整车匹配大柴

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1、发动机与汽车整车性能匹配吉林大学汽车学院吉林大学汽车学院2004.5一、概述一、概述n1。目的：。目的：n 使发动机的性能和整车性能达到最佳使发动机的性能和整车性能达到最佳n 或合理选用发动机，保证汽车性能最佳或合理选用发动机，保证汽车性能最佳n汽车性能：动力性、经济性；汽车性能：动力性、经济性；n 排放特性排放特性n 舒适性舒适性n 安全性安全性n 操安性等操安性等n上述性能与动力源、传动系、悬挂等直接有关上述性能与动力源、传动系、悬挂等直接有关n所以，需合理选配各系统的技术参数。所以，需合理选配各系统的技术参数。2。汽车动力传递的途径：。汽车动力传递的途径：n发动机发动机离合器离合器变速器

2、变速器传动轴传动轴主减速器主减速器差速器差速器半轴半轴轮胎轮胎。n发动机发动机：性能：速度特性，万有特性：性能：速度特性，万有特性n 类型：汽油机、柴油机、类型：汽油机、柴油机、CNG、LPGn EV、HV、FCV、H2等等 n 发动机性能适用范围取决于传动系发动机性能适用范围取决于传动系n传动系传动系：根据汽车行驶要求选择发动机的性能；：根据汽车行驶要求选择发动机的性能；n 正确传递动力。所以，要求正确传递动力。所以，要求n离合器离合器：有足够的扭矩容量：有足够的扭矩容量Tc，或后备系数或后备系数。=maxecTTn 离合器的类型：离合器的类型：图5-12 干式摩擦片结构摩擦片径向弹簧 阻尼

3、弹簧铆钉从动盘铆钉输出输入铁粉磁路驱动盘 从动盘工作面电刷环形电极摩擦片式摩擦片式液力式液力式电磁式电磁式ZRfFTcc=222BLDKT=：铁粉末摩擦系数：铁粉末摩擦系数B：磁束密度磁束密度D:直径，直径，L：宽度宽度n变速器变速器：足够的变速范围：足够的变速范围挡位数及速比。挡位数及速比。n 在发动机万有特性上有选择的余地。在发动机万有特性上有选择的余地。n 实际上受结构的限制。实际上受结构的限制。n 类型：有极变速器类型：有极变速器MT、ATn 无极变速器无极变速器CVT 驱动轮从动轮图 5-36 皮带式 CVT图 5-37 金属带式 CVT断面图环楔单位：mm0.2mm张(a)金属带结

4、构(b)金属带传动原理n牵引油膜牵引油膜CVT变矩器前后进切换机构前后进切换机构驱动转子输出轴轴输出盘输入盘油压控制控制单元油泵挡位操纵杆发动机传动轴图5-39 牵引油膜式CVT工作原理 输入盘 驱动转子 变速比=10rr 输入 输出 输出盘 凸耳 盘与转子 的接触点1r0r从动侧押紧力N驱动力驱动侧 牵引力T 牵引油（b）动力传递原理n传动轴传动轴：万向节：万向节n主减速器主减速器：FR型型伞形齿轮伞形齿轮n FF型型螺旋齿轮螺旋齿轮n 主减速比：扭矩放大效果；主减速比：扭矩放大效果；n 尺寸紧凑尺寸紧凑n 差速器：差速器：coscossin112212=MM二、整车性能参数选择的内容二、整

5、车性能参数选择的内容n1。发动机的选择。发动机的选择n2。变速器及速比的选择。变速器及速比的选择n3。主减速比的选择。主减速比的选择n4。轮胎的选择。轮胎的选择1。发动机的选择。发动机的选择n发动机的类型：发动机的类型：n 排放法规的要求，排放法规的要求，n 经济性经济性/动力性要求，动力性要求，n 社会市场的要求社会市场的要求n发动机的功率的选择：发动机的功率的选择：n根据汽车行驶原理，总阻力：根据汽车行驶原理，总阻力：n +=jFiFWFfFFn 汽车最高车速要求，按下式选择发动机汽车最高车速要求，按下式选择发动机的功率。即的功率。即n n)15.213600(13maxmaxkWvACv

6、WfNeaDa+=it 大最高车速直接档最大爬坡能力最大爬坡能力IIIFfit 小0=qmaxq瓆qIVit 大直接档最大爬坡能力最大爬坡能力IIIIIIamaxvFfit 小0=q0=qmaxqmaxqvaM后备功率瓆q瓆qIV2。传动系参数的选择。传动系参数的选择n1）最小传动比：最高挡）最小传动比：最高挡=直接挡时，直接挡时，n 最小传动比为：最小传动比为：n 最高挡最高挡=超速挡时，超速挡时，n 最小传动比为：最小传动比为：Kotiii=otii=minminKotiii=n在选择最高挡时，主要考虑以下几方面因在选择最高挡时，主要考虑以下几方面因数：数：na）应考虑汽车最高挡的爬坡能力

