动力总成为发动机、离合器和变速器的总称，其性能在很大程度上决定了整车的性能。为了使动力总成能与前舱内周边件和谐共存于整车有限的空间里，本文重点介绍如图1所示的发动机、变速器及离合器匹配，还有动力总成在整车环境下性能、可靠性及空间布置的相关技术，并结合某车型的开发匹配过程进行举例。

动力总成集成技术的研究范围

随着先进技术的不断发展进步和应用，发动机、变速器的性能不断得以提升，但动力总成匹配的技术内容，一直还是主要包括前舱布置、性能匹配两部分，具体如表1所示。

表1 动力总成匹配的主要研究内容

1.发动机舱布置

图1 动力总成示意图

总体布置要将动力总成合理地放置到前舱内，并完成动力总成周边零部件的布置，确保车辆运行过程中，前舱内各零部件能够正常地实现其功能，并尽量地达到最优的状态。保证前舱内各零部件保持合理的间隙，不产生“干涉”，保证其在一个合理的状态下工作并保持整洁美观。

2.性能匹配

在产品规划阶段要确定整车动力性、经济性目标，并在产品开发过程中，通过不断地优化使整车的动力性和经济性达到甚至优于当初设定的目标。

整车前舱的布置

1.发动机、离合器及变速器的匹配

（1）发动机与变速器接合法兰端面匹配

由于发动机、变速器是整车动力产生和传输的关键性部件，不仅是承受发动机爆发压力的主要载体，也承受路况的反作用力，发动机与变速器的结合法兰面必须完全匹配，以提高动力总成的轴向上的刚度，是优化动力总成NVH的一个重要方面。 

（2）离合器的空间布置及尺寸链的计算

图2 离合器边界干涉检测示意

图3 发动机、变速器和离合器的轴向尺寸链的尺寸项目

离合器的选型与发动机最大转矩、转速、整车满载质量、车轮滚动半径和变速器速比等均有关系，当离合器选型确定后，需要做间隙检查。为了离合器运转时的动平衡，一般其盖上有平衡块，由此增大了转动的包络面，如图2所示。考虑到变速器壳体内表面及离合器的成形方式，一般要求其两者的间隙≥3 mm。图3为发动机、变速器和离合器的轴向尺寸链的相关尺寸项目定义。

2. 前舱布置方案

图4 动力总成在前舱布置的坐标系定义

首先了解动力总成在整车前舱的坐标系，动力总成在发动机、变速器以及前舱的布置中，要统一其空间坐标，有利于规避坐标系变换过程中的误差累积。图4所示为动力总成在前舱的坐标系定义，坐标系原点在曲轴中心线与发动机后端面的交点。

（1）动力总成在前舱内的布置

在整车前舱的布置过程，在满足发动机、变速器匹配的各方面技术要求后，往往把动力总成作为一个整体放在前舱中进行调整，还要综合考虑动力总成的倾斜角度，规避发动机、变速器在润滑方面的风险，要满足动力总成与前舱各部件的间隙经验值、左右半轴的布置角度等问题。

动力总成与周边件的间隙没有硬性规定，根据以往开发经验及竞品，主要以经验值作为参考，如表2所示。

表2 动力总成在前舱布置的间隙参考值

（2）传动轴的布置

传动轴是连接差速器与轮胎以传递动力，传动轴布置要考虑其平顺有效地传递动力在各种极限工作状态下，传动轴不至脱出动力输出端。传动轴的工作角度跟动力总成在整车中的位置密切相关。通常工作角度要求为：设计状态（常为空载）≤7°，其他状态≤22°。

首先，绘制各状态传动轴轴线：确定轮胎跳动到上极限、空载状态、最小角度和下极限时，传动轴的固定节原点的位置坐标，做出不同状态下的传动轴位置。
如果发现传动轴布置不满足设计要求时，一方面可以考虑3段式传动轴的，另一方面可以通过更改发动机机上的部件，调整间隙。

