汽车传动系的传动比-汽车运用工程学

对普通汽车传动系而言，传动系的传动比包括：传动系最小传动比、传动系最大速比、变速器各档速比。

1.传动系最小传动比的确定

汽车大多数时间以最高档行驶，即用最小传动比的档位行驶。因此，合理确定传动系最小速比非常重要。

传动系最小速比是由要求的最高车速决定的。当最大驱动功率和克服行驶阻力所需功率相等时，该点车速即为最高车速。此时，功率平衡方程式为P_e=。确定汽车传动系最小速比时，应使其所能达到的最高车速位于发动机的最大功率点所对应的车速附近，见图3-31。一般有三种确定方法。

（1）V_amax设计 最高车速（即阻力功率曲线与驱动功率曲线的交点所对应的车速）对应于发动机最大功率点的转速n_e（P_emax）。

这种设计方案的优点是可以利用发动机发出的最大功率，达到理论最高车速。其缺点是在接近V_amax的车速范围内，后备功率较小，加速、上坡和克服逆风的能力不足。

（2）高速设计 最高车速对应的发动机转速高于发动机最大功率点的转速n_e（P_emax），其优点是有较大的后备功率，缺点是达不到理论最高车速；而且，当以V_amax行驶时，发动机转速过高，因而噪声、磨损和油耗都过高。

（3）低速设计 最高车速对应的发动机转速低于发动机最大功率点的转速n_e（P_emax），其优点是汽车以V_amax行驶时，发动机转速较低；同时，发动机负荷率较高，油耗下降。缺点是达不到理论最高车速，同时后备功率小。

当变速器的最高档为直接档，即传动比是1时，传动系最小传动比即为主传动速比i₀。

以上确定传动系最小传动比的方法各有优缺点，为综合其各自优点，可设置超速档，即当变速器采用直接档时，根据高速设计确定其主传动速比，使直接档具有较大的后备功率；而在此基础上，再增加一个传动比i_c小于1的称之为超速档的档位，并将使用超速档时传动系的最小速比i₀·i_c按低速设计，以提高发动机的负荷率，降低发动机的有效比油耗。

图3-31 最小传动比的确定方法

2.传动系最大传动比的确定

确定最大传动比时，要考虑三方面的问题：最大爬坡度、汽车最低稳定车速及附着条件。

就普通汽车而言，传动系最大传动比i_tmax一般是变速器1档传动比i_g1与主减速器传动比i₀之积。当根据上述方法确定i₀后，确定传动系最大传动比也就是确定变速器1档的传动比i_g1。

汽车以1档全力爬坡时，加速阻力为零；因车速很低，可忽略空气阻力。汽车的最大驱动力F_tmax应为：

因此，

一般货车的最大爬坡度约为30%，即α_max≈16.7°。

越野汽车经常在松软地面上行驶，为避免土壤受冲击剪切破坏后减小地面附着力，其传动系的最大传动比应保证汽车能在极低车速下稳定行驶。若要求的最低稳定车速为V_amin，发动机的最低稳定转速为n_min，则传动系最大传动比应为：

轿车也应具有爬上30%坡道的能力。实际上轿车的最大爬坡能力常大于30%，其最大传动比是根据其加速能力来确定的。可参考同一等级的轿车选择最大传动比。

在确定最大传动比后，还应计算驱动轮的附着率。验算在汽车上坡或加速时是否满足附着条件的要求。必要时，应从汽车总体布置和结构着手，改善汽车的附着能力。

3.传动系档数与各档传动比的确定

（1）传动系的档数 因为使用条件不同，汽车功率不同，且对整车性能要求不同，因而不同类型汽车的传动系应具有不同的档位数。

传动系的档位数与汽车的动力性、燃油经济性有密切关系。档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力；档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗。所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。(www.xing528.com)

档位数还影响相邻两档之间传动比的大小。比值过大，则换档困难。比值一般不宜大于1.7～1.8。因此，最大传动比与最小传动比的比值越大，档位数也应越多。

轿车的行驶车速高，比功率大，最高档的后备功率也大，常用操纵方便的3档或4档变速器；近年来，为了进一步节省燃油，装用手动变速器的轿车普遍采用5档变速器，或采用6档变速器。

轻型货车和中型货车比功率小，所以一般采用5档变速器。重型货车的比功率更小，但使用条件却更复杂，所以一般采用的变速器为6档以上，以适应复杂的使用条件，使汽车具有足够的动力性和良好的燃油经济性。

（2）各档传动比的确定 确定了汽车的最小传动比i_tmin、最大传动比i_tmax及变速器的档位数后，应当确定中间各档的传动比。变速器各档速比的分配，应使换档过程中发动机的工作稳定，并使发动机功率得到充分利用。常用的确定各档传动比的方法有以下两种：

1）等比级数分配。等比级数分配指汽车传动系各档的传动比的值近似构成等比级数，其变速器各相邻两档传动比的比值接近常数。各档速比的关系为：

i₁=i₂q=i₃q²=i₄q⁴=… （3-23）

变速器各档的速比满足式（3-23）时，在换档过程中发动机的转速变化范围相同，因此发动机工作较稳定。

汽车车速v_a与发动机转速n_e的关系为：

在发动机外特性曲线的功率曲线图中，画出每个档位的车速与发动机转速的关系曲线可得到图3-32。

图3-32 换档过程中车速与发动机转速的关系

驾驶员用1档起步，随着发动机转速的提高，汽车的行驶速度也随之增加。当发动机转速达到n₂时，驾驶员开始换档。假设换档过程中车速没有降低，则换上2档时，发动机转速应降到n₁，离合器才能平顺无冲击地接合。n₁与n₂的关系如下：

此时有：

同理，若在2档时，发动机转速升到n₂′换3档，则应把发动机转速降到n′₁才能无冲击地接合离合器。同理若换档过程中车速没有降低，则n₁′与n₂′的关系为：

若各档传动比是按等比级数分配，即满足时，则有：。这说明如果每次在发动机转速升到n₂′=n₂时换档，则换档时的发动机的速度变化范围相等，均为n₁～n₂。

当遇到较大阻力，变速器从高档降至低档时，其转速变化范围与升档过程相同。

按等比级数分配传动比还能充分利用发动机提供的功率，提高汽车的动力性。当汽车需要较大功率（如全力加速或上坡）时，若档位选择恰当，按等比级数分配传动比的变速器，能使发动机经常在接近外特性最大功率P_emax处的较大功率范围内运转，从而增大了汽车的后备功率，提高了汽车的加速或上坡能力。

2）渐进式速比分配。现代轿车使用车速范围大，多采用渐进式速比分配，其各档（以4档变速器为例）速比关系为：

式中 q₀=1.1～1.2。

与等比分配相比较，渐进式速比分配高档间速比之比（换档时车速差）明显减小。这是因为换档不可能在瞬间完成，换档必然带来车速降低。由于空气阻力的影响，高速换档时车速减低量远大于低速换档。因此，较高档间速比的比值应小于较低档间速比的比值，才能使换档时发动机工作的转速范围不变。此外，汽车主要以较高档行驶，所以较高档位相邻两档传动比的比值应小些，以使换档方便，并增加发动机在功率较大的范围内工作的可能性，提高汽车的动力性。