发动机性能与汽车传动系匹配

1、发动机性能与汽车发动机性能与汽车传动系匹配传动系匹配汽车行驶的动力特性汽车行驶的动力特性动力因数动力因数D的概念和应用的概念和应用汽车动力计算实例汽车动力计算实例汽车行驶的燃料经济特性汽车行驶的燃料经济特性汽车传动比的选择汽车传动比的选择E n d一一 汽车行驶的动力特性汽车行驶的动力特性 1、为了评定汽车行驶的动力特性，一般采用、为了评定汽车行驶的动力特性，一般采用三个指标：三个指标： （1）车行驶中能达到的最高车速最高车速：（系指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度） （2）汽车行使中能克服的最大道路坡度最大道路坡度：（汽车的上坡能力是用满载时汽车在水平良好的路面（混

2、凝土或沥青）上的最大爬坡度来表示。坡度常用百分比表示，即每行驶百米距离升高h来表示，故坡度i=h/100=tg，） （3）汽车行使中的加速能力加速能力：（原地起步加速时间：系指汽车由第档起步并以最大的加速度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至高档后到达某一预定的距离或车速所需的时间来表示。超速加速时间：系指用最高档或次高档由某一中等车速全力加速至一定车速所需的时间来表示。时间越短，则加速性越好。）决定汽车行驶动力特性的因素和条件大致包括下列几个方面：决定汽车行驶动力特性的因素和条件大致包括下列几个方面：（1）发动机的动力特性。（2）汽车的整车总重，这是汽车设计中首先必须明确的（3）道路条件，即道

3、路状况和阻力。（4）汽车的迎风阻力。即相关阻力系数及汽车迎风面积。（5）汽车传动系统的转动比。如驱动桥主传动比及变速箱各挡速比。（6） 轮胎的滚动半径、结构和特征。（7） 车轮和传动系的转动惯量。 （8） 各挡总传动比机械效率。 （9）发动机的系统设计，如车上的进气系统、排气系统和供油系统等，这些系统中所产生的进气阻力、排气阻力和供油阻力等应不影响或牺牲发动机原有的动力特性（应通过检查，不得大于限值）。 （10）车上是否装有液压变速箱和空调等其他装置，因这些装置消耗发动机原有的动力系统（应通过检查，不得大于限值）。 2、发动机性能和汽车行驶动力性能之间的关、发动机性能和汽车行驶动力性能之间的关

4、系系:（1） （1） 发动机转速与汽车行驶车速中轮胎上产生的驱动力之间的对应关系式。 a、发动机转速与汽车行驶车速之间的对应关系式： r=0.0254 d/2+b (1) 注：轮胎的滚动半径应通过实测获得，但一般也可采用以上经验公式进行计算。 发动机转速与车速之间的关系见图11。00377. 06010002iinriinrVkka图11发动机转速和车速关系b、发动机扭矩与汽车驱动轮上的扭矩和驱动力之间关系： Mk=Me ik io Pk = = 式中：Mk 轮胎驱动力矩（Nm）； Me 发动机的扭矩（Nm） 传动系统的平均总机械效率； Pk 汽车轮胎上驱动力（N） 发动机输出扭矩与汽车驱动轮

5、扭矩之间的传递可见图12，变速箱速比具有多个不同档位，一档速比ik1最大，因之一档时车速最低而车轮上发出扭矩最大。最高档速比最小，因之最高档时车速最高而车轮上扭矩最低。最高档有直接档和超速档之分，直接档速比为1，超速档比小于1。汽车驱动力与车速之间关系见图13。rMkriiMoke关于发动机飞轮至驱动轮之间的平均总传动机械效率关于发动机飞轮至驱动轮之间的平均总传动机械效率：传动系机械效率是速比、车速和负荷等的函数，一般根据测试统计，值大致如下：（1）变速箱处直接档时传动平均效率 92% ；（2）变速箱处其他档位 90% ；（3）特别高的减速比驱动（终传动） 7580% ；（4）64驱动 87%

6、 ；（5）66驱动 82% ；传动系统中磨擦功率损失将变成热能，通过润滑油及金属机件导热，辐射散发到外界空气。汽车上采用液压变速箱当然有其优越性，能大大提高行驶操作方便性，但液压变速箱传动机械效率较低，它散发的热量较大，机油必须采用机油冷却器进行冷却，比一般机械变速箱所消耗的摩擦功要大得多，必然消耗掉发动机一部分扭矩，至于它的机械传动效率多少，应由液压变速箱制造商向用户提供。 3、汽车的行驶阻力、汽车的行驶阻力汽车的运动阻力来自四个方面：汽车的运动阻力来自四个方面：（1）道路滚动阻力）道路滚动阻力 F f（2）空气阻力）空气阻力 Fw（3）上坡阻力）上坡阻力 Fi（4）加速阻力）加速阻力 Fa

