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汽 車(chē) 技 術(shù)汽 車(chē) 技 術(shù) 并聯(lián)混合動(dòng)力轎車(chē)傳動(dòng)比初選方法 鐘再敏 馬 勇 （同濟(jì)大學(xué) ） 【摘要 】通過(guò)分析 ，對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)比的選擇給出了初步結(jié)論 ：從動(dòng)力性角度出發(fā) ，當(dāng)動(dòng)力源工作在最大功 率點(diǎn)時(shí) ，恰當(dāng)選擇傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比 ，使得汽車(chē)能夠達(dá)到最高設(shè)計(jì)車(chē)速 ，選擇此時(shí)傳動(dòng)比為最小傳動(dòng)比 ；綜合考慮 最大爬坡度 、附著率及汽車(chē)最低穩(wěn)定車(chē)速 3 方面的問(wèn)題確定最大傳動(dòng)比 ；最大和最小傳動(dòng)比之間的中間擋位應(yīng)按照 等比級(jí)數(shù)分配傳動(dòng)比的原則進(jìn)行分配 。 主題詞：并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē) 傳動(dòng)比 動(dòng)力性 中圖分類(lèi)號(hào)： U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1000－3703（2010）09－0024－04 The Method of Drive Ratio Configuration for Parallel Hybrid Car Zhong Zaimin, Ma Yong （Tongji Universityy） 【Abstract】A primary conclusion is given for the selection of drive ratio of hybrid car based on analysis: from the dynamic point of view, when the power source operates at the maximum power point, selecting appropriately the overall drive ratio of the driveline, which enables the vehicle to obtain the maximum design speed, the drive ratio selected at this moment is the minimum drive ratio; define the maximum drive ratio based on the maximum gradient, adhesion rate and the minimum vehicle stable speed; the intermediate gear between the maximum and minimum drive ratio shall be assigned according to the principle of geometric sequence drive ratio assignment. Key words：Parallel hybrid vehicle, Drive ratio, Dynamics 1 前言 汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的選定包括變速器擋位 、 各擋位齒數(shù)比以及主減速器齒數(shù)比 。 對(duì)于以傳統(tǒng)發(fā) 動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的汽車(chē)而言 ，傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的選 擇有完整的理論和較成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ，但是對(duì)并聯(lián) 式混合動(dòng)力汽車(chē)而言 ，由于電機(jī)特性與發(fā)動(dòng)機(jī)特性 有較大差別 ，同時(shí)電機(jī)控制也較為靈活 ，因此在確定 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比時(shí) ，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)就不完全適用 。 2 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介及模型 建立 2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 。 該并聯(lián) 式混合動(dòng)力汽車(chē)基于機(jī)械式自動(dòng)變速器 （AMT）平 臺(tái) ，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力在變速器前由離合器進(jìn)行 耦合 。 