中级轿车动力系统匹配研究毕业设计论文

本科生毕业设计（论文）I摘 要动力性和燃油经济性是评价一辆汽车性能好坏的两个重要指标。而汽车燃油经济性和动力性的好坏取决于其动力系统合理匹配的程度。因此在汽车设计中,如何选取汽车发动机和传动系的参数以获取最佳动力性和经济性,以保证各部分的最佳匹配,是各汽车厂家非常关心的问题。因此，动力源和传动系的匹配问题,就成了汽车设计中最为基本和最为重要的问题。本文以中级轿车为研究对象，系统阐述了国内国外关于汽车动力系统匹配研究的现状及发展趋势，目前采用的部分行业标准和相关法规体系。选定了行星变速器的结构，对其参数进行了数值计算。建立了发动机、液力变矩器、变速器动力性模型，进行数值计算，计算汽车动力性和燃油经济性相关技术指标。并利用MATLAB 进行动力性分析编程，分析整车动力性匹配。关键词：汽车动力系统；动力性；经济性；合理匹配；研究本科生毕业设计（论文）IIAbstractTractive performance and fuel economy are two important indicators of evaluating the performance of the vehicle. And vehicle fuel economy and tractive performance for a better vehicle depends on the degree of matching. Therefore, in automotive design, how to select the automotive engine and power train system parameters in order to obtain the best power and economy to ensure the best matching between that all parts, is the car manufacturers are very concerned about the issue. So, the matching problem between power source and power train system, have become the most basic and most important issue for car design. This paper ,based on the research object of mid-level cars, expounds the power train system matching status of research and development trends at home and abroad the some of the current industry standards and related laws and regulations. its parameters are calculated with reference to specified planetary gear transmission construction . The dynamic model of the engine, torque converter, transmission is established, and make the numerical calculation of vehicle dynamics and fuel economy indexes related technology. And make use of MATLAB to program dynamic analysis , analyze the entire vehicle dynamic matching . Key words：vehicle power train system；tractive performance；fuel economy； reasonable matching；Research本科生毕业设计（论文）III目 录第 1 章 绪 论 .11.1 前言 .11.2 课题研究的目的和意义 .11.3 国内外发展概况及趋势 .31.3.1 国内研究概况 .31.3.2 国外研究状况 .41.3.3 研究发展趋势 .51.4 本论文主要工作 .5第 2 章 汽车动力性经济性评价 .62.1 动力性评价 .62.2 燃油经济性评价 .72.3 动力性、燃油经济性综合评价 .7第 3 章 中级轿车传动系的结构及其参数计算 .83.1 液力变矩器的结构及其工作原理 .83.2 行星变速器机构的选择 .93.3 行星变速器机构的参数计算 .12第 4 章 中级轿车的动力性匹配研究 .154.1 技术参数 .154.2 发动机的特性 .154.2.1 发动机的外特性 .154.2.2 发动机的万有特性 .164.2.3 发动机的转速特性 .174.3 液力变矩器特性 .174.3.1 泵轮力矩系数 .174.3.2 泵轮力矩 .184.3.3 发动机和液力变矩器工作点 .194.3.4 变矩系数 .204.3.5 涡轮力矩 .204.4 动力性计算 .214.4.1 各档驱动力和行驶阻力 .214.4.2 加速时间 .22本科生毕业设计（论文）IV第 5 章 界面编制 .255.1 编制方法 .255.2 输出结果 .26第 6 章 结论 .29致 谢 .30参考文献 .31附 录 .33附录 A 程序清单 .33附录 B 翻译资料 .50本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 前言人类在经济、政治、文化和军事活动中，总会有人的出行和物的运输环节。随社会的发展，出行与运输的范围越来越广，频率越来越高，节奏越来越快。所以人类对出行和运输所用的工具特别重视，不断地开发新品种。我国的汽车工业也迅速发展，从上世纪 50 年代第一辆国产汽车下线以来，经过了 50 多年的发展，己经成为我国的支柱产业。随着改革开放的深入和社会发展的广泛需求，我国的汽车保有量逐年上升，并已成为社会活动中难以离开的必需品。在汽车运输成本中，燃料消耗占 20%30%，随着国民经济的进步和交通运输的发展，特别是当今能源供给日趋紧张，如何使汽车节能降耗，发挥出最佳社会效益，成为一个急需解决的现实问题。另外，随着我国的富强，人们生活水平的提高，人们对汽车的动力性及舒适性也提出了更高的要求。汽车的动力性和燃油经济性是汽车最重要的技术指标，虽然现代汽车技术的发展使汽车的动力性和燃油经济性都达到了前所未有的高水准，但是二者之间仍存在一个合理匹配问题。要想使汽车的动力性好，就应该使汽车能有足够高车速及较强的牵引力，而要想使汽车的燃油经济性好，除了让发动机的燃油消耗率最小，还要求在实际行驶工况时，发动机总是处于燃料消耗率最小的经济区域内。对于某一特定的车辆，当汽车总重、重量分配、轮胎等己确定的情况下要做到这一点，主要依靠发动机与传动系的合理匹配，即合理选择发动机与传动系统各参数使之发挥最佳动力性和燃油经济性。国内外汽车界在这方面做了大量的工作，对动力性匹配的研究日益完善。随着计算机技术的飞速发展，计算机模拟在动力系统匹配计算中的作用也越来越突出。本课题对汽车的动力性、燃油经济性进行综合匹配研究，为今后的动力性匹配研究提供理论借鉴。1.2 课题研究的目的和意义评价一辆汽车的性能有很多技术指标，如衡量汽车动力性的指标:最高车速、爬坡性能和加速性能等，衡量燃油经济性的指标:汽车在标准试验循环下的百公里油耗等。但是这些指标都不足以全面衡量一辆汽车的好坏，汽车集动力性与燃油经济性为一体，同时很多指标又互相制约，所以任何割裂开的技术指标仅仅是反本科生毕业设计（论文）2映汽车的某一方面，而不是整体性能指标。只有将这些评价发动机和传动系的各自指标结合到一起，才能反映出整车的总体性能。即使一台发动机具有良好的性能，如果没有与之合理匹配的传动系，也不可能充分发挥其最佳性能。合理的动力系统匹配才能实现更好的动力性和燃油积极性。在汽车的实际设计过程中，动力传动系的匹配状况并不能令人满意。这主要是由两个方面的原因造成的。其一，由于传统的测试手段和计算工具的限制，汽车动力系统的匹配一直都采用定性分析和简单的定量计算，靠大量积累的试验数据和反复测试的结果进行设计，其设计流程如图 1 所示。图 1.1 传统汽车设计流程设计人员在进行动力传动系匹配时一直都采用定性分析和简单的定量计算。靠大量积累的试验数据和反复测试的结果来设计，难以对多种方案进行计算比较。这样做所造成的后果往往是，一个部件性能的改进完全有可能由于另一部件的匹配不当而造成整体性能未获得应有的效果。