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速度与激情都是大家追求的目标，要实现这个目标，就需要下图中这样的美女小姐姐，还需要一辆这样的“野兽”，作为野兽，就需要有够劲爆的动力！ 今天 就和漫谈君一起来看看 动力总成匹配设计与开发 好消息：汽车大漫谈4群已开通，话说都是汽车研发工程师，每天都在分享技术，有需要进群的童鞋，加漫谈君微信：autotechstudy，备注名称+专业哟，方便邀请进群！ 一、动力总成匹配的任务 根据汽车的基本参数，通过计算选择一款发动机，以及与之匹配的轮胎、离合器、变速箱、传动轴和驱动桥。并且对各个部件进行验算，是否各个部件匹配的良好，最后画出一张整车总体布置草图。电动汽车采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。 二、整车动力匹配的结构 1发动机 2离合器 3变速箱 4传动轴 三、整车动力系统的性能要求 1加速特性 加速特性可以通过改进发动机的功率和燃油经济性来实现，方法如下： 2换挡特性 1）换挡反应：换挡延迟和延续； 2）换挡质量：发动机速度改变扭矩改变能够平稳的传递； 3）换挡进程：提供平稳的，连续的和可预见的发动机运行状态。匹配动力系统的动力输出和加速要求。 3声音质量（NVH） 使来自动力系统的声音与顾客所希望听到的声音一致。 4汽车性能开发 以目标区域标准法规为基本要求，通过对市场顾客语言研究与benchmark研究，以竞争策略为指导，结合公司技术生产能力设定整车性能目标。
要保证性能指标的真正实现，必须将性能分解指标体现在相关系统部件结构设计上，并在系统及部件中最终体现，作为系统及部件性能指标验收的依据。 同时，对整车各系统及零部件选型报告进行确认，各系统模块按目标分解要求对零部件进行质量特性控制，保证满足整车及系统要求。
四、动力系统各部件的选型 1发动机的选择 1）发动机最大功率确定 汽车的动力性能很大程度上取决于发动机的最大功率。要设计的载货汽车最高车速是 90 / u km/h，那么发动机的最大功率应该大于或者等于该车速行驶时，滚动阻力功率与空气阻率之和，即
式中： Pemax——发动机最大功率 ητ——传动系效率（包括变速器、传动轴主减速器效率） ma——汽车总质量，kg f——滚动阻力系数 CD——空气阻力系数 Uamax——最大行车速度
2）发动机最大转矩及转速确定 当发动机最大功率和其相应的转速确定后，可通过下式确定发动机的最大转矩。
式中： Temax——发动机最大转矩 ，N·m α——转矩适应性系数，标志着当行驶阻力增加时，发动机外特性曲线自动增加转矩的能力 Pemax——发动机最大功率 np——最大功率时的转速，r/min 一般用发动机适应性系数，
表示发动机转速适应行驶工况的程度， 越大说明发动机的转速适应性越好。采用Φ值大的发动机可以减少换挡次数，减轻司机疲劳、减少传动系的磨损和降低油耗。 通常，汽油机取 1.2~1.4 ，柴油机取 1.2~2.6 ，以保证汽车具有适应的最低稳定车速。
2轮胎的选择 轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据， 因此，在总体设计开始阶段就应选定。选择的依据是车型、使用条件、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。 为了提高汽车的动力因数、 降低汽车质心的高度、对公路用车在其轮胎负荷系数以及汽车离地间隙允许的范围内，应尽量选取尺寸较小的轮胎。 同时还应考虑与动力—传动系参数的匹配和对整车尺寸参数的影响。
3传动系最大传动比的确定 传动系最大传动比为变速器的 I 挡传动比ig1与主减速比i0的乘积。ig1应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着条件、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等综合确定。 汽车爬坡度时车速不高，空气阻力可以忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有
则由最大爬坡度要求的变速器 I 挡传动比为
式中： ma——汽车总质量，kg Ψmax——道路最大阻力系数 根据驱动车轮与地面附着条件
求得变速器的 I 挡传动比为
式中： φ——道路的附着系数，在良好的路面上去 φ=0.8 G2——汽车满载静止于水平路面时驱动桥承受的载荷
4离合器的初步选型 离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于 1。 后备系数 β是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑以下几点： 1）摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩； 2）要防止离合器滑磨过大； 3）要能防止传动系过载。
显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大， β不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，β又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，β可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，β应选取大些；货车总质量越大，β也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的β值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小， β可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定， 选取的 β值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的 β值应大于单片离合器。 各类汽车β值的取值范围通常为： 轿车和微型、轻型货车： β=1.20～1.75 中型和重型货车：β=1.50～2.25 越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车：β=1.80～4.00
