25.12 281.457 4500 24.67 296.537 4000 20.91 295.896 - 15 - 续表3.2 4500 19.62 321.360 4000 16.74 319.049 4500 14.94 359.709 4000 12.46 361.594 4500 10.13 435.466 4000 8.29 445.844 3500 37.15 260.174 3000 31.61 253.346 3500 33.21 255.569 3000 28.29 255.417 3500 29.36 258.813 3000 25.04 258.730 3500 25.61 267.273 3000 21.98 266.404 3500 21.95 278.087 3000 18.89 275.565 3500 18.18 293.036 3000 15.69 290.198 3500 14.61 317.258 3000 12.48 314.256 3500 10.95 357.199 3000 9.21 355.684 3500 7.28 438.986 3000 6.17 436.737 3500 3.92 638.572 3000 4.35 541.640 2500 24.41 257.868 2000 18.07 296.599 2500 21.84 257.028 2000 16.26 306.163 2500 19.16 262.028 2000 14.57 313.388 2500 16.66 270.126 2000 12.91 326.259 2500 14.33 280.432 2000 11.24 339.787 2500 11.76 295.911 2000 9.58 344.835 2500 9.23 324.921 2000 7.91 354.416 2500 7.09 365.000 2000 6.16 376.495 - 16 - 2500 5.10 428.574 2000 5.57 375.621 1500 13.44 296.718 1500 12.45 290.076 1500 11.09 291.553 1500 9.83 303.052 1500 8.59 313.335 1500 7.39 328.796 1500 6.05 355.123 1500 5.97 360.476 3.1.3传动系参数的确定 HFJ7130采用DABS10—4型系列前驱动变速器，其结构特点为齿轮传动、小模数小压力角、两轴式、全同步器、手动五檔，扭矩范围为110N*m。 分析DABS10—4系列变速器速比方案，提出3种变速器传动比预选方案，见下表 表3.3 变速器传动系参数选择方案 传动比方案 檔位 方案1 方案2 方案3 速比 总传动速比 总传动速比 总传动 比 比 比 一挡 3.416 16.072 3.416 14.989 3.416 12.943 二挡 1.894 8.911 1.894 8.31 1.894 7.176 三挡 1.28 6.022 1.28 5.616 1.28 4.849 四挡 0.914 4.3 0.914 4.010 0.914 3.463 - 17 - 五挡 0.757 3.562 0.757 3.322 0.757 2.868 主减速4.705 4.388 3.789 器 3.2汽车动力性计算 3.2.1最高车速、爬坡度 3.2.1.1驱动力的计算 Tii,,,,0gT F,tr 式中:T—发动机输出转矩(N*m) —主减速比， i0 i —变速器速比， g ,T —传动效率，取=0.92 ,T rr —车轮滚动半径，取=270mm 由上述 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ,通过发动机外特性参数，分别计算出变速器处于不同挡位、发动机不同转速时的最大驱动力，然后通过发动机转速与车速的转换关系:计算出发动机各转速n和变速器处u,0.377rnii0g i于不同挡位时的车速，并根据计算结果作出汽车的驱动力曲线。 