汽车整车主要节能技术.ppt

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1、汽车节能技术,底盘方面 汽车传动系与发动机匹配 自动变速器 减小汽车行驶阻力 车身造型 轮胎,第一节 汽车传动系与发动机匹配 一、传动系匹配节能,传动系效率越高，传递动力的过程中能量损失越小，汽车的油耗就越低。 在汽车设计过程中，当发动机性能和汽车的常用行驶工况确定后，合理选择传动比，进行传动系与发动机的匹配优化，可使汽车的使用性能最大限度地发挥出来，从而改善燃油经济性。,底盘方面节能技术,AB线为发动机万有特性的最佳燃油消耗曲线，R区为发动机的常用工作区，显然R区距AB线越近，发动机燃料经济性越好。 当车速一定时，发动机转速可以在等功率线P上任一点工作。为节油着想，可以使发动机在较低转速下工

2、作。 例如当传动比为i3,发动机转速n3工作时，离经济区较远，要使发动机切换到燃油经济区较好的n4下工作，可通过改变传动比到i4实现。,图4-1 发动机与传动系匹配示意图,二、传动系参数的合理匹配 1合理选择变速器参数,汽车性能对于传动比有以下主要要求： 最大传动比（最低档速比）应能保证实现给定的最大爬坡度和正常行驶中在最大爬坡度条件顺利起步； 最小传动比（最高档速比）应能达到设计要求的最高车速； 应使汽车能顺利而迅速地加速，具有较好的坡道行驶性能以及保证汽车在常用工况下的行驶经济性。同时，在最高档与最低档之间，应有适当数量的中间档以及传动比的合理分配。,变速器的传动比范围、档位数以及速比间隔

3、等参数与汽车的动力性、经济性有着密切的关系。,1）速比范围与档位数 速比范围最低档速比与最高档速比之比 速比范围的扩大可以明显地改善汽车的燃油经济性和动力性。 档位数： 动力性方面，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； 燃油经济性方面，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。,2）速比间隔,档位数多少影响到档与档之间的传动比比值，即速比间隔。速比间隔过大，会造成换档困难。一般认为速比间隔不宜大于1.71.8。变速器各档速比确定一般有两种方法，即等比级数分配或渐进式速比分配。 等比

4、级数分配速比的优点: 使发动机总在同一转速范围内工作，因而可以从动力性和经济性角度选定最佳转速范围。 但实际上换档不可能在瞬间完成，换档必然带来车速降低，由于空气阻力影响高速区域换档车速降低量远大于低速区域。因此，较高档间速比的比值应小于较低档间速比比值，才能保持发动机工作的转速范围不变。现代轿车使用车速范围大，多采用渐进式速比分配。,图4-2 等比分配速比的特性场,图4-3 渐进式速比分配的特性场,2合理选择驱动桥的参数,选择驱动桥参数，主要就是确定主减速器传动比。 燃油经济性加速时间曲线表明，值较大时，加速时间较短但燃油经济性下降；值较小时，加速时间延长但燃油经济性改善。若选定26作为主减

5、速器传动比，则能兼顾汽车的燃油经济性与动力性。,图4-4 燃油经济性（km/L或mile/gal）-加速时间曲线,3变速器与主减速器传动比的匹配节能,图4-5 装用不同变速器时的燃油经济性-加速时间曲线,第二节 自动变速器 一、自动变速器概述,自动变速器,液力自动变速器(AT),机械无级变速器(CVT),电控机械式自动变速器(AMT),可实现传动比连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性。同时，可减缓了汽车变速过程中的换档冲击。,消除了离合器操作和频繁换档，驾驶操作简便省力。能缓和冲击，使档位变换不但快而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。但效率较低。,由于原有