5变速器的选择 由于重型汽车的装载质量大，使用条件复杂，同时中型货车满载与空载的质量变化极大，要保证重型汽车具有良好的动力性、经济性和加速性，需要采用多档变速器。因为，档位越多，发动机发挥最大功率附近高功率的机会就越大，可以提高汽车的加速与爬坡能力；同时也能增加发动机在地燃油消耗率的转速范围工作的机会，可以提高汽车的燃油经济性。目前，组合式机械变速器已经成为重型汽车的主要形式，即以一到两种 4-6 挡变速器为主体，通过更换系列齿轮副和配置不同的副变速器，得到一组不同的挡数、不同传动比范围的变速器系列。
6传动轴的选型 当传动轴分段时，需要加设安装在车架横梁上的弹性中间支撑，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及车辆行驶过程中由于弹性支承的发动机的传动和车架等变形所引起的位移。弹性元件能吸收传动轴的震动，降低噪声。这种弹性中间支撑不能传递轴向力，它只要承受传动轴因动不平衡，偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。一般驱动桥传动轴均采用一对十字轴万向节。十字万向节两轴的夹角不宜过大，当由4°增至16°时，滚针轴承寿命将下降至原寿命的1/4 。十字轴万向节夹角的允许范围如表所示：
选择传动轴时应注意，当变速器为 I 挡时，发动机最大转矩经过变速器的减速增扭后。 输出的扭矩的是否大于传动轴的工作扭矩。 7驱动桥的选型 驱动桥处于传动系的末端，其基本公用是增大由传动轴传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮，并使左、右驱动轮具有差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车价之间的垂向力、纵向力和横向力。 1）驱动桥结构形式和布置形式的选择 驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式有关。绝大多数载重货车的驱动车轮采用非独立悬架，相应的采用非断开式车桥。现代多桥驱动汽车都采用贯通式驱动桥的布置。 在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动布置在同一个纵向垂直平面内，且相邻的两桥的传动轴是串联的布置。 其优点是不仅减少了传动轴的数量， 而且提高了各种驱动桥零件的互通性，并且简化了结构，减少了体积和质量，成本较低。
2）主减速器结构形式选择 主减速器形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，主要取决与动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比i0的大小以及驱动桥的离地间隙、驱动桥的数目及减速形式等。 双级主减速器有两集齿轮减速组成，结构复杂、质量大，制造成本也显著增加，仅用于主减速比较大且采用单节减速器不能满足既定的减速比和离地间隙要求的重型汽车上。目前，轿车和一般的轻、中型货车采用单级主减速器，即可满足汽车动力性要求。它具有结构简单、体积小、质量轻和传动效率高等优点。
五、整车性能计算验证 通过初始的性能指标要求，进行了各大总成的初步选型。先根据某车型的基本动力性指标的计算入手，来校核整车的动力性。 1基本参数的选择 1）某发动机外特性参数
2）某变速器各档速比 I1=6.35 I2=3.27 I3=1.77 I4=1.0 I5=0.81 3）整车参数
2动力性计算 1）汽车各挡速度特性
V的单位为km/h。计算结果见下表，v1为变速器1挡时车速，以此类推。
2）汽车驱动力
Ft单位N，F1为变速器一档时汽车轮胎上的驱动力，以此类推。计算结果见下表。
3）汽车各档动力因数
计算结果见下表，D1为变速器一档时汽车动力因数以此类推。
4）汽车爬坡度 设坡度较为α，则i=tgα
则有：
式中i1为一档时汽车爬坡度，以此类推，计算结果见下表：
5）各档加速性能
计算结果见下表，其中J1为一档时汽车加速度。
6）汽车驱动功率的计算 汽车常遇到的阻力功率为
取车速为10~112，计算结果见下表：
以上所有计算均通过计算机完成，这样既减少了计算量,也提高了计算的准确度。通过以上计算，得出了该车的动力性指标值。从这些指标值中可知，该车具有良好的动力性。从汽车功率平衡图中可发现，汽车的行驶阻力所消耗的功率尸阻远远小于汽车发动机所发出的功率P，这也表明该匹配使得该车具有足够大的后备功率，保证了汽车的良好动力性。同时，从该图中也可看出，汽车在行驶时发动机的负荷率并不大，这就保证了汽车发动机性能的稳定性，提高了整车的可靠性。总之，通过以上分析可知，该车动力匹配是合理的，此次设计是成功的。
六、结语 不论是发动机、变速箱、还是离合器等动力总成系统部件本身的性能只是汽车动力性的一个基础，关键还是在于系统的匹配和匹配后的不断的调教和优化；简单来讲匹配做得较好的车在踩油门后会积极地降档来给到你更好的扭矩输出，从而获得大的加速度来去完成起步，超车和急加速等动作。
随着新能源汽车的发展，动力系统的匹配重要性在EV车上更为突出，对“三电”系统部件的合理选型以及在不同工况下的匹配校核需要更为细化，尤其在技术方面目前还存在一些瓶颈下，动力总成系统的匹配更是研究重点中的重点。 |
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