棉花糖牌宝马教程十四：系统工程

mianhuatang · 发表于 2008-12-3 02:18:53

这个世界上有很多复杂的东西，汽车就是其中之一。为什么有些公司的车就比较好？某些车款的性能甚至超越了本身组件的能力，这又是为什么？我个人认为，使这些部件和谐的在一起工作，互相成为一个有机的系统，才能发挥每个部件的最大能力。这次就来粗俗的聊一聊系统工程(systems engineering http://en.wikipedia.org/wiki/Systems_engineering)。我本身的工作和系统工程没有一点关系，也没有系统的学过，只是在工作中小小的实践一下，生活中把它应用到宝马娱乐上，实在是没有很深的理论研究，那位是系统工程的牛人不要见笑，才疏学浅。我本身是学半导体过程处理的，也就是拿到砂子（二氧化硅），如何把它变成可用的芯片。在我学到研究所一年半以后，接触了一些专用工具以后，总觉得每个步骤不是独立的，它们之间或多或少都有一些联系，但是又不是非常明显。在这个时候，有个高人出来给我指点了一下，介绍我看了一本书，专门说系统工程还有每个过程之间的内在联系的：http://www.amazon.com/System-Engineering-Management-Benjamin-Blanchard/dp/0471190861 虽然看的一知半解，但是了解了一下什么是系统，如何看待一个由部件组成的系统。据两个例子。你有一台好引擎，但是光有引擎是不够驱动一辆车的。引擎的输出要经过离合器，变速器，差速器，轮胎才能最终到地面上。抛开引擎不说，首先要考虑的是离合器能处理多少动力（自动档的参考力矩转换器，torque convertor），如果离合器只能处理最多300马力，那么轻易的给引擎加上200马力，很有可能很快就burn掉离合。如果离合器能处理的输出动力太大，那么也很有可能普通人踩不动离合器，如果要加大离合器液压系统，又会牵连到液压刹车（暂时就不展开了）。接下来的变速器，也存在处理动力的能力问题，合离合器一样。但是对于变速器更重要的是个档位之间的齿轮比。齿轮比要和引擎充分匹配，要全面考虑到什么速度下，对于引擎输出动力的运用是否有余量。如果是家用车，要保证燃油经济性，还要有相对充足的动力。往往齿轮比相对较高，特别是最后一档，经常算是overdrive，保证高速的巡航燃油经济。对于竞技用车，各档位之间的齿轮比不能相差过大，第1档往往非常短，保证启动的快速。对于不同的赛道，要考虑2-4档的齿轮比是否合适，基本上不要超过5档，否则换档损失太多时间。 Drivetrain最后一关的差速器也是非常重要的。他是控制最终传递到轮子上的动力的。如果差速器齿轮比高的话，对燃油经济性相对较好，但是在竞技车上，一般希望在3.3:1以上，这样才能保证加速度足够快。所有这些东西都是牵一发动全局的。例如我曾经觉得我第2档太高了，于是就换了一个z3变速器的第2档齿轮。结果发现，虽然齿轮比短了，但是提速并没有我想象的提高那么多。原因就是从1档到2档之间的转速落差并不是最优化的，没能充分使用引擎在合适第2档的转速，而且在落差转速时，输出的扭力不够大，所以导致了提速困难。解决方法是使用under drive pulley，加快引擎转速的落差。但是这样的后果就是3，4，5档之间的换档不平顺，解决方法是更换4档齿轮。虽然这样的改装加快了提速能力并且降低了引擎的rotation mass，但是drivetrain并不是最优化的。真正正确的做法是参考引擎的dyno，各转速下转速的变化量（求2次微分），计算出最优化的转速落差下的扭力分布，然后根据不同的应用，设计各档齿轮比。这也就是为什么很多引擎有能力超越红线，但是厂家把他们的红线定的偏低的原因。在距个相对简单的例子。比如你要改装你得drivetrain，把变速器支架换掉。这时候你就应该考虑，我已经做到那里了，不如把别的东西也一起换掉了，否则下次还要大动干戈。比如换个变速器bushing，drive shaft bearing, O2 sensor什么之类的，虽然都是小东西，但是非常能影响开起来的感觉的。这样不仅能大大节约时间和金钱，还能对车子有个相对彻底的了解。其实真正的系统工程是在引擎里面的。因为我还不能领会到系统工程的精髓，只是了解了一些皮毛，所以只能瞎说说了。比如说进气量大了，但是进气速度不变或者变低，那么在低转速下，很有可能volumetric efficiency变差，流失启动力矩，很明显的，如果是赛车不下5000转的，那问题不大，有涡流效应帮忙。但是对不怎么经常上4000转的家用车来说，实在不是一个好的改装。例如轻易加大水泵的输出，想降低冷却液的温度，很可能得不偿失。扩散器的尺寸没变，流体阻力没变，很可能散掉的热量更原来的没什么大区别。加扩散器还加大水泵的确能降低冷却液温度，但是冷却液不是越冷越好的，如果在相对低温下，燃烧效率反而要打折扣的。瞎写的，见笑了。我总觉得系统的概念是很模糊的，有种可意会而不可言传的感觉。所以就凑和看吧