基于能量流的汽車發(fā)動機與傳動系匹配

1、ISSN16748484CN115904U汽車安全與節(jié)能學報2015年第6卷第1期JAutomotiveSafetyEnergy2015Vol.6No.1基于能量流分析的汽車發(fā)動機與傳動系匹配楊翔宇1，王剛1，韓宗奇23，周榮寬1（1.重慶理工大學車輛工程學院，重慶400050，中國；2.清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，北京10084，中國；3.燕山大學車輛與能源學院，秦皇島066004，中國）摘要：以整車設(shè)計的動力性和經(jīng)濟性為目

2、標，提出了一種新的汽車發(fā)動機與傳動系的匹配方法。根據(jù)發(fā)動機性能與汽車動力性的要求，選擇發(fā)動機額定功率及其相關(guān)參數(shù)。從能量流角度，分析了汽車行駛時發(fā)動機總能量和汽車各系統(tǒng)的能量需求。在美國環(huán)境保護署(EPA)測試程序工況下進行動力學分析，采用經(jīng)驗公式計算循環(huán)耗油量，并以此作為經(jīng)濟性的設(shè)計要求，仿真描繪了發(fā)動機的性能曲線。結(jié)果表明：最高車速為198.5kmh，直接檔的最大動力因數(shù)為0.463，一檔的最大爬坡度0.46，0到100km的加速時

3、間為9.8s，循環(huán)油耗量為9.74L（100km）。因此，本匹配方法是合理的。關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機；汽車傳動系；匹配；能量流；動力性；經(jīng)濟性中圖分類號：U462.31文獻標識碼：ADOI:10.3969j.issn.16748484.2015.01.xxMatchingbetweentheautomotiveenginetransmissionsystembasedonenergyflowanalysis(YANGXiangyu1WANG

4、Gang1HANZongqi23ZHOURongkuan1)(1.ChongqingautomobileinstituteChongqingUniversityofTechnologyChongqing400050China2.StateKeyLabatyofAutomotiveSafetyEnergyTsinghuaUniversityBeijing10084China3.CollegeofVehiclesEnergyYanshanU

5、niversityQinhuangdao066004China)Abstract:Anewschemewasproposedfmatchingbetweenenginetransmissionsystemwiththepowerperfmancefueleconomyofanautomobilebeingasmatchingobjectivewiththeengineratedpowerotherrelevantparametersbe

6、ingasgivenparametersaccdingtothedemoftheautomobilepowerperfmanceengineperfmance.Totalengineenergyrequirementsvarioussystemenergyrequirementswereanalyzedbyusingenergyflow.Automobiledynamicsanalysiswasdoneunderwkingconditi

7、onsbasedontheU.S.EnvironmentalProtectionAgency(EPA)TestProceduretocalculatecirclefuelconsumptionusingempiricalfmulaswiththefuelconsumptionbeingasdesigneconomyrequirementswiththeperfmancecurvesdescribingengineperfmances.T

8、heresultsshowthatthemaximumspeedis198.5kmhthemaximumpowerfactis0.463themaximumgradientis0.46theaccelerationtimeis9.8swhenacceleratingfrom0to60kmthefuelconsumptionis9.74L(100km).Therefethematchingmethodisreasonable.Keywds

9、:automotiveenginetransmissionsystemmatchingenergyflowpowerPerfmanceseconomyefficiency收稿日期Received：20140828基金項目Supptedby：重慶市教科委科技項目(KJ080619)第一作者Firstauth：楊翔宇（1953－），男（漢），重慶，教授。Email:yangxiangyu@cqut.第二作者Secondauth：王剛（198

10、5－），男（漢），湖北，碩士研究生。Email:764961562@121390—96汽車安全與節(jié)能學報922015年第6卷第1期值增大，發(fā)動機的適應(yīng)性增強，動力性降低。1.2.2汽車動力性指標約束條件1）最大爬坡度要求（9）式中：rd為車輪半徑；amax為汽車的最大爬坡；ig1為變速器一檔傳動比；i0為主傳動比。2）最高車速要求（10）即（11）式中：up為發(fā)動機最大功率對應(yīng)的車速，kmh；imax為變速器最高檔傳動比。3）直接檔動力

11、性要求（12）式中：D0max為直接當最大動力因數(shù)。4）汽車加速性能的要求原地起步連續(xù)換檔加速時間t不得大于要求值t0~60。（13）5）地面附著條件在確定最低擋動力因數(shù)后還應(yīng)該校核附著條件，即最大牽引力必須小于或等于汽車在地面上的附著力。最低擋驅(qū)動輪附著條件為：（14）式中：Fzφ為附著力；φ為附著系數(shù)。6）發(fā)動機排量的要求（15）式中：Ph、Pl為發(fā)動機體積功率的統(tǒng)計上、下限值；Vh為發(fā)動機排量。2建立發(fā)動機的數(shù)學模型為建立未知實驗

12、數(shù)據(jù)的發(fā)動機，本文采用發(fā)動機性能特性的簡化模型。汽油機性能特性可以看作是汽油機性能特性指標和運行參數(shù)的函數(shù)[8]，在已知TP、Temax、np、np的情況下，發(fā)動機的機轉(zhuǎn)矩外特性曲線和功率特性曲線數(shù)學表達式可表示為：（16）（17）其中，a、b的值見表1。表1相關(guān)參數(shù)ab汽油機11柴油機0.871.133能量流分析從汽車在(EPA)循環(huán)工況下行駛時能量需求的角度出發(fā)，沿能量流動的方向?qū)Πl(fā)動機提供的總能量和車輛系統(tǒng)(從發(fā)動機、傳動系、車輪

13、以及汽車相關(guān)輔助部件)各部分能量的消耗進行分析。在此基礎(chǔ)上計算出在該循環(huán)工況下的綜合燃油消耗量，以此作為整車燃油經(jīng)濟性指標，對發(fā)動機的燃油消耗性能提出要求。3.1工況在美國聯(lián)邦環(huán)境保護局(EPA)測試規(guī)定中，測試工況的綜合燃油消耗量，是由城市循環(huán)工況平均燃油消耗量和高速路循環(huán)工況燃油消耗量的加權(quán)值組成的。（18）3.2總的能量及發(fā)動機能量損失分析在對總能量進行分析之前，有必要知道發(fā)動機提供的能量隨動力輸出過程的消耗情況。隨著發(fā)動機的動力