有统计表明，目前国内汽车发动机使用工况多数远离其最佳经济区和最佳排放区，未能实现动力传动系的最佳匹配，在发动机的整个持续工作期向内其平均效率仅为 1118%，而汽车发动机的最佳效率值对于四冲程汽油机而言可达 35%以上。其二，即使采用上述方法对动力系统进行了简单的“匹配” ， 对车辆的动力性、燃油经济性和排放性能的评价也只能在进行实车道路试验或底盘试验之后方可实施。这样做不但周期长、重复性差、成本高，而且在产品设计阶段使得整车及各总成方案的确定、结构参数的选取及传动系与发动机的匹配等都具有一定的盲目性，从而造成人力、财力和物力的浪费。更严重的，甚至会导致整车设计的失败。由此看来，如果在整车总体布置设计时不能科学地、合理地、明确地提出发动机总成、传动系总成及车辆零部件的技术性能指标，就会使得设计结果往往远离产品设计要求。为了避免技术开发和技术决策的盲目性，提高汽车设计质量，缩短研制周期，更合理地确定发动机，传动系及各总成零部件性能指标，在设计阶段就应当采用系统工程的观点来研究整车性能，对整车性能进行技术评价、技术分析和技术决本科生毕业设计（论文）3策。目前为实现汽车动力系统的最佳匹配，在保证汽车的动力性的前提下，减少燃料的消耗，提高燃油经济性已成为世界瞩目的热门研究课题之一，也是提高汽车整车性能的主要技术挑战。汽车工业发达的国家在这方面竞相开展研究工作；现今我国汽车工业也有了空前发展。因此，开展汽车动力系统匹配研究，缩小与世界先进技术水平的差距，提高国内企业核心技术的竞争力，已成为我国汽车工业发展的当务之急。1.3 国内外发展概况及趋势1.3.1 国内研究概况我国在汽车动力传动系的匹配和模拟计算方面的研究起步较晚.进入八十年代后，长春汽车研究所、吉林大学、清华大学和江苏理工大学等单位陆续开展了一些工作，取得了一定的成果。长春汽车研究所开发的汽车动力性和燃料经济性通用模拟程序，能够考察影响汽车基本性能的各个参数，消除随机因素(如司机、车辆、天气等)的影响。清华大学开发的动力性、燃料经济性的计算机模拟程序，较多地借鉴了国外的一些经验模型，由发动机特性、传动系效率、轮胎行使特性、离合器接合分离过程以及发动机万有特性关系简练而合理地阐述了汽车动力系统的基本工作过程。目前，国内汽车界主要是围绕以下几个方面进行工作的:(1)仅对传动系中的某个参数(如主减速比) 进行优化设计。在保证车辆动力性能的基础上，使燃油经济性最佳，具有一定的实用性。(2)对传动系中的变速器参数及主减速比进行优化，目标函数是燃油经济性或动力性指标。(3)对传动系中变速器参数及主减速比进行优化，目标函数是动力性和燃油经济性的加权统一。以往，国内在动力系统的设计过程中，在确定传动系的基础上，基本上是被动地选择发动机或者在确定发动机的基础上，仅以发动机的动力性、经济性指标为依据，在整个汽车运行工况范围内未达到整体的最优化，而且，也没有考虑到排放的要求。随着对匹配问题研究的深入，在车辆动力性燃油经济性模拟计算中，逐步引入了离合器接合规律模型、最佳换档规律模型、变速器效率模型以及主减速器效率模型等，使得整车动力性、燃油经济性的数值模拟精度有所提高，其成果逐步变得具有实用价值。总的来说，国内外对于动力系统匹配模拟计算的研究虽己取得了一定的进展，本科生毕业设计（论文）4但还有许多问题没有完全解决，尤其是对于汽车动态行驶过程在相当大的程度上还是在依靠经验进行处理。1.3.2 国外研究状况从六十年代中期至七十年代以来，有关动力系统的模拟一直处于建模和模拟软件开发的水平上。八十年代初，随着计算机技术的进步，仿真模拟技术得到了飞速发展，在车辆设计中的应用越来越广泛。Waters 等人将汽车行驶工况处理成一个稳态的过程，通过计算获得汽车性能与车速之间的一系列对应关系，该方法准确且占用机时少，但难以确定不同行使工况对整车性能的影响;Hong 等人则从汽车运动方程入手，建立系统的数学模型，运用典型行驶工况进行求解，他们成功地解决了各个行使工况的权重问题，但编写的程序不能反映模拟路径中传动参数的变化情况;Smith 开发了一套商用车的模拟计算程序，在程序中，他集成了以上两种方法，详细描述了模拟路径中性能参数的状况，但计算量巨大，而且还存在由于异常试验数据以及换档点、汽车极限工况区微分方程的不连续性导致的不稳定问题。