ug 3.2.1.2行驶阻力的计算 汽车的行驶阻力主要有四部分组成:滚动阻力F、空气阻力F、fw加速阻力F和坡度阻力Fai 汽车行驶的总阻力为 2 F,m,g,f,cos,，C,A,u/21.15，m,du/dt，m,g,sin,ZD uu4式中:—滚动阻力系数，且，取f=0.012，ff,f，f()，f()0014100100 - 18 - =0.0028，=0.002 ff14 —车重(=1270kg) mm —空气阻力系数(=0.32) CCDD 2—汽车迎风面积(查得=2.08488m) AA —车速(km/h) u —汽车爬坡度 tan, 3.2.1.3绘制驱动力—阻力平衡图、功率平衡图 [8]根据上述计算结果，绘制驱动力—阻力平衡图、功率平衡图， 图3.1 主减速比为4.705时的功率平衡图 - 19 - 图3.2 主减速比为4.705时的驱动力—阻力平衡图 图3.3主减速比为4.388时的功率平衡图 - 20 - 图3.4 主减速比为4.388时的驱动力—阻力平衡图 图3.5主减速比为3.789时的功率平衡图 - 21 - 图3.6 主减速比为3.789时的驱动力—阻力平衡图 由上述功率平衡图和驱动力—阻力平衡图可以看出，功率平衡法和驱动力平衡法所得到的结论是相吻合的。 在配备不同主减速器时 ，一挡爬坡能力均能达到36%以上，满足设计要求。 表3.4 三种主减速比时最高车速与发动机转速 变速器工作在4挡 变速器工作在5挡 主减速比 最高车速发动机转速最高车速发动机转速 (km/h) (r/min) (km/h) (r/min) 4.705 127.9 5403.5 161.2 5640.5 4.388 136.9 5394 159.3 5198.4 3.789 157.8 5368.7 149.4 4209.8 由上表可以看出，三种主减速比时的最高车速全部满足不小于140km/h的要求，但三种减速比下最高车速对应的发动机工作状态 - 22 - 却不同。发动机工作转速越高，其工作性能可靠性越低。因此，在选择主减速比时，应考虑整车行驶最高车速的同时，降低发动机的工作转速。 变速器主减速比为4.705时，五挡时的最高车速为161.2km/h，发动机转速5640.5r/min，发动机工作在额定转速，该方案不合理。 变速器主减速比为4.388时，五挡时的最高车速为159.3km/h，发动机转速为5198.4r/min，与主减速比为4.705方案比较，性能有所改善。 变速器主减速比为3.789时，五挡时的最高车速为149.4km/h,发动机转速为4209.8r/min，四挡时的最高车速为157.8km/h，发动机转速为5368.7r/min。如果仅从最高车速和发动机可靠性来考虑，该方案是最好的。 3.2.2加速时间 汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。 由汽车行驶方程可得 du1，，,, ,F,F，Ftfw,dtm [9]根据驱动力和行驶阻力计算出各挡位下的加速度 根据汽车所受的驱动力和行驶阻力的合力，汽车三种主减速比下的加速度曲线见下图 - 23 - 图3.7 主减速比为4.705时的加速度曲线 图3.8主减速比为4.388时的加速度曲线 - 24 - 图3.9 主减速比为3.789时的加速度曲线 根据加速度图可进一步求得由某一车速加速至某一较高车速所需的时间， 由运动学可知 1 dt,dua tu12 t,dt,du,A,,0u1a 即加速时间可用计算机进行积分计算或用图解积分法求出。用图解积分法，将加速度曲线转换成加速度倒数曲线。曲线下两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速时间。常将速度区间分为若干间隔，通过确定面积来计算加速时间。 - 25 - 图3.10主减速比为4.705时的加速度倒数曲线 如上图所示，主减速比为4.705时，用一挡起步后连续换挡，车速由20km/h到120km/h的加速时间就是加速度倒数曲线与横轴所围的面积 2A=72.5367(s.km/h/m)=72.5367*1000/3600=20.149(s) 即配备主减速比为4.705的变速器时，车速由20km/h到120km/h，并且均在最佳换檔时刻换挡所用的加速时间为20.149秒。 - 26 - 图3.11主减速比为4.388时的加速度倒数曲线 主减速比为4.388时，用一挡起步后连续换挡，车速由20km/h到120km/h的加速时间就是加速度倒数曲线与横轴所围的面积 2A=74.9488(s.km/h/m)=74.9488*1000/3600=20.819(s) 即配备主减速比为4.388的变速器时，车速由20km/h到 120km/h，并且均在最佳换檔时刻换挡所用的加速时间为20.819秒。 - 27 - 图3.12主减速比为3.789时的加速度倒数曲线 主减速比为3.789时，用一挡起步后连续换挡，车速由20km/h到120km/h的加速时间就是加速度倒数曲线与横轴所围的面积 2A=76.3482(s.km/h/m)=76.3482*1000/3600=21.21(s) 即配备主减速比为3.789的变速器时，车速由20km/h到120km/h，并且均在最佳换檔时刻换挡所用的加速时间为21.21秒。 车速从20km/h到120km/h，主减速比为3.789时的加速时间最长，主减速比为4.705 时的加速时间最短，也就是说其加速性能最好。 3.3本章小结 介绍HFJ7130、DA471QL发动机的基本参数，初步选定变速器主减速器传动比的三种方案，对三种传动比下整车动力性进行分析，从而得出三种传动比下的动力性能数据，包括整车的最高车速、最大爬坡度和加速时间。 - 28 - 4汽车燃油经济型计算 随着国民经济的发展，我国汽车工业正在经历快速发展阶段，能源将是内燃机面临的严峻问题。我国石油地质资源量940亿吨，可开采资源量为141亿吨，占世界总量的4.5%。1999年底，我国累计探明石油地质储量205.6亿吨，可开采储量为59.3亿吨，占世界总量的4.3%。我国人均石油储量仅为世界的10%。我国石油年消耗量已达2亿多吨，为安全储备，今后每年国产石油维持在2亿吨左右，需要增加的依靠进口。1993年开始我国已成石油净进口国，每年进口递增1000万吨。2000年进口石油7000万吨，支出200多亿美元。目前， 我国已成为仅次于美国的第二大石油进口国。因此，整车的燃油经济性是国家与消费群体面临的共同问题。 评价汽车燃油经济性的指针是单位行驶里程(通常为100公里)的燃油消耗量Q(L/100km)，其计算公式为: S Pb Q,S1.02u,ga 式中:—燃油消耗率，， ,,g/kw,hb —燃油重度，汽油的可取为6.96,7.15N/L ,g,g —汽车的行驶车速(km/h) ua 因此，只要知道值，就可以求得汽车某个速度下的燃油经济性。Pb 计算步骤为: (1)计算出与速度、传动比相对的发动机转速n uiga uiiag0n ,0.377r - 29 - (2)计算在速度下，发动机所消耗的功率 Pua (3)根据速度和发动机所消耗的功率，在万有特性图上查得燃Pua 油消耗率 b u(4)将、、代入公式，即可求得速度下的等速燃油经济性 Pubaa(5)改变与的值，即可计算出不同挡位下汽车不同速度下等速iuga 百公里油耗，即汽车的燃油经济性。 4.1等速行驶工况燃油消耗量计算 根据等速行驶车速及阻力功率，在发动机万有特性图上可Pua 确定相应的燃油消耗率。