基于整车动力经济性的传动系匹配优化设计.doc

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1、 目 录中文摘要3英文摘要4第一章 绪论51.1传动系统匹配研究的目的和意义51.2模拟计算在汽车传动系参数优化设计中的应况51.3国内外动力总成匹配研究现状概述71.4本文的主要研究内容8第二章 发动机特性数学模型的建立92.1发动机建模方法的选择92.1.1发动机使用外特性建模92.1.2 发动机万有特性建模102.1.3 实例及结果分析11214结论1322发动机万有特性曲线数字化的研究与分析14221数字化原理142.2.2数字化程序的开发152.2.3实例应用172.3本章小结19第三章 重型商用车传动系参数的匹配213.1 概述213.2 整车性能的计算机仿真模拟计算213.2.1

2、 汽车换档模型213.2.2 汽车动力性模拟计算233.3 重型商用车传动系匹配评价指标的确定293.3.1 概述2934 重型商用车传动系的快速匹配293.4.1 重型商用车传动系匹配的数学模型293.4.2 重型商用车传动系匹配计算机仿真303.5 总结32第四章 重型商用车传动系参数的优化设计334.1 概述334.2 重型商用车传动系参数优化数学模型的建立334.2.1 目标函数334.2.2 设计变量344.2.3 约束条件344.3优化方法概述354.3.1 MDCP数学模型354.3.2 MDCP的基本原理354.4 实例应用394.4.1 发动机建模结果394.4.2 原车性能

3、计算414.4.3 优化后整车性能及分析474.5 关于汽车排放性能指标的研究524.5.1汽车排放性能的模拟计算524.5.2 排放指标在传动系优化中的应用544.6 本章小结54第五章 全文总结与建议555.1 本文总结555.2 建议56参考文献57基于整车动力经济性传动系匹配优化设计中文摘要： 本文分析了重型商用车传动系参数的优化设计及匹配过程，首先比较分析了建立发动机数学模型的数值计算方法，确定了最小二乘法拟合的建模思路并针对万有特性图片的数据采集困难的问题，开发了万有特性图片的数字化程序，从而准确快速的建立了发动机的数学模型，为后续的汽车动力性和经济性仿真计算打下了良好的基础。其次

4、，论文分析了汽车动力性和燃油经济型的计算机仿真过程；建立了重型商用车基于实际运行工况的传动系匹配的综合评价指标：分析了重型商用车传动系参数的匹配流程。并且应用该综合评价指标，以车轮半径为离散变量，主减速比为连续变量对国产某重型卡车进行了传动系参数的优化设计，使得优化后整车常用车速的等速百公里油耗得到了改善。关键词：重型商用车 传动系参数 优化设计 匹配Abstract: In this paper, we studied optimal design and matching process of the transmission parameters of heavy commercial

5、vehicle. Firstly, we compare with some mathematic method about modeling engine characteristics; the conclusion is that the Least squares method has the best fitting precision. In view to the problem of gathering data from the engine fuel consumption characteristics plot, an engine fuel consumption c

6、haracteristics digitalized method is developed. The method can quickly and accurately establish the math model of the engine, what applies a good basis for the following dynamic and economic simulation of the heavy commercial vehicle.Then we analysis the process of computer of the automobile power p

7、erformance and fuel economy; establish the evaluation index of the optimal match of heavy commercial vehicle transmission parameters based on practice conditions; and then we analysis the matching process of transmission parameters heavy commercial vehicle. After that, the transmission parameters of

8、 heavy truck are optimized with the index, in the optimization model, final drive ratio is continuous variable and tire size is discrete variable. And the constant speed oil-consumption per 100km of the truck is improved.Keywords: heavy commercial vehicle transmission parameters optimization design