7、 所以汽车前进中的行驶总阻力为: =Ff+Fw+Fi+Fa 道路滚动阻力Ff在任何行驶条件下是永久存在的，空气阻力Fw在车速很低时可忽略不计。上坡阻力Fi及加速阻力Fa仅在一定条件下存在，如果汽车在水平路面上以等速行驶，则Fi+Fa=0。（1）道路滚动阻力）道路滚动阻力Ff 滚动阻力与汽车总重和滚动阻力系数有关，滚动阻力系数取决于下列因素： 路面状态 轮胎滚动速度 轮胎结构及材料 轮胎气压及接地负荷 滚动阻力Ff=滚动阻力系数f车辆总重W， 即Ff=f W (N) 所以必须首先确定滚动阻力系数f，滚动阻力系数可能有三种途径求得： a) 经验推荐的概值；b) 公式估算法；c) 汽车滑行实验测定法

8、。 根据经验统计，路面状态和轮胎滚动阻力系数的概值可见表11。 路面状况系数f路面状况系数f良好平滑沥青铺装路约0.010 整齐良好平坦未铺装路 约0.04良好平滑混凝土铺装路约0.011修正不良多石子道路约0.08良好粗石混凝土铺装路约0.014 新铺设碎石道路约0.12良好木块铺装路约0.018 砂质或石质道路约0.16良好砌石铺装路约0.020 松散砂地粘土道路0.20.3路面状况和轮胎滚动系数的概值 a) 根据经验统计，路面状态和轮胎滚动阻力系数的概值可见表11。表11b) 根据估算公式，不同资料推荐的估算公式往往存在较大差异，现摘录如下：f=0.0051+ 2其中：W 轮胎接地负荷（

9、N）；P 轮胎气压（bar） Va 汽车车速（Kw/h）但随着轮胎技术的快速发展，这公式可能已缺乏代表性。 f=0.0076+0.000056 Va，用于轮胎气压较高，车速较低的载重汽车。 f=0.0116+0.000142 Va，用于轿车；f=0.00825+0.00016 Va， 用于在良好路面上行驶的载重车。 )100()1000/(006. 00085. 0)1000/(18. 00055. 0aVPWPWc) 由汽车滑行实验确定f： 汽车在水平平坦路面上，以一定的初速稳定行驶，然后将变速箱置于空挡，车辆依靠惯性进行滑行，由于轮胎的滚动阻力、传动系内部的动能损耗以及车身受空气阻力等影响

10、、滑行开始后车速逐渐降低，行驶一段距离后，最后停止，因此滑行实验能作为研究行驶阻力的一种手段。假定滑行中减速度为a，可得出作用在滑行汽车上的行车减速阻力Fj及阻力系数f之间的关系式如下： Fj=(W+W)a/g 其中：W汽车总重量（N），g为重力加速度（9.8m/s2），W汽车各转动部分（不包括发动机）的等效重量（N），一般载重车可取W=0.07We ，小型车可取W=0.05We（We为汽车空车自重）。滑行减速度a可用实验结果以及以下公式求得： 其中：t1及t2为汽车滑行中通过前50米及100米的滑行时间（控制滑行初速，使通过100米的滑行时间在202秒以内），此外，滑行平均车速V=360/t

11、2公里/小时。 具体试验方法及说明可见国家标准“载重汽车和越野汽车道路试验方法”（GB133477）中滑行试验方法一章。 当车速较低及无风时，风阻可以忽略不计，因此采用滑行求得a后，就可按下式计算f，f=a/9.8。)/()11(10021212smtttta（2）空气阻力）空气阻力Fw，可用下列公式：，可用下列公式： 空气阻力Fw=1/2CDAV2 （N）式中：CD为空气阻力系数（一般轿车的CD=0.350.50；货车的 CD=0.500.80，客车的CD=0.580.80）； 为空气密度，一般=1.2258NS2m-4 A为迎风面积（m2）(常用汽车的轮距B与汽车高度Ha之乘积近似表 示，

12、即A=BHa(m2),对小客车而言，此近似值常较实测值大510%，对载 重车则又常小510%，一般A的范围典型轿车可取1.42.6m2,货车为37m2, 大客车为47m2)。 V为相对速度（m/s），在无风时即为汽车行驶速度Va，即V用Va （每小时公里Km/h）替代， 故 )(15.212NVACFaDw（3）上坡阻力）上坡阻力Fi： 上坡阻力Fi= Wsin 见图1-4 为相对坡度倾斜角，在计算中，坡度常用百分比表示，即每行驶百米距离升高h来表示，故坡度i=h/100=tg，当道路坡度不大时（1015），则Sin=tg 故上坡阻力Fi=Wsin=Wtg=Wi（N） 上坡阻力和滚动阻力两者之