7、和加速应考虑汽车最高挡的爬坡能力和加速能力。即具有足够的能力。即具有足够的最高挡最大动力因数最高挡最大动力因数。即即n n ：最高挡时发动机最大输出扭矩点的：最高挡时发动机最大输出扭矩点的 n 转速转速nM 所对应的车速。所对应的车速。aMvWvACriTDaMDttqM/)15.21(2minmax0=nb）从传动装置和发动机性能合理匹从传动装置和发动机性能合理匹配角度确定最高变速比，由道路情况配角度确定最高变速比，由道路情况选定选定io和和r后；使最高挡行驶于平路时后；使最高挡行驶于平路时的的牵引功率曲线与发动机外特性曲线牵引功率曲线与发动机外特性曲线相交于最大功率点相交于最大功率点。即。

8、即2maxmax)377.0(15.2196.7okDokheiirnACWfriiiVp+=2）最大传动比的选择）最大传动比的选择n最大传动比最大传动比=最低挡最低挡iI：n确定确定iI时主要考虑：时主要考虑：n 汽车最大爬坡度；汽车最大爬坡度；n 附着力；附着力；n 汽车最低稳定车速。汽车最低稳定车速。n一般最大传动比：一般最大传动比：oItiii=maxn最大传动比的确定方法有以下三种：最大传动比的确定方法有以下三种：na）根据最大爬坡度确定一挡速比：根据最大爬坡度确定一挡速比：n汽车爬坡行驶时，车速不高，故忽汽车爬坡行驶时，车速不高，故忽略空气阻力，则最大牵引力为略空气阻力，则最大牵引

9、力为n又因为：又因为：maxmaxifKFFP+riiMePoIKmaxmax=maxcosqfWFf=maxmaxsinqWFi=n所以，所以，n即即 n其中，其中，n ：最大道路阻：最大道路阻力系数力系数maxmaxmaxmax)sin(qq=+WfconWriiMeoIoIiMerWimaxmaxmaxmaxmaxsincosqq+=fb）根据驱动轮的附着力确定一挡速比根据驱动轮的附着力确定一挡速比n 汽车行驶时为了使驱动轮不打滑，必须汽车行驶时为了使驱动轮不打滑，必须使驱动力小于或等于驱动轮与路面之间的使驱动力小于或等于驱动轮与路面之间的附着力。即附着力。即n =0.50.6：道路附着

10、系数，：道路附着系数，nN:驱动轮垂直（法向）反力。驱动轮垂直（法向）反力。nh：汽车满载时质心高度汽车满载时质心高度IiNriiMoIemaxLWshxconN)sin(qq+=n :后轮驱动时后轮驱动时:n a、b：车质心到前后轴距车质心到前后轴距n 前轮驱动时前轮驱动时:n L：汽车前后轮轴距汽车前后轮轴距n 全轮驱动时全轮驱动时:n 1,=sbx0,=sLxsx,1,+=saxn由此确定的第由此确定的第1挡速比为挡速比为nc）根据最低稳定车速确定第一挡速根据最低稳定车速确定第一挡速 比比n 对于越野车为了保证在松软路面上的地面附对于越野车为了保证在松软路面上的地面附着力，需保证汽车能在

11、极低车速下稳定行驶。着力，需保证汽车能在极低车速下稳定行驶。n设最低车速为设最低车速为vamin，则第一挡传动比为则第一挡传动比为oeIiMrNi=maxIiiivrnioaI=minmin377.0nr ：车轮滚动半径；车轮滚动半径；nmin：发动机最低转速；发动机最低转速；：动力分配装置的低挡传动比。：动力分配装置的低挡传动比。n 由上述三个条件所确定的第一挡传由上述三个条件所确定的第一挡传动比不相等时，取其中最小值。动比不相等时，取其中最小值。in3）各挡传动比的确定）各挡传动比的确定n最高挡和最低挡确定之后，一般，相邻最高挡和最低挡确定之后，一般，相邻挡之间按几何级数公比变化。即挡之间

12、按几何级数公比变化。即n 式中，式中，：n为几何公比，为几何公比，nk：变速器的挡数变速器的挡数n但这种几何级数公比法并不代表最佳的但这种几何级数公比法并不代表最佳的挡位分配挡位分配qiinn=+1)1(minmax/=kiiq3、主减速比的确定、主减速比的确定n单级主减速器：传动比过大，影响通过单级主减速器：传动比过大，影响通过性。过小扭矩放大倍数不够，变速器负担性。过小扭矩放大倍数不够，变速器负担重。重。n一般，一般，n双级主减速器：提高传动比双级主减速器：提高传动比7.65.30=i1060=ini0的选定：的选定：a.动力性和经济性的要求；动力性和经济性的要求；n b.相啮合齿轮的齿数