9、matching第一章 绪论1.1传动系统匹配研究的目的和意义汽车整车性能的好坏不仅仅取决于发动机和传动系各自单独的能，而是在很大程度上取决于二者匹配得如何在评价汽车的整性能时，往往要用到一些特定的指标，如衡量汽车动力性的主要指是其最高车速爬坡性能和加速性能等，衡量燃油经济性和排放特的主要指标是汽车在标准试验循环下的百公里油耗和每公里排放这些指标除了反映发动机本身的动力性燃油经济性和排放特外，还体现了整车驱动系统包括发动机变速器主减速器以及驱轮等的相互配合及优化程度一台发动机即使具有良好的性能果没有与之合理匹配的传动系，也不可能充分发挥其最佳性能。因此合理的匹配汽车的动力传动系统是降低汽车油耗

10、和排放、提升动力的重要措施。在新能源、新技术尚未大规模推广之前，合理的匹配汽车的动力总成系统对于汽车生产厂家更具有现实意义。1.2模拟计算在汽车传动系参数优化设计中的应况在汽车实际设计过程中，动力传动系的匹配状况并不能令人满意。这主要是由两个方面的原因造成的。其一，由于传统的测试手段和计算工具的限制，设计人员在进行动力传动系匹配时一直都采用定性分析和简单的定量计算，靠大量积累的经验数据、反复的测试及设计，难以对多种方案进行计算比较。这样所造成的后果往往是，一个部件性能的改进完全有可能由于和另一个部件的匹配不当而造成整体的性能未获得改进。有统计表明，目前国内汽车发动机的使用工况多数远离其最佳经济

11、区和最佳排放区，未能实现动力传动系的最佳匹配，在发动机的整个持续工作期间其平均效率仅为11-18%。其二，即使采用上述方法对动力传动系统进行了简单的匹配，对于车辆的动力性、经济性和排放性能的评价也只能在进行试车道路试验或地盘测功机试验之后方可实施。这样做不但周期长、重复性差、成本高，而且在茶品设计中使得整车及总成方案的确定、结构参数的选取及传动系与发动机的匹配都具有一定的盲目性，从而造成人力、财力和物力的浪费，更为严重的是，有可能曹智整车设计的失败。由此看来，如果整车总布置设计时不能科学的、合理的、明确的提出发动机总成、传动系总成及车辆零部件的技术性能指标，就会使的设计结果往往远离产品设计要求

12、。为了避免技术开发和技术决策的盲目性，提高汽车设计质量，缩短研制周期，更合理的确定发动机、传动系及各总成零部件的性能指标，在设计阶段就应当采用系统工程的观点来研究整车性能，对整车性能进行技术评价、技术分析和技术决策。在确定车辆性能时常用的方法有实验法和计算机模拟计算法。实验法是通过道路试验测定汽车的动力性指标，在汽车底盘测功机试验台上让汽车按标准试验讯号规定的行驶程序行驶，测量其燃油消耗和排放，而计算机模拟计算方法则是利用发动机的一些特性曲线（如外特性曲线和万有特性曲线）和汽车的技术参数对汽车各种典型的行驶过程进行数值模拟，进而计算在同试验循环下的燃油消耗和排放。在计算时，对汽车瞬态工况（如加

13、速过程）的模拟，多是利用发动机稳态万有特性场，采用线性回归拟合或多维插值对其进行数值模拟。实验法相对而言比较准确，但是需要一套昂贵的汽车底盘试验设备，实验室还要加工不同的试验备件，耗费较大，而且在整车设计开发的初期，也没有样车进行试验，不可能分析比较各种不同的实验方案。与实验法相比，模拟计算法则具有以下特点：1 可以考察汽车结构参数是如何影响汽车动力性和燃油经济性的，特别是这些参数作微小变化时，实际车辆试验往往测量不出对动力性和燃油经济性的影响，而计算机模拟计算则可以计算出其微小的影响。2 可以求解比较复杂而准确的数学模型，过去无法求解的或需要大量时间才能求解的线性或非线性系统的微分方程组。采