6、的机械传动结构基本不变，所以齿转传动固有的传动效率高、机构紧凑、工作可靠,由于液力传动存在着液力损失，与机械传动相比其效率较低，最高效率也只有0.850.9，因而在正常行驶时油耗较高，经济性差。但通过与发动机的匹配优化、采用综合式液力变矩器、锁止式液力变矩器、增加档位数等措施，可使液力自动变速器接近机械变速器的效率水平。,二、液力变矩器,液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮组成。导轮通过单向离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定导管上。 单向离合器对导轮有单向锁止作用，使导轮只能朝顺时针方向旋转(从发动机前面看)，但不能朝逆时针方向旋转。,变矩器内部液流方向,滚柱型单向离合器 （用于导轮单向固定，在行

7、星齿轮机构中也用）,锁止方向取决于外环上楔形槽的方向,三、锁止式液力变矩器,1原理：将变矩器壳体与涡轮轴锁止一体，发动机功率经曲轴、液力变矩器壳体和离合器直接传至涡轮轴，液力变矩器不起作用 2目的：提高在高传动比工况下的传动效率，改善汽车的燃料经济性。 此时高传动比工况下, 涡轮转速、车速高，没有增扭作用，因为液力变矩器的涡轮与泵轮之间存在转速差和液力损失，曲轴的输出扭矩并为完全传给涡轮轴，传动效率并不是100，使燃油经济性下降。 3 液力变矩器的锁止方式 目前，液力变矩器的锁止方式主要有液压锁止、离心锁止、粘性锁止等方式，其中，液压锁止为主要的锁止方式。,图4-8 锁止离合器工作原理示意图,

8、锁止离合器的锁止时刻，由电脑控制锁止电磁阀，进而控制通往离合器活塞的主油压来完成。,四、机械无级变速器（CVT）,无级变速，可使发动机经常处在最有效的工作点下运转。,图4-9 多档变速器与无级变速器的区别,1无级变速器的特点,经济性好：无级变速器可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。 动力性好 ：由于无级变速器的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以无级变速器的动力性能明显优于机械变速器和液力自动变速器。 排放低：无级变速器的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。 成本较液力自动变速

9、器低 ：无级变速器结构简单，零部件数目比液力自动变速器少。,2机械无级变速器的结构及工作原理,图4-10 金属带式无级变速器 结构示意图 1发动机飞轮；2离合器；3主动工作轮液压控制缸；4主动工作轮可动部分； 4(a)主动工作轮固定部分；5液压泵；6从动轮液压控制缸；7从动工作轮可动部分； 7(a)从动工作轮固定部分；8中间减速器；9主减速器与差速器；10金属带,图4-11金属带无级变速器的工作原理,3机械无级变速器的应用,1）CVT与液力偶合器组成无级变速传动,图4-13 CVT与液力偶合器组成的 无级变速传动 1发动机；2液力偶合器；3固定工作轮；4、9可动工作轮；5、10伺服缸；6行星齿

10、轮变速机构；7速度传感器；8传动带；11主减速器,2）CVT与电磁离合器组成无级传动,特点： 1 结构简单，减轻了汽车整备质量，容易实现传递扭矩的平稳增长，无起步发抖的缺点，使车辆具有良好的起步性能、加速性能、换挡性能，有效节省燃料 2 主从动部分不接触，无磨损、故障率低，使用寿命长 3无离合器踏板等机构，操控简便、可靠 4 没有传统摩擦片式离合器的常见故障，如离合器分离不彻底、打滑、接合不良等。,3）双状态无级传动 （液力无极变速纯机械无级变速）,图4-15双状态无级变速传动示意图 1发动机；2扭转减振器；3变矩器；4转换离合器；5工作轮；6、9内、外侧万向节；7单向轮；8差速器；10传动链

11、 R倒档离合器 F前进档离合器,特点： 1提供最佳起步性能 2液力变矩器的变矩作用扩大了总传动比的变化范围，使CVT传动易于调节使发动机处于最佳燃油经济区工作。,减小汽车行驶阻力,汽车阻力特性 车身造型 车身结构轻量化 轮胎,一.汽车阻力特性,空气阻力所消耗的功率与车速的三次方成正比，在车速高的时候，空气阻力将是主要的阻力。 空气阻力: Fw=CDAva2/21.15,图5-9 行驶阻力与车速的关系,降低空气阻力系数CD的措施,改善轿车前端形状 改善后窗倾角和车顶拱度 正确选择离地间隙 放置扰流板 优化发动机舱内流场,1）改善轿车前端形状。,图5-14 改善轿车前端形状,图5-15 改善轿车前