13、和统称道路阻力FR. 因为上坡时，道路滚动阻力=fWcos 上坡阻力=Wsin， 所以道路阻力FR=f Wcos+Wsin 坡度不大时，cos1，sintgI 因此道路阻力FR=W（f+i），上坡时的道路阻力系数为（f+i）。行车阻力与车速关系可见图1-5。 （4）加速阻力）加速阻力Fa 加速和减速都承受惯性阻力，惯性力可分两个组成部分，即平移质量惯性力和回转质量惯性力。表达公式如下：Fa=（W+W）/gdv/dt=（1+W/W）W/gdv/dt 式中，W汽车总量（N）；dv/dt为加速度；g为重力加速度（9.8 m/s2） W旋转部分的等效重量（N），它是根据发动机、汽车传动系、 车轴和车轮

14、在内的各旋转部分产生的转动惯量转换为平移方向的等 效重量。 W的转换需要进行实测和计算，过程繁琐，在一般情况下，往往 采用统计的概值，见表1-2、1-3和1-4。 同时有的资料中还采用如下经验公式： （1+W/W）=1.027+0.0003 io2 ik2 4、驱动力与行驶阻力的平衡、驱动力与行驶阻力的平衡 汽车在行驶中的力学平衡方程式为： 行驶总阻力 汽车驱动力 Pk=（Meikio）/r 车辆在行驶中，Pk= 所以： dtdvgWWiWVACfWFFFFFaDaiwf)(15.212dtdvgWWiWVACfWriiMaDoke)(15.212F5、汽车最高车速的求法、汽车最高车速的求法

15、从行车动力性能曲线图（图1-6及1-7）上可以看出，最高车速Vmax是最高档油门全开时的驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点所对应的车速，此时汽车的驱动力与行驶阻力达到平衡。当车速低于最高车速时，能发出的最大驱动力大于行驶阻力，这时油门不需要全开，说明汽车拥有剩余动力或动力储备，从而有能力进行加速和爬坡。在油门并未全开的工况下，发动机是在部分负荷下工作的（见图1-7，图中虚线为油门并未全开下最高档的汽车驱动力曲线），它与行驶阻力曲线交点就是此时的平衡点，可以求出那时的车速，如图（1-7）中的60Km/h。驱动力与行驶阻力的平衡驱动力与行驶阻力的平衡汽车最高车速的求法；6、汽车直接档最低稳定车速的求法

16、、汽车直接档最低稳定车速的求法 在汽车定型试验规程中，规定需用直接档测定汽车的最低稳定车速。影响最低稳定车速的因素是发动机的最低稳定工作转速、汽车传动系参数和道路阻力等，其中发动机最低稳定转速起关键作用。 测试时汽车以直接档在平地上缓慢行驶。并将油门逐渐关小，直至达到发动机最低稳定转速或汽车最低稳定车速为止。当行驶阻力曲线与发动机最低稳定特性曲线相交，这交点对应的车速就是最低稳定车速Vmin，见图1-9。 图1-9最低稳定车速示意图7、汽车爬坡能力的求法、汽车爬坡能力的求法 爬坡能力是指汽车在行驶中克服道路坡度的能力。在等速行驶下，dv/dt=0，故Pk=Ff+Fw+Fi，Fi=Pk（Ff+F

17、w） 因为： Ff=WfcosWf（因的值较小，可粗略假定cos1）Fw= ; Fi=Wsin所以： 11riiMPokek15.212aDAVC15.21sin2aDokeAVCfWriiMWWAVCfWriiMaDoke15.21/ )(arcsin2 汽车最大爬坡度是在变速箱一档时，但直接档的最大爬坡度也应引起注意，否则汽车在直接档行驶时，遇到较小的坡度就要经常换档，这样就影响了行驶的平均速度，各种坡度下的行车阻力曲线可见图1-5。各档的爬坡能力见图1-6。 8、汽车加速能力的求法、汽车加速能力的求法由公式：可知： 12 根据上述公式12，将发动机外特性曲线上的扭矩值Me，按转速逐点代入

18、，经换算后，可得到在平路上行驶时各档加速度能力曲线，见图1-10。dtdvgWWAVCiWfWPaDk)(15.21215.21)(2aDokeAVCiWfWriiMWWgdtdv 有的车辆由于变速箱结构的差异，一档的W很大，结果有时二档的加速度将大于一档。 由于加速度的数值不容易测量，故一般常用加速时间来表明汽车的加速能力。如采用直接档行驶，以最低稳定速度加速到80%Vmax所需时间来表示。现将简单计算介绍如下： 由运动学可知，加速度a=dv/dt，故dt=1/a dv， ， 即速度从V1至V2加速过程中的时间等于1/a与dv的积分。1/a是加速度的倒数，只要按公式12，按车速Va求出a=d

