整车动力性经济性计算及速比匹配优化_邓业宝
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表 2 某款乘用车动力性和燃油经济性模拟计算结果
方案 发动机
方案 1 发动机 1
方案 2
方案 3 方案 4 方案 5 方案 6
发动机 1 发动机 1 发动机 2 发动机 2 发动机 2
变速箱
变速箱 1 变速箱 2 变速箱 3 变速箱 1 变速箱 2 变速箱 3
最高车速(km/h)
187.13
184.73 186.47 195.43 202.24 203.01
百公里加速时间(s) 最大爬坡度(%)
NEDC（综合工况）(L/ 100km)
12.93 41.71 6.72
12.68 43.24 6.76
12.48 46.96
9.34 47.01
6.79
7.45
7.65
8.84
选择满足动力性经济性设计指标的发动机和变速箱匹配方 案，只有方案 3 同时满足动力性和燃油经济性设计指标要求。
该款车型在前期开发过程中有两款发动机和三种变速器方 案通过初步计算比较符合性能指标要求，通过排列组合的方式 列出 6 种方案。确定 6 种方案后，分别将这 6 种方案的发动机和 变速器数据输入到 CRUISE 软件中，通过软件的解算器快速的求 解出计算结果，这 6 种方案通过 CRUISE 软件计算得出的计算结 果如表 2 所示。
然后通过函数 Fi=Pi+k*E（i 第 i 种方案的动力性和燃油经济 性综合指标），找到较小的 Fi 即为动力性燃油经济性均较优的组 合。上面 6 种方案的计算结果通过动经系数的方法来进行评价。
Fi=Pi+k*Ei (i=1,6) 通过该方法代入上述 6 种方案后计算得到的 Fi，计算结果见 表 3。
5 动经系数评价
选择百公里加速时间作为动力性评价指标，综合循环工况 油耗作为燃油经济性评价指标，搜集目标市场上同级别 Bench-
mark 车型的百公里加速时间和综合循环工况油耗的数据，然后 用 Benchmark 车型的百公里加速时间除以 Benchmark 车型的综 合油耗（即百公里加速时间/综合油耗），得到动经系数（用 k 表 示）。动经系数 k 也就是 Benchmark 车型的动力性指标（用 PB表 示）和 Benchmark 车型的燃油经济性指标（用 EB表示）间的系数， 即 k=PB/EB。
（2）运用动经系数法可以方便快速地比较各方案的动力性 和燃油经济性匹配合理性，对动力性和燃油经济性评价指标进 行量化。
（3）以上动力总成匹配方法只适合用于对机械式手动变速 器，对于安装自动变速器的车辆不适用，装有自动变速器的车辆 可以通过变速器的换档控制策略做一步的优化来提高燃油经济 性。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000. [2]赵晓峰.动力经济性模拟计算在新车开发中的应用[C]. AVL 用户大会 论文集,2007.