14、用计算机和现在数值计算方法以后，就可以很快的求出其数值解。所以，在计算机模拟的情况下可以采用能准确描述所研究运动的较复杂的数学模型，这就使得计算机结果更接近实际。3 既可以模拟汽车在规定循环工况的排放和油耗，也可以在有路面谱的情况下模拟整车实际运行情况的各种性能。因而能全面、准确的预测汽车动力性和燃油经济性的各种性能指标。4 能在很短的时间内对大量的设计方案进行计算，查明这些方案和参数对汽车性能的影响，有助于汽车设计人员很快的找到比较有利的设计方案和参数匹配，大大降低了设计人员的工作量。5 能使汽车工程师在产品设计阶段，能够对整车参数进行分析和优化，从而实现在一定的预期目标下进行产品设计，这在

15、如今激烈的市场竞争的汽车工业来说是极为重要的，它将使产品的设计成功率大大提高，大幅降低汽车产品设计和开发的费用，缩短研究周期，而且也将使得所设计产品的性能大大提高，从而使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。正是这些优点使得计算机模拟仿真方法可以有效的应用于汽车动力传动系统匹配设计。目前，国外汽车公司尤其是欧美国家对这一研究课题非常关注。模拟计算对于加快汽车的开发研制，尤其是对于汽车动力传动系的优化设计具有重要的意义。1.3国内外动力总成匹配研究现状概述中国作为一个汽车大国，但并非是汽车强国，在汽车的开发研究和试验测试方面跟国外汽车公司相比有一定的差距。国外公司在开发投放新车型之前，都要针对目前

16、汽车市场、竞争对手的车型、购车者的消费心理做一些分析研究，从而确定所开发车型的主要尺寸、技术参数、性能参数、成本、价格及利润等。技术部门的设计任务是实现汽车的性能，动力性和燃油经济性是其中最基本、最重要的性能。传统汽车开发阶段，这些性能主要是通过实车道路试验来测定。但随着社会经济、汽车技术及计算机技术的发展，汽车的这些性能必须在汽车概念开发阶段就确定，因此合理的汽车性能计算机仿真成为汽车工业发展的需要。这样不仅可以节省大量的试验费用，缩短设计开发周期，而且使得厂家对自己所设计车型的性能有准确的预先估计。完善的汽车性能计算机仿真，不仅能够模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累积油耗、行驶时间和距

17、离等，而且可以计算分析汽车设计参数如车重、空气阻力系数、变速器速比等对汽车性能的影响。早在上世纪七十年代，美国最大汽车公司通用汽车就开发了汽车动力性和燃油经济性的性能预测程序GPSIM，随后国际各大汽车公司都在这方面做了大量的研究工作，如福特汽车公司开发了TOEFP，康明斯公司的VMS，美国交通部的VEESIM，日本日产汽车公司的CSVFEP，德国奔弛汽车公司的TRASCO，奥地利AVL李斯特公司开发的CRUISE车辆仿真分析软件，美国可再生能源实验室NREL的ADVISOR等。这些计算机模拟程序与试验相结合，使得设计人员能够在汽车开发阶段就可以准确地预测汽车的动力性和燃料经济性，并且可以快速

18、有效地比较不同发动机与传动系匹配时汽车的性能，从而找到最佳的匹配方案。同时设计人员也可以利用该程序，进一步优化汽车结构参数，完善汽车性能指标。通过计算机模拟不仅可以避免设计人员在产品设计阶段对整车总成布置、动力与传动系统选择的盲目性，防止遗漏最优方案的可能性，而且还大大缩短了设计周期，节省了大量的试验费用。我国在汽车性能计算机模拟仿真方面的研究起步较晚，进入80年代后，国内汽车界如长春汽车研究所、吉林大学、江苏大学等单位做了一些这方面的研究工作，主要工作内容有:(l)汽车动力传动系数学模型的研究;(2)给定工况模拟研究;(3)实际道路条件随机模拟的研究;(4)模拟程序的应用研究。并取得了一些成