这一时期最具代表性的软件是美国通用汽车公司开发的汽车动力性与经济性的 GPSIM，此软件可以模拟计算:(1)全节气门开度时，从起动到 96.56km/h(60rnph)的时间;(2)全节气门开度时，起动 10s 内行驶的距离;(3)从起步到超过以 80.47km/h(50mph)车速行驶的时间:(4)模态行驶的经济性。该程序包含稳态计算和变工况计算(变速、换档时发动机转速的滞后)两个部分，可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累积油耗、行驶时间和距离，预测汽车设计参数如重量、传动系速比和空气阻力系数等的变化对整车性能的影响。该程序的缺点在于只能使用稳态特性场，而且不能进行排放模拟计算。CVTOPT 程序:可模拟计算汽车动力传动系循环油耗，如果发动机的基本参数可变，则可以进行荃于排放约束的循环油耗计算，程序采用表格的形式。WOTSMI 程序:利用发动机的外特性进行汽车动力性计算。显然，其模拟计算内容过于单一。到目前为止，国外各大汽车公司和相关机构都相继开发了自己的模拟计算程序，除了上述程序外，还有福特汽车公司的 TOEFP，康明斯公司的 VWS，美国交通部的 VEESIM，日本日产汽车公司的 CSVFEP，德国奔驰汽车公司的TRASCO 等。使用这些程序在样车制造前就能较准确地对汽车动力性和燃油经济性进行预测，并可以根据改变传动系速比所引起的整车性能的变化来与所选发动本科生毕业设计（论文）5机进行最佳匹配。1.3.3 研究发展趋势虽然通过模拟计算匹配优化汽车的动力系统以提高整车性能的研究己经取得了一定的进展，但仍然还有许多问题没有完全解决，尤其是对于汽车动态行驶过程在相当大的程度上还是依靠经验进行处理，而且至今还没有一个公认的对整车动力传动系统匹配合理程度进行综合评价的指标。当前对汽车动力系统匹配优劣的评价已不再仅仅满足动力性和燃油经济性的方面，排放性也应该考虑。这就对汽车动力系统的匹配优化提出了更高的要求。事实上，由于发动机工作区域上性能的差异性，即使不改进发动机，通过对汽车动力系统的匹配优化也可以提高汽车的动力性、燃油经济性及排放性。汽车行驶过程中，发动机是在非稳态工况下工作的，而非稳态工况时汽车的动力性、燃油经济性和排放性与稳态工况有较大的差异，特别是排放性模拟计算的误差会较大。在模拟汽车的排放性时为了尽可能减小误差，就必须使用发动机的非稳态特性。今后的研究中，应以发动机的非稳态特性为出发点，找到影响发动机动态工况下的动力性、燃油经济性和排放性的主要影响因素，从而揭示整车性能与发动机实际工作状态的关系，为汽车动力系统的匹配优化设计提供理论依据。从发展趋势是来看，以后的研究工作主要是围绕如何完善计算模型、提高计算精度，如何更准确模拟汽车的实际行使工况，如何完善汽车综合性能评价体系等几个方面来进行。1.4 本论文主要工作1、系统阐述国内国外关于汽车动力系统匹配研究的现状及发展趋势，目前采用的部分行业标准和相关法规体系。2、介绍汽车在动力性和燃油经济性方面的技术指标及相关评价标准。3、分析汽车发动机的动力性、选定了行星变速器的结构，对其参数进行数值计算。实现换挡自动化，提高汽车的动力性，减少排放，降低油耗。4、建立发动机、液力变矩器、变速器动力性模型，进行数值计算，计算汽车动力性和燃油经济性相关技术指标。5、利用 MATLAB 编程、数值计算，分析整车动力性匹配本科生毕业设计（论文）6第 2 章 汽车动力性经济性评价2.1 动力性评价汽车作为一种高效的运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。这是因为汽车运行的平均速度越高，汽车的运输生产率也就越高。而影响汽车运行平均速度的因素，除了运输组织原因之外，最重要的就是汽车的动力。1、汽车的最高车速最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到最高行驶车速。它仅仅反映汽车本身具有的极限能力，并不反映汽车实际行驶中的平均速度。现代轿车的最高车速一般在 140250km/h 之间。2、汽车的加速性能汽车的加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有着很大影响，特别是轿车，对加速时间更为重视。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表示汽车的加速能力。