離合器 、變速器以及相應(yīng)的自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組 成 AMT 系統(tǒng) 。 圖 1 并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)典型結(jié)構(gòu) 這種并聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電 機(jī)分別驅(qū)動(dòng)車(chē)輛 ，或通過(guò)扭矩耦合聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車(chē)輛模 式 ，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、扭矩分配靈活等特點(diǎn) 。 2.2 模型建立 本文采用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)各項(xiàng) 表征動(dòng)力性的指標(biāo)比較來(lái)確定傳動(dòng)比的差別及選擇 方法 ，因此必須首先建立兩個(gè)可用于比較的模型 。 車(chē)輛動(dòng)力性由動(dòng)力源的功率來(lái)表征 。 選定的兩 個(gè)比較模型出發(fā)點(diǎn)就是兩個(gè)模型的動(dòng)力源最大功率 相同 ，這樣在保證動(dòng)力性相同的基礎(chǔ)上討論傳動(dòng)系 發(fā)動(dòng)機(jī) 變速器 電池 逆變器 電機(jī) /發(fā)電機(jī) ·設(shè)計(jì) ·計(jì)算 ·研究 ·設(shè)計(jì) 計(jì)算 研究 24— — 2010 年 第 9 期 統(tǒng)的傳動(dòng)比分配問(wèn)題才有意義 。 本文選擇 48 kW 發(fā)動(dòng)機(jī)作為傳統(tǒng)汽車(chē)模型的 動(dòng)力源 ， 用 37.5 kW 發(fā)動(dòng)機(jī)和 10.5 kW 電機(jī)聯(lián)合作 為混合動(dòng)力汽車(chē)模型的動(dòng)力源 。 為了使模型更具有普遍性和參考價(jià)值 ，對(duì)于汽 車(chē)功率采用比功率的概念描述 ，即單位汽車(chē)總質(zhì)量 具有的發(fā)動(dòng)機(jī)功率 ，用符號(hào) P m 表示汽車(chē)比功率 ： P m = 1 000P e m （1） 本文中計(jì)算使用的參數(shù)均取自某一微型轎車(chē) ， 該車(chē)動(dòng)力源具有 48 kW 的最大功率 ， 整備質(zhì)量為 910 kg，滿(mǎn)載質(zhì)量為 1 250 kg。 采用的模型最大比功 率為 52.7 kW/t（通常比功率的計(jì)算采用整備質(zhì)量 ）。 本文采用的模型比功率在轎車(chē)中是比較小的 ， 屬于微型車(chē)范疇 （表 1）。 表 1 常見(jiàn)轎車(chē)比功率 混合動(dòng)力汽車(chē)模型的發(fā)動(dòng)機(jī)較輕 ， 但具有附加 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池質(zhì)量 ， 因此整備質(zhì)量一般會(huì)大于 傳統(tǒng)汽車(chē) ， 其差別與具體部件的選型相關(guān) 。 本文旨 在討論確定傳動(dòng)比的新思路和方法 ， 因此在進(jìn)行各 項(xiàng)動(dòng)力性指標(biāo)的對(duì)比計(jì)算時(shí)采用車(chē)輛滿(mǎn)載質(zhì)量 ，一 方面以消除兩個(gè)模型的整備質(zhì)量差別 ， 另一方面保 證模型的可比較性 。 比較兩個(gè)模型動(dòng)力源比功率特性以及扭矩特性 如圖 2 所示 。 （a）比功率特性 （b）輸出扭矩特性 圖 2 模型動(dòng)力源比功率特性及輸出扭矩特性 在低速段時(shí) ， 混合動(dòng)力模型的功率比傳統(tǒng)車(chē)模 型略大 ，而輸出扭矩遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)車(chē)模型 ；在高速段 ， 兩個(gè)動(dòng)力源模型的輸出扭矩幾乎相等 。 電機(jī)本身具有額定功率和瞬時(shí)功率 ， 上面的計(jì) 算使用電機(jī)的額定功率 ， 因此在不考慮電池容量前 提下 ， 功率是可以持續(xù)輸出的 。 電機(jī)瞬時(shí)功率一般 約為額定功率的 3 姨 倍 ，即可以達(dá)到 18 kW，在車(chē) 輛行駛時(shí)電機(jī)瞬時(shí)功率在加速 、 爬坡等工況下可以 為車(chē)輛帶來(lái)更好的動(dòng)力 ，本文在傳動(dòng)比的選擇上 ，仍 保守地以額定功率作為計(jì)算基礎(chǔ) 。 2.3 混合動(dòng)力模型動(dòng)力源功率選擇依據(jù) 選擇混合動(dòng)力模型動(dòng)力源發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的功率 比為 3.6:1，這樣選擇出于以下兩點(diǎn)考慮 ： a. 