12、窗倾角、圆弧转角,2）改善后窗倾角和车顶拱度,图5-16 改善后窗倾角,图5-17改善车顶拱度,3）正确选择离地间隙,图5-18 离地间隙e对CD以及升力系数CL的影响,4）放置扰流板,图5-19 车尾部扰流板对CD的影响,图5-20 后视镜对CD的影响,5）优化发动机舱内流场,轿车在停车状态下冷却风扇运转时前部的空气流场,轿车在高速行驶状态下前部的空气流场,冷却气流流过发动机舱各部位的示意图,表5-2 不同形式气流流过冷却系统后对汽车风阻系数的影响,冷却气流流经冷却系统的压力损失有:,冷却空气经过进气格栅的压力损失为PG； 流向散热器过程中沿程摩擦阻力和涡流而造成的压力损失为PE； 流过散热

13、器压力损失为PK； 流经风扇的压力升高PV。,结论： 完善冷却系统气流的进出口，合理组织冷却空气气流可以减少压力损失和气流的逆流现象，可以减少汽车行驶阻力达到降耗的目的。,马车状汽车,厢型车,船型,“甲壳虫”型,鱼型,楔型,子弹头型,二、车身造型设计的发展趋势,车身造型进一步强调空气动力化。 发动机的布置形式。 设置前、后扰流板等气动力学附加装置，改善气流的流动状况。 车身乘员舱仍要处于前后轮之间，地板要尽量降低，以获得较大的室内空间及开阔的视野，保证乘员的舒适性和安全性。 优化车身细部外形，以减少车身表面的凹凸面和突起物。,目前世界上较为普遍的改善汽车造型的空气动力性能方法主要有：,三 车身

14、结构轻量化 （一）车身轻量化技术概述,普通汽车自重质量每减轻100kg，可节油0.20.3L/100km，而轿车的质量每减轻100kg，可节油0.40.3L/100km； 另外根据大量研究表明，当整车质量减轻10%时： 汽车的燃油经济性可提高3.8%， 加速时间减少8%， CO排放量减少4.5%， 制动距离减少5%， 轮胎寿命提高7%， 转向力减小6%。 车身是整个汽车零部件的载体，其重量约占整车的40%60%。因此实现汽车车身轻量化是改善汽车经济性的有效方法。,汽车轻量化技术： 汽车结构的合理设计 可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结构、部件薄壁化、中空化，小型化及复合化等来达到轻量化的

15、目的。 轻量化材料的使用 可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计。,（二 ）车身结构轻量化的途径 1 车身结构轻量化设计 （1）.变截面薄板及其在车身制造中的应用,用于车身制造的变截面薄板分为两种，一种是激光拼焊板（Tailor Welded Blanks，TWB），另一种是通过柔性轧制生产工艺得到的连续变截面板（Tailor Rolling Blanks，TRB）。 TWB是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光焊接技术把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一起，然后再进行冲压。TWB可

16、以根据需要任意进行拼接，因而具有极大的灵活性，提高加工效率，节省加工能源。 TRB通过一种新的轧制工艺柔性轧制技术，获得的连续变截面薄板。 TRB连续变化的截面提供了有利于后续成型加工的可能性。,（2）TWB与TRB的比较,（3）TRB应用中尚需解决的问题,车身覆盖件压模具的设计 对于变截面薄板来说，原来基于等厚度板材所建立的力学本征模型、数值仿真模型及三维几何模型都不再完全适用了。需要花大力气重建这些模型，针对变截面薄板的具体变化特征来重新设计车身覆盖件冲压模具。 变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流动性 变截面薄板的引入使车身覆盖件的冲压成型过程变得更为复杂，在同样的压边力和拉伸力条件下，

