某商用车传动系统匹配分析
许云华（北汽福田汽车股份有限公司，北京）
摘要：在新车型开发时，动力传动系统的选型是影响整车性能的重要因素，本文首先根据该款商用车的动力性目标计算出最大和最小总传动比范围，初步从可选资源中选择传动系统资源，然后利用A VL-CRUISE软件建模、仿真计算，对该车的最高车速、最大爬坡度、加速性能、油耗等动力性燃油经济性指标进行了分析，最终确定了最优的传动系匹配方案，为该车的开发提供了及其重要的支持。
关键词：动力性；经济性；匹配
1前言试驾新速腾
随着汽车市场的竞争越来越激烈，改善整车的动力性和燃油经济性一直是各汽车厂家努力的方向，但对于商用车厂家来说，在传动系匹配方面传统的方法是着重选择可靠性好、寿命高、成本低的部件，但整车的动力性和燃油经济性在开发前期却未得到深入的研究，在试制阶段才会对试制样车进行动力性和燃油经济性测试，此时若动力性和燃油经济性的任何一个指标出问题，则整改是一个相当巨大且繁琐的过程，传统方法的缺点是周期长、成本高、人力物力投入大，这在当今高效率低成本的竞争现状下是致命的缺陷。
汽车的整车性能不仅取决于发动机的优劣，还与传动系统的匹配有非常密切的关系，整车研发初期进行传动力匹配和整车动力性燃油经济性分析工作，从而确定适用于该车的最佳传动系匹配方案，会大大降低研发成本、缩短开发周期，也有利于通过动力匹配的方法控制我研发车型的动力性和燃油经济性以使其具有市场竞争优势。目前随着科技的发展，整车动力传动系统匹配得到了广泛的发展，目前各大汽车公司都已逐步开始重视和大力发展该方面，AVL-Cruise软件在国内外得到了广泛的应用。
2整车性能目标
整车动力性经济性目标是负责车型概念阶段研究的部门，通过对比目前商用车市场比较畅销的竞争车型，为我公司即将开发的车型设定的动力性和燃油经济性目标，具体如下表：
序号 指标项目 单位 目标要求
1 动力性 — —
1.1 最高车速（满载） km/h 160
1.2 加速时间（满载） — —
1.2.1 0-100km/h加速 s 18
1.2.4 直接档40-100km/h加速s 30
1.2.5 最高档80-120km/h加速s 28
1.3 爬坡能力（满载） ％ 40
1.4 最低稳定车速 km/h 7
2 燃油经济性 — —
NEDC油耗 L/100km8.5
3 总传动比范围的确定 3.1 最小总传动比
最小总传动比的选择受整车最高车速的影响，一般设定最高车速出现在发动机额定功率点左右，比较兼顾动力性和燃油经济性，若最高车速出现在额定功率点之后，则偏动力性，最高车速出现在额定功率点之前，则偏经济性。由于目前燃油经济性法规要求越来越严，故该车设计目标为偏经济性。
根据公式
377
.0*min
max i nr
蔚来全系车型降价3万元
u a =
可确定最小总传动比min i ，其中max a u 为最高车速，n 为最高车
速对应的发动机转速，r 为轮胎滚动半径。该车的额定功率出现在3600rpm，则rpm n 3600=，滚动半径为373mm，最高车速目标要求为160km/h。
则最小总传动比16.3min ≤i 。 3.2 最大总传动比
最大总传动比的选择首先要考虑该车的最大爬坡度要求和最低稳定车速， 另外还要考虑轮胎打滑的因素，动力的输出不应该超过轮胎的最大附着力。 3.2.1 考虑最大爬坡度的最大总传动比确定
根据车辆的最大爬坡度确定车辆的最大总传动比参考公式
T
tq T r
4门敞篷跑车
f G i ηααmax max )sin cos (+≥
，其中
max i 为最大总传动比，G 为整车重力，f 为滚动阻力系数，α为爬坡坡度，r 为轮胎滚动半径，
max
tq T 为发动机最大扭矩，T η为传动系传动效率。该车的重力N G 29000=，滚动阻力系数取
0.011，该车所要求的最大爬坡度为40%，约为21.8°，轮胎滚动半径为373mm，发动机最大扭矩为360Nm，传动系效率取0.82。
则考虑最大爬坡度的最大总传动比
14max ≥i 。
3.2.2 考虑最低稳定车速的最大总传动比确定
根据公式
377.0*max
手动挡定速巡航
min i nr
u a =
，该车要求的最低稳定车速为≤7km/h，设定最低稳定车速出
现在发动机怠速+50rpm=800rpm，则考虑最低稳定车速的最大总传动比为1.16max ≥i 。
3.2.3 考虑轮胎打滑的最大总传动比确定
车辆的最大附着力
ϕϕ*rear G F =，其中rear G 为后轴承载重力（该车为后轮驱动），为17640N，
ϕ为路面附着系数取0.8。则该车最大附着力N F 14112=ϕ。
车辆的最大驱动力不能超过最大附着力，否则出现打滑现象，则考虑轮胎打滑时最大总传动
比为
8.