原地起步加速时间指汽车由档或档起步，并以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。一般常用 0402.5m(01/4mile)或 0400m 的秒数来表明汽车原地起步加速能力；也有用 096.6km/h(060mole/h)或 0100km/h 所需的时间来表明加速能力的。3、汽车的爬坡性能汽车的爬坡性能是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度 表示的。显maxi然，最大爬坡度是指档最大爬坡度。有的国家还规定在常遇到的坡道上，以汽车必须保证的车速来表明它的爬坡能力。控制这些指标可以保证各种车辆的动力性相差不致太悬殊，以维持路上各种车辆畅通行驶。例如，要求单车在坡度为 3%的坡道上能以 60km/h 的车速行驶，汽车挂车在坡度为 2%的坡道上能以 50km/h 的车速行驶。事实上，现有的这些指标只反映了汽车本身的极限能力，它们虽然在一定程度上反映了汽车动力性的好坏，但由于未与复杂的实际实用工况联系起来统一考虑，因而往往与实际汽车使用效果相差很大。最明显的例子是国内目前的城市公本科生毕业设计（论文）7共汽车，尽管最高车速设计在 70km/h 左右。但由于道路、行人等方面的原因，其实际运行车速只有 2030km/h。本科生毕业设计（论文）82.2 燃油经济性评价在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。汽车的燃油经济性常用一定工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。在我国，汽车燃油经济性常用评价指标为等速百公里燃油消耗量和多工况燃油消耗量，单位是 L/100km，即汽车行驶 100km 所消耗的燃油升数，其数值越大，表明汽车的燃油经济性越差。美国以 MPG 或mile/USgal，指的是每加仑燃油能行驶的英里数。这个值越大，汽车的燃油经济性越好。汽车等速百公里燃油消耗量是指汽车在一定载荷(轿车为半载)时，以最高档在水平良好路面上等速行驶 100km 的燃油消耗量。常测出每隔 10km/h 或 20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后以速度为横轴，燃油消耗量为纵轴作图，称为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性。但是，等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，特别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速等行驶工况。因此，在对实际行驶车辆进行追踪测试统计的基础上，各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况来模拟实际汽车运行状况，并以百公里燃油消耗量（或 MPG）来评价相应行驶工况的燃油经济性。2.3 动力性、燃油经济性综合评价由汽车理论可知，现有的汽车动力性和燃油经济性指标往往是互相矛盾的。动力性好，特别是汽车的加速性和爬坡性好，一般要求汽车稳定行驶的后备功率大;但对于燃油经济性来说，后备功率增大，必然降低发动机的负荷率，从而使燃油经济性变差。从汽车使用要求来看，既不可脱离汽车燃油经济性来孤立地追求动力性，也不能脱离动力性孤立地追求燃油经济性，最佳的设计方案应是在汽车的动力性与燃油经济性之间取得最佳折衷。目前，在进行动力传动系匹配时，一般采用汽车原地起步连续换档加速时间与多工况燃油经济性的加权值作为综合评价指标，而该指标实际上是汽车的基本性能指标，并不能定量反映汽车动力传动系的匹配完善程度，也不能揭示动力传动系匹配性能改善的潜力和途径。作为汽车动力性、燃油经济性的综合评价指标，应能定量反映汽车动力系统匹配的程度，能够反映出发动机动力性和燃油经济性的发挥程度，能够揭示汽车实际行驶工况所对应的发动机工况与理想工况的差异，能够揭示动力系统改善的潜力和途径。本科生毕业设计（论文）9汽车动力系统合理匹配研究的关键是确定汽车动力传动系统匹配的评价指标。