1 前言
动力性和燃油经济性是汽车整车性能非常重要的两个整车 性能参数。整车动力性和燃油经济性的好坏取决于动力总成 参 数匹配即发动机与传动系匹配程度的好坏，因此发动机与传动 系参数的匹配成为整车设计中一个重要的组成部分。以往整车 的设计及改型都是依靠简单的定性分析和定量计算，依靠大量 的经验数据和反复测试，整个周期包括：经验设计计算→样车制 造→实车试验→样车修改→实车试验→样车定型。这样设计周 期长、成本高，而且在产品设计阶段使整车及各总成方案的确 定、结构参数的选取、传动系与发动机的匹配等都带有一定的盲 目性，可能会使较优的方案遗漏，进而使整车的性能不尽人意， 从而造成人财物力的浪费。
汽车的动力性能是汽车最基本、最重要的性能。对汽车动 力性的评定，主要通过分析汽车的驱动力和行驶阻力、车速与发 动机扭矩、变速器速比和主减速比、车速与发动机扭矩和转速之 间的关系来确定，目的是尽量拓展车速范围和增大牵引力，最大 限度地发挥动力总成的性能，满足复杂多变的使用条件。汽车 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，我国基本上采用一定运 行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量。随着计算机软件、硬 件技术的不断提高，用计算机技术对发动机的动力性能与燃油 经济性能进行仿真成为可能。
本文以某款乘用车开发为例，以 AVL CRUISE 软件作为仿 真平台，通过对发动机、变速器速比等相关参数进行组合匹配计 算，并且对所选速比做进一步的速比优化，完成动力传动系统的 最优匹配。（因保密原因，文中数据进行了技术处理，仅供参考。）
3 动力总成的匹配
动力总成的匹配主要是发动机和变速箱速比的匹配，进行 匹配时的整车输入参数有整车整备质量、迎风面积、风阻系数、 轮胎滚动半径、行驶阻力、发动机特性参数、变速器速比、传动效 率、循环工况和环境数据等；输出参数主要包括最高车速、加速 时间、超车时间、最大爬坡度、循环工况油耗、等速行驶油耗等车 辆动力性和燃油经济性评价指标。
力性和燃油经济性进行综合分析，得出最优的动力总成匹配方案，引入动经系数使动力性和燃油经济性综合指标进行量化，从而可以
更清晰地看出动力总成匹配的合理性，对新车型动力总成系统开发具有现实的指导作用。
【关键词】 动力性；燃油经济性；匹配优化
【中图分类号】TU601
【文献识别码】A
【文章编号】2095-3518（2013）05-63-02
在传统的车辆前期开发中，工程师通常只能凭借以往经验 对整车质量、发动机最大功率和变速器速比等参数进行粗略的 估算，或者通过试验对整车的动力性、经济性做综合评价。这种 匹配方法不仅延长了整车开发周期，增加了开发费用，也不能及 时发现设计中存在的问题。由于匹配方案较多，计算量较大，因 而较难实现动力传动系统的最优匹配。CRUISE 软件可以快速 方便地进行整车动力性和燃油经济性的模拟计算，可以对动力 总成进行多次的计算匹配选出最优动力总成组合，节约大量的 设计研发及样车验证的时间。
2 动力性和燃油经济性计算
我们使用奥地利 AVL 公司的 CRUISE 软件对整车的动力性 和燃油经济性能进行了 CAE 仿真计算分析。CRUISE 软件是一 款针对车辆动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能进行模拟 计算的分析软件，该软件具有灵活方便的模块化建模功能，可以 自由地建立任何一种配置的汽车模型。精密完善的计算器保证 了软件具有较快的运算速度。利用软件提供的各种模块（如发 动机、离合器、变速器、轮胎等），可以轻松地建立各种汽车模型， 甚至连概念车（如混合动力车或多动力源轿车）也能建模，并能 进行快速的模拟运算。
64
表 3 动经系数法求得的 6 种方案 Fi 值对比
方案 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6
Fi
25.3 25.1 24.9 25.1 25.2 25.6
通过表 3 可以很清楚地看出方案 3 的值最小、方案最优，动 力性和燃油经济性匹配最为合理。
6 结论
（1）利用 CRUISE 软件模拟分析计算能够方便快捷地实现车 辆动力传动系统的最优匹配，在车型开发初期预测整车动力性 和燃油经济性，缩短开发周期，降低开发费用。
63
表 1 某款乘用车整车动力性和燃油经济性指标
最高车速(km/h) 百公里加速时间(s)
最大爬坡能力(%) 综合油耗(L/100km)
185 12.9
42 6.9
4 匹配方案的优化
在实际的车辆开发过程中，工程师往往选择市场上已存在 的发动机、变速器、主减速器等进行动力传动系统的匹配。依据 整车的动力性和燃油经济性的要求，动力传动装置参数大致参 照以下条件进行选择：发动机功率应不小于以最高车速行驶时 行 驶 阻 力 功 率 之 和 ，一 档 的 传 动 比 应 能 满 足 最 大 爬 坡 度 的 要 求。在公司的发动机数据库和变速器的数据库中，分别选择与 上面计算值相接近的若干款型号的发动机、变速器进行多种动 力总成的匹配计算分析。
2013 年 5 月 第 5 期（总第 174 期）
轻工科技
LIGHT INDUSTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY
机械与电气
整车动力性经济性计算及速比匹配优化
邓业宝
（众泰控股集团有限公司/汽车工程研究院整车技术部，浙江 杭州 310018）
【摘 要】 阐述整车动力总成的匹配流程，论述利用 CRUISE 软件对整车动力性和燃油经济性进行模拟计算，并对整车的动
（上接第 46 页）
参考文献
[1]郭娟,刘长雄,张进.聚烯烃发泡母粒研制及生产现状与展望[J].塑料科 技,2008,(3). [2]温安华,薛平,贾明印.微发泡木塑复合材料的研究进展[J].塑料工业,
2006,(6). [3]郑小军,赵东日.ACR 对 PVC 加工性能的影响[J].聚氯乙烯,2006,(6).
