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FD1020D6K汽车动力性及传动系统主要参数的确定和选择计算条件：1.设计对象主要是运行于城市及城乡结合部的小型载货汽车2.汽车在满载时、挂直接档在平坦良好路面上用最高车速行驶3.满载总质量m=3300kg 前轴：1115 kg（34%）后轴2185 kg（66%）4.根据前后轴荷分配的情况，选定车轮,车轮胎用6.00-14LT 8层级普通钢丝子午线轮胎5.直接档速比=1, 希望直接档的最高车速V=68km/h 直接档经济车速V＇=50km/h一、汽车发动机动力的选择1.1.后桥主减速器比初步选择对于总重3吨左右的小型载货车而言，使用的柴油发动机多为480或485系列，它们的最高转速在3000-3200，经济转速约为2150，由满载直接档经济车速V＇=50km/h估算=1 ——汽车滚动半径，===；根据公式＝＞= 0.377 n / V＇=5.25选择212加强型后桥，主减速器比=5.375，额定轴荷2500kg1.2在满足上面设定的计算条件下，直接档的最高车速V=68km/h时所需发动机的功率为PP=（+）P ——发动机功率（kw）；——传动系数，4×2单级主减速器=0.86——重力加速度，取=9.8；——滚动阻力系数，对货车取0.021；——空气阻力系数，货车在0.8—1.00之间，取0.9；A——汽车正面投影面积：=2.28m2；V——最高车速 V=68km/h；——汽车总质量=3300kg,P==此时的P为装有全部附件时测得的最大有效功率,约比发动机外特性的最大功率值低12~20%，此处取16%。
则汽车在满载、挂直接档在平坦良好路面上用V=68km/h 车速行使时，所需发动机外特性最大功率为: =P/(1-16%=29.51.2 功率为时的转速n根据直接档最高车速V的值来推算＝＞ n=V*/0.377最高车速V=68km/h——汽车滚动半径，=；——计算常数，子午线胎用3.05，斜交胎用2.99 ；——变速器直接档传动比，；——后桥传动比，；n=68×1×5.375/（0.377×0.324）=29921.3 根据外特性曲线来选定发动机：1.3.1根据直接档V=68km/h时对发动机转速、功率的要求来选择发动机n=2992=29.5常柴CZ480QA发动机外特性曲线的参数符合上述要求1.3.2 发动机在n=2992时还应提供足够的扭矩，才能满足直接档V=68km/h的要求由转矩和功率的关系可知：T=T——发动机在时应提供的扭矩（N m）；n=2992；T ==94 N m查CZ480QA发动机外特性曲线，在n=2992所能提供的扭矩T=95N m，所以发动机提供的扭矩可以满足使用要求。
汽车发动机与传动系匹配的优化方式摘要：本文在考虑变速器档位利用率时，以驱动功率损失率作为动力性评判指标，有效效率利用率作为燃油经济性评判指标，以二者的加权值作为目标函数，以确信最正确的主减速器传动比和变速器的各档传动比，试图定量反映汽车动力传动系统匹配程度，使汽车动力性和燃油经济性都能取得充分发挥。
关键词：传动比；匹配；优化方式1．问题的提出在设计和汽车改良时，当汽车的总质量、质量分派、空气阴力及轮胎转动阻力等已经确信后，如何进行发动机与动力传动系统的合理匹配，对保证汽车的动力性和燃油经济性是超级重要的。
最近几年来围绕发动机与传动系的匹配，各国学者进行很多探讨。
一样采纳汽车原起步持续换档加速时刻作为动力性评判指标，多工况燃油消耗量或实际工作区与经济工作区的接近系数作为燃油经济性评判指标，用汽车原起步持续换档加速时刻与多工况燃油消耗量或接近系数的加权值作为目标函数，而这些指标事实上是汽车大体性能指标的综合。
