刘子玄，刘会神，苑卫松，于洪剑，王宇，薛发舟

(中国第一汽车集团有限公司,吉林长春 130011)

0 引言

在目前的商用车市场，用户对于整车的经济性有着很高的要求。开发出低油耗的商用车，是全球各大商用车生产厂家共同的追求，也是商用车发展的大趋势，更是未来商用车的核心竞争力。商用车传动系统的匹配工作是保证整车经济性重要的一环。

动力总成系统匹配的工作主要分为两个步骤:第一步，根据最低稳定车速，在保证汽车发动机能够长期工作在发动机经济区域的前提下，对发动机、变速器、驱动桥、轮胎等进行初步的匹配初选；第二步，根据整车路谱和使用情况，通过建立仿真模型计算，对整车传动系统进行进一步的匹配校核。最终确认几种方案中传动系匹配的最优方案。

根据商用车传动系统速比的匹配计算，从经济性角度选择出较优的系统方案，是整车设计中非常重要的一项工作。

1 整车和总成的相关参数及定义

1.1 整车相关参数

列车总质量：40 000 kg；

前轴荷：空载4 950×9.8 N，满载7 000×9.8 N；

整车外廓尺寸：长6 950 mm，宽2 550 mm，高4 000 mm；

轴距：3 975 mm。

1.2 发动机相关参数

排量：11.05 L；

额定功率：338 kW/1 900 (r/min);

额定扭矩：2 200 N·m/1 300 (r/min)；

全负荷最低比油耗：242 g·h/kW；

怠速燃油消耗率：2 550 g/h。

其中：

有效功率：发动机对外输出的功率称为有效功率，可以根据发动机的有效扭矩和曲轴转速计算获得，公式为：

式中：Ttq为有效扭矩(N·m)；n为曲轴转速。

燃油消耗率：发动机每发出1 kW有效功率，在1 h内消耗的燃油质量(g)。计算公式为：

式中：B为发动机单位时间内的油耗(kg/h)；Pc为发动机的有效功率(kW)。

通过试验数据和软件计算，得到发动机的万有特性曲线如图1所示。

图1 发动机万有特性曲线

1.3 变速器相关参数

有两种变速器可选择，如表1所示，其中变速器1为超速挡变速器，变速器2为直接挡变速器。

表1 样车变速器参数表

其中：直接挡变速器最高挡位的速比是1∶1，超速挡变速器最高挡位的速比小于1∶1。

1.4 驱动桥相关参数

有4种驱动桥可选择：驱动桥1速比2.688，驱动桥2速比2.867，驱动桥3速比3.417，驱动桥4速比3.727。

2 商用车传动系的匹配计算

2.1 对整车传动系统进行初步匹配

重型商用车采用柴油发动机，一般情况下的经济转速在1 100～1 400 r/min之间。重型牵引车大部分用来跑长途货运，常用的最高车速在90 km/h左右。最优的速比选择应保证在常用的最高车速下，发动机转速保持在经济转速区间内。

发动机转速、传动系总传动比、车速之间的关系可以用如下公式表示：

式中：v是车速(km/h)；n是发动机转速(r/min)；rk是车轮滚动半径；Uk1是传动比。

为控制变量，拟采用295/80R22.5的轮胎，滚动半径为507 mm。

将目前可选择的变速器和驱动桥互相匹配，得到表2。

从表2可以看出：变速器1匹配驱动桥3/4方案、变速器2匹配驱动桥1/2方案时，发动机的转速在1 100～1 400 r/min之间。因此，这4种方案的匹配可以初步满足整车燃油经济性的要求。

表2 传动比、车速、发动机功率的关系

2.2 建立仿真模型进行匹配计算

(1)采用变速器1(超速挡)方案时的系统匹配

利用仿真计算，可得到如图2—图3所示的曲线。可以看出，在多工况的行驶过程中：

变速器1匹配驱动桥3方案时， WHTC(World Harmonized Transient Cycle)城市工况的油耗是71.306 L/100 km，WHTC市郊工况的油耗是57.329 L/100 km，WHTC高速工况的油耗是40.99 L/100 km。

变速器1匹配驱动桥4方案时，WHTC城市工况的油耗是70.687 L/100 km，WHTC市郊工况的油耗是56.729 L/100 km，WHTC高速工况的油耗是40.276 L/100 km。

由此可以得出：采用变速器1(超速挡)方案时，匹配驱动桥4(速比3.727)的方案在多种工况下的油耗均小于匹配驱动桥3(速比3.417)的方案，更加节油。

图2 变速器1匹配驱动桥3方案多工况油耗曲线

图3 变速器1匹配驱动桥4方案多工况油耗曲线

(2)采用变速器2(直接挡)方案时的系统匹配

利用仿真计算，可得到如图4—图5所示的曲线。可以看出，在多工况的行驶过程中：

变速器2匹配驱动桥1方案时，WHTC城市工况的油耗是68.876 L/100 km，WHTC市郊工况的油耗是55.173 L/100 km，WHTC高速工况的油耗是39.219 L/100 km。

变速器2匹配驱动桥2方案时，WHTC城市工况的油耗是70.711 L/100 km，WHTC市郊工况的油耗是56.809 L/100 km，WHTC高速工况的油耗是40.146 L/100 km。

由此可以得出，采用变速器2(直接挡)方案时，匹配驱动桥1(速比2.688)的方案在多种工况下的油耗均小于匹配驱动桥2(速比2.867)的方案，更加节油。

图4 变速器2匹配驱动桥1方案多工况油耗曲线

图5 变速器2匹配驱动桥2方案多工况油耗曲线

(3)匹配结果

以目前的市场状况分析，用户对于整车高经济性和高动力性都有着很高的要求，因此保留直接挡和超速挡变速器两种方案，以适应不同的市场需求。综上，得出如下两种匹配结果：

方案一：超速挡变速器，匹配速比3.727的驱动桥，最大总传动比为45.312 9，最小总传动比为2.918；

方案二：直接挡变速器，匹配速比2.688的驱动桥，最大总传动比为41.758 1，最小总传动比为2.688。

3 结束语

传动系统的匹配涉及整车动力性、经济性性能，是整车动力系统研究的核心。在通过计算、仿真模型等匹配选取方案后，还要进行试验验证等，才能最终将系统的匹配确定下来。

传动系统的匹配设计是一个综合性的工程。

参考文献:

[1]沈言行.汽车设计手册[M].长春:长春汽车研究所,1998.

[2]李刚炎,史慧平,涂鸣,等.基于车速跟踪的商用车燃油经济性建模与仿真[J].中国机械工程,2015,26(23):3248-3252.

LI G Y,SHI H P,TU M,et al.Modeling and Simulation of Commercial Vehicle Fuel Economy Based on Vehicle Speed Tracking[J].China Mechanical Engineering,2015,26(23):3248-3252.

[3]彭登志,静大勇,周振华,等.某轻型混合动力军用越野车动力系统匹配[J].汽车科技,2017(1):30-34.

PENG D Z,JING D Y,ZHOU Z H,et al.Power System Parameter Matching of a Light Hybrid Electric Off-road Vehicle[J].Auto Sci-tech,2017(1):30-34.