19、果。但是由于起步比较晚，跟国外大公司开发的模拟程序相比还存在如下主要问题:(l)数学模型不完善;(2)没有形成通用计算程序和方法。这些问题导致我国汽车工程界在设计中无法运用有效的工具较为准确地预测和优化汽车的性能，阻碍了开发水平的提高和自主研发能力的进步。1.4本文的主要研究内容针对本课题研究领域目前取得的成果和存在的问题，本文采用基于重型商用车实际运行的工况下的动力性和燃油经济性加权统一的目标函数，建立整车动力传动系的优化匹配模拟计算的数学模型，并对排放性能指标的计算机模拟作了一定的研究，最后对实例样车进行了仿真计算。本论文的主要工作有：(l)详细分析了发动机数学模型建立的方法。针对目前常用

20、的数值计算方法，通过实例计算对比，找到最合适的计算方法。并开发了基于图像识别技术的发动机万有特性图片数据化软件，能较轻松的建立发动机的数学模型，可以减轻开发人员得工作量。(2)建立了重型商用车传东西匹配的数学模型，并确定了基于实际运行工况的传动系匹配的综合指标，可以快速得到符合设计要求的传动系组合，且匹配效果更具有实际应用意义。(3)对现有研究成果进行分析，提出重型商用车基于实际运行工况的传动系参数优化目标函数，并结合整车生产厂家的配套企业的实际情况，以主减速比为连续变量，车轮半径为离散变量，是的优化结果可以得到最快应用。(4)总结目前的研究成果，详细分析了汽车循环工况的排放性能计算方法，并且

21、结合实际排放法规，讨论了如何在传动系参数优化设计中加入排放指标，从而使得计算结果更具有实际应用价值。(5)目前重型商用车的万向传动轴多是分段传动，本文结合实际车型，在考虑汽车实际行驶的情况下对汽车的万向传动装置进行优化布置，使得车辆在行驶过程中的当量夹角最小，从而改善重型商用车行驶时万向传动的噪声和振动。第二章 发动机特性数学模型的建立发动机数学模型的建立是汽车动力性和燃油经济性模拟计算的基础，发动机数学模型的描述包括汽车发动机的外特性和万有特性。对于已知试验数据的发动机，可以采用数值计算的方法(主要是插值和拟合)来建立发动机的模型，但是插值和拟合的方法均有很多种，需要从中选出最合适的建模方法

22、，使得汽车性能仿真计算的结果满足精度要求同时对于生产厂家来说，往往只能得到发动机特性的曲线图形，无法得到发动机的实验数据，因此就需要我们将发动机图形数字化，但人工数字化费时费力，而且准确度不高，为此我们开发了一套万有特性曲线图计算机数字化程序。该程序可方便、快速地把任何形状的万有特性图转换成数字形式，并得到发动机特性的数学模型。2.1发动机建模方法的选择2.1.1发动机使用外特性建模对于已知实验数据的发动机，其使用外特性可以看作为发动机转速的一元函数，可以采用一元插值或者曲线拟合的方法建立模型。而万有特性曲线可以作为发动机转速和发动机扭矩的二元函数，用二元插值或者曲面拟合的方法建模。由于发动机

23、外特性是一元函数，因此我们的建模方法可以选择一元插值或者曲线拟合，下面将介绍几种常用的数值计算方法。2.1.1.1一元全区间不等距插值在给定的n个不等距结点上的函数值,用拉格朗日插值公式计算指定插值点t处的函数近似值在n个结点中自动选择8个结点进行插值，且使指定插值点t位于他们的中间；既选取8个结点使其满足以下条件,利用7次拉格朗日插值多项式计算插值点t处的函数近似值，即 当插值点t位于包含n个结点的区间外时，将仅取区间某端的4个结点进行插值;而当插值点t靠近n个结点的两端时，选取的结点数将有可能少于8个2.1.2 发动机万有特性建模 由于发动机的万有特性是二元函数，因此我们的建模方法可以选择