19、v/dt后，就可求出其倒数1/a，然后可以画出加速度倒数1/a随速度Va的变化曲线（见图1-11a），即可用图解法求得加速时间。（W+W）可见表（1-2）、（1-3）、（1-4）。 在进行图解积分时，可将速度区间分成为若干间隔，（常取为5Km/h）并分别测定出面积1，2，3等，如图1-11b所示。则：t1=1/3.6ab（s），t2=（1+2）/3.6ab（s）， tn=（1+2+3+n）/3.6ab（s）。 21VVdva1t注：在座标图上用amm表示1Km/h，用bmm表示1s2/m， （1Km/h）（1s2/m）=1s/3.6。 将所得加速时间按相应的速度坐标标在tVa坐标系内，便可求得

20、最高档的加速时间图，同样可以求出自1档开始连续换档加速至最高档的加速时间图。（见图1-12）。 根据一般统计，在用一档时，应能产生1.72.0 m/s2的加速度，用高档时应能产生0.250.5m/s2的加速度，这一目标值对载重汽车，也是适用的。9、后备驱动力、后备驱动力 图1-8中，显示两种道路行车阻力曲线，即平路（=0）及坡路（=1）两条曲线。此外还有三个档位的驱动力曲线。最高车速是在交点处即Vmax。当变速箱用三档以车速V1在平路上行驶，油门不需全开，故具有剩余或后备驱动力，即等于图中表示的（Pk3F1）。如果行驶在坡路（=1）时，则已不存在后备驱动力，即油门已全开，达到平衡。（即Pk3=

21、F2）。但当用二档车速V1行驶时，在坡路上又有后备力（Pk2F2）。 所以档位越低，驱动力越大。后备驱动力也越大。但是当应该由低档换高档时而不换，则汽车的后备驱动力长时间剩余，并使发动机处于低档下高速运转，结果使油耗大幅度上升，车速又不能提高，这种现象驾驶员称为“拖档”，应尽量避免。 为了克服行车阻力，汽车产生驱动力Pk（N）才能前进，同时以一定的速度Va（Kw/h）行驶，这样所需要的驱动功率Nk（Kw）应为：Nk=PkVa/3600（Kw） 这时由于存在传动系的机械效率，故需发动机输出的功率为：Ne=Nk/=PkVa/3600 因为：Pk=滚动阻力+空气阻力+上坡阻力+加速阻力 =Wf +

22、+Wi+ （W+W）/g (dv/dt) 滚动阻力功率Nf=WfVa/3600 空气阻力功率Nw=CDAVa3/21.153600 上坡阻力功率Ni=WiVa/3600 加速功率Na= （W+W）/g (dv/dt) Va/3600 所以：发动机输出功率Ne=（Nf+Nw+Ni+Na） / =（W f + +W i+（W+W）/g (dv/dt)） Va （1/3600） 这就是发动机输出功率与汽车行驶阻力功率之间的平衡式。 15.212aDAVC15.212aDAVC 图1-13就是以纵座标表示发动机的输出功率和汽车行驶阻力消耗的功率，横座标表示车速。由于在各不同变速箱档位上，发动机转速与车

23、速的关系因速比的不同而差异。低档时车速低，所占车速区间窄，如n，高档时车速高，所占车速区间宽，如n。但各档位上发动机的功率大小（仅机械效率上的一点差异）和功率曲线的形貌基本上是不变的，因此各档功率曲线在座标图上呈横向排列（高档的移向右边）。同时把汽车行驶的阻力功率曲线与绘在座标图上。平路等速行驶时，阻力功率一般包括滚动阻力功率Nf和风阻功率Nw，转换到对发动机的需求消耗功率为（Nf/Nw）/，它是两种阻力功率的叠加，低速时呈车速的一次函数，高速时主要克服风阻，功率为车速的三次函数，是一条随着车速提高而斜率越来越大的曲线。 从图可以看出，最高档时的发动机功率曲线与阻力功率曲线交点对应的车速便是在

24、良好平直路面上汽车的最高车速为Vamax。最高档时与发动机最大功率相对应的车速为Vp，它一般等于或稍小于最高车速。 因此发动机功率的选取，首先应根据汽车最高车速的要求。当爬坡能力及最大加速能力在汽车整车参数（如：传动比等）尚未明确之前，由于因素太多往往难以确定，故用最高车速来选取发动机功率是合理的，因为最高车速也反映了和包含了加速能力和爬坡能力。车速高，必须要求发动机有大的功率，功率越大，则在低速时，汽车的加速能力和爬坡能力也越强。功率选择的范围可见表2-1。 当汽车在良好路面上以Va等速行驶时，汽车的阻力功率为bc段（见图1-13），油门只部分打开，于是在Va的垂直线上，ab段为汽车的后备功

