分析汽车动力传动系参数匹配与仿真优化

摘 要

本文通过发动机和汽车动力传动系统两方面进行切入，深刻的对汽车整车性能提升的相关问题进行了探讨。

【关键词】汽车动力传动系统 汽车发动机 仿真优化

伴随着现代计算机技术水平的快速发展，现代计算机仿真技术的应用水平也在逐步提高，针对汽车性能进行的计算机仿真模拟实验也已经逐渐完善。仿真系统模拟最主要的优点在于仿真模拟实验能够通过对于汽车真实的的数据参数作为参考依据，从而模拟在实际的交通环境中的汽车整车性能。

1 发动机使用的外特性

所谓发动机使用的外特性，就是汽车发动机在进行工作时所产生的耗油量和输出动力之间的关系。发动机使用的外特性主要表现在发动机节气门全开时发动机的转矩和转速之间的关系。发动机使用的外特性能够用公式表现：

其中各项所代表的含义分别为：n表示发动机的转速，Ttq表示发动机的转矩，K表示曲线拟合的最大次数，ai表示待定系数。

通过上述的公式，再结合相关的实验数据，我们可以进一步利用MARLAB的polyfit函数对于汽车发动机使用的外特性进一步的进行拟合，其公式可以表现为：

[P，S]=polyfit（X，Y，m）

其中各项所代表的含义分别为：X表示采样点，Y表示采样点函数值，m表示次数，P表示多项式向量，S表示误差向量。

这一函数的应用原理在于最小二乘法。通过对汽车发动机使用的外特性不同的转矩和转速之间的变化关系进行采样，得到的函数值，就能够得到不同转矩下发动机不同的转速，从而确定发动机使用的外特性。

2 CA7204MT汽车整车性能模拟计算

2.1 汽车整车性能概述

在对于一辆汽车性能进行评价时，人们往往侧重于汽车的某一特定方面的性能，比如汽车的安全性能、汽车的动力性能等方面。但是对于汽车整车性能的评价时，往往根据不同类型的汽车会有不同整车性能评价方法，所以对于汽车的整车性能的好坏评价是不能够特别说明问题的。但是，我们根据不同类型或者不同级别的车辆对汽车进行分类，然后按照汽车的性能加权系统，对汽车的整体性能进行分层次的解析。通过统计的方法，根据汽车的各层次性能进行加权处理，从而确定出最具有代表性的评价关系式，通过评价的关系式对汽车的整车性能做出一个大概的判断。

2.2 CA7204MT汽车性能仿真与模型验证

CA7204MT汽车是前轮驱动式汽车，本文通过对于CA7204MT汽车进行建模，根据已经建立好的模型，我们选择了不同的模拟情况和实验方式对于CA7204MT汽车的整车性能进行仿真计算。通过对于CA7204MT汽车进行的不同任务计算，我们得到了关于CA7204MT汽车的各层次的性能以及燃油消耗性能的模拟计算结果。再结合实际厂商的原车经济数据和动力参数进行的比对分析，我们可以得出这样的结论，在相对误差不超过3.7%的时候，我们根据Cruise建立的传动系模型，而且能够真实的反应出CA7204MT汽车的实际动力性与燃油经济性。在对于CA7204MT汽车进一步的研究分析，我们可以得出结论，当爬坡度达到52.85%时，CA7204MT汽车的燃油消耗量达到最大，油耗偏高。产生这样的问题在于发动机的排量偏高或者传动比偏高。所以我们可以再实际的生产过程中选择小排量的发动机或者减低减速比。如图1所示。

2.3 传统系统参数对整车动力经济性的影响规律

根据上述的试验结论我们可以得出如下的传统系统参数对于整车动力经济性的影响规律：

主减速比对动力性和燃油经济性起到直接的影响作用。主减速比越大，动力性越大，但是油耗增加。

六档超速档传动比对于整车高速行驶时的超车性能起到主要作用，对于于燃油经济性不起作用。由此可见，当超速档不是比传动比越小越好，如果传动比过小甚至会对整车的超车性能产生影响。

当一档传动比发生变化时，而油耗保持不变的情况下，如果加速时间可能提高3.1%，这样就足以说明一档传动比对于循环工况的整车经济性能不产生影响，但是会对于整车的动力性能产生比较大的影响。

3 传动系统参数优化

3.1 传动系统参数优化方案

我们对于传动系统的参数进行优化的主要的优化方案主要表现为调整汽车的主减速器的主减速比与变速器之间的各个档位的传动比。通过这样的调整优化，我们就能够进行调整整车的行驶过程中发动机最常使用的工况点的位置，从而实现优化整车动力性和经济性能的要求。

3.2 传动系统参数优化的仿真结果

基于Cruise的模拟计算，我们将系统优化之后的传动系统的实验数据作为参考数据，将参数代入到模拟公式中，就可以得出传动系统参数优化之后的整车燃油经济性和加速性的的实验结果，在与优化之前的模拟计算结果相比较，就可以得出以下的结论，当汽车的传动系统优化之后，各个档位的油耗下降明显，但是加速性能的提升并不明显。

4 结束语

从汽车整车性能来看，影响汽车整车性能的方面不仅在于汽车的发动机的性能，也在于汽车传动系统的性能。对于汽车整车性能提升，最主要的问题在于汽车的发动机与传动系统之间配合的默契程度，可以说两者之间配合的默契程度越高，那么汽车的整车性能越好。

参考文献

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[2]杨连生.内燃机性能及其与传动装置的优化匹配[M].北京：学术期刊出版社，1988：12-26.

[3]刘惟信，戈平，李伟.汽车发动机与传动系参数最优匹配的研究[J].汽车上程，1991，13（2）：65-72.

作者简介

崔之超（1991-），男，山西省晋中市人。硕士研究生学历。现为兰州理工大学在读硕士研究生。主要研究方向为工业机器人/3D打印。

作者单位

兰州理工大学 甘肃省兰州市 730050