24、二元插值或者曲面拟合，二元插值本文选择了二元全区间插值。拟合则选择了最小二乘法曲面拟合。2.1.2.1二元全区间插值给定矩形域上nm个结点()(i=0，1，2，n-1;j=0，l，2，m一1)上的函数值，利用二元三次插值公式计算指定插值点(u,v)处的函数近似值w=z(u，v)。设给定矩形域上n个结点在各个方向上的坐标分别为 ,相应的函数为，i=0,1,2,n-1;j=0,1,2,m-1 以插值点(u，v)为中心，其两个方向上的坐标分别为： 然后用二元三点插值公式： 计算插值点（u,v）处得函数近似值。2.1.2.2 最小二乘法曲面拟合采用曲面拟合的方法求取模型的参数，实际上是个线性回归问题。

25、即认为平面上的各测点Z是其坐标(X,Y)的函数，从而建立回归模式为： 式中：-模型中待定系数； -随机误差； N-试验数据点数； s-拟合阶数； k待定系数个数，与多项式的拟合阶数s存在如下关系： 拟合阶数高时拟合值更接近于实际试验数据，但此时在上下限区域内通常会产生畸变，严重影响汽车燃油经济性的模拟计算，因此本文拟合阶数取3。回归模型写成矩阵形式： 其中G为阶矩阵，Z和E均为列向量。假设 按照极值理论应有 易得： 拟合值与观测值拟合程度，可以用拟合度C来评价，同时也确定最佳s值。 其中为总体的均值。2.1.3 实例及结果分析2.1.3.1外特性建模实例与分析考虑到计算的方便性，我们在计算汽车

26、动力性时一般用拟合的方法来对发动机建模。如已知某发动机参数如表2-4：转速10001500200025003000350038004000扭矩135.33147.10152.98156.91147.10138.27133.37125.53表2-4转速与扭矩数值原始数据表采用最小二乘法对其拟合，拟合阶数为6，得到的结果如图2-1所示：图2-1拟合得到的发动机外特性曲线结果完全可以满足计算需要的精度。2132万有特性建模分析与实例目前针对发动机万有特性建模常用的方法是二元全区间插值和最小二乘法曲面拟合。若有足够的已知点，二元全区间插值的计算精度可以保证，但是考虑到计算的方便性和编制程序的简便，建议

27、选用最d-乘法曲面拟合的方法需要注意的是，一般选用3阶模型，否则拟合精度不能保证，作者自己编制程序对某发动机的万有特性进行拟合，数学模型阶数为3，得到比较满意的结果，拟合精度为968，结果如图22所示： 图2.2拟合得到的发动机万有特性 214结论通过综合比较多种发动机建模方法和实例分析，我们认为运用最小二乘法建立的发动机特性数学模型既有较高的拟合精度，而且计算方便，为车辆动力性和经济性的仿真计算奠定了良好的基础。22发动机万有特性曲线数字化的研究与分析221数字化原理在汽车设计初始阶段，要从众多的不同类型发动机中选择合适的一种，就要用到每一种发动机的万有特性的具体数据，从而对汽车匹配该种发动

28、机的性能进行预测、评价，使新开发的汽车动力系统匹配最佳、性能最优。在已有发动机万有特性图的情况下，过去使用的方法是：汽车总体设计师或性能分析工程师按照图形上的坐标，用直尺测量、估算数值后用笔记录下来，然后再手工输入到计算机中形成数据文件，这种方法不但费时、费力，测取的数据误差大，数据录入可能还存在差错，效率很低。为此，我们在进行汽车动力与传动系统匹配技术研究过程中，摸索了一种万有特性曲线图的快速数字化方法，编写了相应的计算机程序。本方法的数字化原理为：将万有特性曲线图放大，然后用鼠标沿着等油耗线点击读取数据，利用计算机图形学原理转换坐标，将计算机界面坐标转化为万有特性坐标系坐标，方法如下：我们

