摘 要

近年来，由于环境问题越来越严重，国家对汽车行业的要求也越来越严格，乘用车新排放标准——国VI即将全面实施，然而很多企业无法达到新的排放标准，所以降低汽车油耗迫在眉睫。汽车的传动系统作为动力传输的主要组成部分，通过降低汽车传动系统的阻力，提升传动系统的效率，可以降低整车燃油消耗。本文针对某前置前驱车型的传动系统进行研究，具体内容如下：

（1）分析了目标车型的传动系统结构，其传动系统由离合器总成、变速箱总成、驱动半轴、轮毂轴承、制动器总成及轮胎等组成。采用底盘测功机，测量目标车型和对标车型传动系统各部件的阻力，轮毂轴承和轮胎的阻力最大，变速箱总成次之，制动器总成的阻力最小。通过与对标车型比较，轮毂轴承的效率提升空间最大。

（2）建立了传动系统各部件的理论模型，从齿轮啮合功率损失、轴承摩擦损失和齿轮搅油功率损失建立变速箱总成功率损失数学模型。建立制动器拖滞力矩的数学模型。从密封件、负游隙、润滑脂建立轮毂轴承摩擦力矩损失数学模型。

（3）结合目标车型，从密封件的结构、负游隙的大小、润滑脂的理化性质对轮毂轴承单元的摩擦力矩进行分析，为后续制定优化方案做好准备。

（4）试验测试各因素的影响规律，并据此制定优化方案。在汽车轮毂轴承试验台进行试验，验证优化效果。研究结果表明：改进轮毂轴承的密封件结构，采用较大负游隙轴承，选配新型号的润滑脂，可以降低轮毂轴承单元的摩擦力矩，提升传动系统效率。

关键词：传动系统；阻力分布；功率损失；优化

Abstract

In recent years, due to the increasingly serious environmental problems, the country's requirements for the automobile industry are becoming more and more strict, the new emission standard of passenger cars -- China VI is about to be fully implemented, but many enterprises can not meet the new emission standard, so it is urgent to reduce the car fuel consumption.As the main part of power transmission, automobile transmission system can reduce fuel consumption by reducing the resistance of automobile transmission system and improving the efficiency of transmission system. In this paper, the transmission system of a front-end and front-end vehicle model is studied, and the specific contents are as follows:

(1) the driving system structure of the target vehicle model is analyzed. The driving system consists of clutch assembly, gearbox assembly, driving axle, hub bearing, brake assembly and tire, etc.; The chassis dynamometer is adopted to measure the resistance of the driveline components of the target model and the benchmarking model. The hub bearing and tire have the largest resistance, followed by the transmission assembly and the brake assembly. Compared with the benchmarking model, the hub bearing has the largest efficiency improvement space.

(2) the theoretical model of each component of the transmission system is established, and the mathematical model of the total success rate loss of the transmission is established from the power loss of gear meshing, the friction loss of bearing and the power loss of gear oil stirring. The mathematical model of drag moment of brake is established. The mathematical model of friction moment loss of hub bearing is established from seals, negative clearance and grease.

(3) combined with the target model, analyze the friction torque of hub bearing unit from the structure of seals, the size of negative clearance, and the physical and chemical properties of grease, so as to make a good reference for the subsequent optimization plan;

(4) test the influence law of various factors and make an optimization plan accordingly; The optimization effect was verified by experiments on the automobile hub bearing test bench. The research results showed that: optimizing the seal ring structure of the hub bearing unit, adopting a large negative clearance, and selecting a new type of grease could reduce the friction torque of the hub bearing unit and improve the transmission efficiency of the transmission system.

Key Words：transmission efficiency; resistance distribution; power loss; optimization

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容和技术路线 3

第二章 前置前驱车型传动系统的阻力分布 4

2.1前置前驱车型传动系统结构介绍 4

2.1.1变速箱总成 5

2.1.2轮毂轴承单元 5

2.1.3制动器总成 6

2.2整车传动系统阻力对标测试 7

2.2.1实验设备 8

2.2.2试验原理 8

2.2.3试验步骤 9

2.2.4结果分析 9

2.3本章小结 13

第三章 前置前驱车型传动系统功率损失模型 14

3.1变速箱总成功率损失 14

3.1.1齿轮啮合功率损失 14

3.1.2轴承摩擦功率损失 15

3.1.3齿轮搅油功率损失 16

3.2制动器总成拖滞损失 17

3.3轮毂轴承单元摩擦力矩损失 18

3.3.1密封件对轮毂轴承摩擦力矩的影响 18

3.3.2负游隙对轮毂轴承摩擦力矩的影响 18

3.3.3润滑脂对轮毂轴承摩擦力矩的影响 19

3.4本章小结 19

第四章 轮毂轴承传动效率影响因素分析 20

4.1密封件因素 20

4.2负游隙因素 21

4.3润滑因素 22

4.4本章小结 23

第五章 轮毂轴承优化设计 24

5.1影响因素试验 24

5.1.1实验原理 24

5.1.2密封件的测试 24

5.1.3负游隙的测试 26

5.1.4润滑脂的测试 27

5.2优化方案制定 28

5.3优化效果验证 29

5.4本章小结 30

第六章 总结和展望 31

6.1总结 31

6.2展望 31

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

近年来，汽车销量持续增长，消耗大量化石燃料，汽车排放的尾气导致严重的环境问题。为了减少汽车排放的污染物，与汽车行业相关的各种法律法规也正在变的越来越严格，相应的政策和法规对油耗的要求也在不断提高。《乘用车燃料消耗量第四阶段标准（2016-2020年）》^[1]现已实施，在2019和2020年平均油耗需达到的目标分别是5.5L/100km和5L/100km。《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》^[2]已经发布，国VI a将会在2020年7月1日全面实施，国VI b将会在2023年7月1日全面实施，新旧标准下的污染物排放限值的对比如表1.1所示，可以看出在各方面新标准更为严格。此外，深圳、北京、广州等18个省市都已确定提前实施新的排放标准。然而，国内汽车行业的很多企业平均燃料消耗量和排放物高于国家规定限值，无法达标。因此，降低汽车油耗迫在眉睫。