作为汽车动力系统的最优匹配评判指标和目标函数，应该能定量反映汽车动力传动系统匹配程度，能反映汽车动力性与燃油经济性的发挥程度，能够提出动力系统改善的潜力和可能途径，本文以驱动功率损失率作为动力性评判指标，有效效率利用率作为燃油经济性评判指标，以二者的加权值作为目标函数，试图解决上述问题。
2．汽车的动力性评判指标汽车的驱动力作用于车轮上的转矩是由发动机产生并经传动系传至驱动轮上的。
假设Ｔe表示发动机的转矩(Nm)，igj表示变速器的传动比，i０表示主减速器传动比，ηtj表示传动系各档的传动效率，rr表示驱动轮的转动半径（m），那么关于n档变速器，第j档的汽车驱动力Ftj 为发动机外特性转矩发动机制造厂提供的发动机转矩特性曲线常是实验台上未带空气滤清器、水泵、风扇、清声器、发电机等条件下测得的。
带上全数附件设备时的发动机特性曲线称为利用外特性曲线。
利用外特性曲线的功率小于外特性的功率。
一样汽油发动机利用外特性的最大功率比外特性的最大功率约小15%；货车柴油机的利用外特性最大功率约小5%；轿车与轻型汽车柴油机约小10%，在加速进程的不稳固工况下，发动机所能提供的功率一样要较稳固工况时下降5%-8%。
1 研究背景今年由国家统计局发布的相关资料显示,到2014年止我国汽车保有量达到1.5亿辆。
短短的10年,我国民用汽车的保有量从2003年的2380万辆增长到2014年的1.5亿辆。
车辆的快速增长,带来的能源紧缺和环保问题也是非常突出的。
对于物流企业来讲,货运车辆的经济性是影响物流成本的主要因素。
为了解决节能环保问题,人们在不断尝试各种新技术来改善汽车的整车动力性和经济性。
经过汽车研发人员的努力发现车辆整车动力性和经济性除了和车辆搭载的发动机性能紧密联系,同时也取决于整车动力传动系统的合理化匹配。
国内外专家对汽车发动机和传动系统的匹配问题进行了大量的研究,并开发了像AVL-Cruise、GT-SUITE这样的仿真软件。
利用这些软件可以通过仿真技术对传动系统的参数进行优化,达到提高整车性能的目的[1]。
该文就以对某载货汽车发动机和传动系统匹配优化为例,说明使用GT-DRIVE软件进行仿真辅助设计的过程。
2 建模仿真计算分析通过市场调研分析报告可以了解到关于某一市场细分的相关信息,例如:市场中某一载货汽车存在经济性不太好的问题。
为了解决市场问题,需要对该车进行进一步调研,以便确定该车的具体设计目标(假设u x ma ≥h km /115,i max ≥%30,Q z ≤km L /24)。
然后将该车发动机和传动系统进行参数匹配优化,给出理论上最为理想的传动系各部件的传动比。
载货汽车使用优化后的传动系统参数配置就可以使得该车的经济性能有所改善。
根据仿真计算分析的重点不同使用GT-DRIVE软件建模时有三种方式,即静力学、动力学及运动学模型。
分别可以进行基本性能分析、经济性分析和排放性能分析。
该文主要讨论载货汽车的经济性,所以应该选择动力学模型,它可以对汽车的行驶工况进行模拟所以能够准确仿真。
建立模型时只要根据该载货汽车的动力传递路线,再将GT-DRIVE元件库中相关的汽车元件拖入建模区并按动力传递方向进行物理连接,便可以建立所需的仿真模型。
汽车传动系参数的优化匹配研究课题分析：汽车的动力性、燃油经济性和排放特性是汽车的重要性能。
如何在保证汽车具有良好动力性的同时尽量降低汽车的油耗并获得良好的排放特性，是汽车界需要解决的重大问题。
传动系参数的优化匹配设计是解决该问题的主要措施之一。
汽车传动系参数的优化匹配设计是在汽车总质量、质量的轴荷分配、空阻及滚阻等量已确定的情况下，合理地设计和选择传动系参数，从而大幅提高匹配后汽车的动力性、燃油经济性和排放特性。
以往传动系统参数设计依靠大量的实验和反复测试完成，耗时长，费用高，计算机的广泛应用和新的计算方法的出现，使得以计算机模拟计算为基础的传动系设计可在新车的设计阶段就较准确地预测汽车的动力性、经济性和排放特性，经济且迅速。