25、率，可用来加速或爬坡，这时维持汽车等速Va行驶所需发动机功率并不大，发动机的油门开度较小，当爬坡及加速时，驾驶员才加大油门，使全部或部分后备功率发挥作用，汽车的后备功率越大，则动力性能越好。11、汽车行驶中的发动机后备功率、汽车行驶中的发动机后备功率 后备功率可用公式Nb=Ne-(Nf+Nw)/表示，即图中的ac-bc，（ac为车速Va时发动机能发出的全部功率，也即是Ne）当加速时不爬坡，所以i=0，结果不同车速时的加速度为： 当爬坡时不加速，则近似地可求出不同车速时能爬的坡度为： 以上是用后备功率的概念来分析汽车的动力性能，例如车速越高，遇到的阻力越大，阻力与车速的乘积（阻力所消耗的功率）就

26、更大，因此没有足够的发动机功率，汽车高速行驶是不可能的。同样，汽车的加速性能和爬坡的速度都需要后备功率，所以汽车的动力性能主要还是取决于汽车发动机能输出的额定功率和一定的超速功率（可见图1-14及1-15）。 / )()(3600wfeaNNNVWWga/ )(3600wfeaNNNWVi二、动力因数D的概念和应用1、动力因数的概念WFPDwk车辆总重空气阻力驱动力动力因数 动力因数是代表汽车动力性能的大小，动力因数大，表示该车动力性能好，反之，则动力性能差。下表是各种汽车的动力特性参数表，包括应达到的最高车速和每吨汽车总重应拥有发动机功率的范围。 因此， /W. 现以车速Va为横座标，以各档

27、的动力因数D为纵座标，可以绘制出“汽车动力特性图”，可见图2-1。 15.212aDokeAVCriiMD2、动力因数与汽车行驶阻力系数之间的平衡式。、动力因数与汽车行驶阻力系数之间的平衡式。当汽车的驱动力与行驶阻力达到平衡，可以求出最高车速、最大爬坡角及加速能力，平衡式为： ; 由上式可知，不论汽车的重量等参数有什么不同，只要有相等的动力因数，便能克服同样的道路阻力和坡度阻力，同时拥有同样的加速度能力（假如两车的相同的条件下）因此把动力因数作为表征汽车动力特性的指标是比较合理的。同时利用动力因数及其特性图（图2-2）来分析汽车的动力性能不仅有其全面性，而且也较简便。因此在评定汽车动力性能时得

28、到广泛使用。WdtdvgWWiWfWWFFDwk/)(/ )(dtdvg)W/W1 (ifD3、动力因数的应用、动力因数的应用 (见图2-2)（1）确定最高车速）确定最高车速 最高车速是指在良好的水平路面上汽车能达到的最大速度，由于没有坡度所以i=0，同时也不可能加速， 故 ， 故动力因数 即动力因数等于汽车道路滚动阻力系数f。 这样在图2-2上作f线，它与直接档或超速档D曲线的交点上的车速，便是汽车的最高车速。0dtdvfdtdvWWgifWFPDwk)1 (1（2）确定上坡能力）确定上坡能力 上坡时无加速度，即 ，所以： i=Df 因此，动力因数D曲线与f曲线之间的距离就代表汽车各档上坡能

29、力，其中以一档爬坡能力最大，从图2-2上可以看出，一档动力因数曲线上的顶点与f曲线的垂直距离大致就是最大爬坡能力（D1maxf）。但是，由于最大坡角较大，因而cosgemin），现改变速比，由i1换入i2，则发动机转速由n1降至n2，它的工况点就进入最低油耗区，虽然它的负荷率增加了，但是它的百公里油耗量将会明显下降，使汽车的经济明显改善。 因此调整和增加变速箱挡位，对汽车经济性是很重要的。最常见的例子，就是变速箱由原来的5挡增至6挡，增加一个速比小于的超速挡。现将节油原理说明如下： a）由公式g100=BikPege可知，如果保持（ikPe）不变，则g100=常数ge，也就是说：汽车百公里油耗

30、g100的值与发动机比油耗的值ge互相对应和一致了，如果ge为最低比油耗gemin，则汽车百公里油耗g100也可以达到最小值。 现用上述图4-1a的汽车万有特性图为例，把A点从发动机转速2200r/min移到1800r/min，使它进入最低比油耗区。 b）从车速 可知，在轮胎半径r与后桥转动比I不变的条件下，Va=Cn/Ik（C为常数），说明在车速Va相同的情况下，发动机转速n与速比ik成正比，现把发动机转速由2000移到1800，下降比值为18/22=0.8182，ik5为直接等于1，现采用超速挡，速比为ik6，则ik6=1800/2200ik5=0.8182，即直接挡换入超速挡后，发动机转