表1.1 国V与国VI汽油车排放物限值比较

传统燃油车的降耗方法主要包括以下几个方面：提高发动机的效率、降低能量传输过程的损耗，降低汽车辅助系统的能量损耗，降低汽车的行驶阻力。根据王熙^[3]对整车能量损失的研究可知，发动机将18.2%的能量传到了传动系，在传输过程中损失了5.6%，制动时消耗了5.8%。因此，降低汽车传动系统阻力，提升传动系统效率，能够有效地降低整车油耗。

汽车传动系统改变发动机输出的转矩与转速之间的关系特性，将发动机的动力传输到驱动轮上，其在动力传输过程中的功率损耗决定了汽车的动力性和燃油经济性。从汽车新产品开发的角度来说，传动系统的效率是否满足要求也是汽车能否按照设计的工作参数指标来进行工作的关键所在。因此，研究汽车传动系统效率的影响因素，优化传动系统的参数，有重要意义。

本课题主要针对某公司前置前驱车型传动系统效率偏低，燃油消耗量偏高的问题，通过与国内外其他同类车型进行对标试验，测量传动系统各部件的阻力。建立各部件的功率损失模型，分析影响轮毂轴承传动效率的关键因素，明确各因素的影响规律。针对轮毂轴承制定优化措施以减小其摩擦力矩，改善传动系统性能，并通过试验验证了优化效果。

1.2国内外研究现状

国外对汽车传动系统效率的研究已经比较成熟，既有建模和仿真方面的研究，也有试验测试研究。Phlips P.^[4]根据发动机燃料消耗和传输损失，建立了车辆燃料消耗分析模型，并用于美国EPA的测试车。Irimescu A等^[5]通过台架试验测量了车轮和发动机输出，来计算整车传动效率。Bednarek G等^[6]基于弹性流体动压润滑理论（EHL），从齿轮啮合功率损失和轴承功率损失两个方面对变速箱的功率损失进行研究，通过试验所得到的结果与模型的计算结果基本一致。Changenet.C等^[7]对齿轮啮合损失、轴承摩擦损失、搅油损失、密封件摩擦损失等进行理论分析，建立了ML6C手动变速箱的功率损失模型，并经过试验对理论模型进行了验证。Kurashina H等^[8]分析AT和CVT变速箱润滑油的摩擦特性，提出使用低粘度润滑油来降低摩擦损失，通过流体动力润滑试验，评估了基础油对润滑液性能提升程度。Choi H J等^[9]提出了改进轮毂轴承的密封唇结构的优化方法，并通过有限元仿真和泥水试验，论证了改进密封唇结构的可行性。Belhocine A等^[10]建立盘式制动器模型，使用ANSYS对过程应力进行仿真分析，研究了制动钳尺寸、材料及刚度等对制动器拖滞的影响，并提出制动器的优化方案。

国内近年来汽车油耗法规越来越严格，对与汽车传动系统效率的研究也比较多。戴明灿^[11]设计了传动系统试验台架，基于正交实验设计方法，开发了符合标准的汽车传动系统的测试方案。梁玮^[12]基于AVL Cruise建立微型轿车模型，对传动系统进行参数优化，提高了微车的燃油经济性。王熙等^[13]建立传动系统功率损失计算模型，使用Matlab进行仿真计算，通过传动系统效率试验结果验证了理论模型准确性性。王旺平^[14]从使用条件和内在因素分析了传动系统效率的影响因素，并建立各部件的功率损失模型，试验验证模型相对误差小于6%。张慧芳等^[15]从无载荷损失和有载荷损失对传动系统进行分析，前者包括即回转体的润滑油搅拌损失和相对滑动的摩擦损失，后者主要是扭矩传递过程中相关零部件的摩擦损失，并提出了提高手动变速器传动效率的途径。Chun Hui^[16]变速箱进行ROMAX仿真和台架试验，分析了不同运行条件对变速箱传动效率的影响规律。徐伟等^[17]通过理论分析与试验研究，分析了轮毂轴承的摩擦损失，从密封件、负游隙和润滑脂三个方面制定了优化方案，降低了轮毂轴承的摩擦力矩。常建娥等^[18]从工作间隙、滑动阻力和安装运行三个方面分析了盘式制动器的制动拖滞，得出拖滞力矩与制动盘端面跳动成正相关，与摩擦块刚度等成负相关的结论。

1.3研究内容和技术路线

本文分析某前置前驱车型传动系统结构，采用转鼓试验台进行试验，测得目标车型和对标车型A、B各部件的阻力情况，确定了各部件的优化空间。建立传动系统各部件的功率损失模型。分析轮毂轴承效率的影响因素，采用轮毂轴承摩擦力矩试验机测试各因素的影响规律。制定轮毂轴承的改进方案，试验验证改进效果。具体技术的路线如图1.1所示。

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