目前国内围绕汽车传动系参数的设计和优化，主要在以下几个方面展开工作：①汽车传动系参数优化匹配设计评价指标的研究；②汽车传动系各部分数学模型的研究，特别是传动系各部分在非稳定工况下模型的研究；③按给定工况模式的模拟研究；④按实际路况随机模拟的研究；⑤传动系参数优化模型的研究；⑥模拟程序的开发和研究。
检索结果：所属学科：车辆工程中文关键字：汽车传动系参数匹配优化英文关键字：Power train；Optimization；Transmission system; Parameter matching;使用数据库：维普；中国期刊网；万方；Engineering village;ASME Digital Library文摘：维普：检索条件: ((题名或关键词=汽车传动系)*(题名或关键词=参数))*(题名或关键词=优化)*全部期刊*年=1989-2008汽车传动系统参数优化设计1/1【题名】汽车传动系统参数优化设计【作者】赵卫兵王俊昌【机构】安阳工学院,安阳455000【刊名】机械设计与制造.2007(6).-11-13【文摘】主要研究将优化理论引入到汽车传动系参数设计中，以实现汽车的发动机与传动系的最佳匹配，达到充分发挥汽车整体性能的目的。
1机械传动汽车动力传动系统参数的优化通常包括发动机性能指标的优选，机械变速器传动比的优化和驱动桥速比的优化，以下分别阐述。
7.1汽车发动机性能指标的优选方法 在汽车设计中，发动机的初选通常有两种方法：一种是从保持预期的最高车速初步选择发动机应有功率来选择的，发动机功率应大体上等于且不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和；一种是根据现有的汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有的功率。
在初步选定发动机功率之后，还需要进一步分析计算汽车动力性和燃料经济性，最终确定发动机性能指标（如发动机最大转矩，最大转矩点转速等）。
通常在给定汽车底盘参数、整车性能要求（如最大爬坡度max i ，最高车速m ax V ，正常行驶车速下百公里油耗Q ，原地起步加速时间t 等），以及车辆经常运行工况条件下，就可以选择发动机的最大转矩T emax ，及其转矩n M ，最大功率max e P 及其转速P n ，发动机最低油耗率min e g 和发动机排量h V 。
在优选发动机时常常遇到两种情况：一种情况是有几个类型的发动机可供选择，在整车底盘参数和车辆经常行驶工况条件确定时，这属于车辆动力传动系合理匹配问题，可用汽车动力传动系统最优匹配评价指标来处理。
第二种情况是根据整车性能要求和汽车经常行驶工况条件来对发动机性能提出要求，作为发动机选型或设计的依据，而这时发动机性能是未知的。
对于计划研制或未知性能特性指标的发动机性能可看作为发动机设计参数和运行参数的函数，此时，外特性和单位小时燃油消耗率可利用表示发动机的简化模型。
优选汽车发动机参数的方法: （1） 目标函数F （x ）目标函数为汽车行驶的能量效率最高。
（2） 设计变量X],,,,[max h M p e em V n n P T X（3） 约束条件1） 发动机性能指标的要求 发动机转矩适应性要求：3.1/1.1≤≤P em T T转矩适应性系数也可参考同级发动机试验值选取。
汽车发动机与传动系统的最优化匹配
裴普成李金敬黄海燕
清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室
[摘要]为满足国内整车厂匹配动力系统的需要，开发了发动机与传动系最优化匹配软件。
以最高车速、最大爬坡度、最短加速时间和最少百公里油耗为目标，建立了多目标最优化数学模型。
借助MATLAB强大的数学计算功能，灵活应用多种最优化方法，对该数学模型进行最优化求解。
该软件能够实现三种功能：1）给定发动机参数，优化匹配传动系统参数；2）给定传动系统参数，优化或调整发动机性能参数；3）反复迭代优化发动机参数和动力系统参数。