17、板料各部位的变形不均匀，覆盖件的成型更难以控制。 板料回弹问题： 对于TRB来说，由于其本身结构的特殊性，即沿轧制方向连续变化的截面形状及由此引出的材料机械性能的非均一化，将会使工件回弹问题变得更为复杂。,2 车身结构轻量化材料的选择,使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； 使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢； 使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。,（三）、车身结构轻量化的发展趋势 1 我国汽车轻量化技术发展面临的主要问题,需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统性知识体系

18、； 必须要由国家级的研究机构对其关键、重大问题进行战略性和前瞻性的超前部署，而目前此类机构尚未建立； 产、学、研结合不够紧密，基础研究和技术开发研究的有机衔接不够。,2 我国汽车轻量化技术研发重点,汽车轻量化技术发展战略研究 汽车轻量化结构优化设计研究 汽车轻量化材料冲压理论与工艺技术研究 汽车轻量化激光加工技术与装备研究,3 汽车轻量化先进材料开发研究,高强度钢板 ； 铝合金； 镁合金； 泡沫合金板； 蜂窝夹芯复合板； 工程塑料； 高强度纤维复合材料。,四 轮胎的选用,主要作用：支承全车的重量；将汽车的牵引力传递给路面；与汽车悬架共同衰减缓和汽车行驶时的振荡和冲击，并支持汽车的侧向稳定性，保

19、证车轮与路面有良好的附着性能。 汽车行驶时的滚动阻力与轮胎的类型、结构、材料和气压等因素有着密切的关系。 因此，在汽车使用过程中，正确选用轮胎，不仅可以降低轮胎在使用成本中所占的比例，还可减少汽车行驶时的阻力，从而减少汽车燃油的消耗，达到节能的目的。,（一）轮胎对汽车节能的影响 1、轮胎的结构和材料,轮胎的弹性迟滞损失是车轮在硬路面上滚动产生滚动阻力的主要原因。 车轮滚动时，轮胎变形的能量损失主要消耗于橡胶、帘布等材料的内部摩擦损失以及轮胎各组成件之间的机械摩擦损失，即内胎与外胎、轮胎与轮毂、橡胶与帘布层等之间的机械摩擦损失。 因此轮胎的结构和材料对于滚动阻力系数f值有着较大的影响，进而影响汽

20、车的燃油经济性。,2、轮胎的花纹,轮胎花纹对于汽车的燃油经济性有着重要的影响。 良好的轮胎花纹应该具有： 最大的耐磨性， 良好附着性， 抗汽车直滑和侧滑性， 行驶无噪音 良好的由外胎向外导热性， 自洁泥雪性. 从而使汽车的燃油经济性以及牵引性、稳定性、平顺性、通过性等得以改善和提高。 汽车轮胎的胎面花纹可以分为三种基本类型， 即普通花纹、越野花纹和混合花纹。,3、轮胎的气压,轮胎气压过低时，变形量增大，滚动阻力增加，汽车行驶中功率消耗增大，导致燃油消耗量增多。 当轮胎充气压力过高时，同样会由于轮胎弹性降低失去减振性能，一方面影响汽车行驶的平顺性，另一方面由于振动，底盘零件的磨损加剧，汽车垂直位移增加而消耗能量，使燃油消耗量也增加。,图7-5 轮胎气压与油耗的关系,（二）轮胎的合理选用原则,轮胎类型的选择 轮胎类型主要依据汽车类型和行驶条件来选择。优先选择子午线轮胎。货车普遍采用高强度尼龙帘布轮胎；越野车选用胎面宽、宜径较大的超低压胎，轿车易采用宜径较小的宽轮辋低压胎。 轮胎花纹的选择 轮胎花纹主要依据道路条件、行车速度、道路远近来进行选择。高速行驶汽车不宜采用加深花纹和横向花纹的轮胎。低速行驶汽车应采用加深花纹或超深花纹的轮胎。 轮胎尺寸和气压的选择 轮胎尺寸和气压主要根据汽车承受载荷情况和行驶速度来选择。所选轮胎承受的静载荷值应等或接近于轮胎的额定负荷。,