13、间没有相啮合齿轮的齿数间没有公约数，保证主、从动齿轮的各齿之间公约数，保证主、从动齿轮的各齿之间都能啮合，起到自动磨合的作用；都能啮合，起到自动磨合的作用；n c.大小齿轮齿数和大于大小齿轮齿数和大于40,以以保证重合系数和高的轮齿抗弯强度。保证重合系数和高的轮齿抗弯强度。n 对轿车，小齿轮齿数不小于对轿车，小齿轮齿数不小于9；n 对于货车，不小于对于货车，不小于6。4。轮胎的选择。轮胎的选择n 轮胎直径对汽车行驶特性有直接影响。轮胎直径对汽车行驶特性有直接影响。n但是在选择轮胎时，主要考虑轮胎的负荷系但是在选择轮胎时，主要考虑轮胎的负荷系数。即数。即,轮胎承受的最大静负荷与额定负荷之轮胎承受

14、的最大静负荷与额定负荷之比。比。n轮胎负荷系数为轮胎负荷系数为0.91.0范围之内，高速取下范围之内，高速取下限，车速低时取偏大一些，但不能大于限，车速低时取偏大一些，但不能大于1.2。n轮胎与路面摩擦系数轮胎与路面摩擦系数轮胎花纹轮胎花纹n还要考虑操纵稳定性和行驶平顺性以及总体还要考虑操纵稳定性和行驶平顺性以及总体布置和性能核算等。布置和性能核算等。三、整车性能匹配三、整车性能匹配n汽车不同行驶条件所要求汽车不同行驶条件所要求的驱动力不同，宽的驱动力不同，宽n一般，只靠发动机不能获一般，只靠发动机不能获得汽车行驶所需要的足够得汽车行驶所需要的足够的驱动力。的驱动力。n所以，采用变速器，以增所

15、以，采用变速器，以增大驱动扭矩，但若选择过大驱动扭矩，但若选择过大的变速比，导致油耗及大的变速比，导致油耗及噪声等增加噪声等增加n往复式发动机低速扭矩偏小，需通过往复式发动机低速扭矩偏小，需通过变速多段化提高扭矩，以满足理想驱变速多段化提高扭矩，以满足理想驱动力曲线的要求；动力曲线的要求；n一般加速性好时油耗差，反之油耗好一般加速性好时油耗差，反之油耗好的变速比其加速性能就差。的变速比其加速性能就差。n措施：变速比多段化措施：变速比多段化即要求发动即要求发动机性能和变速比最佳匹配。机性能和变速比最佳匹配。1。发动机性能与汽车性能之间的关系。发动机性能与汽车性能之间的关系n1)发动机转速与车速、

16、传动比之间的关系：发动机转速与车速、传动比之间的关系：n2)车速车速va、牵引力牵引力Pk与所需发动机功率与所需发动机功率Pe之之间的关系：间的关系：n3)汽车百公里油耗：汽车百公里油耗：/377.0606.320hkmiirniirnvkoka=akakevPvPP0002779.036.12708.9=emekhaeeafbpiiiVvbPvGg339310/1000100=n4）牵引力：）牵引力：n 车轮驱动扭矩：车轮驱动扭矩：n则，牵引力：则，牵引力：n5）传动效率及传动损失）传动效率及传动损失n 传动效率的定义：传动效率的定义：n PT：传动系的功率损失。传动系的功率损失。n齿轮速比

17、越大，转速越高，传动效率越低。齿轮速比越大，转速越高，传动效率越低。okkiTtqiM=rMppkk=riiTpoktqk=%100=eTePPPn6）发动机转速和车速关系）发动机转速和车速关系：n km/hn7)汽车行驶时所需要的牵引力汽车行驶时所需要的牵引力pkn由汽车理论由汽车理论n爬坡时牵引力：爬坡时牵引力：n加速能力：加速能力：n最高车速：加速度为零，坡度为零，所以，最高车速：加速度为零，坡度为零，所以，tainrv1000/120=riiTFFFFPoktqjWifK=+=215.21cossinaDkvACWfWP+=qq)()(fWKjFFPaWWF+=+=WWFFPafWK+

18、=)(215.21aDkvACWfP+=ACWfPvDKa=)(15.21maxn牵引力和车速是沟通汽车运行参数与牵引力和车速是沟通汽车运行参数与发动机工况的发动机工况的“桥梁桥梁”。n即，以即，以Pkva或或Pkn关系为基础。关系为基础。2。发动机的（等油耗）万有特性。发动机的（等油耗）万有特性n1）万有特性的制取：）万有特性的制取：n2）万有特性的分析：）万有特性的分析：na）最经济区：指各最经济区：指各种不同功率种不同功率Pe下的最下的最低油耗线，低油耗线，n即，令即，令 n时的油耗时的油耗n称为称为100%图 5-8 发动机万有特性n/rpm100%gemin110%geminpem/

