一种汽车主减速器传动比选择方法
张良1, 刘川2
（湖北汽车工业学院，湖北 十堰，442000）
摘要：主减速器的传动比，对汽车的动力性能和经济性能有较大的影响。一般来说，主减速比越大，加速性能和爬坡能力较强，而燃料经济性比较差。但如果过大，则不能发挥发动机的全部功率而达到应有的车速。主减速比越小，最高车速较高，燃料经济性较好，但加速性和爬坡能力较差。本文结合经验和理论分析，得到最佳主减速器传动比，使之可以兼顾动力性与经济性。
关键词：主减速器 ；传动比；动力经济性
abstract ：The deceleration ratio of the main reducer has a great influence on the dynamic performance and fuel economy of the vehicle. Generally speaking, the greater the main deceleration ratio, the higher the acceleration and climbing ability, and the poorer the fuel economy. But if it is too large, it can not exert all the power of the engine to achieve the required speed. The smaller the main reduction ratio is, the higher the vehicle speed is, the better the fuel economy is, but the acceleration and climbing ability are poor. Based on experience and theoretical analysis, the optimum transmission ratio of main reducer can be obtained, which can give consideration to both power and economy.
Key words: main reducer; transmission ratio; power economy
前言
本文选择市场某款热销车型，依据用户需要设定其百公里等速（90km/h）油耗范围为（5.0-7.0）L/100km,加速时间（0-100km/h）范围为(9.0-12.0)s，试对该车型进行动力装置参数的选定与优化，并确定最佳方案。
已知参数：整车质量1330kg；最高车速200km/h；发动机怠速800r/min;最高转速5000r/min;车轮半径R=0.4064m；单个车轮转动惯量1.30；发动机飞轮转动惯量0.22。
1. 发动机功率的选择
1.1首先从保证汽车预期最高车速初步选择发动机应有功率。根据公式
估算出发动机功率，其中m=1330kg；=200km/h；空气阻力系数=0.30；迎风面积A=2.0;滚动阻力系数f=0.020（设定测试路面为一般沥青或混凝土路面）；总传动效率=0.95（变速器）×0.96（单级主减速器）=0.912。根据以上参数，可得发动机的功率为=85kw。
1.2参考同级汽车比功率统计值，粗略估计新车比功率值，得出最大功率值，经调查，同级汽车比功率平均值为9.72，由此估计新车发动机功率为69.72×1.330=93kw。
2. 变速箱传动比范围以及主减速器传动比初定
由以往同系车型可以初步确定变速箱（5挡手动）各挡传动比大小如表1所示：
表1 各挡传动比大小
挡位 一挡 二挡 三挡 四挡 五挡
传动比 3.625 2.071 1.474 1.038 0.844
而由经验值可初定主减速器传动比为3.40。依据以上数据可以开始绘制燃油经济性—加速时间曲线，即C曲线。
3. 绘制不同主传动比时燃油经济性—加速时间曲线
在以上数据的前提下改变主减速器传动比，变速箱传动比不变，绘制C曲线，进而得到满足动力性与燃油经济性要求的最佳主传动比。
分别求出当主传动比为3.00、3.20、3.40、3.60、3.80时的加速时间（s）与燃油消耗量（km/L），在燃油经济性—动力性·坐标系中描出各对应点，并用平滑曲线连结，进而得到C曲线。
3.1.求加速时间（s）
由发动机转速—转矩数据拟合出转矩曲线方程：
表2 发动机转矩特性
转速n/1000/（r/min） 1.0 1.125 1.25 1.375 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.25 4.5 4.75 5.0
转矩Ttq/ (N﹒m) 128 160 180 195 200 205 205 210 220 205 195 190 182 175
可将发动机转矩用四次多项式表示如下：
由以上数据公式可得出-a曲线如下
进而得出加速度倒数与速度的关系曲线，再由公式可求出不同主传动比下加速时间如下表所示：
表3 主减速器传动比与加速时间
主传动比/i0 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80
0-100km/h加速时间/s 13.6875 12.5381 11.4497 10.5685 9.6104
3.2.求燃油消耗量（km/L）
等速（90km/h）百公里油耗（L/100km）公式为
其中=7N/L;行驶车速=90km/h;发动机功率=13.4kw。
再由发动机万有特性曲线查得燃油消耗率b，即可计算出燃油消耗量（km/L）如表5所示：
表4 主减速器传动比与燃油消耗量
主传动比/i0 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80
燃油消耗量/（km/L） 18.44 18.30 18.10 17.63 17.13
由以上数据可作出燃油经济性—加速时间曲线如下所示：
4. 确定满足要求的最佳主传动比
由C曲线可知，当主减速器传动比为3.20-3.60时，均能满足动力性与经济性的要求，若选定3.40作为主减速器传动比，则能兼顾动力性与经济性的要求，故选择i0=3.40作为最佳主传动比。
5.结论
该文已现有的车型为基础，结合经验和理论，计算得到更符合实际使用要求的主减速器主传动比，在该传动比下，能使动力性和经济性得到兼顾。该文对汽车主减速器主传动比的选择上具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]汽车系统动力学[M]. 机械工业出版社 , 喻凡,林逸编著, 2005
[2]电动汽车动力传动系统参数的匹配设计[J]. 薛念文,高非,徐兴,龚昕. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2011(02)
[3]汽车动力传动系统参数优化设计和匹配研究[J]. 詹樟松,杨正军,刘兴春. 汽车技术. 2007(03)
[4]汽车动力传动系统匹配研究[J]. 文孝霞,杜子学,栾延龙. 重庆交通学院学报. 2006(01)
[5]汽车传动系统参数优化设计[J]. 赵卫兵,王俊昌. 机械设计与制造. 2007(06)
张良1, 刘川2
（湖北汽车工业学院，湖北 十堰，442000）
摘要：主减速器的传动比，对汽车的动力性能和经济性能有较大的影响。一般来说，主减速比越大，加速性能和爬坡能力较强，而燃料经济性比较差。但如果过大，则不能发挥发动机的全部功率而达到应有的车速。主减速比越小，最高车速较高，燃料经济性较好，但加速性和爬坡能力较差。本文结合经验和理论分析，得到最佳主减速器传动比，使之可以兼顾动力性与经济性。
关键词：主减速器 ；传动比；动力经济性
abstract ：The deceleration ratio of the main reducer has a great influence on the dynamic performance and fuel economy of the vehicle. Generally speaking, the greater the main deceleration ratio, the higher the acceleration and climbing ability, and the poorer the fuel economy. But if it is too large, it can not exert all the power of the engine to achieve the required speed. The smaller the main reduction ratio is, the higher the vehicle speed is, the better the fuel economy is, but the acceleration and climbing ability are poor. Based on experience and theoretical analysis, the optimum transmission ratio of main reducer can be obtained, which can give consideration to both power and economy.