而且设计了图形用户操作界面，操作简单，容易掌握。
该软件可作为一种“傻瓜型”发动机-整车最优化匹配的计算工具。
关键词：发动机传动系优化匹配软件设计
引言
不少单位引进了整车生产技术，当将发动机更换为其它国产高性能发动机时，甚至该发动机比原装发动机的性能指标还要好，结果往往是整车性能明显下降。
原因是发动机与整车传动系统不匹配。
A是优，B是优，和在一起未必是优。
多年前，发动机与整车传动系统的匹配，一般是通过经验和试验对比的方法进行。
工作量大，效率低，成本高，效果差。
随着计算机技术的发展，最优化方法得到了迅速发展并在工程中得以广泛应用。
1972年美国通用汽车公司首先开发了汽车动力性和燃油经济性的预测程序GPSIM，此后，国外许多汽车公司相继开发了各自的优化软件，如康明斯公司的VMS、美国交通部的VEHSIM、日产汽车公司的CSVFEP、奔驰汽车公司的TRASCO等，软件中通常都含有自己产品的数据库，因此一般仅供内部使用。
近年来，也出现了一些通用的最优化软件，如GT-Frontier、LMS-optimization等，而这些软件用于汽车发动机与传动系统的匹配又显得不够专用，需要用户自己建立数学模型，只有专业人员才能掌握使用方法。
为满足整车单位的需求，本文以目前较为普及的MATLAB为平台，建立了发动机与整车传动系统匹配的最优化数学模型，采用多种最优化方法联合求解技术，开发了一个拥有友好操作界面的专用软件，可作为发动机-整车匹配的一个计算工具，操作简单，掌握容易。
使用该软件，可以快速实现发动机与整车传动系统的最优化匹配，而且在样车制造前就能准确地预测汽车动力性、燃油经济性等方面的性能。
1. 最优化模型
汽车的性能优化目标通常是最高车速、最大爬坡度、最少燃油消耗和最短加速时间，往往约束条件也较为复杂。
对于这样的多目标最优化问题，通常采用权重系数法处理多目标的关系。
1.1 优化传动系统
在发动机参数一定情况下，要确定传动系统的参数，包括主传动比和变速箱各档传动比。
最优化数学模型为：
01212311224max 0111[...]max ()max ()min ()min ()..()(,)(cos sin )/01.10,(1,2,)
0.90
e T m h e e e T k k k k X i i i i F X V F X F X k T k T F X Q
s t M f n g f n p G f M i i r i k m i i i αααη++⎧=⎪
=⎪⎪=⎪
=+⎪⎪=⎪⎪=⎪
=⎪
⎨
+-⋅⋅⋅≤⎪⎪⎪-⋅≤=⎪⎪
⎪⋅≤⎪⎪
⎪⎪⎩
L M M (1.1)
式中V h 、α、T 1、T 2和Q 分别是车速、爬坡度、0-100km/h 加速时间、40-80km/h 加速时间、百公里油耗，k 1和k 2是两个加速时间的权重系数。
在最优化模型中，m 是变速箱档数，G 是整车质量，f 是汽车滚动阻力系数，ηT 是变速箱效率，r 是车轮半径。
此模型以主传动比i 0和变速箱1档、2档、3档等的传动比（i 1、i 2、 i 3等）为设计变量，等式约束条件包括发动机外特性的转矩曲线和负荷特性的比油耗曲线，转矩M e 是发动机转速n 的函数，比油耗g e 是发动机转速n 和平均有效压力p e 的函数。
不等式约束条件包括爬坡防滑条件和变速箱速比关系条件等。
优化得到的主传动比和各档传动比参数，还要通过对应齿轮的齿数化整后再做调整。
1.2 优选或调整发动机
在传动系统的参数一定情况下，要确定发动机参数，包括最大功率及其对应转速、最大转矩及其对应转速等，从而优选或调整发动机参数。
最优化数学模型为：
max max min
1
2
31122
4
0101
2
max0
0max
[]
max()
max()
min()
min()
..[,,...][,,...]