19、kPa0ngnPeeminegn沿各等功率线求出沿各等功率线求出110%线，则称线，则称n 范围为经济区。范围为经济区。nb）油耗率曲线的疏密：油耗率曲线的疏密：n稀疏区：表示随工况油耗率变化小稀疏区：表示随工况油耗率变化小;n 利于运输动力或变工况机械工作。一般利于运输动力或变工况机械工作。一般高速区高速区ge曲线稀疏，表示转速的提高有潜力。曲线稀疏，表示转速的提高有潜力。n密集区：表示随工况油耗率变化大，表明燃密集区：表示随工况油耗率变化大，表明燃料系统的调节对这些地区敏感，单纯增加供料系统的调节对这些地区敏感，单纯增加供油量，可能使油耗剧增，排气温度及排烟也油量，可能使油耗剧增，排气温度

20、及排烟也增加，但平均有效指示压力增加微小。增加，但平均有效指示压力增加微小。minegmin)%110100(egnc）等油耗曲线形状：等油耗曲线形状：n 纵向长：适应于负荷变化大，而转纵向长：适应于负荷变化大，而转速变化小的工况；如工程机械用发速变化小的工况；如工程机械用发动机动机n 横向长：适应于负荷变化小，而转横向长：适应于负荷变化小，而转速变化大的工况。车用发动机要求：速变化大的工况。车用发动机要求：最经济区在中间转速位置，沿横向最经济区在中间转速位置，沿横向（转速方向）长一些；（转速方向）长一些；3。汽车万有特性。汽车万有特性n1确定发动机的工作状态：确定发动机的工作状态：n2经济区

21、及等百公里油耗线：经济区及等百公里油耗线：n3牵引功率曲线：不同挡位牵引功率曲线：不同挡位下根据汽车道路阻力曲线转化下根据汽车道路阻力曲线转化而求得。而求得。n4车速曲线：车速曲线：n5汽车万有特性，直观看出汽车万有特性，直观看出节油效果，和底盘参数节油效果，和底盘参数的匹配的匹配情况。情况。图 5-9 汽车万有特性PPA14001600 18002000 2200 24002600 2800n/rmin-120304050607080km/hIIIIIIIVVIIIIIIIV时的 FfV100%gemin110%geminABV车速151314ge100 121200pem/kPatainr

22、v1000/120=n/rpm pe/kPa ge/g(kW.h)-1 图 1 柴油机万有特性 CO g/kw.h n r/min pme/kPa n r/min pme/kPa 图 3 HC 排放万有特性 HC g/kW.h pme/kPa NOx g/kW.h n/rpm 3、匹配方法、匹配方法n常用的挡位常用的挡位n常用的车速常用的车速n根据所设计汽根据所设计汽车的使用条件车的使用条件确定确定1）确定常用汽车工况、挡位、发动机工况：根据汽车经常使根据汽车经常使用条件，换算发用条件，换算发动机的经常使用动机的经常使用工况范围。工况范围。2）根据上述参数关系进行匹配计算，绘制汽）根据上述参数

23、关系进行匹配计算，绘制汽车万有特性，并分析评价、提出改进方案车万有特性，并分析评价、提出改进方案n方案方案1后桥速比后桥速比4.8，变速箱型号变速箱型号9JS150n方案方案2后桥速比后桥速比5.73，变速箱型号变速箱型号9JS150n方案方案3后桥速比后桥速比5.73，变速箱变速箱RT11509C表4-10 不同优化方案对燃油经济性的改善程度 方案1 方案2 方案3 燃油消耗量降低程度 11.2%6.4%8.36%直接档加速时间对比直接档加速时间对比 km/h 起步连续换档加速时间对比起步连续换档加速时间对比 km/h 例：不同改进方案比较例：不同改进方案比较3）经济性匹配的基本原则：）经济

24、性匹配的基本原则：（1）超速挡或直接挡的常用道路阻力曲线尽量超速挡或直接挡的常用道路阻力曲线尽量接近接近100%gemin曲线：曲线：措施：可适当减小主减速比措施：可适当减小主减速比io，略加大轮胎半径略加大轮胎半径r 也可以改善经济性；也可以改善经济性；（2）车速一定时，尽可能用高档，有利于改善车速一定时，尽可能用高档，有利于改善经济性；高挡不能满足行驶条件时，才换入抵经济性；高挡不能满足行驶条件时，才换入抵挡。挡。改善整车经济性的途径改善整车经济性的途径n由百公里油耗：由百公里油耗：n当车轮半径当车轮半径r 和主减速比和主减速比i0一定时，一定时，n即即 时，时，并不最佳。并不最佳。n所以

25、，要求从设计和使用两方面考虑。所以，要求从设计和使用两方面考虑。n当发动机比油耗一定时：当发动机比油耗一定时：emekhaeeafbpriiiVvbNvGg=4.45210/1000100minmin100)()(emekbpigmineb100gmin0min100)()(rpiigmekna.发动机发动机n要求发动机万有特性的低油耗区要求发动机万有特性的低油耗区（经济区）位于常用排挡、常用车（经济区）位于常用排挡、常用车速区。速区。n为此选择发动机时，对其特性提出为此选择发动机时，对其特性提出具体的要求；具体的要求；n或改善发动机特性曲线，以适应汽或改善发动机特性曲线，以适应汽车的使用要求

