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1、变速器的动力性、经济性匹配技术,中国北京 痴迷技术heichengyiji 2007年09月15日,一、变速器在整车中的地位 二、变速器装配尺寸匹配 三、可靠性匹配 四、动力性、经济性匹配,目 录,1）功率平衡,档位不同时车速的范围不同，但是功率的大小不变，只是各档的功率曲线对应的车速位置不同。低档时车速低，速度变化区域窄；高档时车速高，所占速度变化区域大。 滚动阻力功率在低速时近似为直线，而在高速时是二次曲线（低速、货车！） 空气阻力功率曲线为三次函数 在低速时以滚动阻力功率为主，而在高速时以空气阻力功率为主。,四、动力性、经济性匹配,1、汽车变速器的由来,都是活塞式内燃机惹的祸，它的动力特
2、性不是很适用于汽车，因为在低速时功率小，P=FV，提供的驱动力小，满足不了起步和爬坡的需要。 等功率发动机的性能是最理想的。 车辆装上变速器后可大大改善其动力性能，使其接近于等功率发动机特性。采用变速器后使汽车有可能在低速时产生大的驱动力。变速器主要是减速器，为了改善汽车低速时的动力性能。减速增转矩，使车速有可能在发动机大功率高转速的时候比较低。变速器是活塞式内燃机的臂膀，研究变速器就必须要熟悉发动机的动力特性，使变速器更好的弥补发动机动力性能的不足。,活塞式内燃机的特性曲线,装有各种发动机的汽车功率平衡对比,装有活塞式内燃机和5档变速器的汽车功率平衡,四、动力性、经济性匹配,2）内燃发动机特
3、性缺陷和弥补方法,举几个极端情况下的例子来说明变速器匹配和整车动力性之间的关系： a、小马拉大车 配置特点： 小发动机、多档变速箱（获得大的低档速比） 优点： 车辆采购成本低，运营经济性好 缺点： 车速低，发动机经常处于高负荷状态，降低寿命。 P=FV，最高速度；最高档的最高转速，功率不一定是最高，为什么呢，因为只需要克服阻力功率，而阻力功率已经达到最大了，它小于发动机能够发出的功率，发动机有这种自适应性。,四、动力性、经济性匹配,2、变速器与整车动力性,b、大马拉小车 美国克莱斯勒汽车公司的“道奇.战斧”四轮摩托车，它的自重680千克、车长超过2.5米、宽度约70厘米、高度1米；装有10缸、
4、总排气量为 8.3L、功率为500马力的 Viper V 10发动机。理论上，在2.5秒内能加速到96.5千米小时，最高时速可达643.6千米。 理论上最高车速可以很高，但是轮胎、轴承等零部件达不到要求，路面也可能不适合。,战斧,四、动力性、经济性匹配,发动机自适应： 不换档时，当汽车遇到阻力增大的工况时，发动机会自动向着扭矩输出增大的方向变化，见右侧发动机扭矩、功率曲线（节气门全开）。对应这个性能有发动机适应性系数。 变速器适应： 当汽车遇到阻力增加很大的时候，发动机减速增扭满足不了动力需求，这时就需要变速器降档、增扭矩来适应.,四、动力性、经济性匹配,1）、变速器与发动机的配合,保证汽车以
5、尽可能大的加速度行驶。,四、动力性、经济性匹配,2）动力性换档时刻选择,动力性换档规律 为了保证汽车的动力性，应使汽车在较低的档位行驶。 换档点的选择问题，应该在两档车速驱动力曲线相交时刻换档。 在保证动力性的换档程序中，以驱动轮上驱动力的大小来判断相邻两个档位之间是否有交叉点。,四、动力性、经济性匹配,2、变速器与整车燃油经济性,P,up2,3,2,1,up1,up3,1）最高档的选择： 曲线1，最高档传动比最小，燃油经济性最好，但动力性最差。最高档油门踩到底也不能达到发动机的额定转速。 曲线2，最高档传动比居中，燃油经济性和动力性居中。最高档油门踩到底刚好可以达到发动机的额定转速。 曲线3
6、，最高档传动比最大，燃油经济性最差，动力性最好。最高档油门踩到底可以达到或超过发动机的额定转速。 对一辆既定的车来讲，曲线2 最高车速最大。,ua,uamax3,uamax2,uamax1,四、动力性、经济性匹配,2）各个档位速比分配： 汽车在实际行驶时，货车高档位使用率90%以上。为了合理利用有限的档位，使汽车具有良好动力性和燃料经济性，将传动比间隔由低档到高档逐渐减小的偏等比级数分配各档传动比，使变速器在不同档位工作时发动机的转速范围不同。低档时转速范围宽，而高档时窄，使高档两档之间的重合区域增大。当汽车高速行驶变速器在高档之间换档时，发动机功率下降较小，在发动机工作区内平均功率较大。 就