31、速降至1800r/min，而车速可保持不变。因此在变速箱上增加第六挡，即一个超速挡，汽车经济性将得到改善。 koaiirnV377. 0 c）那么经济性改善多少呢；因为（Peik）没有变化，ik减少了，因而Pe加大了，即采用超速挡后在原有车速下（Va=68.6Km/h）必须加大油门，使Pe由原382.4Kpa升至 见图4-1a，由A点移至点，负荷率增加了，但比油耗率下降了，点所处的比油耗为221g/Kwh，结果采用超速挡时的汽车百公里的油耗量为： g100=0.0001576750.8182467.4221=13.3Kg/100Km 折合容积为：13.7/0.83=16.0L/100Km，从而

32、比直接挡时的17.5L/100Km下降了1.5L，越占8.6%（1.5/17.5）。KpaiiPPkkee4 .4678182. 014 .38265d）结论： 1）使用超速挡，可以改善汽车经济性。 2）使用超速挡可以提高车速，以发动机额定转速为2600r/min计算，车速可达 3）在超速挡时，相对必须加大油门开度，使后备功率的后备驱动力减少，因此在用超速挡时，不利于加速和爬坡，如果需要加速和爬坡时，往往就得换入直接挡。说明经济性和动力性有一定矛盾。 4）对于发动机功率不富裕的汽车来说，用超速挡时的最大车速反不如直接挡的大，因此超速挡就失去使用价值，所以汽车转动比的选择必须结合发动机的功率进行

33、合理计算（可见 “汽车转动比的选择”）。;/998182. 0166. 626000510377. 0hKmVa6、汽车在不同地区和不同使用条件下行驶的燃料经济性。根据一般使用统计，我过汽车行驶在不同地区的常用车速大致如下：山 区 4060Km/h 高速公路 90120Km/h城市公交汽车 3045Km/h 城郊等级公路 6070Km/h多坡道、载重汽车 5060Km/h 因此合理地选择和调整汽车驱动桥的主转动比io，使汽车大多数时间变速箱能用高档或直接挡行驶，而且使常用车速所对应的发动机工况（包括转速和负荷率）均处在经济区内运行，显然这对提高汽车经济性是十分必要的。同时还应具有足够的后备功率

34、去克服坡道阻力和超车时的加速阻力。这是保证汽车经济性和动力性的重要基本条件。 为了达到这个目的，二汽EQ1538T载重汽车在设计和引进汽车驱动桥时，应准备和配置了五种速比，即5.571、5.857、6.166、6.5及6.83。以便供不同地区使用的汽车进行选用。其中对主要行驶在高速公路上的汽车，就应选用较小的主传动比，如：5.571。对山区行驶并带挂车的汽车就应采用较大的主传动比，如6.5或6.83。同时对城市公交汽车来说，它的主传动比也应该偏大，如6.5。如果在综合性路面上行驶，则就要求高低速都能兼顾，应扩大总传动比的范围。现生产标准型EQ153汽车的总传动比已作了改进（已不同于第三章动力计

35、算采用的参数），主传动比io已由6.166改成6.5，同时采用了六档变速箱，增加了超速档ik6=0.814。总传动比范围由40.3256.166扩大至42.515.291，这种改进在使用中已取得了明显效果。 现对EQ1538T汽车采用io=6.166、6.5及6.83三种主传动比，并配合变速箱直接档（ik5=1）和第四档（ik4=1.442）两种档位，对它们的行驶车速与所对应的发动机转速及动力因数进行计算，计算结果见表4-2及表4-3。 主传动比io加大后，经济车速下降，可见表4-2。如果均用直接档时，当io=6.166，经济车速为43.762.4 Km/h；当io=6.5，经济车速为41.5

36、59.3 Km/h；当io=6.83，经济车速为39.456.3 Km/h，其它各档的车速也相对下降。此外，主传动比io加大后，各档的动力因素也相应增大。从表4-2可知，当均用直接档时，主传动比io由6.166加大至6.5及6.83后，动力因素分别增大0.0025及0.005，相对提高6%及12%，这无疑在山区行驶是有利的。 现举例加以说明：如果EQ153车在山区行驶，假定其道路坡度大部分为0.030，道路滚动阻力系数为0.01，要求行驶车速为50 Km/h，则从动力因数来标定，主传动比io=6.166的车辆，用直接档已经不能行驶而必须采用四档（ik4=1.442），而对于主传动比加大后的汽车

37、，其io=6.5及6.83的仍可用直接档以50 Km/h车速行驶，因为它们的动力因数大于0.040。如果坡度进一步加大，则io=6.5也要采用四档了，而io=6.83的驱动桥，根据动力因数衡量，直接档动力因数为0.045左右，可克服0.035的坡度。那末它们的经济性怎样呢？现作如下计算，并见图。 结 论： 用io=6.166驱动桥时，百公里消耗为38.4 Kg/h，比io=6.5及6.83时大1.9 Kg/h，原因是用四档行驶发动机转速偏高，不在经济区内运行，负荷率也偏低，故比油耗ge偏大，其次是不在直接档，传动效率比直接档略低。不过由于处在第四档，后备动力较大，它尚能克服较大坡度，而不需换档

