基于燃油經濟性改善的變速器速比優化方法

潘文軍，朱永多，蔣 政，陳富強，牟一今

（東風柳州汽車有限公司，廣西柳州545005）

基于燃油經濟性改善的變速器速比優化方法

潘文軍，朱永多，蔣 政，陳富強，牟一今

（東風柳州汽車有限公司，廣西柳州545005）

為了改善整車燃油經濟性，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化的方法，并通過速比優化前及優化后仿真對比，發現速比優化實現油耗改善1.83%.

速比優化；燃油經濟性改善；變速器

隨著國家油耗法規加嚴，到2020年企業平均油耗需要降到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動機、啟停、電動轉向、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，一直是主機廠優先考慮的解決方案。其中改善變速器速比，讓發動機運行在更優油耗區域，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動功率，以及驅動功率在發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化空間，從而確定調整幅度。并通過矩陣計算，選出最優速比組合。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的轉速點，然后通過作圖法，將這些轉速和功率對應點描繪在發動機萬有特性曲線圖上。并對于勻速工況下的轉速功率點采用其他形狀，加以區分。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油的效果。接下來，通過測量圖形，判定這些工況點應該左移（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，應用到整車動力性經濟性矩陣計算中，通過仿真結果分析，挑選出滿足動力性需求的最優油耗速比組合。

1 整車動力學模型

本文采用的車型參數，如表1所列。

表1 整車參數表

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

2 發動機需求功率分布

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，需求發動機發出相應的扭矩與轉速。

發動機需求轉速計算公式為[2]：

發動機需求扭矩計算公式為：

發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。

將原始速比對應下，各個檔位的需求功率點投影到發動機萬有特性曲線中，并將等速行駛工況所需功率，用特殊符號加以區分，用于重點優化考慮。以4檔和6檔發動機功率分布圖為例，具體如圖1，圖2所示。

圖1 NEDC工況4檔發動機需求功率分布圖

圖2 NEDC工況6檔發動機需求功率分布圖

從圖中可以看到，適當的減小4檔變速速比，增大6檔變速速比可以讓發動機處于更優經濟區，從而改善油耗。

3 變速器速比優化

其他各檔位優化方向，也可以通過各自檔位的發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、經濟性仿真結果。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化方案。

表2 速比優化結果

4 結束語

本文提出了一種基于NEDC循環工況，作圖分析各個檔位發動機需求功率與發動機萬有特性曲線的關系。通過圖形分析，定性地確定了各個檔位速比的優化方向及幅度。通過定量地矩陣計算，得到各個速比組合下的動力性經濟性仿真結果。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，在仿真結果中挑選出最優速比組合，達到在不增加整車成本的前提下，實現降油耗目的。

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

[2]余志生．汽車理論[M]．北京：機械工業出版社，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。