26、。车的使用要求。4）发动机万有特性的改进）发动机万有特性的改进(1)(1)可变进气管可变进气管 图 3-197 进气管长对充气效率的影响 100 90 80 70 1 2 3 4 5 6 7 充气效率/%500 mm 400 mm 300 mm 发动机转速 n103/rmin-1 进气管长度 进气控制装置吸气控制阀吸气控制阀吸气控制阀吸气管短吸气管长【低速时控制阀关】真空室负压切换阀谐振管进气歧管【高速时控制阀开】（a）ACIS结构及控制原理压力脉动增压系统压力脉动增压系统ACIS（b）ACIS-III 型进气系统可变进气 阀全开 可变进气阀全关执行机构 高转速区域 中低转速区域 可变惯性增压

27、系统可变惯性增压系统VICS（Variable Inertia Charging System）n利用进气过程中利用进气过程中各歧观之间的反各歧观之间的反射波原理进行惯射波原理进行惯性增压的。性增压的。n特点是进气歧管特点是进气歧管之间采用连接通之间采用连接通道，并用控制阀道，并用控制阀来控制。来控制。图3-199 VISC系统稳压箱真空室密封板控制阀控制阀连通道 高速时 低速时VICS的原理 图 3-200 VICS 的作用原理 连通部 进气阀 1 缸 2 缸 3 缸 4 缸 流线动力型流线动力型AD（Aero-dynamic）n在气体流动过程中提高流速，以增加进气流动惯性。在气体流动过程中

28、提高流速，以增加进气流动惯性。n低速时保证一定进气流速，改善低中速充气效率。低速时保证一定进气流速，改善低中速充气效率。图 3-202 AD 型 进气管 空气 大直径 进气总管 进气歧管 节流 气缸盖 燃烧室 流速快 大型歧管 直径 进气门控制式进气门控制式TICSn副进气道则负责形成进气涡流。副进气道则负责形成进气涡流。主进气道 补助进气道 控制阀 通常行驶时 高负荷、高速时 图 3-203 TICS 型进气系统(2)可变配气相位的控制可变配气相位的控制 n1）MIVEC（Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Contr

29、ol）结构结构 T低速凸轮高速凸轮高速摇臂低速摇臂型柄(a)结 构 工作原理工作原理 高速工况 低速工况 MD 工况 4 气缸 2 气缸 非驱动 驱动 驱动 非驱动 非驱动 非驱动 低速 摇臂 高速 速摇臂 T 型炳（b）工作原理 MIVEC配气相位及气门升程特性配气相位及气门升程特性 图 3-207 配气相位及气门升程特性 膨胀 排气 进气 压缩 TDC 7041 BDC BDC 47 17 15 35 31 72 低速用 高速用 10.0mm 5.5mm 9.0mm 6.8mm 排气 进气 气门升程 曲轴转角 MIVEC的控制效果的控制效果 低速工况（低速凸轮）高速工况（高速凸轮）0 1

30、2 3 4 5 6 7 8 n103/rmin-1 Ttq/Nm 油门全开时的输出特性 图 3-209 采用 MIVEC 机构时的扭矩特性 MIVEC的的 MD（Modulated Displacement）控制控制 功能功能 油门全开时 MD 工况（2 缸工作）5 挡恒速行驶所必要的扭矩 250 300 100 200 80 60 40km/h 5 挡恒速行驶所必要的扭矩 250 300 350 200 100 80 60 40km/h 油门全开时 怠速 怠速 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 n103/rmin-1 n103/rmin-1 Ttq/Nm

31、 Ttq/Nm 0 0 g/PSh g/PSh 图 3-210 MD 控制时燃油消耗率的改善效果 减 小 机减 小 机械 损 失械 损 失约约 4 4%，热 效 率热 效 率可 提 高可 提 高1 7%左左右。右。连续可变配气相位连续可变配气相位 VVTi（Variable Valve Timing-intelligent）VVT-I 皮带轮 OCV 曲轴位置传感器 机油泵 螺旋齿轮 凸轮转角 传感器 电信号 油压 VVT-I系统 迟后侧 油压室 进角侧 油压室 内齿轮 活塞齿轮 外齿轮 皮带轮 工作油 图 3-212 VVT-I 皮带轮内部结构图 控制效果控制效果 重叠角 气门升程 TDC

32、BDC BDC 排气门 进气门 进角 图 3-213 气门重叠角的控制(3)增压系统增压系统 n增压系统分类：增压系统分类：n四大类：废气涡轮增压系统、四大类：废气涡轮增压系统、n 机械式增压系统机械式增压系统 n 复合（混合）式增压系统复合（混合）式增压系统n 多级增压多级增压 特点特点n废气涡轮增压：紧凑、体积小，便于安装。废气涡轮增压：紧凑、体积小，便于安装。缺点：响应特性差，时间滞后缺点：响应特性差，时间滞后n机械式增压：曲轴通过齿轮或传动带来驱机械式增压：曲轴通过齿轮或传动带来驱动，压气机转速与发动机转速成比例；动，压气机转速与发动机转速成比例；n所以，响应特性比较好。缺点：随着转速

