基于燃油经济性改善的变速器速比优化方法

潘文军，朱永多，蒋 政，陈富强，牟一今

（东风柳州汽车有限公司，广西柳州545005）

基于燃油经济性改善的变速器速比优化方法

潘文军，朱永多，蒋 政，陈富强，牟一今

（东风柳州汽车有限公司，广西柳州545005）

为了改善整车燃油经济性，而又不影响动力性前提下，提出了一种基于手动变速箱各档位速比优化的方法，并通过速比优化前及优化后仿真对比，发现速比优化实现油耗改善1.83%.

速比优化；燃油经济性改善；变速器

随着国家油耗法规加严，到2020年企业平均油耗需要降到5 L/100 km以下，主机厂越来越注重油耗改善。改善油耗的常用解决方案包括小型化增压直喷发动机、启停、电动转向、混合动力等，这些措施可以明显改善油耗，却也在不同程度上增加了整车成本，降低了产品市场竞争力。对于不增加成本的改善措施，一直是主机厂优先考虑的解决方案。其中改善变速器速比，让发动机运行在更优油耗区域，而又不影响整车动力性，是一项值得深入研究的课题。

本文以某款具体车型为例，分析了各档位下该车型所需的驱动功率，以及驱动功率在发动机万有特性曲线分布。通过图形分析，判定该档位是否有可优化空间，从而确定调整幅度。并通过矩阵计算，选出最优速比组合。相比毫无筛选矩阵计算，该方法大大提升了效率，达到了快速获取最优速比组合的目的。

本文首先通过理论计算获取在NEDC工况下，各个档位的功率点以及对应的转速点，然后通过作图法，将这些转速和功率对应点描绘在发动机万有特性曲线图上。并对于匀速工况下的转速功率点采用其他形状，加以区分。因为这些匀速工况点会重合，密度更大，重点改善会更容易达到节油的效果。接下来，通过测量图形，判定这些工况点应该左移（减小速比），还是右移（增大速比），移多少（速比改变量）。最后，通过将各个档位速比改变量，应用到整车动力性经济性矩阵计算中，通过仿真结果分析，挑选出满足动力性需求的最优油耗速比组合。

1 整车动力学模型

本文采用的车型参数，如表1所列。

表1 整车参数表

汽车在NEDC工况行驶过程中，其受到的阻力，包括滚动阻力Ff、空气阻力FW及加速阻力。

式中：m为整备质量（kg）；g为重力加速度（m/s2）；f为滚动阻力系数；Cd为风阻系数；A为迎风面积（m2）；u2a为车速（km/h）；ax为行驶加速度（m/s2）.

2 发动机需求功率分布

为了满足整车在NEDC工况中所需要的车速，克服整车行驶阻力，需求发动机发出相应的扭矩与转速。

发动机需求转速计算公式为[2]：

发动机需求扭矩计算公式为：

发动机需求功率计算公式为：P=T*n/955 0；

式中：ua为车速（km/h）；i0为主减变速速比；ig为变速速比；r为车轮滚动半径（m）；Fz为行驶阻力（N）；ηt为传动效率。

将原始速比对应下，各个档位的需求功率点投影到发动机万有特性曲线中，并将等速行驶工况所需功率，用特殊符号加以区分，用于重点优化考虑。以4档和6档发动机功率分布图为例，具体如图1，图2所示。

图1 NEDC工况4档发动机需求功率分布图

图2 NEDC工况6档发动机需求功率分布图

从图中可以看到，适当的减小4档变速速比，增大6档变速速比可以让发动机处于更优经济区，从而改善油耗。

3 变速器速比优化

其他各档位优化方向，也可以通过各自档位的发动机需求功率分布图看出。通过图形分析，确定各档位速比优化方向及幅度，通过矩阵计算，即可得到各个组合下的动力性、经济性仿真结果。综合考虑各档位的速比梯度，以保证换挡平顺性，则可得到理想速比优化方案。

表2 速比优化结果

4 结束语

本文提出了一种基于NEDC循环工况，作图分析各个档位发动机需求功率与发动机万有特性曲线的关系。通过图形分析，定性地确定了各个档位速比的优化方向及幅度。通过定量地矩阵计算，得到各个速比组合下的动力性经济性仿真结果。该方法可以大幅度的减少矩阵计算的计算量，从而更快的得到仿真结果。通过综合考虑整车动力性、换挡平顺性等各项指标，在仿真结果中挑选出最优速比组合，达到在不增加整车成本的前提下，实现降油耗目的。

[1]潘文军.中度混合动力汽车再生制动模型预测控制策略[D].重庆：重庆大学，2010.

[2]余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，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

潘文军（1985-），男，硕士，工程师，变速器匹配开发。