（3）其他方面

由于动力总成匹配涉及到的方面很多，为防止工作中的疏漏，布置完成后需要将上述工作再进行全面地间隙检查核对一遍，由各设计部门细化成详细的差异件清单，并联合采购部门进行万能样件制作，将数字样机实物化，通过相关部门单位反复评审，形成最终形成数据冻结。

3.与动总布置相关的内容

（1）选换档机构布置

设计要求，选换档拉丝的自由曲率半径≥160 mm，如果选换档执行机构设计的不合理，将造成选换档拉丝的自由曲率过大，造成选换档操纵力过大，舒适性下降。 

（2）悬置系统布置

动力总成悬置系统是指动力总成与车架之间通过弹性悬置元件连接而成的系统，动力总成的振动与路面激励力通过弹性悬置元件传给车身，该系统性能设计的好坏直接关系到总成振动向车体的传递，影响整车的NVH特性，因此，最大限度地减小动力总成所产生的振动及噪声向车身传递，是整车NVH的主要研究内容。

整车动力性、经济性及离合器的匹配

1.整车的动力性、经济性的评价指标

动力性评价指标包括：最高车速、加速时间、最大爬坡度。

经济性评价指标主要是循环工况百公里油耗。

2.动力总成选型

（1）发动机选型

设计初可参考同类型、同级别且动力性相近的汽车的比功率进行Pe max的估算或选取；Pe man亦可根据所要求的最高车速Ue max，（请参考相关专业书籍作为理论依据）。这些只是在开发初期进行的初步选择，而在开发过程中，往往需要根据市场定位及与竞争车型的对比，采用类比法进行选型，这是目前国内整机厂家的通行做法。

（2）变速器选型

变速器选型的原则：档与档之间传动比比值一般不大于1.7～1.8，档与档之间传动比满足
，否则会造成换档平顺性的下降。

在实际性能分析中，汽车理论上提供的性能指标是远远不够的，需要在长期的工程开发过程中，结合市场客户的要求，进行优化补充一些新的评价指标，以更好地满足客户的需求，其内容如表3。

表3 动力性经济性经验参考值

3.离合器的匹配计算

（1）后备系数

后备系数计算公式：

其中：C为离合器静摩擦力矩；T为发动机最大转矩；F（压盘施加在摩擦面上的工作压力）=F压盘压紧力-F分离轴承预紧力*i膜片弹簧杠杠比；μ为摩擦面间的静摩擦系数，一般取0.25～0.3；R为摩擦片作用半径，R=2（r03-ri3）/3（r02-ri3）；n为摩擦面数量，双面取n=4。
乘用车的后备系数一般取1.2～1.75。

（2）单位面积滑摩功（未考虑坡度）

滑摩功计算公式：

其中：W为汽车起步时离合器结合一次产生的总滑摩功；ne为发动机转速，乘用车取2 000 r/min；ma为满载质量；rr为轮胎滚动半径； i0为主减速比；ig为各档速比，计算时采用1档速比。

（3）压盘温升

压盘温升计算公式：

其中：t为压盘温升；γ为传到压盘的热量所占的比例，单片离合器压盘取0.5，双片离合器压盘取0.25，中间压盘取0.5；W为滑摩功；m为压盘质量；c为压盘的比热容。
压盘温升t不超过8～10 ℃。

代入相关数值，得出某在研车型的离合器相关的参考及理论计算值，如表4。

表4 离合器参数相关经验参考值

性能试验验证及主观性评价
经过前期的数字样机布置及理论分析之后，由于汽车是多维度参数的复杂运动，其理论分析结果和实际的运行状态还是有差异性的，因此，为规避理论计算的局限性，其整车实际性能、可靠性以及客户的主观评价，需要通过实物试验和主观评价来验证。

结论
动力总成的匹配开发涉及到的技术难点多，内容广泛，但动力总成的匹配技术要点如上述方面是相通的。
整机厂近年来对发动机、变速器集成技术也越来越重视，对动力总成集成提出了新的要求并作为一个独立的评价单元，譬如：传动效率、换档性能、NVH以及其动力性以及经济性。动力总成集成技术和评价指标将会是未来一段时间重点研究的方向。