基于燃油經(jīng)濟(jì)性改善的變速器速比優(yōu)化方法

潘文軍，朱永多，蔣 政，陳富強(qiáng)，牟一今

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西柳州545005）

基于燃油經(jīng)濟(jì)性改善的變速器速比優(yōu)化方法

潘文軍，朱永多，蔣 政，陳富強(qiáng)，牟一今

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西柳州545005）

為了改善整車燃油經(jīng)濟(jì)性，而又不影響動力性前提下，提出了一種基于手動變速箱各檔位速比優(yōu)化的方法，并通過速比優(yōu)化前及優(yōu)化后仿真對比，發(fā)現(xiàn)速比優(yōu)化實(shí)現(xiàn)油耗改善1.83%.

速比優(yōu)化；燃油經(jīng)濟(jì)性改善；變速器

隨著國家油耗法規(guī)加嚴(yán)，到2020年企業(yè)平均油耗需要降到5 L/100 km以下，主機(jī)廠越來越注重油耗改善。改善油耗的常用解決方案包括小型化增壓直噴發(fā)動機(jī)、啟停、電動轉(zhuǎn)向、混合動力等，這些措施可以明顯改善油耗，卻也在不同程度上增加了整車成本，降低了產(chǎn)品市場競爭力。對于不增加成本的改善措施，一直是主機(jī)廠優(yōu)先考慮的解決方案。其中改善變速器速比，讓發(fā)動機(jī)運(yùn)行在更優(yōu)油耗區(qū)域，而又不影響整車動力性，是一項(xiàng)值得深入研究的課題。

本文以某款具體車型為例，分析了各檔位下該車型所需的驅(qū)動功率，以及驅(qū)動功率在發(fā)動機(jī)萬有特性曲線分布。通過圖形分析，判定該檔位是否有可優(yōu)化空間，從而確定調(diào)整幅度。并通過矩陣計(jì)算，選出最優(yōu)速比組合。相比毫無篩選矩陣計(jì)算，該方法大大提升了效率，達(dá)到了快速獲取最優(yōu)速比組合的目的。

本文首先通過理論計(jì)算獲取在NEDC工況下，各個(gè)檔位的功率點(diǎn)以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速點(diǎn)，然后通過作圖法，將這些轉(zhuǎn)速和功率對應(yīng)點(diǎn)描繪在發(fā)動機(jī)萬有特性曲線圖上。并對于勻速工況下的轉(zhuǎn)速功率點(diǎn)采用其他形狀，加以區(qū)分。因?yàn)檫@些勻速工況點(diǎn)會重合，密度更大，重點(diǎn)改善會更容易達(dá)到節(jié)油的效果。接下來，通過測量圖形，判定這些工況點(diǎn)應(yīng)該左移（減小速比），還是右移（增大速比），移多少（速比改變量）。最后，通過將各個(gè)檔位速比改變量，應(yīng)用到整車動力性經(jīng)濟(jì)性矩陣計(jì)算中，通過仿真結(jié)果分析，挑選出滿足動力性需求的最優(yōu)油耗速比組合。

1 整車動力學(xué)模型

本文采用的車型參數(shù)，如表1所列。

表1 整車參數(shù)表

汽車在NEDC工況行駛過程中，其受到的阻力，包括滾動阻力Ff、空氣阻力FW及加速阻力。

式中：m為整備質(zhì)量（kg）；g為重力加速度（m/s2）；f為滾動阻力系數(shù)；Cd為風(fēng)阻系數(shù)；A為迎風(fēng)面積（m2）；u2a為車速（km/h）；ax為行駛加速度（m/s2）.

2 發(fā)動機(jī)需求功率分布

為了滿足整車在NEDC工況中所需要的車速，克服整車行駛阻力，需求發(fā)動機(jī)發(fā)出相應(yīng)的扭矩與轉(zhuǎn)速。

發(fā)動機(jī)需求轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為[2]：

發(fā)動機(jī)需求扭矩計(jì)算公式為：

發(fā)動機(jī)需求功率計(jì)算公式為：P=T*n/955 0；

式中：ua為車速（km/h）；i0為主減變速速比；ig為變速速比；r為車輪滾動半徑（m）；Fz為行駛阻力（N）；ηt為傳動效率。

將原始速比對應(yīng)下，各個(gè)檔位的需求功率點(diǎn)投影到發(fā)動機(jī)萬有特性曲線中，并將等速行駛工況所需功率，用特殊符號加以區(qū)分，用于重點(diǎn)優(yōu)化考慮。以4檔和6檔發(fā)動機(jī)功率分布圖為例，具體如圖1，圖2所示。

圖1 NEDC工況4檔發(fā)動機(jī)需求功率分布圖

圖2 NEDC工況6檔發(fā)動機(jī)需求功率分布圖

從圖中可以看到，適當(dāng)?shù)臏p小4檔變速速比，增大6檔變速速比可以讓發(fā)動機(jī)處于更優(yōu)經(jīng)濟(jì)區(qū)，從而改善油耗。

3 變速器速比優(yōu)化

其他各檔位優(yōu)化方向，也可以通過各自檔位的發(fā)動機(jī)需求功率分布圖看出。通過圖形分析，確定各檔位速比優(yōu)化方向及幅度，通過矩陣計(jì)算，即可得到各個(gè)組合下的動力性、經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果。綜合考慮各檔位的速比梯度，以保證換擋平順性，則可得到理想速比優(yōu)化方案。

表2 速比優(yōu)化結(jié)果

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于NEDC循環(huán)工況，作圖分析各個(gè)檔位發(fā)動機(jī)需求功率與發(fā)動機(jī)萬有特性曲線的關(guān)系。通過圖形分析，定性地確定了各個(gè)檔位速比的優(yōu)化方向及幅度。通過定量地矩陣計(jì)算，得到各個(gè)速比組合下的動力性經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果。該方法可以大幅度的減少矩陣計(jì)算的計(jì)算量，從而更快的得到仿真結(jié)果。通過綜合考慮整車動力性、換擋平順性等各項(xiàng)指標(biāo)，在仿真結(jié)果中挑選出最優(yōu)速比組合，達(dá)到在不增加整車成本的前提下，實(shí)現(xiàn)降油耗目的。

[1]潘文軍.中度混合動力汽車再生制動模型預(yù)測控制策略[D].重慶：重慶大學(xué)，2010.

[2]余志生．汽車?yán)碚揫M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Gear Ratio Optim ization to Save FuelConsum ption

PANWen-jun，ZHU Yong-duo，JIANG Zheng，CHEN Fu-qiang，MU Yi-jin
（Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China）

In order to save fuel consumption，this paper presents a new solution for gear optimization.By comparing the simulation results between the original gear ratio and optimized ratio，it is found that the optimized gear ratio can earn 1.83%fuel consumption.

gear ratio optimization；fuel consumption improvement；transmission

U463.212

A

1672-545X（2017）04-0093-02

2017-01-11

潘文軍（1985-），男，碩士，工程師，變速器匹配開發(fā)。