从而计算出以该车速等速行驶单位时间b 内的燃油消耗率 Qt PbQ, t367.1,g式中:—燃油消耗率，单位为 ，，gkw,hb —燃油重度，汽油的可取为6.96,7.15N/L ,g,g 等速百公里燃油消耗量为: QS Pb Q,S1.02u,ga - 30 - 4.1.1变速器主减速比为4.705时汽车百公里燃油消耗量 图4.1主减速比为4.705时发动机油耗曲线 (1)汽车时速为80km/h时的百公里燃油消耗量 根据上图确定燃油消耗率 b1 ，， b,359.62g/kw,h1 百公里燃油消耗量 QS Pb9.42，359.621 ，，Q,,,5.81L/100kmS,1.02ug1.02，80，7.15a (2)汽车时速为100km/h时的百公里燃油消耗量 根据上图确定燃油消耗率 b2 ，， b,323.38g/kw,h2 百公里燃油消耗量 QS Pb15.84，323.382 ，，Q,,,7.02L/100kmS,1.02ug1.02，100，7.15a - 31 - (3)汽车时速为120km/h时的百公里燃油消耗量 根据上图确定燃油消耗率 b3 ，，b,300.9g/kw,h3 百公里燃油消耗量 QS Pb25.25，300.93 ，，Q,,,8.68L/100kmS,1.02ug1.02，120，7.15a 4.1.2变速器主减速比为4.388时汽车百公里燃油消耗量 图4.2主减速比为4.388时发动机油耗曲线 (1)汽车时速为80km/h时的百公里燃油消耗量 根据上图确定燃油消耗率 b1 ，， b,352.93g/kw,h1 百公里燃油消耗量 QS Pb9.42，352.931 ，，Q,,,5.70L/100kmS,1.02ug1.02，80，7.15a (2)汽车时速为100km/h时的百公里燃油消耗量 - 32 - 根据上图确定燃油消耗率 b2 ，，b,314.03g/kw,h2 百公里燃油消耗量 QS Pb15.84，314.032 ，，Q,,,6.82L/100kmS,1.02ug1.02，100，7.15a (3)汽车时速为120km/h时的百公里燃油消耗量 根据上图确定燃油消耗率b3 ，，b,289.69g/kw,h3 百公里燃油消耗量 QS Pb25.25，289.693 ，，Q,,,8.36L/100kmS,1.02ug1.02，120，7.15a 4.1.3变速器主减速比为3.789时汽车百公里燃油消耗量 图4.3主减速比为3.789时发动机油耗曲线 (1)汽车时速为80km/h时的百公里燃油消耗量 - 33 - 根据上图确定燃油消耗率 b1 ，，b,395.02g/kw,h1 QS百公里燃油消耗量 Pb9.42，395.021，，Q,,,6.38L/100kmS,1.02ug1.02，80，7.15a (2)汽车时速为100km/h时的百公里燃油消耗量 b2 根据上图确定燃油消耗率 ，，b,297.95g/kw,h2 百公里燃油消耗量 QS Pb15.84，297.952 ，，Q,,,6.47L/100kmS,1.02ug1.02，100，7.15a (3)汽车时速为120km/h时的百公里燃油消耗量 根据上图确定燃油消耗率 b3 ，， b,262.03g/kw,h3 百公里燃油消耗量 QS Pb25.25，262.033 ，，Q,,,7.56L/100kmS,1.02ug1.02，120，7.15a 4.2多任务况循环行驶燃油消耗量计算 在汽车加速行驶时，发动机还要提供为克服加速阻力所消耗的 du2功率。若加速度为，则发动机提供的功率，，应为 ，，m/sPkwdt 3,,GfuCAumu,1duaDaa,,P,，， ,,3600761403600dt,T,,下面计算由u以等加速度加速行驶至u的燃油消耗量。把加速a2a1 过程分隔为若干区间，例如按速度每增加1km/h为一个小区间，每 - 34 - 个区间的燃油消耗量可根据其平均的单位时间燃油消耗量与行驶时 间之积来求得。各区间起始或终了车速所对应时刻的单位时间燃油 消耗量(ml/s)，可根据相应的发动机发出的功率与燃油消耗率求Qt 得 PbQ, t367.1,g而汽车行驶速度每增加1km/h所需时间(s)为 1 ,t,du3.6dt从行驶初速度加速至+1km/h所需燃油量(ml)为 uua1a1 1 ，，Q,Q，Q,ttt0t12 式中，为行驶初速度时，即时刻的单位时间燃油消耗量tQut00a1 (ml/s);为车速为+1km/h时，即时刻的单位时间燃油消耗Qutt1a11量(ml/s)。 由车速+1km/h再增加1km/h所需的燃油量(ml)为 ua1 1 ，，Q,Q，Q,t2t1t22式中，为车速为+2km/h时，即时刻的单位时间燃油消耗量Qutt22a1 (ml/s)。 