38、。 用io=6.5及6.83两种主传动比的驱动桥时，百公里消耗均为36.54 Kg/h，比io=6.166四档下降1.9 Kg/h，原因是它们在50 Km/h车速下的工况点已进入发动机最经济区，并用直接档行驶。但是它们的后备动力减少，特别是采用io=6.5时，如果坡度稍有增加，它就必须换入四档（这样就增加了换档次数，不但对操作不利，而且对经济性也带来负面影响）。 从计算结果看，6.5及6.83两种主传动比的汽车的百公里消耗是相等的，这是因为在50 Km/h车速下，它们的工况均已进入最低比油耗区，负荷率也比较接近，因此这是符合规律的。不过，用6.83驱动桥的汽车，它的动力因素比用6.5的要大0.

39、005，显然它尚有潜力能克服较大一些的坡度，可减少换档次数，因此在山区行驶用6.83主传动比6.5的要优越。 山区道路当坡度达0.05时，一般载重车用四档已很难行驶，而只能用三档行驶，这时车速相应下降，而发动机常用转速提高，百公里油耗急剧上升。从汽车万有特性图上可以看出，如果沿等功率曲线发动机转速越高，百公里油耗上升越快。但当发动机转速相同时，用较大功率工作，其百公里油耗增加较少。 与平原地区相比，汽车在山区行驶，车速低、负荷大，行驶一百公里需要较长时间，而且使用低档和换档的频次也高（据统计，有的地区直接档利用率只占60%左右），一般概念认为在山区行驶的汽车其百公里油耗要比平路行驶高出50%左

40、右。常用低档爬坡的百公里油耗往往是平路行驶的25倍。因此不同地区、不同使用条件、不同车速和不同负荷系数下的每百公里的燃油耗量是相差很大的。关键是要考虑常用车速，使常用车速在发动机经济转速范围内运行。建立一种经济车速（单纯从节油考虑）和实用车速（从燃油经济性和生产率结合一起考虑）的概念。 在山区行驶的汽车，其变速箱上就没有必要采用超速档。 7、城市公交汽车的动力性和经济性 城市公交汽车的使用特点是： 市区交通拥挤，常用车速普遍较低，一般为3045 Km/h之间。 行驶中刹车、停车、起步、换档和加速的过程相当频繁。 公交汽车的自重大、乘客超员时、整车总重明显增加，与原设 计车型比较，动力因数下降、

41、单位总重所占功率降低。 因此为了汽车保证动力性和经济性，合理选择城市公交汽车的主传动比io，是值得研究的。首先，它的车速低，如果主传动比io偏小，则在直接档时，发动机常用转速就会降低至发动机工作非稳定区，将在最大扭矩转速（6BT发动机为1400 r/min）以下运行，汽车行驶的稳定性差，有的司机就采用四档行驶，使汽车经济性变差，所以采用大的主传动比io就可以避免这种现象，并减少换档。特别是增压柴油机低速动力性较差，更需要进行合理匹配。 加大主传动比io，还可增大汽车的动力因数，有利于提高汽车的各档加速能力，使汽车在频繁的刹车和换档过程中，达到起步快，加速反应繁捷，从而缩短起步加速时间，保持汽车

42、良好的机动性，保证市区车流的畅通。 此外，城市公交车由于离合器工作过于频繁，应尽可能降低发动机起步时的扭矩，从而可提高离合器磨擦盘的寿命，采用大的主传动比io后，对发动机而言，就可以降低起步时的发动机输出扭矩，给离合器起保护作用。 总之，城市公交车用的主传动比io应该偏大，对于采用6BT柴油机的公交客车底盘来说，就不宜选用5.571及5.857的两种，而应采用大于6.166，从6.5或6.83的两种中选取。同时城市公交汽车的变速箱也没有必要采用超速档。但是主传动比io加大后，汽车的经济性必然变差，使百公里油耗上升，因此不宜过大。 结 论：（1）主传动比io加大后，在相同车速下百公里油耗上升。（

43、2）如果采用主传动比io=6.166的驱动桥，在30 Km/h直接档行驶时发动机转速为962 r/min，发动机工作状态不够稳定，就需要采用四档。（3）根据在北京地区的使用调查，6BT118柴油机装在北京公交汽车上（采用解放牌汽车的底盘），平均百公里油耗为23 L/100 Km左右，与表4-4中数据相比，虽有一定差距，但差距不大，说明计算有一定实用性。 必须指出：汽车在运行中的工况是很复杂的，由于道路条件、交通状况、上坡下坡、加速减速、怠速、刹车、滑行、起步换档加速等等，油门开度变化频繁，这都严重影响燃料消耗量。所以上述单纯假定汽车在等速行驶所求得燃油消耗量毕竟不能反映的真实情况，因此计算只能

