汽車動力性能的設計

    最近不少網友提問關于發動機與變速器的匹配問題,就是發動機要與傳動系統如何配合才能發揮出它的性能這個問題。實際上,性能好的發動機與性能好的底盤進行組合,并不等于就能獲得好的整車性能。整車的性能要根據不同的行駛條件,在傳動裝置與發動機之間取得最佳匹配關系,才能獲得最佳的整車動力性和燃油經濟性。

    在《汽車的加速性能》中已經初步談到了這個問題。發動機輸出的動力要通過傳動系統減速增扭,然后作用于驅動輪,才會產生汽車加速所需要的力。不同車型的傳動系統不同,在發動機相同的情況下,加速特性也不一定相同。

    在《發動機的速度特性》和《發動機負荷特性》中已經談到,不同發動機的速度、扭矩、功率和油耗之間有不同的關系,可以用曲線圖表示。從這些圖中可以看到,不同的工作點上發動機的性能不同。例如發動機在速度較高的情況下燃油經濟性較好,我們希望發動機總是在這些速度下工作。但是汽車的速度不能總是高的,這就需要與傳動系統配合,使汽車速度低的時候發動機也能在較高的速度下工作。

    不同用途的汽車在動力性和經濟性方面的要求不同,底盤與發動機的配合是不是能滿足在主要的行駛條件下具有優良的性能同樣可以用線圖來研究。在《功率、扭矩》一文中我們看到的線圖是基于發動機曲柄的轉動速度的,如果考慮傳動系統的減速增扭作用和傳動效率,可以做出基于汽車行駛速度的線圖。

    例如研究發動機與傳動系統的匹配在扭矩方面是否滿足特定的性能要求,可以做出如圖所示的車速-扭矩線圖。此圖對應配置4速手動變速器的車,橫坐標表示汽車的速度,代表發動機速度經變速器某擋和減速器改變為車身的速度(V),縱坐標表示驅動軸上的扭矩,代表發動機扭矩經變速器某擋和減速器改變為車軸具有的扭矩(M)。

    從圖中可以看到驅動軸在不同的擋位上所具有的基于速度的扭矩變化規律,從中可以估計汽車在不同的速度下具有的克服阻力行駛的能力,包括加速能力、爬坡能力、最高速度等等。還可以確定換擋的合理速度對于1擋換2擋在a到b之間,從2擋換3擋在c到d之間,從3擋到4擋在e到f之間。如果不滿足對應車型的性能指標,工程師就會重新進行匹配設計。

發動機與變速器匹

    同理可以做出發動機對應不同行駛條件的燃油消耗線圖,研究一個匹配方案是否滿足特定車型的燃油經濟性目標。

    汽車燃油的消耗還與汽車變速器的設計有關。變速器檔數決定了變速器的傳動比。設計師首先確定"一大一小" ,即最低檔位和最高檔位的傳動比,然后再確定其它各檔的傳動比。檔數越多越好,這樣駕駛的選擇范圍就大了,相鄰檔位之間的傳動比差別小,換檔容易和暢順,還能夠獲得接近最佳的動力狀況,起到省油的作用。可以使發動機在最大功率附近的轉速運轉,得到較好的動力性;或者在最低燃料消耗附近的轉速運轉,得到較好的經濟性。目前,大多數轎車手動變速器有5個前進檔,個別有6個前進檔;自動變速器有4個或者5個前進檔,將來還會有6個前進檔。

    要高質量地進行發動和傳動系統的匹配設計不僅需要大量的計算,還需要進行精心設計的實驗研究。所以,汽車動力性能和經濟性能的設計體現了廠家的核心技術能力。

車匯通
2005年7月28日

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