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映汽车的某一方面，而不是整体性能指标。只有将这些评价发动机和传动系的各自指标结合到一起，才能反映出整车的总体性能。即使一台发动机具有良好的性能，如果没有与之合理匹配的传动系，也不可能充分发挥其最佳性能。合理的动力系统匹配才能实现更好的动力性和燃油积极性。
在汽车的实际设计过程中，动力传动系的匹配状况并不能令人满意。这主要是由两个方面的原因造成的。其一，由于传统的测试手段和计算工具的限制，汽车动力系统的匹配一直都采用定性分析和简单的定量计算，靠大量积累的试验数据和反复测试的结果进行设计，其设计流程如图1所示。
图1.1传统汽车设计流程
设计人员在进行动力传动系匹配时一直都采用定性分析和简单的定量计算。靠大量积累的试验数据和反复测试的结果来设计，难以对多种方案进行计算比较。这样做所造成的后果往往是，一个部件性能的改进完全有可能由于另一部件的匹配不当而造成整体性能未获得应有的效果。有统计表明，目前国内汽车发动机使用工况多数远离其最佳经济区和最佳排放区，未能实现动力传动系的最佳匹配，在发动机的整个持续工作期向内其平均效率仅为11—18%，而汽车发动机的最佳效率值对于四冲程汽油机而言可达35%以上。其二，即使采用上述方法对动力系统进行了简单的“匹配”， 对车辆的动力性、燃油经济性和排放性能的评价也只能在进行实车道路试验或底盘试验之后方可实施。这样做不但周期长、重复性差、成本高，而且在产品设计阶段使得整车及各总成方案的确定、结构参数的选取及传动系与发动机的匹配等都具有一定的盲目性，从而造成人力、财力和物力的浪费。更严重的，甚至会导致整车设计的失败。
由此看来，如果在整车总体布置设计时不能科学地、合理地、明确地提出发动机总成、传动系总成及车辆零部件的技术性能指标，就会使得设计结果往往远离产品设计要求。
为了避免技术开发和技术决策的盲目性，提高汽车设计质量，缩短研制周期，更合理地确定发动机，传动系及各总成零部件性能指标，在设计阶段就应当采用系统工程的观点来研究整车性能，对整车性能进行技术评价、技术分析和技术决
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策。
目前为实现汽车动力系统的最佳匹配，在保证汽车的动力性的前提下，减少燃料的消耗，提高燃油经济性已成为世界瞩目的热门研究课题之一，也是提高汽车整车性能的主要技术挑战。汽车工业发达的国家在这方面竞相开展研究工作；现今我国汽车工业也有了空前发展。因此，开展汽车动力系统匹配研究，缩小与世界先进技术水平的差距，提高国内企业核心技术的竞争力，已成为我国汽车工业发展的当务之急。
1.3国内外发展概况及趋势
1.3.1国内研究概况
我国在汽车动力传动系的匹配和模拟计算方面的研究起步较晚.进入八十年代后，长春汽车研究所、吉林大学、清华大学和江苏理工大学等单位陆续开展了一些工作，取得了一定的成果。
长春汽车研究所开发的汽车动力性和燃料经济性通用模拟程序，能够考察影响汽车基本性能的各个参数，消除随机因素(如司机、车辆、天气等)的影响。清华大学开发的动力性、燃料经济性的计算机模拟程序，较多地借鉴了国外的一些经验模型，由发动机特性、传动系效率、轮胎行使特性、离合器接合分离过程以及发动机万有特性关系简练而合理地阐述了汽车动力系统的基本工作过程。
目前，国内汽车界主要是围绕以下几个方面进行工作的:
(1)仅对传动系中的某个参数(如主减速比)进行优化设计。在保证车辆动力性能的基础上，使燃油经济性最佳，具有一定的实用性。
(2)对传动系中的变速器参数及主减速比进行优化，目标函数是燃油经济性或动力性指标。
(3)对传动系中变速器参数及主减速比进行优化，目标函数是动力性和燃油经济性的加权统一。
以往，国内在动力系统的设计过程中，在确定传动系的基础上，基本上是被动地选择发动机或者在确定发动机的基础上，仅以发动机的动力性、经济性指标为依据，在整个汽车运行工况范围内未达到整体的最优化，而且，也没有考虑到排放的要求。随着对匹配问题研究的深入，在车辆动力性燃油经济性模拟计算中，逐步引入了离合器接合规律模型、最佳换档规律模型、变速器效率模型以及主减速器效率模型等，使得整车动力性、燃油经济性的数值模拟精度有所提高，其成果逐步变得具有实用价值。
总的来说，国内外对于动力系统匹配模拟计算的研究虽己取得了一定的进展，
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但还有许多问题没有完全解决，尤其是对于汽车动态行驶过程在相当大的程度上还是在依靠经验进行处理。
1.3.2国外研究状况
从六十年代中期至七十年代以来，有关动力系统的模拟一直处于建模和模拟软件开发的水平上。八十年代初，随着计算机技术的进步，仿真模拟技术得到了飞速发展，在车辆设计中的应用越来越广泛。
Waters等人将汽车行驶工况处理成一个稳态的过程，通过计算获得汽车性能与车速之间的一系列对应关系，该方法准确且占用机时少，但难以确定不同行使工况对整车性能的影响;Hong等人则从汽车运动方程入手，建立系统的数学模型，运用典型行驶工况进行求解，他们成功地解决了各个行使工况的权重问题，但编写的程序不能反映模拟路径中传动参数的变化情况;Smith开发了一套商用车的模拟计算程序，在程序中，他集成了以上两种方法，详细描述了模拟路径中性能参数的状况，但计算量巨大，而且还存在由于异常试验数据以及换档点、汽车极限工况区微分方程的不连续性导致的不稳定问题。
这一时期最具代表性的软件是美国通用汽车公司开发的汽车动力性与经 济性的GPSIM，此软件可以模拟计算:
(1)全节气门开度时，从起动到96.56km/h(60rnph)的时间; (2)全节气门开度时，起动10s内行驶的距离;