當(dāng)電機(jī)無(wú)法提供動(dòng)力時(shí) ， 發(fā)動(dòng)機(jī)可以單獨(dú) 驅(qū)動(dòng)車(chē)輛完成跛行模式行駛過(guò)程 。 b. 電機(jī)功率可以在適當(dāng)擋位下完成起步和驅(qū) 動(dòng)車(chē)輛行駛 ，能夠?qū)崿F(xiàn)純電動(dòng)模式 。 本文模型使用微型車(chē)參數(shù) ， 因此以上比例并不 一定適合動(dòng)力源功率較大的混合動(dòng)力車(chē)型 。 3 最小傳動(dòng)比的選擇 當(dāng)動(dòng)力源工作在最大功率點(diǎn)時(shí) ， 恰當(dāng)選擇傳動(dòng) 系統(tǒng)的總傳動(dòng)比能夠使汽車(chē)達(dá)到最高設(shè)計(jì)車(chē)速 ，此 時(shí)變速器的傳動(dòng)比為最小傳動(dòng)比 。 因此 ， 本文中兩 個(gè)模型最小傳動(dòng)比的選擇相同 。 本文模型設(shè)計(jì)最大車(chē)速為 150 km/h， 根據(jù)參考 車(chē)型數(shù)據(jù) ，兩種模型的最小傳動(dòng)比暫選為 i g5 =0.838， 主減速器減速比 i 0 =4.412。 4 最大傳動(dòng)比的選擇 確定最大傳動(dòng)比時(shí) ，要考慮最大爬坡度 、附著率 以及汽車(chē)最低穩(wěn)定車(chē)速 3 方面的問(wèn)題 。 附著率需要 考慮到輪胎和路面的情況 ，這里不做討論 。 4.1 根據(jù)爬坡度計(jì)算 汽車(chē)爬大坡時(shí) ，車(chē)速很低 ，因此忽略空氣阻力 ， 汽車(chē)的最大傳動(dòng)比要滿(mǎn)足 ： i g1 ≥ G（f cos α max +sin α max ）r T tqmax i 0 η T （2） 式中 ， α max 為轎車(chē)的最大爬坡度 ，一般超過(guò) 30%；r 為 車(chē)輪半徑 ；T tqmax 為動(dòng)力源最大扭矩 ；f 為滾動(dòng)阻力系 數(shù) ；i 0 為主減速比 。 考慮到爬坡是在比較低的車(chē)速下 ， 因此選取發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在 1 600 r/min 時(shí)兩種模型動(dòng)力源能夠提 供的最大扭矩作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 。 分別計(jì)算可得 ， 傳統(tǒng) 車(chē)型 比功率 /kW·t -1 車(chē)型 比功率 /kW·t -1 寶馬 325 107 雅閣 2.4 84 寶來(lái) 1.8T 84 奧迪 A6 1.8T 75 寶來(lái) 1.8 70 凱越 1.6 63 QQ1.1 56 長(zhǎng)安奔奔 1.3 63 40 30 20 10 0 0 2 000 4 000 6 000 轉(zhuǎn)速 /r·min -1 電機(jī) 混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī) 混合動(dòng)力聯(lián)合輸出 傳統(tǒng)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī) 比 功 率 / k W · t - 1 0 2 000 4 000 6 000 150 100 50 0 轉(zhuǎn)速 /r·min -1 扭 矩 / N · m 混合動(dòng)力聯(lián)合輸出 傳統(tǒng)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī) 電機(jī) 混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī) ·設(shè)計(jì) ·計(jì)算 ·研究 ·設(shè)計(jì) 計(jì)算 研究 20 年 第 期 25— — 汽 車(chē) 技 術(shù)汽 車(chē) 技 術(shù) 車(chē) 1 擋傳動(dòng)比最小值 i g1min 為 3.34； 混合動(dòng)力模型 i g1min 為 2.07； 如果混合動(dòng)力模型電機(jī)不提供輸出功 率 ，那么相應(yīng)的 1 擋傳動(dòng)比最小值 i g1min 為 4.22。 4.2 根據(jù)最小車(chē)速計(jì)算 為了保證汽車(chē)可以在較低速度爬行 ， 滿(mǎn)足汽車(chē) 在城市中堵車(chē) 、泊車(chē)等工況需求 ，變速器 1 擋傳動(dòng)比 應(yīng)該能使汽車(chē)在一定低速下穩(wěn)定行駛 ， 本文界定對(duì) 于傳統(tǒng)汽車(chē)以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 900 r/min 且離合器完全 接合時(shí)汽車(chē)的行駛速度為最低車(chē)速 。根據(jù)汽車(chē)?yán)碚?