33、所以，响应特性比较好。缺点：随着转速的增加驱动损失增大，而且效率降低。的增加驱动损失增大，而且效率降低。n多级增压：小型增压机器和大型增压多级增压：小型增压机器和大型增压 器复合用，并联、串联器复合用，并联、串联 小型：用于低速低负荷；小型：用于低速低负荷；大型：高速大负荷大型：高速大负荷并列型并列型直列型直列型复合增压：将两种增压方式混合的结构复合增压：将两种增压方式混合的结构形式。形式。输出轴输出轴排气排气输出轴排气进气管发动机排气进气管发动机吸气排气排气进气管发动机吸气（a）（b）（c）图 4机械式增压器的类型机械式增压器的类型弥勒循环（汽油机）弥勒循环（汽油机）弥勒循环弥勒循环+耦合耦

34、合螺旋式压气机螺旋式压气机废气涡轮增压的效果废气涡轮增压的效果-150-100-500501001500.00.51.01.52.02.5zi/(%)i=Pei=NOxi=COi=HCi=BSU增压比的优化-150-100-500501001500.00.51.01.52.02.5zi/(%)i=Pei=NOxi=COi=HCi=BSU增压比的优化面径比对性能的影响面径比对性能的影响l面径比：面径比：=A/R旋转中心 R A 图 7-4 面径比 A/R 面径比A/R 图 6-14 面径比对速度特性的影响 A/R=17 A/R=21 A/R=25 A/R=17 A/R=21 A/R=25 700

35、 600 500 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 1000 800 600 400 340 300 260 220 180 140 2000 1500 1000 500 0 600 1000 1400 1800 2200 2600 600 1000 1400 1800 2200 2600 Ttq Pe b CO NOx HC b(g/kW.h)Ttq/Nm Pe/kW HC/10-6 NOx/10-6 NO/10-6 n(r/min)n(r/min)面径比的优化 图 6-14 面径比对速度特性的影响 A/R=17 A/R=

36、21 A/R=25 A/R=17 A/R=21 A/R=25 700 600 500 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 1000 800 600 400 340 300 260 220 180 140 2000 1500 1000 500 0 600 1000 1400 1800 2200 2600 600 1000 1400 1800 2200 2600 Ttq Pe b CO NOx HC b(g/kW.h)Ttq/Nm Pe/kW HC/10-6 NOx/10-6 NO/10-6 n(r/min)n(r/min)面径比

37、的优化面经比的概念 旋转中心 R A 图 7-4 面径比 A/R 可变截面增压器（可变截面增压器（VGS）VNT&VGS 图 6-18 外特性上面径比的比较 1000120014001600Ttq/N m系列1系列2系列3系列450100150200250300Pe/kW4段6段8段2002202402602803006001000140018002200 n/r (min)-1b/g (kW h)-1可变增压（VGS）的效果 图 6-18 外特性上面径比的比较 1000120014001600Ttq/N m系列1系列2系列3系列450100150200250300Pe/kW4段6段8段200

38、2202402602803006001000140018002200 n/r (min)-1b/g (kW h)-1可变增压（VGS）的效果nb.挡位挡位n在道路条件和车速相同条件下，挡位在道路条件和车速相同条件下，挡位越低，后备功率越大，越低，后备功率越大，be和和g100 越大；越大；挡位越高，则相反；挡位越高，则相反；n增加挡位，可增加选用适当挡位的机增加挡位，可增加选用适当挡位的机会，有利于提高整车燃油经济性。会，有利于提高整车燃油经济性。n所以，发展趋势：所以，发展趋势：n 轿车轿车手动变速基本采用手动变速基本采用5挡；挡；n 重型货车重型货车1016个挡位个挡位nc.行车速度行车速

39、度n一般汽车中速行驶时，一般汽车中速行驶时，g100 最低；高速时最低；高速时随车速的增加，行驶阻力增加，随车速的增加，行驶阻力增加，g100迅速迅速增加。增加。n车速过低，汽车使用效率等低车速过低，汽车使用效率等低;n所以所以,比较理想的经济车速为使比较理想的经济车速为使 最最小。该车速称为实用车速。小。该车速称为实用车速。ag1005换挡规律换挡规律n 1）换挡规律：单参数换挡规律、两参数换挡规）换挡规律：单参数换挡规律、两参数换挡规律和多参数换挡规律三种类型。律和多参数换挡规律三种类型。n单参数换挡规律：用相对稳定的单参数换挡规律：用相对稳定的车速车速作为控制参作为控制参数。数。n 升挡