本科生毕业设计（论文）10第 3 章 中级轿车传动系的结构及其参数计算发动机的动力特性不是很适应中级轿车的，因为在低速时功率很小，由公式P=FV 可知，提供的驱动力很小，满足不了起步和爬坡的需要。而等功率发动机的性能是最理想的。为了弥补发动机的不足，改善中级轿车低速时的动力性能，使其接近于等功率发动机特性。采用在发动机后安装变速器，以获得较大的驱动力。本课题选择对液力机械式自动变速器进行研究。液力机械式自动变速器主要是由液力变矩器、行星齿轮机构、油泵、控制系统等几个部分组成。液力自动变速器有如下优点：汽车起步平稳，能吸收，衰减振动与冲击，提高舒适性。液力变矩器使传动系的动载荷减小，提高汽车的使用寿命。减少排放。可减低油耗。液力机械式自动变速器广泛应用于中级轿车，它是目前自动变速器的主流。3.1 液力变矩器的结构及其工作原理液力变矩器是液力机械式自动变速器的核心组成部分之一。其作用是利用液体循环流动过程中功能的变化传递动力。液力变矩器有可转动的泵轮和涡轮，以及固定不动的导轮这三个基本元件组成。泵轮与发动机曲轴相连，涡轮与输出轴相连，导论位于泵轮和涡轮的内周中央，并装有单向离合器。图 3.1 液力变矩器结构 本科生毕业设计（论文）11液力变矩器的工作原理：发动机带动泵轮旋转，泵轮旋转产生的离心力，使油向外周飞溅，推向涡轮旋转。涡轮旋转后使油沿叶轮的曲线形状流向导轮，流出时的反作用力足以使涡轮叶片继续旋转。涡轮旋转时，从涡轮甩出的油还有相当大的能量，导轮使这些油再次撞击泵轮的背面，增大转矩。3.2 行星变速器机构的选择液力变矩器虽然能在一定的范围内自动的、无级的改变转矩比和转速比，但传动效率低，难以满足汽车的使用要求。采用液力变矩器与齿轮式变速器串联组成的液力机械式自动变速器，可加大变矩范围，并可得到倒档和空档。与液力变矩器配合使用的齿轮式变矩器一般为行星齿轮变速器。行星齿轮变速器由行星齿轮机构和换档操纵机构两部分组成。行星齿轮机构的作用是改变传动比和转动方向，即构成不同的档位。换档操纵机构则是实现档位的变换。行星齿轮机构有不同的类型。其中最简单的行星齿轮机构由一个太阳齿轮、一个内齿圈、一个行星架及若干行星齿轮组成，称为单排行星齿轮机构。按照齿轮的排数不同，行星齿轮机构分为单排行星齿轮机构和多排行星齿轮机构。多排行星齿轮机构就是由几个单排行星齿轮机构组成的。行星齿轮能够进行公转和自转的。若只将诸齿轮中的某一个齿轮固定即可进行高速和低速的旋转及反转。根据行星齿轮组配的不同可实现 34 档速度的变化。采用两个单排行星齿轮机构，能组配出三档变化，其最高档三档为直接档，传动比为 1。图 3.2 3 档行星齿轮机构传动简图C1-前进档离合器 C2-倒档及高速档离合器 B1-2 档制动器 B2-倒档制动器在双排 3 档行星齿轮机构前加一行星排实现四档变化，最高档传动比小于1。本科生毕业设计（论文）12图 3.3 4 档行星齿轮机构传动简图C0-超速档离合器 C1-前进档离合器 C2-倒档及高速档离合器B0-超速档制动器 B1-2 档制动器 B2-倒档制动器图 3.4 4 档行星齿轮机构传动原理图C0-超速档离合器 C1-前进档离合器 C2-倒档及高速档离合器 B0-超速档制动器B1-2 档制动器 B2-倒档制动器 1-变速器壳体 2 超速档行星架 3-前行星架4-后行星架 5-输出轴 6-后齿圈 7-共用太阳轮 8-前齿圈 9-输入轴10-超速档齿圈 11-超速档太阳轮 12-超速档输入轴从 80 年代起，越来越多的轿车自动变速器采用 4 档行星齿轮变速器，特别是中级轿车，以提高汽车的动力性和经济性。本课题选择 4 档行星齿轮变速器进行研究。本科生毕业设计（论文）13表 3.1 4 档行星齿轮机构传动各档执行机构元件的工作情况表执 行 机 构 工 作 元 件档位C0 C1 C2 B0 B1 B21 档 2 档 3 档 4 档 倒档 注： 参加工作 不参加工作1、1 档参加工作的元件有 C0、C1、B2。超速档离合器 CO 结合，超速档太阳轮 11和超速档行星架 2 连接，发动机输出的动力经液力变矩器，借助于超速档输入轴12 传至超速档行星架 2，若超速档行星架 2 顺时针旋转，超速档太阳轮 11 也顺时针转动。由于在超速档行星齿轮机构中有两个输入件，所以该机构即作为一整体顺时针转动，将动力直接传至后面的行星齿轮机构的输入轴 9（以下各档分析中，若有类似情形，则略去不再重复） 。