， 當(dāng)最低車(chē)速為 4~6 km/h 時(shí) ，相應(yīng) 1 擋傳動(dòng)比為 3.3~ 4.9，結(jié)合參考車(chē)型 ，將傳統(tǒng)車(chē)模型的 1 擋傳動(dòng)比暫 選為 3.818；對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē) ，由于電機(jī)可以在極 低車(chē)速下輸出穩(wěn)定扭矩 ， 并且本文采用的并聯(lián)混合 動(dòng)力模型可以具有純電動(dòng)工作模式 ， 因此混合動(dòng)力 汽車(chē)模型最大傳動(dòng)比的選擇可以不受最小車(chē)速條件 的約束 。 4.3 根據(jù) 1 擋加速性能計(jì)算 在乘用車(chē)設(shè)計(jì)中 ， 最大傳動(dòng)比的選擇更多是根 據(jù)其加速性能最終確定的 。 最大傳動(dòng)比除了滿(mǎn)足起 步要求外 ， 還要使車(chē)輛能夠在低速時(shí)具有更好的加 速能力 ，滿(mǎn)足車(chē)輛實(shí)際使用需要 。 下面考察傳統(tǒng)車(chē)不同的 1 擋傳動(dòng)比對(duì)其加速性 能的影響 。 汽車(chē)行駛方程式 ： a= du dt = 1 δm [F t -（F f +F w ）] （3） 式中 ，F(xiàn) t 為驅(qū)動(dòng)力 ；F f 為滾動(dòng)阻力 ；F w 為空氣阻力 。 將汽車(chē)?yán)碚撝?F t 、F f 和 F w 的計(jì)算公式分別代入 式 （3）并分別取 i g1 值從 2.5～4.5 之間的一系列數(shù)值 ， 針對(duì)兩個(gè)模型計(jì)算可以得到圖 3 所示曲線 。 圖 3 兩個(gè)模型不同 1 擋傳動(dòng)比下加速度特性 從圖 3 可以看出 ，在最大傳動(dòng)比的選取上 ，在保 證加速度前提下 ，混合動(dòng)力模型可以比傳統(tǒng)車(chē)模型選 的小一些 。 僅從圖上來(lái)看 ，傳動(dòng)比可以選到 2.5 以下 。 5 傳動(dòng)系統(tǒng)擋數(shù)和各擋傳動(dòng)比的選擇 對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē) ， 增加擋位數(shù)可以改善汽車(chē)的動(dòng) 力性和經(jīng)濟(jì)性 。 經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐 ， 普通手動(dòng)變速器轎 車(chē)普遍采用 5 擋變速器 ，既能減小發(fā)動(dòng)機(jī)排量 ，同時(shí) 不會(huì)使傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜 ， 從而達(dá)到在保證動(dòng)力性 的前提下節(jié)省燃油的目的 。 本文的傳統(tǒng)汽車(chē)模型也采取 5 擋變速器 。 根據(jù) 汽車(chē)?yán)碚?，在分配中間各擋傳動(dòng)比時(shí) ，主要原則是充 分利用發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率 ，提高汽車(chē)動(dòng)力性 。 為方便討論 ，再假設(shè)兩個(gè)對(duì)比模型 ，如圖 4 和圖 5 所示 ，兩種都具有 3 個(gè)擋位的傳動(dòng)系統(tǒng) ，最大和最 小傳動(dòng)比都相同 ，中間傳動(dòng)比不同 。 （a）功率外特性曲線 （b）1 擋 （c）2 擋 （d）3 擋 圖 4 i g1 /i g2 =i g2 /i g3 時(shí)不同擋位下發(fā)動(dòng)機(jī)功率覆蓋面積 （a）功率外特性曲線 （b）1 擋 （c）2 擋 （d）3 擋 圖 5 i g1 /i g2 ＞i g2 /i g3 時(shí)不同擋位下發(fā)動(dòng)機(jī)功率覆蓋面積 汽車(chē)在全油門(mén)開(kāi)度下加速時(shí) ， 在 1 擋發(fā)動(dòng)機(jī) 達(dá)到最大功率輸出時(shí)換入 2 擋可以保證 1 擋發(fā)動(dòng) 機(jī)功率得到充分發(fā)揮 ， 從而獲得最大動(dòng)力 ；2 擋換 入 3 擋也是如此 。 每個(gè)擋位下發(fā)動(dòng)機(jī)功率的覆蓋 面積和傳動(dòng)比分配方式有關(guān)系 ， 不同擋位積分得 到的功率覆蓋面積也有所不同 。 這個(gè)覆蓋面積越 大意味著發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速隨車(chē)速和擋位變化時(shí)可以 利用的功率越多 ，從而使汽車(chē)加速時(shí)間越短 ，動(dòng)力 0 50 100 150 200 i g1 =3.818 i g2 =2.613 i g3 =0.838 60 40 20 0 車(chē)速 /km·h -1 功 率 / k W 50 40 30 20 10 0 0 2 000 4 000 6 000 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 /r·min -1 i g1 功 率 / k W 0 2 000 4 000 6 000 50 40 30 20 10 0 i g2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 /r·min -1 功 率 / k W 0 2 000 4 000 6 000 50 40 30 20 10 0 i g3 