Key words: main reducer; transmission ratio; power economy
前言
本文选择市场某款热销车型，依据用户需要设定其百公里等速（90km/h）油耗范围为（5.0-7.0）L/100km,加速时间（0-100km/h）范围为(9.0-12.0)s，试对该车型进行动力装置参数的选定与优化，并确定最佳方案。
已知参数：整车质量1330kg；最高车速200km/h；发动机怠速800r/min;最高转速5000r/min;车轮半径R=0.4064m；单个车轮转动惯量1.30；发动机飞轮转动惯量0.22。
1. 发动机功率的选择
1.1首先从保证汽车预期最高车速初步选择发动机应有功率。根据公式
估算出发动机功率，其中m=1330kg；=200km/h；空气阻力系数=0.30；迎风面积A=2.0;滚动阻力系数f=0.020（设定测试路面为一般沥青或混凝土路面）；总传动效率=0.95（变速器）×0.96（单级主减速器）=0.912。根据以上参数，可得发动机的功率为=85kw。
1.2参考同级汽车比功率统计值，粗略估计新车比功率值，得出最大功率值，经调查，同级汽车比功率平均值为9.72，由此估计新车发动机功率为69.72×1.330=93kw。
2. 变速箱传动比范围以及主减速器传动比初定
由以往同系车型可以初步确定变速箱（5挡手动）各挡传动比大小如表1所示：
表1 各挡传动比大小
挡位 一挡 二挡 三挡 四挡 五挡
传动比 3.625 2.071 1.474 1.038 0.844
而由经验值可初定主减速器传动比为3.40。依据以上数据可以开始绘制燃油经济性—加速时间曲线，即C曲线。
3. 绘制不同主传动比时燃油经济性—加速时间曲线
在以上数据的前提下改变主减速器传动比，变速箱传动比不变，绘制C曲线，进而得到满足动力性与燃油经济性要求的最佳主传动比。
分别求出当主传动比为3.00、3.20、3.40、3.60、3.80时的加速时间（s）与燃油消耗量（km/L），在燃油经济性—动力性·坐标系中描出各对应点，并用平滑曲线连结，进而得到C曲线。
3.1.求加速时间（s）
由发动机转速—转矩数据拟合出转矩曲线方程：
表2 发动机转矩特性
转速n/1000/（r/min） 1.0 1.125 1.25 1.375 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.25 4.5 4.75 5.0
转矩Ttq/ (N﹒m) 128 160 180 195 200 205 205 210 220 205 195 190 182 175
可将发动机转矩用四次多项式表示如下：
由以上数据公式可得出-a曲线如下
进而得出加速度倒数与速度的关系曲线，再由公式可求出不同主传动比下加速时间如下表所示：
表3 主减速器传动比与加速时间
主传动比/i0 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80
0-100km/h加速时间/s 13.6875 12.5381 11.4497 10.5685 9.6104
3.2.求燃油消耗量（km/L）
等速（90km/h）百公里油耗（L/100km）公式为
其中=7N/L;行驶车速=90km/h;发动机功率=13.4kw。
再由发动机万有特性曲线查得燃油消耗率b，即可计算出燃油消耗量（km/L）如表5所示：
表4 主减速器传动比与燃油消耗量
主传动比/i0 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80
燃油消耗量/（km/L） 18.44 18.30 18.10 17.63 17.13
由以上数据可作出燃油经济性—加速时间曲线如下所示：
4. 确定满足要求的最佳主传动比
由C曲线可知，当主减速器传动比为3.20-3.60时，均能满足动力性与经济性的要求，若选定3.40作为主减速器传动比，则能兼顾动力性与经济性的要求，故选择i0=3.40作为最佳主传动比。
5.结论
该文已现有的车型为基础，结合经验和理论，计算得到更符合实际使用要求的主减速器主传动比，在该传动比下，能使动力性和经济性得到兼顾。该文对汽车主减速器主传动比的选择上具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]汽车系统动力学[M]. 机械工业出版社 , 喻凡,林逸编著, 2005
[2]电动汽车动力传动系统参数的匹配设计[J]. 薛念文,高非,徐兴,龚昕. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2011(02)
[3]汽车动力传动系统参数优化设计和匹配研究[J]. 詹樟松,杨正军,刘兴春. 汽车技术. 2007(03)
[4]汽车动力传动系统匹配研究[J]. 文孝霞,杜子学,栾延龙. 重庆交通学院学报. 2006(01)
[5]汽车传动系统参数优化设计[J]. 赵卫兵,王俊昌. 机械设计与制造. 2007(06)