7、燃料经济性，高档之间的传动比间隔减小，增加了发动机在经济区工作的可能性，可降低燃料消耗量。,5,10,15,35,40,45,50,20,25,30,P/KW,ua,a,b,c,uamax,up,ua,节气门部 分开启,Pe,车速ua=发动机转速n (0.377r)/(igi0),四、动力性、经济性匹配,四、动力性、经济性匹配,3）多档箱的应用： 1、速比级差小，不管是否在经济区域，换档时发动机功率降低幅度小，整体负荷率高，而负荷率在80-90%的较高范围内发动机的燃油消耗率是最低的。 2、各档之间的传动比间隔减小，增加了发动机在经济区工作的可能性，可降低燃料消耗量。,5,10,15,35,4
8、0,45,50,20,25,30,P/KW,ua,a,b,c,uamax,up,节气门部 分开启,Pe,车速ua=发动机转速n (0.377r)/(igi0),四、动力性、经济性匹配,4）经济性换档时刻选择,例如一辆汽车在某道路上以一定车速ua行驶，需要发动机提供功率Pe。发动机可以在n0、ne、n1、n2多种转速及相应的多种负荷率工作，但只有在Pe水平线与A2A3的交点处工作，即转速为ne和大致为90%负荷率工作时，燃油消耗率b最小。,最低燃油箱耗率曲线,四、动力性、经济性匹配,经济性换档时刻选择,利用阻力功率反推求得发动机输出功率：,四、动力性、经济性匹配,汽车在一定的道路条件下按一定的工
9、况行驶时，某时刻所需驱动功率一定，传动效率变化很小。汽车行驶的燃油消耗量与发动机的比油耗成正比。在经济性换档程序中，以发动机的比油耗作为换档判别依据，保证汽车总是以使发动机比油耗最小的档位行驶。在汽车运行工况中，速度是时间的连续函数，因此在经济性换档程序中，考虑了当前档i以及i+1和i-1档的经济性，从这三个档位中选取比油耗最小的档位作为该时刻变速器的工作档位。,四、动力性、经济性匹配, 在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃油经济性时所使用的发动机功率是不同的。 前者使用是发动机的外特性。即,后者利用阻力功率反推求得发动机输出功率,前者主动，后者被动。,四、动力性、经济性匹配,3、
10、动力性与燃油经济性对比,4、MT变速器总结,四、动力性、经济性匹配,MT必须和离合器结合才能正常工作，离合器在0-5Km/h的整车速度提高过程中发挥了重要的作用，可以说起到了低速变速的作用，弥补了MT低速变速的缺陷。 很大的低速档速比出色的起步能力，更大的拖挂总质量，更大的爬坡度，更长的离合器寿命。 选用超速档可以实现“齿轮快发动机运行慢” 的燃油经济性模式，还使动力传动系统承受扭矩降低。 选用多档箱可使汽车的经济性进一步降低。 另外变速器的选用还关系到汽车噪音和乘坐舒适性等。,5、CVT 假设一个MT变速器一档和最高档速比分别与一个CVT的最大速比和最小速比相等，那么这两个变速器装在同一辆车
11、上的功率平衡图如下所示。因CVT的速比变化是连续、无级的，所以发动机的功率不用降低，动力没有中断。,5,10,15,35,40,45,50,20,25,30,P/KW,50,100,ua,a,b,c,150,uamax,up,ua,节气门部 分开启,Pe,5,10,15,35,40,45,50,20,25,30,P/KW,ua,Uamax= up,Pe,MT,CVT,CVT变速器车辆的功率曲线在两个极限之间有无数种可能（整个阴影区域），是一个面，而不是几条线。这为汽车拥有最佳的动力性和经济性创造了条件，可以选择发动机一直在动力性最好的状态工作，也可以一直在经济性最好区域工作。,四、动力性、经济性匹配,0,Ft,ua,6、液力变矩器 为什么叫变矩器而不叫变速器呢？它的变矩比是有一个极限值的，而变速则无级并且速比可以无限大（例如在坡上踩着一点油门停车的时候）。CVT的无级变速速比范围则小的多。,装有三档分级式变速器,装有带液力变矩器两档变速器,AT与MT的驱动力行驶阻力平衡图比较,液力变矩器的突出优点是低速性能好，可以使汽车以极低的速度行驶，从汽车速度为零时就可以连续不断的发出驱动力起步平顺无冲击。 液力变矩器的缺点是传动效率低，导致其在高速时的驱动力不如MT。现代采用高速档锁止离合器已能解决这个问题,四、动力性、经济性匹配,