40、、降挡曲线分开升挡、降挡曲线分开，在往返挡之间设有回差称，在往返挡之间设有回差称之为换挡重叠或换挡延迟，之为换挡重叠或换挡延迟，目的目的:是换入新挡后不是换入新挡后不会因油门踏板或车速的微小变化而回到原挡。会因油门踏板或车速的微小变化而回到原挡。12122323a（a）n1212an121（b）图5-29 单参数换挡n缺点：单参数换挡规律司机不能干预换缺点：单参数换挡规律司机不能干预换挡，噪声大，难于兼顾动力性和经济性挡，噪声大，难于兼顾动力性和经济性的要求，故目前应用较少。的要求，故目前应用较少。n两参数换挡规律两参数换挡规律：车速和油门开度车速和油门开度（或（或进气管压力），或泵轮转速和涡

41、轮转速进气管压力），或泵轮转速和涡轮转速作为控制参数。与单参数换挡规律同样，作为控制参数。与单参数换挡规律同样，以稳定行驶工况确定其换挡规律。以稳定行驶工况确定其换挡规律。n三参数的换挡规律三参数的换挡规律：根据车辆运行的非：根据车辆运行的非稳定工况可引入加速度参数，这样形成稳定工况可引入加速度参数，这样形成油门开度、车速、加速度油门开度、车速、加速度三参数的换挡三参数的换挡规律。规律。0 20 40 60 80 100 120 140 1600 1000 2000 3000 4000 5000 6000100806040200节气门开度/%12131223（D）12（L）23（D）34（D）

42、34（D）23变换起动齿轮转速 r/min（参考）车速 km/h2D2D2DL2图 5-27 换挡工况 MAPn换挡规律的确定换挡规律的确定：以相邻两挡在换挡过：以相邻两挡在换挡过程中各油门下的加速度和车速关系，牵程中各油门下的加速度和车速关系，牵引力和车速关系，以及油耗和车速关系引力和车速关系，以及油耗和车速关系为基础而确定。为基础而确定。n动力性最佳换挡规律动力性最佳换挡规律：是在同一油门开：是在同一油门开度下根据相邻两挡度下根据相邻两挡牵引力曲线的相交点牵引力曲线的相交点所对应的速度来确定换挡点，即在某一所对应的速度来确定换挡点，即在某一确定的油门开度下，在原挡位行驶速度确定的油门开度下

43、，在原挡位行驶速度达到设定车速时就要换挡，达到设定车速时就要换挡，保证牵引力保证牵引力最大最大。n经济性最佳换挡规律经济性最佳换挡规律：是根据相邻两：是根据相邻两挡不同油门开度下挡不同油门开度下油耗曲线相交油耗曲线相交的点的点作为换挡点而求出的换挡规律。这样作为换挡点而求出的换挡规律。这样保证在油耗最小的挡位下行驶。保证在油耗最小的挡位下行驶。2）变速比的最佳控制）变速比的最佳控制n齿轮式有极变速器齿轮式有极变速器MT或或AT的变速比固定不变，的变速比固定不变，不能达到最佳变速比的控制。只能尽可能接近经不能达到最佳变速比的控制。只能尽可能接近经济区。济区。nCVT是可任意选择变速比，所以可使变

44、速比最是可任意选择变速比，所以可使变速比最佳化（最低油耗点工作）。佳化（最低油耗点工作）。n 由汽车万有特性，对应最经济区的最佳变速由汽车万有特性，对应最经济区的最佳变速比是一定的。当确定对应最低油耗的最佳变速比比是一定的。当确定对应最低油耗的最佳变速比时，首先由车速传感器，求出车速及其运行工况。时，首先由车速传感器，求出车速及其运行工况。当车速从当车速从vA变化到变化到vB时其加速度为时其加速度为tvvaAB/)(=n为了保证此加速度所必需的牵引力可表示为为了保证此加速度所必需的牵引力可表示为n这里，这里，：惯性重量系数，：惯性重量系数，：空气阻力系数，：空气阻力系数，nA：汽车正面投影面积

45、。汽车正面投影面积。15.21/)1(2ADKAvCfWgaWp+=DCn3变速速度的最佳控制变速速度的最佳控制n采用采用CVT时的车辆控制模型，由能量守恒定时的车辆控制模型，由能量守恒定律，有律，有n nTe：发动机输出扭矩，发动机输出扭矩，nTLCVT：CVT部分的损失扭矩，部分的损失扭矩，nTLR ：行驶阻力行驶阻力n ：发动机角速度，：发动机角速度，n ：车轴角速度，：车轴角速度，nIe：发动机的转动惯量，发动机的转动惯量，LRDBLCVTeeeTITRIT+=)(eDDeR/=LCVTTLCVTTLRTLRT发动机CVT车体eeTeeTDD图 5-40 CVT的模型nIB：换算到车辆