汽车起步时，因输出轴 5 暂且未动，所以后行星架 4 固定，前进档离合器 C1 接合，使输入轴 9 和后齿圈 6 连接。因而经 C1 传来的动力带动后齿圈 6，使后行星轮同时发生顺时针方向的转动。由于后行星轮的作用，共用太阳轮 7 逆时针旋转，考虑到汽车尚未起步，所以前齿圈 8也暂且不动。前行星轮在共用太阳轮 7 的驱动下，除自转外，还对前行星架 3 产生一个逆时针方向的力矩，而倒档制动器 B2 结合，将前行星架 3 固定，因此前行星架固定不动，前齿圈在前行星轮的驱动下朝顺时针方向转动，动力由输出轴输出，汽车起步。起步后，输出轴 5 开始转动，因为后行星架未被固定，所以后齿圈 6 除带动后行星轮顺时针转动外，还促使后行星架 4 也发生顺时针旋转。这样，前后行星排共同将动力传至输出轴 5，完成降速增矩的任务，以满足汽车阻力较大时的需要。2、2 档本科生毕业设计（论文）14参加工作的元件有 C0、C1、B1。通过前进档离合器 C1，自输入轴 9 传来的动力使后齿圈 6 顺时针转动，并促使后行星轮也同方向转动，由于 B1 工作，共用太阳轮 7 固定。因此，后行星轮在自转的同时，还将沿后齿圈 6 内侧顺时针行走，带动后行星架 4 和输出轴 5 转动。此时，前行星排空转。3、3 档（直接档）参加工作的元件有 C0、C1、C2。由于 C1 和 C2 的工作，使动力分别传至后齿圈 6 和共用太阳轮 7，将二者与输入轴 9 连为一体，后行星架 4 随它们一道顺时针旋转，以不变的转速经输出轴 5 将动力输出。此时，前排行星排空转。4、4 档（超速档）参加工作的元件有 C1、C2、B0。传至超速档输入轴 12 的动力带动超速档行星架 2 顺时针旋转，由于超速档太阳轮 11 为 B0 固定，所以超速档行星架 2 的运动引起超速档行星轮自转，并将动力传至超速档齿圈 10，进而促使输入轴 9 顺时针旋转，而此时后面的行星齿轮机构中，情形与直接档相仿，出现后齿圈 6 和共用太阳轮 7 同速同向旋转，从而通过后行星架 4，将动力直接传给输出轴 5。5、倒档参加工作的元件有 C0、C2、B2。由于 C2 的工作，动力被传到共用太阳轮7，使之顺时针旋转，而此时的后行星排因无法固定元件而处于空转，前行星架3 因被 B2 固定，所以前行星轮只能原地自转，同时带动前齿圈 8 随其一道逆时针旋转。由于输出轴 5 与前齿圈 8 相连，所以虽然输入轴的转向是顺时针方向，但输出轴却逆时针转动，形成倒档。3.3 行星变速器机构的参数计算1、技术参数：发动机转矩： 150./2Nmrp行星变速器传动比： ， ， ， （本田）8.1i427.1i0.13i653.4i2、求各行星排特性系数：（3-112.58()/ik1）（3-22.47()/i本科生毕业设计（论文）152）（3-31.0i3）(3-4)4.65/()ssik解得： 12.7934.85sRki3、前行星排的配齿计算：初选 ：取变速器传动效率 ，中心矩系数 ，模数D前 96%g9.3Ak3m圆整33max19.7.20.4AegkTi m前 70D前40前 s前 行初选 则 26Z前 78D前 s14062Dm前 行 前 s /62/31ZDm前 行 前 行126.5798k前 r前 804前 r前 r为保证配合所以 04前 r 63前 行 7前 s各轮齿数为 2Dm前 r 前 行 8Dm前 s4、后行星排的配齿计算由于太阳轮是共用的，所以 26Z后 s前 7后 s前26.340Zk后 r后 s 0318Dm后 r后 r1875D后 r后 s后 行 5后 行后 行所以各轮尺寸为 后 s180后 r 1Dm后 行各轮齿数为 26Z后 后 r 7Z后 行本科生毕业设计（论文）165、超速档行星排的配齿计算初选 ： D超 33max49.7.509642.3AegkTi m超圆整 45超所以 最小为90超 s超 行 D超 s超 行 90为了不产生根切则 17Z超 行 1735Zm超 行 超 行初选 则 所以35Z超 s05超 s .826.7sk超 r超取 所以 69超 r 693207sDZ超 r超因为 2251m超 r超 行 超 s所以符合各轮尺寸为： Dm超 行 0超 s207Dm超 r各轮齿数为： 17Z超 行 35Z超 69Z超 r5、由配齿计算，可知各个行星排的结构尺寸如下表：表 3.2 各个行星排结构尺寸表齿 轮行 星 排齿圈 