17
max
max
=
≤
T
tq
T
r
F
i
η
ϕ
。
小结：车辆的最小总传动比
16
.3
min
≤
i，最大总传动比8.
17
14
max
≤
≤i
。
4可选资源组合
目前资源有变速箱两款：
M1    4.31034,2.3818,1.4105,1,0.8379
M2    4.1,2.178,1.356,1,0.763
后桥速比9款：
T1    4.1 T6    3.6 T3    3.909 T8    3.42 T5    3.73 T2    4.02 T7    3.51 T4    3.81 T9    3.302
根据上述最大最小总传动比的范围确定可选9种方案：
方案1 M1 T5 方案8 M2 T3
方案2 M1 T6 方案9 M2 T4
方案3 M1 T7 方案10M2T5
方案4 M1 T8 方案11M2T6
方案5 M1 T9 方案12M2T7
方案6 M2 T1 方案13M2T8
方案7 M2 T2
5模型的建立（见图1）
图1 整车cruise模型
6仿真结果的分析
6.1最高车速与NEDC油耗（见图2）
图2 最高车速-NEDC油耗图
evo-042从图2可以看出，各方案的最高车速均满足目标要求。
NEDC油耗目标要求为8.5L/100km，由此可排除M1-3.73、M2-3.909、M2-4.02、M2-4.1四种方案。
6.2起步0-100km/h加速时间与NEDC油耗（见图3）
图3 起步0-100km/h加速时间-NEDC油耗图
从图3可以看出，NEDC油耗随主减速比的增大而增大，起步加速时间随主减速比的增大而减小，但从M2变速箱的各方案可以看出，主减速比由3.909增大到4.02时加速时间不但没有减小反而增大，原因在于主减速比3.909时起步连续换挡加速到3档已达到100km/h，但主减速比4.02时要加速
至4档才能达到100km/h，所以4.02的主减速比虽然比3.909主减速比大，但其0-100km/h加速却较慢。
另外，M1变速箱的5种方案的动力性均弱于M2变速箱，所以建议从M2变速箱的8种方案中选择，其中M2-3.909、M2-4.02、M2-4.1三种方案已在6.1节中被排除，剩余5种方案可选。
该车0-100km/h起步加速时间目标要求为18s，M2剩余5种方案中只有三种方案满足要求，即
M2-3.6、M2-3.73、M2-3.85，且从NEDC油耗-起步加速性曲线（C曲线）可以看出，这三种方案处曲线变化趋于平缓，此时既兼顾动力性又兼顾燃油经济性。
6.3 直接档40-100km/h加速时间与NEDC油耗（见图4）
图4 直接档40-100km/h加速时间-NEDC油耗图
从图4可以看出，直接档加速时间随主减速比的增大而减小，M1变速箱方案的加速性同样弱于M2方案，进一步说明选择M1方案更合适。
同样从NEDC油耗-直接档加速性曲线可以看出，6.2节中所选择的三种方案（M2-3.6、M2-3.73、M2-3.85）处曲线变化趋于平缓，此时既兼顾动力性又兼顾燃油经济性。
别克gl8es新款2023款报价及图片该车的直接档40-100km/h加速时间目标要求为30s，可选的三种方案均满足要求。
6.4 最高档80-120km/h加速时间与NEDC油耗（见图5）