汽车的动力性主要由三方面指标来评定，即汽车的最高车 速、汽车的加速时间和最大爬坡度。燃油经济性常用等速行驶 百公里燃油消耗量和循环工况（城市、郊区和综合三种工况）百 公里燃油消耗量来评价。某款乘用车开发阶段的整车动力性燃 油经济性指标要求如表 1 所示。
【作者简介】邓业宝（1981-），男，安徽人，工程师，研究方向：动力性经济性、NVH。
为响应节能降耗的国家政策，提高车辆的燃油经济性降低 整车油耗成为乘用车企业的一项重要工作。乘用车的整车性能 一般以在满足整车动力性的前提下，尽量降低整车油耗，提高燃 油经济性。以良好的燃油经济性为匹配目标，通过合理选择发 动机、变速器、主减速器等相关参数进行传动系统匹配，使整车 动力性和燃油经济性在符合相关法规的情况下，对传动系参数 进行优化设计，进一步改善整车的燃油经济性，降低油耗值。
方案 发动机
方案 1 发动机 1
方案 2
方案 3 方案 4 方案 5 方案 6
发动机 1 发动机 1 发动机 2 发动机 2 发动机 2
变速箱
变速箱 1 变速箱 2 变速箱 3 变速箱 1 变速箱 2 变速箱 3
最高车速(km/h)
187.13
184.73 186.47 195.43 202.24 203.01
百公里加速时间(s) 最大爬坡度(%)
NEDC（综合工况）(L/ 100km)
12.93 41.71 6.72
12.68 43.24 6.76
12.48 46.96
9.34 47.01
6.79
7.45
7.65
8.84
选择满足动力性经济性设计指标的发动机和变速箱匹配方 案，只有方案 3 同时满足动力性和燃油经济性设计指标要求。
该款车型在前期开发过程中有两款发动机和三种变速器方 案通过初步计算比较符合性能指标要求，通过排列组合的方式 列出 6 种方案。确定 6 种方案后，分别将这 6 种方案的发动机和 变速器数据输入到 CRUISE 软件中，通过软件的解算器快速的求 解出计算结果，这 6 种方案通过 CRUISE 软件计算得出的计算结 果如表 2 所示。
然后通过函数 Fi=Pi+k*E（i 第 i 种方案的动力性和燃油经济 性综合指标），找到较小的 Fi 即为动力性燃油经济性均较优的组 合。上面 6 种方案的计算结果通过动经系数的方法来进行评价。
Fi=Pi+k*Ei (i=1,6) 通过该方法代入上述 6 种方案后计算得到的 Fi，计算结果见 表 3。
5 动经系数评价
选择百公里加速时间作为动力性评价指标，综合循环工况 油耗作为燃油经济性评价指标，搜集目标市场上同级别 Bench-
mark 车型的百公里加速时间和综合循环工况油耗的数据，然后 用 Benchmark 车型的百公里加速时间除以 Benchmark 车型的综 合油耗（即百公里加速时间/综合油耗），得到动经系数（用 k 表 示）。动经系数 k 也就是 Benchmark 车型的动力性指标（用 PB表 示）和 Benchmark 车型的燃油经济性指标（用 EB表示）间的系数， 即 k=PB/EB。
（2）运用动经系数法可以方便快速地比较各方案的动力性 和燃油经济性匹配合理性，对动力性和燃油经济性评价指标进 行量化。
（3）以上动力总成匹配方法只适合用于对机械式手动变速 器，对于安装自动变速器的车辆不适用，装有自动变速器的车辆 可以通过变速器的换档控制策略做一步的优化来提高燃油经济 性。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000. [2]赵晓峰.动力经济性模拟计算在新车开发中的应用[C]. AVL 用户大会 论文集,2007.