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 /r·min -1 功 率 / k W 0 2 000 4 000 6 000 50 40 30 20 10 0 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 /r·min -1 功 率 / k W i g3 60 40 20 0 0 50 100 150 200 i g1 =3.818 i g2 =2.613 i g3 =0.838 車(chē)速 /km·h -1 功 率 / k W 0 2 000 4 000 6 000 50 40 30 20 10 0 i g1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 /r·min -1 功 率 / k W 0 2 000 4 000 6 000 50 40 30 20 10 0 i g2 功 率 / k W 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 /r·min -1 0 10 20 30 40 50 60 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 傳統(tǒng)車(chē) i g1 =2.5 傳統(tǒng)車(chē) i g1 =3.0 傳統(tǒng)車(chē) i g1 =3.5 傳統(tǒng)車(chē) i g1 =4.5 傳統(tǒng)車(chē) i g1 =3.818 混合動(dòng)力車(chē) i g1 =2.5 混合動(dòng)力車(chē) i g1 =3.0 混合動(dòng)力車(chē) i g1 =3.5 混合動(dòng)力車(chē) i g1 =4.5 車(chē)速 /km·h -1 加 速 度 / m · s - 2 ·設(shè)計(jì) ·計(jì)算 ·研究 ·設(shè)計(jì) 計(jì)算 研究 26— — 2010 年 第 9 期 性越好 。 通過(guò)求覆蓋面積極值 ，可以獲得最佳中間 傳動(dòng)比分配方式 。 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩外特性曲線可以用三次或三 次以上的多項(xiàng)式來(lái)表示 。 本文使用的發(fā)動(dòng)機(jī)模型 外特性曲線是用四次多項(xiàng)式通過(guò)最小二乘法擬合 獲得 ，即 ： T tq =a 0 +a 1 n+a 2 n 2 +a 3 n 3 +a 4 n 4 （4） 設(shè) i g1 =i g2 q 1 ，i g2 =i g3 q 2 ,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大功率處的轉(zhuǎn) 速為 n m ，則圖 4 和圖 5 中的 2 擋和 3 擋可利用功率 曲線覆蓋面積之和為 ： Q= nm nmq1 乙 p e dn+ nm nmq2 乙 p e dn （5） 代入公式并整理可以獲得 ： Q=2（b 1 n 6 m +b2n 5 m +b3n 4 m +b4n 3 m +b5n 2 m ） -b1n 6 m （q 6 1 +q 6 2 ）-b2n 5 m （q 5 1 +q 5 2 ） -b3n 4 m （q 4 1 +q 4 2 ）-b4n 3 m （q 3 1 +q 3 2 ） -b5n 2 m （q 2 1 +q 2 2 ） （6） 根據(jù)數(shù)學(xué)中的平均值不等式定理 （代數(shù)平均值 大于或等于幾何平均值 ， 等號(hào)成立的條件為各個(gè)元 素相等 ）， 式 （6） 中 q n 1 +q n 2 ≥2 q n 1 q n 2姨 （其中 ，n= 2,3,4,5,6）， 因 此 Q 取最大值的條件為 q 1 =q 2 = i g3 /i g1姨 ，即每?jī)蓚€(gè)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比的比值相 等 ，此時(shí)各擋傳動(dòng)比是按照等比級(jí)數(shù)分配 。 將擋位數(shù)擴(kuò)展到 5 個(gè)擋 ， 應(yīng)用平均值不等式定 理同樣可以得到相同的結(jié)論 。 上述結(jié)論對(duì)混合動(dòng)力 汽車(chē)模型同樣適用 。 6 減少 1 個(gè)擋位的混合動(dòng)力汽車(chē)與傳統(tǒng)汽 車(chē)動(dòng)力性比較 6.1 選定模型傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù) 對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)模型和混合動(dòng)力汽車(chē)模型傳 動(dòng)比的選擇 ，經(jīng)過(guò)前面的分析可以得到以下 3 個(gè) 原則 ： a. 兩種模型最小傳動(dòng)比選擇要相同 。 b. 混合動(dòng)力汽車(chē)模型的最大傳動(dòng)比可以選小一 些 ，基本可以選到 2.5 以下 ，但要大于 2.07（爬坡要 求 ）。 c. 對(duì)于最大和最小傳動(dòng)比之間的中間擋位 ，兩 種模型都應(yīng)按照等比級(jí)數(shù)分配傳動(dòng)比的原則進(jìn)行分 配 ，以充分利用動(dòng)力源的功率 。 