29、将万有特性曲线的图片读入计算机，在用户坐标系中，制定一矩形区域以显示图形， 设该区域的左边界为，右边界，上边界，下边界，同时，我们设万有特性特性曲线图片的坐标为：左边界为，右边界，上边界，下边界，显示区域的上边界线段的长变换成万有特性坐标系下的长度为，设其比例变换因子为，则可得 对计算机屏幕内任一x坐标()变换为万有特性坐标系下水平方向sx坐标()，由上面知有， (式2-19) (式2-20)同样，经变换后屏幕的左边界线段的长变换成万有特性坐标系下的长度为。设其比例因子为，则可得 （式2-21） （式2-22） 对计算机屏幕内任一y坐标（） 变换为万有特性坐标系下水平方向sy坐标，由上面知有，

30、 （式2-23）于是对屏幕上图形内任一点坐标变换到万有特性坐标系下成为，则 （式2-24） （式2-25）式中 通过上面叙述的坐标转换，我们就可以得到发动机万有特性的数据，并且经过数值计算方法，最终得到发动机的数学模型通过上述方法，可以大大减轻设计人员的工作量，而且由于是计算机进行坐标转换和数值计算，可以增加所建立发动机数学模型的精确度，为后面的汽车动力性和燃油经济性的计算做好充分的准备。2.2.2数字化程序的开发数字化程序是在windows操作系统下运用Matlab7.1开发的，运用Matlab7.1强大的图形处理功能轻易的实现程序的算法，具体的过程：1 将万有特性曲线图片读入计算机，务必保

31、证图片的清晰及端正。2 确定坐标变换的比例因子首先采集坐标原点、X轴上任一点及Y轴上任一点。并输入其在万有特性下的坐标值，分别为，而这些点在屏幕上的坐标为，这样我们就能得到坐标转换因子，。3 分别输入要采集的油耗线的油耗值，依次在油耗线上采集固定个数的点，并且转化为万有特性坐标系下的点。4 在计算机内部经过数值计算处理，得到发动机的数学模型，并且利用图形处理功能绘制出该模型的曲线图程序流程图如图2-4所示：开始打开万有特性曲线图形选择坐标原点并输入数据，采集坐标轴上任意点确定开始采集开始采集图形等待命令输入要采集的等油耗线的数值采集该油耗线上的各点是否采集完毕对数据进行处理显示计算结果否是是否

32、结束 图2-4发动机万有特性曲线图片数字化程序流程图2.2.3实例应用图2-5为某一重型商用车发动机的数字化前的曲线图，该发动机的性能指标如下： 额 定 扭 矩（Nm）1250Nm/1550r/min额 定 功 率（kW）235kW/2200r/min怠 速（r/min）60050最 低 油 耗（g/kWh）198吸 气 型 式增压中冷缸 径/行 程（mm）126/130排 量（L）9.726L我们运用自己编写的程序对该发动机万有特性图片进行处理，结果如下：a发动机外特性的数学模型为： （式2-28）式中： N表示发动机的转速（r/min），为转速为n时扭矩（Nm）。b. 发动机万有特性的数学

33、模型为： （式2-29）其中： n表示发动机的转速(rmin)，T为扭矩(Nm)表示燃油效率(g/kWh)其拟合精度C=996，精度值完全能达到要求。数字化程序处理后的图片如图26所示 图2-5 数字化前万有特性曲线的图片 图2-6 数字化后万有特性曲线的图片2.3本章小结本章重点讨论了如何准确、快速的建立发动机的数学模型。主要的工作包括以下两个方面的内容（1)通过实例分析，分析了各种数值计算方法所建立的发动机数学模型的精度，并最终确立了最小二乘法是建立发动机数学模型的比较理想的数值计算方法，其拟合精度完全达到仿真计算的要求，而且程序简单、可靠，具有很高的实用价值（2)为了减轻设计人员的工作量

34、，充分利用计算机的图片处理功能，我们开发了万有特性曲线图片数字化的程序通过本章所介绍的方法，可以准确、快速的建立发动机的数学模型，即可以减轻设计人员的工作量，提高工作效率，还能为汽车的动力性、燃油经济性计算服务第三章 重型商用车传动系参数的匹配3.1 概述在汽车产品开发初期，设计人员如何从众多的传动系总成方案中快速的选取出初步符合设计要求的方案一直是一个比较困难的问题，而解决这个问题的关键是确定汽车传动系参数匹配的综合评价指标其中车辆的动力性、燃油经济性和排放性能是该指标最重要、最基本的组成部分分指标，因此它是一个多目标系统，必须对各分目标进行加权来综合评价。而基本评价分指标如图31所示。图3

