汽车动力性能的设计

    最近不少网友提问关于发动机与变速器的匹配问题,就是发动机要与传动系统如何配合才能发挥出它的性能这个问题。实际上,性能好的发动机与性能好的底盘进行组合,并不等于就能获得好的整车性能。整车的性能要根据不同的行驶条件,在传动装置与发动机之间取得最佳匹配关系,才能获得最佳的整车动力性和燃油经济性。

    在《汽车的加速性能》中已经初步谈到了这个问题。发动机输出的动力要通过传动系统减速增扭,然后作用于驱动轮,才会产生汽车加速所需要的力。不同车型的传动系统不同,在发动机相同的情况下,加速特性也不一定相同。

    在《发动机的速度特性》和《发动机负荷特性》中已经谈到,不同发动机的速度、扭矩、功率和油耗之间有不同的关系,可以用曲线图表示。从这些图中可以看到,不同的工作点上发动机的性能不同。例如发动机在速度较高的情况下燃油经济性较好,我们希望发动机总是在这些速度下工作。但是汽车的速度不能总是高的,这就需要与传动系统配合,使汽车速度低的时候发动机也能在较高的速度下工作。

    不同用途的汽车在动力性和经济性方面的要求不同,底盘与发动机的配合是不是能满足在主要的行驶条件下具有优良的性能同样可以用线图来研究。在《功率、扭矩》一文中我们看到的线图是基于发动机曲柄的转动速度的,如果考虑传动系统的减速增扭作用和传动效率,可以做出基于汽车行驶速度的线图。

    例如研究发动机与传动系统的匹配在扭矩方面是否满足特定的性能要求,可以做出如图所示的车速-扭矩线图。此图对应配置4速手动变速器的车,横坐标表示汽车的速度,代表发动机速度经变速器某挡和减速器改变为车身的速度(V),纵坐标表示驱动轴上的扭矩,代表发动机扭矩经变速器某挡和减速器改变为车轴具有的扭矩(M)。

    从图中可以看到驱动轴在不同的挡位上所具有的基于速度的扭矩变化规律,从中可以估计汽车在不同的速度下具有的克服阻力行驶的能力,包括加速能力、爬坡能力、最高速度等等。还可以确定换挡的合理速度对于1挡换2挡在a到b之间,从2挡换3挡在c到d之间,从3挡到4挡在e到f之间。如果不满足对应车型的性能指标,工程师就会重新进行匹配设计。

发动机与变速器匹

    同理可以做出发动机对应不同行驶条件的燃油消耗线图,研究一个匹配方案是否满足特定车型的燃油经济性目标。

    汽车燃油的消耗还与汽车变速器的设计有关。变速器档数决定了变速器的传动比。设计师首先确定"一大一小" ,即最低档位和最高档位的传动比,然后再确定其它各档的传动比。档数越多越好,这样驾驶的选择范围就大了,相邻档位之间的传动比差别小,换档容易和畅顺,还能够获得接近最佳的动力状况,起到省油的作用。可以使发动机在最大功率附近的转速运转,得到较好的动力性;或者在最低燃料消耗附近的转速运转,得到较好的经济性。目前,大多数轿车手动变速器有5个前进档,个别有6个前进档;自动变速器有4个或者5个前进档,将来还会有6个前进档。

    要高质量地进行发动和传动系统的匹配设计不仅需要大量的计算,还需要进行精心设计的实验研究。所以,汽车动力性能和经济性能的设计体现了厂家的核心技术能力。

车汇通
2005年7月28日