結(jié)合參考車(chē)型 ， 最終選定兩個(gè)模型的傳動(dòng)比見(jiàn) 表 2。 表 2 混合動(dòng)力汽車(chē)模型最終選定的傳動(dòng)比 從表 2 中可以看出 ，混合動(dòng)力汽車(chē)模型的傳動(dòng) 系統(tǒng)相當(dāng)于傳統(tǒng)車(chē)模型傳動(dòng)系統(tǒng)去掉了第 1 擋和 倒擋 。 除了車(chē)速極低的情況外 ，兩種模型的傳動(dòng)比 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)能力相同 ，即對(duì)經(jīng)濟(jì)性能的影 響相同 。 在低速時(shí) ，混合動(dòng)力汽車(chē)模型的純電動(dòng)模 式可以解決少了 1 個(gè)擋位后的低速爬行問(wèn)題和倒 車(chē)問(wèn)題 。 6.2 動(dòng)力性能比較 從圖 6 中可以看出 ， 在不同擋位的動(dòng)力源低速 段兩種模型功率輸出特性幾乎相同 ， 而高速段功率 輸出不同 ，并且與換擋時(shí)機(jī)有密切關(guān)系 。為了能夠統(tǒng) 一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較 ， 本文比較兩種模型全油門(mén)加速能 力 ，即 0~100 km/h 加速時(shí)間和加速到最大車(chē)速的時(shí) 間 ，來(lái)說(shuō)明動(dòng)力性差異 。 圖 6 兩種模型功率外特性對(duì)比 畫(huà)出兩種模型的加速度倒數(shù)與車(chē)速之間關(guān)系曲 線如圖 7 所示 ， 各條曲線與車(chē)速軸圍成的面積中最 小面積即為最快加速所需時(shí)間 。 根據(jù)公式 ： t= t 0 乙 dt= v2 v1 乙 1 a du=A （7） 分段計(jì)算兩種模型從 0~100 km/h 和加速到最 大車(chē)速的加速時(shí)間 （理論上最大車(chē)速為 150 km/h）， 其中將起步時(shí)間也計(jì)算在內(nèi) ， 最終獲得對(duì)比數(shù)據(jù)如 表 3 所列 。 （下轉(zhuǎn)第 32 頁(yè) ） 車(chē)速 /km·h -1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 傳統(tǒng)汽車(chē) 混合動(dòng)力汽車(chē) 阻力功率 功 率 / k W 傳動(dòng)比 傳統(tǒng)汽車(chē) 混合動(dòng)力汽車(chē) i g1 3.818 2.613 i g2 2.613 1.789 i g3 1.789 1.224 i g4 1.224 0.838 i g5 0.838 —— i gR 3.583 —— ·設(shè)計(jì) ·計(jì)算 ·研究 ·設(shè)計(jì) 計(jì)算 研究 20 年 第 期 27— — 汽 車(chē) 技 術(shù)汽 車(chē) 技 術(shù) （a）傳統(tǒng)車(chē)模型 （b）混合動(dòng)力車(chē)模型 圖 7 兩種模型加速度倒數(shù)及最小覆蓋面積對(duì)比 表 3 加速性能對(duì)比 從表 3 可以看出 ， 混合動(dòng)力汽車(chē)和傳統(tǒng)汽車(chē)相 比雖然少了 1 擋 ，但是動(dòng)力性卻仍然比原車(chē)好 ，又因 為擋位數(shù)目有所減少 ， 從而可以在相同的行駛條件 下減少換擋次數(shù) 。 前面的討論都是針對(duì)全油門(mén)情況 ， 在車(chē)輛實(shí) 際使用中 ，全油門(mén)工況較少 ，絕大多數(shù)時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī) 在部分節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下以部分負(fù)荷特性工作 。 由于 電機(jī)扭矩調(diào)節(jié)不依附于節(jié)氣門(mén)開(kāi)度 ， 具有很大的 靈活性 ， 因此可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作點(diǎn)對(duì)發(fā) 動(dòng)機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 在瞬時(shí)工況中 （如起步或 短時(shí)超車(chē)等 ）， 電機(jī)還能夠爆發(fā)瞬時(shí)功率提供動(dòng) 力 ， 因此混合動(dòng)力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性方面缺陷的彌 補(bǔ)將更加明顯 。 在去掉傳統(tǒng)汽車(chē) 1 擋和倒擋后 ， 混合動(dòng)力汽車(chē) 模型傳動(dòng)系統(tǒng)的擋位總數(shù)變?yōu)?4 個(gè) ， 對(duì)于變速器齒 輪軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 、 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化以及換擋控 制都帶來(lái)諸多好處 ， 如果就此深入研究將更好地推 動(dòng)混合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用和推廣 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 余志生 . 