汽车传动系统参数的优化设计

【摘 要】在基于优化设计的理论基础之上,以汽车的燃油经济性为目标函数,以汽车动力性能为约束条件,提出了汽车传动系参数的优化设计方法,利用复合形法进行求解.最后利用Matlab软件为开发工具,对汽车的动力性能、燃油经济性能及其各项性能指标进行了模拟计算,并对传动系参数进行了优化.

【关 键 词】传动系统；动力性；汽车燃油经济性；优化设计

1.引言

优化匹配汽车传动系统是在汽车设计中保证动力性前提下降低汽车燃油消耗率所采取的有效措施.计算机等科技领域的不断发展以及数学算法的不断改进为优化汽车的动力传动系统提供了有效工具.对于提高汽车动力性、燃油经济性主要在于汽车动力传动系统匹配的合理程度,即发动机性能与传动系形式及参数的合理选择.能与发动机合理匹配的传动系可以使发动机经常在经济工作区域内工作.以汽车燃油经济性为优化目标、整车动力性为约束条件进行动力传动系统匹配研究,对于提高企业自主开发能力和产品的市场竞力具有重要意义.

2.传动系参数优化模型的建立

2.1建立汽车传动系统目标函数

汽车传动参数优化的最终目的是使汽车的燃油经济性最好,即百公里油耗最少.因此应该以汽车的百公里油耗为目标函数.在汽车其他情况一定下,汽车的百公里油耗的主要影响因素是变速器、主减速器的传动比,因此,建立了优化的目标函数如下式：

式中为汽车传动系统变速器、主减速器总传动比.

2.2建立汽车传动系统约束条件

满足动力性能的要求,是汽车在行驶过程中必须要求的,因而在它的基础之上,燃油消耗量越小越好,用汽车直接档或最高档时的爬坡能力和加速能力作为评价指标.

直接档的最大动力因数：

汽车的动力性要求其最大传动比应满足汽车最大爬坡度的要求：

确定一档传动比还应按下式验算附着条件,即最大驱动力应不大于地面附着力：

以上式中,为车速,km/h；为传动效率；m为汽车质量,kg；为空气阻力系数；A为迎风面积；为汽车驱动力,为发动机最大转矩,为道路阻力,G为重力,-滚动阻力系数,-道路坡度角度.

确定中间各档传动比.实际上,汽车传动系各档的传动比大体上是按等比级数分配的,一般有如下关系：

如果是n个档位的变速器,第m档的传动比应为：

2.3求解过程

Matlab具有强大的数值计算功能,因此可采用复合形法进行求解.其程序流程图如图1所示.

一个n维问题,取K等于n+1,在可行域内找到X1,X2,X3等Xn,Xn+1点作为初始复合形的顶点,计算这些点的目标函数值,作出比较得出好点X1和坏点Xh.

以坏点以外的其余n个点的中心X0为映射中心,寻找坏点Xh的反射点Xr

其中a为映射的系数.

每当一个新复合形构成之时,就用终止迭代条件：

3.优化设计

该程序分为三个模块,分别为燃油经济性仿真模快、动力性仿真模块、传动系参数优化仿真模块.动力性的仿真模块包括最高车速、最大爬坡度、加速性能的计算.在汽车的基本参数确定之后,以动力性能为约束条件,以燃料经济性为目标函数,用优化设计理论来确定传动系参数匹配,在满足动力性能的前提下,获得燃油经济性最佳的目的.

编制汽车动力性燃料经济性通用模拟程序,将参数优化前后的汽车进行动力性、经济性的性能预测,可得如表1、2、3所示结果.

表1、2、3显示了汽车燃料经济性的寻优过程,列出了优化前后汽车各挡速比、汽车动力性以及燃料经济性的对比.

4.结论

介绍汽车传动系统的优化设计方法,提出以燃油消耗量为目标函数,动力性指标为约束条件,应用复合形法求解.然后介绍了传动系参数优化程序,在动力燃油经济行等方面做了模拟计算,最后对其传动系进行了参数优化.