1 前言
动力性和燃油经济性是汽车整车性能非常重要的两个整车 性能参数。整车动力性和燃油经济性的好坏取决于动力总成 参 数匹配即发动机与传动系匹配程度的好坏，因此发动机与传动 系参数的匹配成为整车设计中一个重要的组成部分。以往整车 的设计及改型都是依靠简单的定性分析和定量计算，依靠大量 的经验数据和反复测试，整个周期包括：经验设计计算→样车制 造→实车试验→样车修改→实车试验→样车定型。这样设计周 期长、成本高，而且在产品设计阶段使整车及各总成方案的确 定、结构参数的选取、传动系与发动机的匹配等都带有一定的盲 目性，可能会使较优的方案遗漏，进而使整车的性能不尽人意， 从而造成人财物力的浪费。
汽车的动力性能是汽车最基本、最重要的性能。对汽车动 力性的评定，主要通过分析汽车的驱动力和行驶阻力、车速与发 动机扭矩、变速器速比和主减速比、车速与发动机扭矩和转速之 间的关系来确定，目的是尽量拓展车速范围和增大牵引力，最大 限度地发挥动力总成的性能，满足复杂多变的使用条件。汽车 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，我国基本上采用一定运 行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量。随着计算机软件、硬 件技术的不断提高，用计算机技术对发动机的动力性能与燃油 经济性能进行仿真成为可能。
本文以某款乘用车开发为例，以 AVL CRUISE 软件作为仿 真平台，通过对发动机、变速器速比等相关参数进行组合匹配计 算，并且对所选速比做进一步的速比优化，完成动力传动系统的 最优匹配。（因保密原因，文中数据进行了技术处理，仅供参考。）
3 动力总成的匹配
动力总成的匹配主要是发动机和变速箱速比的匹配，进行 匹配时的整车输入参数有整车整备质量、迎风面积、风阻系数、 轮胎滚动半径、行驶阻力、发动机特性参数、变速器速比、传动效 率、循环工况和环境数据等；输出参数主要包括最高车速、加速 时间、超车时间、最大爬坡度、循环工况油耗、等速行驶油耗等车 辆动力性和燃油经济性评价指标。
力性和燃油经济性进行综合分析，得出最优的动力总成匹配方案，引入动经系数使动力性和燃油经济性综合指标进行量化，从而可以
更清晰地看出动力总成匹配的合理性，对新车型动力总成系统开发具有现实的指导作用。
【关键词】 动力性；燃油经济性；匹配优化
【中图分类号】TU601
【文献识别码】A
【文章编号】2095-3518（2013）05-63-02
在传统的车辆前期开发中，工程师通常只能凭借以往经验 对整车质量、发动机最大功率和变速器速比等参数进行粗略的 估算，或者通过试验对整车的动力性、经济性做综合评价。这种 匹配方法不仅延长了整车开发周期，增加了开发费用，也不能及 时发现设计中存在的问题。由于匹配方案较多，计算量较大，因 而较难实现动力传动系统的最优匹配。CRUISE 软件可以快速 方便地进行整车动力性和燃油经济性的模拟计算，可以对动力 总成进行多次的计算匹配选出最优动力总成组合，节约大量的 设计研发及样车验证的时间。
2 动力性和燃油经济性计算
我们使用奥地利 AVL 公司的 CRUISE 软件对整车的动力性 和燃油经济性能进行了 CAE 仿真计算分析。CRUISE 软件是一 款针对车辆动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能进行模拟 计算的分析软件，该软件具有灵活方便的模块化建模功能，可以 自由地建立任何一种配置的汽车模型。精密完善的计算器保证 了软件具有较快的运算速度。利用软件提供的各种模块（如发 动机、离合器、变速器、轮胎等），可以轻松地建立各种汽车模型， 甚至连概念车（如混合动力车或多动力源轿车）也能建模，并能 进行快速的模拟运算。
