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        基于燃油經(jīng)濟性改善的變速器速比優(yōu)化方法

        2017-06-26 07:48:00潘文軍朱永多陳富強牟一今
        裝備制造技術(shù) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:動力性速比檔位

        潘文軍,朱永多,蔣 政,陳富強,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,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)化實現(xiàn)油耗改善1.83%.

        速比優(yōu)化;燃油經(jīng)濟性改善;變速器

        隨著國家油耗法規(guī)加嚴,到2020年企業(yè)平均油耗需要降到5 L/100 km以下,主機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、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)動機運行在更優(yōu)油耗區(qū)域,而又不影響整車動力性,是一項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。并通過矩陣計算,選出最優(yōu)速比組合。相比毫無篩選矩陣計算,該方法大大提升了效率,達到了快速獲取最優(yōu)速比組合的目的。

        本文首先通過理論計算獲取在NEDC工況下,各個檔位的功率點以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速點,然后通過作圖法,將這些轉(zhuǎn)速和功率對應(yīng)點描繪在發(fā)動機萬有特性曲線圖上。并對于勻速工況下的轉(zhuǎn)速功率點采用其他形狀,加以區(qū)分。因為這些勻速工況點會重合,密度更大,重點改善會更容易達到節(jié)油的效果。接下來,通過測量圖形,判定這些工況點應(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,通過將各個檔位速比改變量,應(yīng)用到整車動力性經(jīng)濟性矩陣計算中,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)動機發(fā)出相應(yīng)的扭矩與轉(zhuǎn)速。

        發(fā)動機需求轉(zhuǎn)速計算公式為[2]:

        發(fā)動機需求扭矩計算公式為:

        發(fā)動機需求功率計算公式為: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,各個檔位的需求功率點投影到發(fā)動機萬有特性曲線中,并將等速行駛工況所需功率,用特殊符號加以區(qū)分,用于重點優(yōu)化考慮。以4檔和6檔發(fā)動機功率分布圖為例,具體如圖1,圖2所示。

        圖1 NEDC工況4檔發(fā)動機需求功率分布圖

        圖2 NEDC工況6檔發(fā)動機需求功率分布圖

        從圖中可以看到,適當?shù)臏p小4檔變速速比,增大6檔變速速比可以讓發(fā)動機處于更優(yōu)經(jīng)濟區(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,通過矩陣計算,即可得到各個組合下的動力性、經(jīng)濟性仿真結(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,作圖分析各個檔位發(fā)動機需求功率與發(fā)動機萬有特性曲線的關(guān)系。通過圖形分析,定性地確定了各個檔位速比的優(yōu)化方向及幅度。通過定量地矩陣計算,得到各個速比組合下的動力性經(jīng)濟性仿真結(jié)果。該方法可以大幅度的減少矩陣計算的計算量,從而更快的得到仿真結(jié)果。通過綜合考慮整車動力性、換擋平順性等各項指標,在仿真結(jié)果中挑選出最優(yōu)速比組合,達到在不增加整車成本的前提下,實現(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.汽車理論[M].北京:機械工業(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)。

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