35、-1 整车基本性能评价指标重型商用车由于其特殊的使用环境，其传动系匹配评价体系必然与一般汽车有着不同之处。对此，本章首先详细分析了汽车动力性和燃油经济性的计算机仿真计算，并确定了基于重型商用车实际行驶工况的传动系匹配评价指标，建立了重型商用车快速匹配的数学模型，并分析了其传动系参数的快速匹配流程3.2 整车性能的计算机仿真模拟计算整车的性能计算是最终确定汽车动力传动系匹配评价体系的基础，由于我们在第二章中详细讨论了发动机数学模型的建立方法，以此本节的重点放在换档规律的处理、动力性及经济性的仿真计算3.2.1 汽车换档模型机械变速器是否需要换档，取决于驾驶员对汽车行驶条件以及对发动机转速和负荷的

36、判断。行驶中，驾驶员严格遵循道路环境对速度的限制；在未达到对速度的限制时，可以充分发挥汽车的动力性：在满足上述两条件时，应考虑汽车的燃料经济性，尽量利用高档行驶。通常情况下，换档规律有三种模式：(1)最佳动力性换档规律(2)最佳经济性换档规律(3)按试验规定的运行模式进行换档。3.2.1.1 最佳动力性换挡规律在动力性模拟计算中使用换档规律主要是为了保证汽车的最佳动力性，即尽可能使汽车在较低的档位行驶，其关键问题自然是换档点的选择目前的判断方法有两种：其一，以同一车速下各档驱动力的大小为换挡依据。由于最佳动力性研究的是油门全开度的性能，因此是一个单参数(车速)换档问题，只需确定档点车速即可通常

37、以相邻档位稳态牵引力相等的交点，即 (i表示所选挡位)所对应得车速作为换挡速度。其二，以同一车速下各档加速度大小作为换档的依据模拟计算中，我们对驾驶员豹换档规律做如下规定：(1)当发动机转速低于其最低转速时，由高档换入低档。(2)当发动机转速高于其最高转速时，由低档换入高档(3)当发动机转速介于其最大和最小转速之间时，若高档加速度大于低档加速度，应由低挡换入高档。3.2.1.2 最佳经济性换档规律所谓最佳经济性换档规律，就是所用的档位应保证汽车在正常行驶条件下，燃油消耗量最少，目前也存在两种方法：一、在汽车加速度大于零的情况下，尽可能采用高档行驶；二、是以发动机燃油消耗率作为换档依据，保证汽车

38、总是以使发动机的燃油消耗率最小的档位行驶在模拟计算中，我们对驾驶员的换挡规律做了如下规定：(1)当发动机转速低予其最低转速时，由高挡换入低档。(2)当发动机转速高于其最高转速时，由低挡换入高档。(3)当发动机转速介于其最大和最小转速之间时，若高档加速度大于零，应由低挡换入高档(4)当行驶阻力大于牵引力时，若发动机转速高于发动机最大转矩所对应的转速时，则不换档，反之应该换入低档。 3.2.1.3 按试验规范规定的运行模式不同的汽车试验规范对汽车的换挡过程有不同的规定，因此在计算试验规范工况下的经济性，必须按照试验规范的规定来进行。3.2.2 汽车动力性模拟计算设变速器置于第k挡，速度，首先计算变