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表 3 动经系数法求得的 6 种方案 Fi 值对比
方案 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6
Fi
25.3 25.1 24.9 25.1 25.2 25.6
通过表 3 可以很清楚地看出方案 3 的值最小、方案最优，动 力性和燃油经济性匹配最为合理。
6 结论
（1）利用 CRUISE 软件模拟分析计算能够方便快捷地实现车 辆动力传动系统的最优匹配，在车型开发初期预测整车动力性 和燃油经济性，缩短开发周期，降低开发费用。
63
表 1 某款乘用车整车动力性和燃油经济性指标
最高车速(km/h) 百公里加速时间(s)
最大爬坡能力(%) 综合油耗(L/100km)
185 12.9
42 6.9
4 匹配方案的优化
在实际的车辆开发过程中，工程师往往选择市场上已存在 的发动机、变速器、主减速器等进行动力传动系统的匹配。依据 整车的动力性和燃油经济性的要求，动力传动装置参数大致参 照以下条件进行选择：发动机功率应不小于以最高车速行驶时 行 驶 阻 力 功 率 之 和 ，一 档 的 传 动 比 应 能 满 足 最 大 爬 坡 度 的 要 求。在公司的发动机数据库和变速器的数据库中，分别选择与 上面计算值相接近的若干款型号的发动机、变速器进行多种动 力总成的匹配计算分析。
2013 年 5 月 第 5 期（总第 174 期）
轻工科技
LIGHT INDUSTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY
机械与电气
整车动力性经济性计算及速比匹配优化
邓业宝
（众泰控股集团有限公司/汽车工程研究院整车技术部，浙江 杭州 310018）
【摘 要】 阐述整车动力总成的匹配流程，论述利用 CRUISE 软件对整车动力性和燃油经济性进行模拟计算，并对整车的动
（上接第 46 页）
参考文献
[1]郭娟,刘长雄,张进.聚烯烃发泡母粒研制及生产现状与展望[J].塑料科 技,2008,(3). [2]温安华,薛平,贾明印.微发泡木塑复合材料的研究进展[J].塑料工业,
2006,(6). [3]郑小军,赵东日.ACR 对 PVC 加工性能的影响[J].聚氯乙烯,2006,(6).
汽车的动力性主要由三方面指标来评定，即汽车的最高车 速、汽车的加速时间和最大爬坡度。燃油经济性常用等速行驶 百公里燃油消耗量和循环工况（城市、郊区和综合三种工况）百 公里燃油消耗量来评价。某款乘用车开发阶段的整车动力性燃 油经济性指标要求如表 1 所示。
【作者简介】邓业宝（1981-），男，安徽人，工程师，研究方向：动力性经济性、NVH。
为响应节能降耗的国家政策，提高车辆的燃油经济性降低 整车油耗成为乘用车企业的一项重要工作。乘用车的整车性能 一般以在满足整车动力性的前提下，尽量降低整车油耗，提高燃 油经济性。以良好的燃油经济性为匹配目标，通过合理选择发 动机、变速器、主减速器等相关参数进行传动系统匹配，使整车 动力性和燃油经济性在符合相关法规的情况下，对传动系参数 进行优化设计，进一步改善整车的燃油经济性，降低油耗值。