46、轴上的车辆转动惯量，换算到车辆轴上的车辆转动惯量，n即发动机克服自身转动惯量和即发动机克服自身转动惯量和CVT内部摩擦损内部摩擦损失所传递的有效扭矩，全部用来克服汽车转动失所传递的有效扭矩，全部用来克服汽车转动惯量和行驶阻力。惯量和行驶阻力。n这里，这里，即，即 。n由上式可求出车辆行驶加速度的代表值，即由上式可求出车辆行驶加速度的代表值，即n n DeR=DDeRR+=22RIITTRTRRIIIeBLRLCVTeeBeeD+=n变速比的控制方法：一般采用由油门开度和车速设定变速比的控制方法：一般采用由油门开度和车速设定发动机转速的方法。下图表示以油门开度为变量参数发动机转速的方法。下图表示

47、以油门开度为变量参数的发动机转速和车速之间的关系。的发动机转速和车速之间的关系。nA A、B B线分别表示线分别表示CVTCVT系统的最大和最小变速比，系统的最大和最小变速比，C C点表点表示发动机和示发动机和CVTCVT系统匹配时，从控制上所受制约的最系统匹配时，从控制上所受制约的最低发动机转速。低发动机转速。CAB发动机转速车 速油门小开度油门中开度油门全开最大变速比最小变速比最低发动机转速图 5-42 CVT 的变速特性四、整车性能预测四、整车性能预测汽车十五工况速度与时间曲线0102030405060020406080100120140160180200t(s)v(km/h)u(km/

48、h)不同变速箱的比较0510152025300102030405060708090100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200t(s)g100(kg/100km)原g100(kg/100km)AQ015g100(kg/100km)QR512g100(kg/100km)MR6370g100(kg/100km)百公里油耗燃油消耗率车速与时间图05101520253035404550550102030405060708090100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200t(s)u(km/h)be(*100g/kwh)g

49、100(*100kg/100km)u(km/h)be(g/KWh)空载g100(kg/100km)n等速百公里油耗：等速百公里油耗：等加速工况燃油消耗量：等加速工况燃油消耗量：n等减速燃油消耗量；此时，油门松开，等减速燃油消耗量；此时，油门松开，E/G强制怠强制怠速状态速状态n怠速停车燃油消耗量；怠速停车燃油消耗量；n整个循环工况的百公里燃油消耗量：整个循环工况的百公里燃油消耗量：gvPbgae02.1100=油量：每时刻的单位时间耗；iniiaggg=1怠速怠速减速tgg=怠速停车时间怠速tggI=mssggis：整个循环行驶距离；100=汽车的牵引力可简化为两部分：由滑行特性得到滚动阻力和

50、空气阻力之和，和加速阻力。牵引力、功率、转速与时间图051015202530350102030405060708090100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200t(s)pk(N)pe(KW)n(r/min)pk(N)pe(KW)kg/100kmn（r/min)aaMpk+=1空载与满载经济性比较05101520253035404550550102030405060708090100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200t(s)空载g100(kg/100km)满载g100(kg/100km)u(km/h)空载g

51、100(kg/100km)满载g100(kg/100km)u(km/h)第二节第二节 制动力学原理及其特性制动力学原理及其特性n一、轮胎与路面间的制动力一、轮胎与路面间的制动力n 设车轮轮胎的滑动率为：设车轮轮胎的滑动率为：n nV V：车速；车速；：车轮角速度；：车轮角速度；nr r：轮胎半径。如图轮胎半径。如图n摩擦系数实际上代表制动力。摩擦系数实际上代表制动力。nS S增加增加,开始开始 随随S S 增加；增加；n但但 后后,随随S S的增加的增加,n反而逐渐降低。即反而逐渐降低。即n此时，靠制动踏板很难控制车轮的此时，靠制动踏板很难控制车轮的S S，车轮易锁死。车轮易锁死。n车轮的侧向

52、力车轮的侧向力F F，随着车轮滑动率随着车轮滑动率S S的增加而减小，的增加而减小，当车轮被锁死时，侧向力当车轮被锁死时，侧向力F F趋于零。趋于零。VrVs/)(=图车轮与路面之间的摩擦特性滑动率s 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0控制区稳定区F：侧向力：路面摩擦系数不稳定区k0k0路面摩擦系数、侧向力max0k二、制动力与减速度、停止距离的关系二、制动力与减速度、停止距离的关系n设汽车直线行驶时，汽车前后方向力的平衡关系设汽车直线行驶时，汽车前后方向力的平衡关系n （6-26-2）n ：作用于前轮上的制动力，：作用于前轮上的制动力，n ：后轮上的制动力为，：后轮上的制动力为，a：减速度，减速度，m：车的质量车的质量。n 当汽车减速时的初速度为当汽车减速时的初速度为V V0 0，则减速度与停车距离则减速度与停车距离D关系为，关系为，n （6-3）n 当当a一定时，由运动学理论，有一定时，由运动学理论，有maBBrf=+fBrBdtadtVDtt=000)(aVD220=第三节第三节 制动性能的控制制动性能的控制n目的：回避事故的发生目的：回避事故的发生n类型：前后轮制动力分配控制类型：前后轮制动力分配控制n 防抱死控制，防抱死控制，n 牵引力控制、牵引力控制、n 车辆稳定控制、车辆稳定控制、n 制动力支援系统等制动力支援系统等