39、速器置k档时，发动机转速； （3-1）2. 根据发动机使用外特性模型，计算发动机输出转矩；3. 计算汽车空气阻力；4. 计算汽车驱动力；5. 则第k挡、速度时，则最大动力因数为：3.2.2.2 各档最大爬坡度的计算设各档的最大爬坡角为，则有：然后再根据换算成最大爬坡度。式中： 。3.2.2.3 最高车速的计算汽车最高车速是指在良好水平路面上汽车所能达到的最高速度，根据汽车驱动力行驶阻力平衡图，发动机驱动力(直接档或最高档)与汽车行驶阻力曲线相交点处的车速，便是汽车最高车速。若无交点，则发动机最高转速对应的车速则为最高车速。变速箱置于k档。设发动机最大功率点对应的车速为初选最高车速，并计算发动机

40、最高车速对应的最高车速。计算此时汽车的行驶阻力 （其中f为滚动阻力系数）（其中）计算此时驱动力 （其中为变速器传动比；为主减速器传动比；r为车轮半径；为传动效率） 计算此时驱动力与行驶阻力的差值D：如果D小于预先给定的值，则可认为此时车速为最高车速，而如果D的绝对值大于，则需要根据正负号对v进行一定的步长的加减进行循环计算，并最终取得满意的结果，值得注意的是最终结果需要与进行比较，若，则最高车速应为。3.2.2.4汽车加速性能的计算汽车的加速性能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的行驶可以得到：而由运动学可知，汽车从加速到时所需的时间为：此时加速时间可通过计算机用图解计分法

41、求出。式中：是旋转质量换算系数。动力性模拟计算的程序流程图如图3-2，3-3所示。汽车燃油经济性模拟计在汽车设计与开发中，常需要根据发动机台架实验得到的万有特性图和汽车功率平衡图，对汽车燃油经济性进行估算。以下介绍关于燃油经济性循环行驶试验工况的各工况，如等速行驶，加速，减速和怠速停车等工况的燃油消耗量计算方法3.2.3.1 等速行驶工况燃油消耗量计算根据等速行驶车速及阻力率P，在万有特性图上可确定相应的燃油消耗率b，从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内的燃油消耗量(mL/s)为式中，b为燃油消耗率 g/(kwh)；g为重力加速度，汽油的可取为6.96-7.15N/L,柴油的可取为7.94-

42、8.13N/L。整个等速过程行经s（m）行程的燃油消耗量（mL）为：折合成等速百公里燃油消耗量（L/100km）为：3.2.3.2等加速行驶工况燃油消耗量的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功率若加速度为则发动机提供的功率P(kW)应为下面计算由以等加速度加速行驶至的燃油消耗量，把加速过程分离成若干区间，例如按加速度每增加1km/h为一个小区间，每个区间的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，可根据相应的发动机发出的功率与燃油消耗率求得而汽车行驶速度每增加1km/h所需时间(s)为从行驶初速加速至

43、所需燃油量（ml）为式中，为行驶初速时，即时刻的单位时间燃油消耗量（mL/s）；为车速为时，即时刻的单位时间燃油消耗量（mL/s）。由车速再增加1km/h所需的燃油量（mL）为式中，为车速为时，即时刻的单位时间燃油消耗量（mL/s）。依次，每个区间的燃油消耗量为整个加速过程的燃油消耗量为或为： 加速区间内汽车行驶的距离（m）为3.2.3.3 等减速行驶工况燃油消耗量的计算减速行驶时，油门松开并进行轻微制动，发动机处于强制怠速状态，其油耗量为正常怠速油耗。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)为式中：，为起始及减速终了的车速；为减速度；则减速过程燃油消耗量（mL）为式中：为怠速燃油消耗率（mL/s）。3.2.3.4 怠速停车时的燃油消耗量若怠速停车时间，则燃油消耗量（mL）为：3.2.3.5 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，怠速停车的行驶工况组成的循环，如我国货车六工况法，其整个试验循环的百公里燃油消耗量(L100km)为式中：为所有过程燃油消耗量之和（mL），s为整个循环的行驶距离（m）。经济性的模拟计算的程序流程图如图3-4所示。输入汽车参数输入工况参数读工况是否完成开始下一工况输出，结束结果开始下一工况档位选择状况判断计算等速油耗，里程计算减速里程计算加速油耗进行下一个时间间隔