44、起参考作用。 8、值得提出的是：要重视对汽车常用工况的研究，因为不论在什么条件下，汽车多数时间是按常用工况运行的，因此首先要做的工作是工况调查，通过大量的工况调查，对车速、档位、油门开度及其变化过程进行细致的记录和整理，然后利用概率统计的方法，求出常用工况的具体参数，从而可以求出发动机的对应常用工作转速n1n2，以及功率范围N1N2，或气缸平均有效压力Pe1Pe2。把这些参数标在汽车或发动机的万有特性图上就可以看出常用工况是否与发动机经济油耗区接近，然后就可采取措施，改变传动比，使常用工况与经济油耗区接近或重合，这样就可获得较好的汽车行驶的燃料经济性。同时可为燃油消耗量的推算和预测提供充分的依

45、据，这种工作方法肯定是有实际意义的，见图4-3，AB。 通过工况调查进一步可以发出：常用工况下发动机负荷率的大小（负荷率=使用功率/该转速下能发出的最大功率），如果负荷率太小，则说明发动机功率过剩，最高档时动力因数过大，就很难使发动机进入经济区内运行，这尤如“大马拉小车”。如果负荷率太高，虽然可以使发动机在经济区内运行，但没有足够的后备功率，难以满足车辆动力特性的要求，这尤如“小马拉大车”。出现这两种情况，说明发动机功率与汽车总重之间没有得到合理的匹配，因此汽车的动力性和经济性两者无法得到兼顾。 9、关于汽车超载 超载是典型的“小马拉大车”现象，例如我国产煤地区拉煤的载重车，其超载现象是十分普

46、遍而严重的。通过多装并带拖挂，使超载量达100%或更多。为了解决这种车辆的动力性，主要措施就是加大驱动桥的主传动比io，从而增大驱动力Pk，使车速下降。不过，由于这种地区的路面较差，原有车速也不高，因此损失不大。其次是百公里油耗量必然明显上升，但是从汽车的载货量来衡量，则每吨百公里油耗率可不同程度取得降低。汽车每吨（载货量）百公里油耗就是g100t=g100/t（t即载货量），是汽车运输部门考评运输成本的重要依据之一，在不考虑汽车损坏率的情况下，超载无疑会带来经济效益。但是对于行驶在忍受好路面上的载重车来说，由于交通法规的要求，车速不能太低，特别是在高速公路上行驶，必须追求高速化，从而百公里油

47、耗也能相应降低。所以对新开发的汽车而言，必须保证这具足够的发动机功率。 10、关于功率过剩 试图单纯通过调整传动国比的途径来解决“大马拉小车”的矛盾是不可能的。功率过大说明汽车具有很大的动力因数，在良好路面上能达到很高的车速和很强的加速能力。但是中果使用中并不需要这种过 的动和性能，则应从调整发动机的性能来考虑，例如适当降低发动机额定功率或扭矩，以便提高常用工况下的负荷率，或者设法调整发动机万有特性曲线中的低比油耗经济区使它向较低负荷区靠拢，从而使常用工况的经济性得到改善。通过对燃油泵供油量和性能的调整，6BT柴油机可有几种不同功率或扭矩的品种，就是为了满足这方面的需要。 五、汽车传动比的选择

48、 图5-1是汽车行驶中的功率平衡图，横座标为汽车行驶速度（Km/h），纵座标为发动机功率和行驶阻力功率。下方为汽车在平路上的行驶阻力功率曲线，上方是在三种不同最小总传动比下的发动机功率曲线，由于总传动比的不同，发动机转速与车速之间的对应关系就存在差异，因此总传动比大的功率曲线3处在左边，总传动比小的功率曲线1处在右边，总传动比中间的功率曲线2居中。现举例说明，见图5-1。 假定某汽车当最小总传动比itmin=4.62时，阻力功率曲线正好与发动机功率曲线2的最大功率点相交，此时V2max=91Km/h，发动机最大功率为80Kw（2800 r/min），而装用另外两种最小总传动比（itmin分别为

49、5.15及4.0）时，其发动机功率曲线与阻力功率曲线均不与发动机最大功率点相交，而且V1max及V3max均小于V2max，所以可得出如下结论： 结 论： 当itmin=4.62时，使V2max时的阻力功率等于发动机最大功率，则汽车的最高车速最大。这说明：只有当某一传动比使发动机功率曲线与阻力功率曲线相交在发动机额定（最大）功率点上时才能使汽车达到最高车速。 当itmin=5.15时，发动机功率曲线3位于曲线2的左边，V3max小于V2max，但汽车的后备功率较大，即动力性能有所加强，它尚有潜力克服较大道路阻力而不换低档，但经济性往往变差，这是因为其后备功率较大，发动机总的负荷率必然较低，影响经济性。合理的选择是：最高车速时的发动机转速比发动