(3)从起步到超过以80.47km/h(50mph)车速行驶的时间: (4)模态行驶的经济性。
该程序包含稳态计算和变工况计算(变速、换档时发动机转速的滞后)两个部分，可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累积油耗、行驶时间和距离，预测汽车设计参数如重量、传动系速比和空气阻力系数等的变化对整车性能的影响。该程序的缺点在于只能使用稳态特性场，而且不能进行排放模拟计算。
CVTOPT程序:可模拟计算汽车动力传动系循环油耗，如果发动机的基本参数可变，则可以进行荃于排放约束的循环油耗计算，程序采用表格的形式。
WOTSMI程序:利用发动机的外特性进行汽车动力性计算。显然，其模拟计算内容过于单一。
到目前为止，国外各大汽车公司和相关机构都相继开发了自己的模拟计算程序，除了上述程序外，还有福特汽车公司的TOEFP，康明斯公司的VWS，美国交通部的VEESIM，日本日产汽车公司的CSVFEP，德国奔驰汽车公司的TRASCO等。使用这些程序在样车制造前就能较准确地对汽车动力性和燃油经济性进行预测，并可以根据改变传动系速比所引起的整车性能的变化来与所选发动机进行最
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佳匹配。
1.3.3研究发展趋势
虽然通过模拟计算匹配优化汽车的动力系统以提高整车性能的研究己经取得了一定的进展，但仍然还有许多问题没有完全解决，尤其是对于汽车动态行驶过程在相当大的程度上还是依靠经验进行处理，而且至今还没有一个公认的对整车动力传动系统匹配合理程度进行综合评价的指标。
当前对汽车动力系统匹配优劣的评价已不再仅仅满足动力性和燃油经济性的方面，排放性也应该考虑。这就对汽车动力系统的匹配优化提出了更高的要求。事实上，由于发动机工作区域上性能的差异性，即使不改进发动机，通过对汽车动力系统的匹配优化也可以提高汽车的动力性、燃油经济性及排放性。
汽车行驶过程中，发动机是在非稳态工况下工作的，而非稳态工况时汽车的动力性、燃油经济性和排放性与稳态工况有较大的差异，特别是排放性模拟计算的误差会较大。在模拟汽车的排放性时为了尽可能减小误差，就必须使用发动机的非稳态特性。今后的研究中，应以发动机的非稳态特性为出发点，找到影响发动机动态工况下的动力性、燃油经济性和排放性的主要影响因素，从而揭示整车性能与发动机实际工作状态的关系，为汽车动力系统的匹配优化设计提供理论依据。
从发展趋势是来看，以后的研究工作主要是围绕如何完善计算模型、提高计算精度，如何更准确模拟汽车的实际行使工况，如何完善汽车综合性能评价体系等几个方面来进行。
1.4本论文主要工作
1、系统阐述国内国外关于汽车动力系统匹配研究的现状及发展趋势，目前采用的部分行业标准和相关法规体系。
2、介绍汽车在动力性和燃油经济性方面的技术指标及相关评价标准。 3、分析汽车发动机的动力性、选定了行星变速器的结构，对其参数进行数值计算。实现换挡自动化，提高汽车的动力性，减少排放，降低油耗。
4、建立发动机、液力变矩器、变速器动力性模型，进行数值计算，计算汽车动力性和燃油经济性相关技术指标。
5、利用MATLAB编程、数值计算，分析整车动力性匹配
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第2章 汽车动力性经济性评价
2.1动力性评价
汽车作为一种高效的运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。这是因为汽车运行的平均速度越高，汽车的运输生产率也就越高。而影响汽车运行平均速度的因素，除了运输组织原因之外，最重要的就是汽车的动力。
1、汽车的最高车速
最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到最高行驶车速。它仅仅反映汽车本身具有的极限能力，并不反映汽车实际行驶中的平均速度。现代轿车的最高车速一般在140—250km/h之间。
2、汽车的加速性能
汽车的加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有着很大影响，特别是轿车，对加速时间更为重视。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表示汽车的加速能力。原地起步加速时间指汽车由Ⅰ档或Ⅱ档起步，并以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。一般常用0→402.5m(0→1/4mile)或0→400m的秒数来表明汽车原地起步加速能力；也有用0→96.6km/h(0→60mole/h)或0→100km/h所需的时间来表明加速能力的。
3、汽车的爬坡性能
汽车的爬坡性能是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度imax表示的。显然，最大爬坡度是指Ⅰ档最大爬坡度。有的国家还规定在常遇到的坡道上，以汽车必须保证的车速来表明它的爬坡能力。控制这些指标可以保证各种车辆的动力性相差不致太悬殊，以维持路上各种车辆畅通行驶。例如，要求单车在坡度为3%的坡道上能以60km/h的车速行驶，汽车挂车在坡度为2%的坡道上能以50km/h的车速行驶。
事实上，现有的这些指标只反映了汽车本身的极限能力，它们虽然在一定程度上反映了汽车动力性的好坏，但由于未与复杂的实际实用工况联系起来统一考虑，因而往往与实际汽车使用效果相差很大。最明显的例子是国内目前的城市公共汽车，尽管最高车速设计在70km/h左右。但由于道路、行人等方面的原因，其实际运行车速只有20—30km/h。
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