行星轮 太阳轮分度圆直径 204mm 63mm 78mm前 行星 排 齿 数 68 21 26分度圆直径 180mm 51mm 78mm后 行星 排 齿 数 60 17 26分度圆直径 207mm 51mm 105mm高速档行星排 齿 数 63 17 35本科生毕业设计（论文）17第 4 章 中级轿车的动力性匹配研究4.1 技术参数1、发动机参数（1）发动机转矩： （2）转数范围：150./Nmrp805rpm2、变矩器力矩参数（1）变矩器力矩系数： （2）变矩器变矩比：0.p02.4dk（3）变矩器有效直径： .5Dm（4）行星变速器传动比：， ， ， （本田）12.58i21.47i3.0i4.653i3、汽车整车参数（1）汽车总质量： ， ，5Mkg1kg10Mkg（2）滚动阻力系数： （3）迎风面积：0.f2.5Am（4）主减速比： （5）车轮半径：04.2i 0.3r4.2 发动机的特性 发动机是汽车的一个总成，是汽车动力的来源，因此，发动机性能、发动机和整车的合理匹配程度对中级轿车的动力性、燃油经济性具有决定性的影响， 因此我们有必要研究动力源的心脏发动机。4.2.1 发动机的外特性发动机的外特性是指节气门全开或高压油泵在最大供油位置时的速度特性，它表示了发动机所能达到的最高性能。此时将发动机的功率 、转矩 及燃油消ePtqT耗率与发动机转速 n 之间的函数关系以曲线表示，这个曲线称为发动机外特性曲本科生毕业设计（论文）18线（如下图） ，中级轿车的动力性评价指标表明中级轿车所能达到的极限能力。 图 4.1 发动机的外特性曲线发动机的使用外特性能反映发动机的功率与转矩的关系。通过发动机外特性曲线能求出发动机的驱动力，体现出整车的动力性能。4.2.2 发动机的万有特性发动机的万有特性曲线是表示发动机的燃油消耗率与发动机功率、发动机转速之间关系的一簇曲线。应用最广的万有特性曲线是以转速为横坐标，平均有效压力（或扭矩）为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，根据需要还可以画出等过量空气系数曲线、等进气管真空度曲线、冒烟极限等。如下图：本科生毕业设计（论文）19图 4.2 轿车发动机的万有特性曲线在万有特性图中，最内层的等耗油率曲线是最经济的区域，耗油率最低，燃油经济性最好。曲线愈往外，经济性愈差，从中很容易找出最经济的负荷和转速。4.2.3 发动机的转速特性发动机在使用外特性下，发动机转矩 可以看成转速 的函数，可以用下eTnn列数学模型表示： 26max10eTne（4-1）式中 -最大转矩及对应转数max/e由技术参数可知，发动机转矩为 ，转数范围为5./0Nrp，利用 MATLAB，能拟合出发动机转数特性的曲线。805rp本科生毕业设计（论文）20图 4.3 发动机转数特性曲线由拟合出的发动机转速特性曲线可知，发动机转矩随转速先增大，等达到最大值 时开始减小。150./2Nmrp4.3 液力变矩器特性4.3.1 泵轮力矩系数建立泵轮力矩系数的数学模型：当 （4-2）0.5di200.8.5pddpii当 （4-3）.i7.ii-液力变矩器转速比 范围是 01d根据数学模型可知，泵轮力矩系数与液力变矩器转速比成函数关系，利用MATLAB 拟合出泵轮力矩系数曲线。本科生毕业设计（论文）21图 4.4 泵轮力矩系数曲线由泵轮力矩系数曲线可知，当液力变矩器转速比为 0.5 时，泵轮力矩系数最大为 2.5。4.3.2 泵轮力矩根据技术参数中的变矩器有效直径 D 以及转数范围，能够建立泵轮力矩的数学模型：（4-4）25610ppTnD-液体重度3860/Nm根据数学模型 ，利用 MATLAB 拟合出变矩器的泵轮力矩曲线，在不同的泵轮力矩系数下，即在不同的液力变矩器的转速比下，对应不同的泵轮力矩本科生毕业设计（论文）22图 4.5 泵轮力矩曲线4.3.3 发动机和液力变矩器工作点发动机与液力变矩器结合在一起时，他们仍按自身的规律工作，只有在二者的扭矩和转速相同时，才能稳定的工作。因此将发动机转矩与液力变矩器的泵轮力矩曲线以相同的坐标比例绘制在相同的图上，即可得到发动机与液力变矩器的共同工作的输入特性即发动机与液力变矩器的工作点。本课题通过 MATLAB 拟合出的发动机与液力变矩器的工作点如下图。图 4.6 发动机与液力变矩器工作点本科生毕业设计（论文）23根据上