汽车变速器参数优化选择流程和方法

孟德伟　蒋孝渊　邓庆斌

【摘 要】本文阐述了某款机械式变速器在整车匹配中速比等参数优化选择的依据，首先介绍了速比优化方案开发流程，然后结合CAE分析详细介绍了动力性经济性平衡点选择、工况油耗和挡位油耗分布图、驱动力与行驶阻力分布图、挡位行驶性能评估图、加速性能评估图、坡度和高原起步性能评估图等方面的内容，使得整车性能目标达到较好的平衡点。

【关键词】汽车变速器；参数优化

【Abstract】This paper describes the basis of selection of ratio optimization scheme. First introduced the development process of ratio optimization scheme， and then introduces the dynamic economic equilibrium point selection， fuel consumption and gear oil consumption distribution map， driving force and running resistance distribution graph， gear driving performance evaluationchart acceleration performance evaluation chart， slope and plateau starting performance evaluation chart and other aspects combined with CAE analysis， which makes the vehicle performance targets to achieve a better balance point.

【Key words】Vehicle transmission；Parameter optimization

0.前言

在汽车产品开发过程中，一旦整车的重量、发动机、轴荷分配、轮胎、造型等参数确定后，传动系速比的选择对整车性能的影响是极其重要的。为保证汽车的动力性和经济性技术指标，需要合理选择和配置变速器各挡位速比，使整车性能达到最佳平衡点。

1.变速器速比参数优化选择开发流程

变速器速比参数优化选择开发流程图可如下图1所示。速比的选择的流程可简单概括为“目标设定——CAE仿真分析计算——速比确认”三个主要方面，目标设定要对市场车型进行调研并对竞品车型的动力总成参数进行竞品分析，同时还需要实时了解国家法规政策。CAE仿真分析计算是基于已有的整车参数及发动机参数进行的，具体包括车重、轮胎滚动半径、发动机特性、风阻系数、车辆迎风面积等参数输入，结合合理的变速器速比分配对整车的动力性能和经济性能进行评价，后期通过实车基本性能测试对仿真分析结果进行校验，修正模型后再反复进行实车评价，最终确认速比選择方案。

2.变速器速比参数选择对整车性能的影响因素

2.1动力性经济性平衡图

变速器速比的取舍过程实际上就是整车动力性和经济性的平衡过程，动力性经济性平衡图如图2所示，通过模拟分析可计算出七种方案下的整车百公里加速时间和NEDC工况油耗，通过整车的开发目标对变速器速比进行最终的选择，因此从动力性经济性平衡图中可以得出以下两点结论：

（1）根据计算结果所处的相限，来评估整车动力经济性的取舍。

（2）速比选定时，需要考虑计算误差综合评估。

2.2工况油耗和挡位油耗分布图

随着国家法规要求日益严格，燃油消耗在整车性能开发中起着越来越重要的作用。燃油消耗可用计算法和测量法来确定，消费者实车的油耗数据与标准试验循环的油耗数据不同，这是因为驾驶风格、道路条件、交通状况、环境因素以及车辆状况与车辆装备等因素产生了不同的作用。燃油消耗受驾驶员影响较大，选择的车速和挡位决定了发动机的工作点，因而也就决定了发动机的燃油消耗。

与发动机一样，油耗特性图对于发动机、传动系和整车之间的匹配是一个重要的依据，从工况油耗和挡位油耗分布图示例分析结果可知：

（1）用NEDC排放工况评估速比参数选择是否处于合理的经济油耗区以满足中国的国家法规。

（2）用等速油耗点所分布的位置评估主减速比和五挡速比选择是否合理，以此获得优秀的城郊、高速油耗性能。

2.3驱动力行驶阻力分布图

变速器在各个不同挡位时的加速性和爬坡能力，可将每个挡位所得到的驱动力和各种不同挡位下所需的驱动力随车速的变化关系绘制在驱动力行驶阻力图中，如图3可以看出：

（1）1-2-3-4行走的线路为100公里加速时间的评估。

（2）5-6行走的线路为30-100公里加速时间的评估。

（3）7所处的位置为整车能到达的最大车速。

2.4挡位行驶性能评估图

需要结合发动机的低速性能综合评估速比的优化选择，保证换挡无“掉坑”现象出现，图4所示为挡位行驶性能评估图，可以得出以下结论。

（1）用各挡位连接线的平滑性评估速比因子选择的合理性。

（2）用整车行驶图评估换挡过程中挡位动力输出的连贯性。

（3）速比选择需要结合发动机的性能综合评估。

2.5坡度和高原起步性能评估图

坡度及高原起步性能评估图如图5所示，可以得出以下结论。

（1）平原最大爬坡性能大于30%的坡度。

（2）AT起步考虑变矩器损耗扭矩，MT考虑离合器滑摩功损耗。

3.本文结论

本文通过结合汽车整车动力、经济性能，对变速器速比参数优化选择流程、评估方法进行了详细阐述，可以得出下述几点结论：

（1）根据整车开发目标，绘制动力性经济性平衡图，根据计算结果所处的象限，来评估整车动力经济性的取舍，速比选定时需要考虑计算误差综合评估。

（2）开发前期可以通过工况油耗和挡位油耗判断合理的经济油耗区方法是可行的。

（3）用各挡位连接线的平滑性评估速比因子选择的合理性，用整车行驶图评估换挡过程中挡位动力输出的连贯性，速比选择需要结合发动机的性能综合评估。

（4）坡度和高原起步性能中，AT起步要考虑变矩器损耗扭矩，MT要考虑离合器滑摩功损耗。 [科]

【参考文献】

[1]Harald Naunheimer.汽车变速器理论基础、选择、设计与应用，2010.

[2]葛安林.车辆自动变速理论与设计.机械工业出版社，1993.