21.15
T
e M e N e g
h
m m
e m T D a
X M n N n g n
F X V
F X
F X k T k T
F X Q
s t i i i c c c
M i i C A v
D G
r
α
η
⎧=
⎪
=
⎪
⎪=
⎪
=+
⎪
⎪
=
⎨
⎪=
⎪
⎪⎡⎤
⎛⎫
⋅⋅⋅⋅⋅
--≤
⎪⎢⎥
⎪
⎪⎝⎭
⎣⎦
⎪
⎩M
(1.2)
式中M emax和n M分别是发动机外特性最大转矩及其对应转速，N emax和n N分别是发动机最大功率及其对应转速，g emin和n g分别是发动机外特性最低比油耗及其对应转速，D0max是汽车最高档动力因数的下限值，C d是汽车的空气阻力系数，A是汽车的迎风面积，v a是汽车行驶速度。
约束条件包括给定的传动系统参数和汽车驱动力基本要求条件，还有常用工况经济负荷要求、常用工况经济车速等约束条件。
2. 软件及操作界面
2.1 软件
以MATLAB为平台，编制了计算软件和操作界面。
软件程序中最优化路线如图1，寻优过程是一个逐步逼近的迭代过程，优先选用惩罚函数法的最优化方法，当出现发散现象时改用复合型法，而且结合最速下降法和共轭梯度法以提高求解速度。
图2是主程序流程，能够实现“输入保存参数”、“计算传动比”、“优选发动机”、“计算整车性能”四种功能。
这四种功能既可以独立运行，即进行完每一种功能的运算以后再返回本界面，又可以自动串联运行，从而达到以下目的：
1）给定发动机参数，优化匹配传动系统参数；
2）给定传动系统参数，优化或调整发动机性能参数；
3）反复迭代优化发动机参数和传动系统参数。
图1 最优化路线图2 主程序流程
2.2 操作界面
在MA TLAB中打开主界面对话框，如图3所示。
在此对话框中，点击“计算模拟”按钮，即可以进入图4参数输入界面，点击退出按钮则结束对话框。
图3 动力系统最优化匹配主界面图4 参数输入界面
图5 优选发动机界面图6 整车性能最优化界面
图7 动力性和车速匹配效果
在参数输入界面，可以把发动机性能参数或传动系统参数输入进去，同时可以选择已有的整车基本参数或添加整车基本参数，并要求给定多目标最优化的权重系数。
点击“拟合曲线”按钮可以查看拟合后的转速-转矩的外特性曲线和转速-燃油消耗率曲线。
点击“计算传动比”按钮，则进入计算传动比界面。
点击“优选发动机”按钮，则进入图5所示的优选发动机界面。
点击“整车性能”按钮，则进入图6所示的整车性能最优化界面。
此外，还可以
给出较为直观的整车动力性和车速情况匹配图，如图7所示。
计算过程在后台进行，而所有操作都在直观的界面上进行，计算结果也显示在界面上。
3. 应用实例
某单位要为“小王子”车型选换发动机，并且目标发动机为1.3L汽油发动机，计划针对该发动机匹配传动系统。
整车参数和发动机参数如表1所示。
表1：整车参数及发动机参数
首先客户给出了一个传动系统的初步参数方案，随后我们利用最优化软件进行计算，得出了优化方案，如表2所示；利用此优化软件，计算了原车方案、客户方案以及优化后方案的整车性能，如表3所示。
优化后，与原车性能对比，整车最高车速和最大爬坡度明显提高，同时加速时间大大缩短，40-80km/h加速时间比原车改善21.08％。
其动力性匹配效果示于图7，最高车速可达到175km/h。
表2：三种匹配方案
表3：三种方案匹配结果比较
4. 结束语
为满足国内整车单位需求，用MA TLAB语言编制了一套发动机与整车传动系统最优化匹配的专用软件。
随着这套软件的应用，其车型数据库将不断扩大，从而优化匹配的整车性能预测结果必定能越来越准确。
该软件克服了其它通用型最优化商业软件的弊端，不需要用户编制数学模型，可作为一种“傻瓜型”发动机-整车最优化匹配的计算工具。
参考文献
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[2]葛安林，吴锦秋，林明芳. 汽车动力传动系统参数的最佳匹配.汽车工程,1991.1
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[4]何仁.汽车动力性燃料经济性模拟计算方法及应用.机械工业出版社,1996
[5]张俊智.关于发动机动态试验台方案及汽车动力系统性能仿真的研究.博士后研究报告,清华大学，1999。