汽車(chē)?yán)碚?. 北京 . 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2006. 2 吳光強(qiáng) . 汽車(chē)?yán)碚?. 北京 ： 人民交通出版社 ， 2007. （責(zé)任編輯 簾 青 ） 修改稿收到日期為 2010 年 8 月 1 日 。 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0 50 100 加 速 度 倒 數(shù) / s 2 · m - 1 i g1 =3.818 i g2 =2.613 i g3 =1.789 i g4 =1.224 i g5 =0.838 車(chē)速 /km·h -1 車(chē)速 /km·h -1 傳統(tǒng)汽車(chē) 混合動(dòng)力汽車(chē) 加速時(shí)間 /s 換擋 次數(shù) 加速時(shí)間 /s 換擋 次數(shù) 0～100 21.72 3 20.04 2 0～150 112.07 4 102.66 3 i g1 =2.613 i g2 =1.789 i g3 =1.224 i g4 =0.838 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0 50 100 車(chē)速 /km·h -1 加 速 度 倒 數(shù) / s 2 · m - 1 知其數(shù)值變化范圍都符合廠方規(guī)定的要求 。 圖 13 前懸架垂直剛度仿真曲線 4 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)對(duì)懸架仿真結(jié)果特性參數(shù)的分析 , 可知該 輕型載貨汽車(chē)設(shè)計(jì)中存在的缺陷 ： a. 前懸架的主銷(xiāo)橫向偏移距偏大 ， 容易發(fā)生 制動(dòng)跑偏 、前束變化不合理等 。 b. 車(chē)輪跳動(dòng)過(guò)程中輪距變化較大 ， 會(huì)引起 兩側(cè)輪胎方向相反的側(cè)偏運(yùn)動(dòng) ，從而產(chǎn)生輪胎側(cè) 向力 ，導(dǎo)致輪胎的磨損 ，同時(shí)影響汽車(chē)的操縱穩(wěn) 定性 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 常明 . 汽車(chē)底盤(pán)構(gòu)造 . 北京 ：國(guó)防工業(yè)出版社 , 2005. 2 汽車(chē)設(shè)計(jì)手冊(cè) . 整車(chē) ·底盤(pán)卷 . 長(zhǎng)春汽車(chē)研究所 .1998 3 《汽車(chē)工程手冊(cè) 》編輯委員會(huì) . 北京 ：人民交通出版社 .2007. 4 余志生 . 汽車(chē)?yán)碚?. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2008. 5 陳軍 . MSC. ADAMS 技術(shù)與工程分析實(shí)例 . 北京 ： 中國(guó)水 利水電出版社 , 2008. 6 錢(qián)尼君 , 黃菊花 . 汽車(chē)前懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真與分析 . 南 昌大學(xué)學(xué)報(bào) ·工科版 , 2008, 30（1）: 49~52. 7 胡磊 , 周君 . 基于 ADAMS 前雙橫臂獨(dú)立懸架的建模和仿 真分析 . 輕型汽車(chē)技術(shù) ， 2007（7）：27~29. 8 宋傳學(xué) , 蔡章林 . 基于 ADAMS/CAR 的雙橫臂獨(dú)立懸架建 模與仿真 . 吉林大學(xué)學(xué)報(bào) （工學(xué)版 ）, 2004, 34 （4）: 554~ 558. 9 趙亮 , 張立軍 . 基于 ADAMS 的某 SUV 車(chē)前懸架定位參數(shù)分 析 . 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版 ）, 2008, 28（3）: 192~194. 10 明巧紅 , 鐘紹華 . 基于 ADAMS 的雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu) 化設(shè)計(jì) . 專(zhuān)用汽車(chē) ，2008:56~58. （責(zé)任編輯 學(xué) 林 ） 修改稿收到日期為 2010 年 8 月 15 日 。 245 225 205 185 165 145 -50 0 50 100 車(chē)輪跳動(dòng) /mm 前 懸 架 垂 直 剛 度 / N · m m - 1 ·設(shè)計(jì) ·計(jì)算 ·研究 · （上接第 27 頁(yè) ） 設(shè)計(jì) 計(jì)算 研究 32— —