依此，每个区间的燃油消耗量为 1 ，，Q,Q，Q,t3t2t32 … 1，， Q,Q，Q,tnt，，n,1tn2 式中，，，…，为，t，…，t各个时刻的单位时间燃油QQQtt2t3tn23n - 35 - 消耗量(ml/s)。 整个加速过程的燃油消耗量(ml)为 nn,11 ，，Q,Q,Q，Q，,,,，Q,Q，Q,t，Q,t,,ai12nt0tnti2i,1i,1 加速区段内汽车行驶的距离(m)为 22uu,aa21S ,adu25.92dt 4.3等减速行驶工况燃油消耗量的计算 减速行驶时，节气门松开(关至最小位置)并进行轻微制动，发动机处于强制怠速状态，其油耗量即为正常怠速油耗。所以，减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。减速时间(s)为 uu,aa23t ,du3.6dtd du2式中，、为起始及减速终了的车速(km/h);为减速度(m/s)。 uua2a3dtd 减速过程燃油消耗量(ml)为 u,ua2a3QQ ,didu3.6dtd 式中， 为怠速燃油消耗率(ml/s)。 Qi 减速区段内汽车行驶的距离(m)为 22uu,aa23s ,ddu25.92dtd - 36 - 4.4怠速停车时的燃油消耗量 若怠速停车时间为(s)，则燃油消耗量(ml)为 ts Q,Qtidis 4.5整个循环工况的百公里燃油消耗量 对于由等速、等加速、等减速、怠速停车等行驶工况组成的循环，如ECE-R.15和我国货车六工况法，其整个试验循环的百公里燃油消耗量(L/100km)为 Q,Q ,，100ss 式中，为所有过程油耗量之和(ml);为整个循环的行驶距离Qs, (m)。 4.6本章小结 主要针对所选择的三种主减速比，按照国家相应整车燃油法规的要求对汽车的经济性进行计算。以汽车的等速行驶工况、怠速行驶工况、等加速行驶工况、等减速行驶工况为基础，计算出三种主减速比时的整车百公里燃油消耗量，为最终主减速比的选择提供了依据。 - 37 - 结 论 本文结合HFJ7130轿车，概括总结汽车动力性、燃油经济性的评价指标和计算方法。对HFJ7130轿车配置DA471QL发动机后采用不同的变速器主减速比时整车的动力性、燃油经济性进行计算，并得到以下结论: 1.在满足国家现行燃油法规的前提下，为了兼顾整车动力性与燃油经济性，HFJ7130轿车配置DA471QL发动机后，其变速器的主减速器传动比选择4.388比较合适，其既能满足整车动力性要求又能有较合适的经济型。 2.通过计算分析，采用上述计算方法能够对整车的动力性、燃油经济性作出较为准确的计算，能够对汽车传动系参数进行优化。 3.鉴于时间和条件有限 ，本文的计算还有不完善的地方，应该进一步详细分析各处影响环节，为提高计算的准确性继续工作。 - 38 - 参考文献 [1] 何 仁，王建峰. 汽车动力传动系统合理配备的实用方法[J].中国公路学报,2000,1(1):100-108 [2] 张京明, 周金宝. 汽车动力性燃油经济性的综合评价. 1996,18(1):51-54 [3] 夏迎春, 陈慧岩. 动力传动系统的整体控制技术[J]. 车辆与动力技术,2002,(2):43-47 [4] 徐中明, 罗卫东. 汽车动力性和燃油经济性的计算机模拟与传动系统参数优化设计[J].贵州农机学报,1995,14(1):58-63 [5] 宋宝玉, 任秉银. 汽车传动系参数优化设计系统的研究[J]. 哈尔滨工业大学学报,2001,33(2):179-182 [6] 李宏德. 计算机辅助汽车机械传动系统动力性能分析[J]. 河南科学,1998,12(4):455-458 [7] 余志生. 汽车理论[M]. 第四版. 北京:机械工业出版社,2006 [8] 庄志. 发动机使用外特性曲线的一种拟合方法. 客车技术,2002,(2):24-24 [9] (德)米奇可.M. 汽车动力学,A卷,陈萌三译,人民交通出版社(1992) - 39 -