基于整車動力經(jīng)濟(jì)性的傳動系匹配優(yōu)化設(shè)計

1、目 錄中文摘要3英文摘要4第一章 緒論51.1傳動系統(tǒng)匹配研究的目的和意義51.2模擬計算在汽車傳動系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)況51.3國內(nèi)外動力總成匹配研究現(xiàn)狀概述71.4本文的主要研究內(nèi)容8第二章 發(fā)動機(jī)特性數(shù)學(xué)模型的建立92.1發(fā)動機(jī)建模方法的選擇92.1.1發(fā)動機(jī)使用外特性建模92.1.2 發(fā)動機(jī)萬有特性建模102.1.3 實例及結(jié)果分析11214結(jié)論1322發(fā)動機(jī)萬有特性曲線數(shù)字化的研究與分析14221數(shù)字化原理142.2.2數(shù)字化程序的開發(fā)152.2.3實例應(yīng)用172.3本章小結(jié)19第三章 重型商用車傳動系參數(shù)的匹配213.1 概述213.2 整車性能的計算機(jī)仿真模擬計算213.2.1

2、汽車換檔模型213.2.2 汽車動力性模擬計算233.3 重型商用車傳動系匹配評價指標(biāo)的確定293.3.1 概述2934 重型商用車傳動系的快速匹配293.4.1 重型商用車傳動系匹配的數(shù)學(xué)模型293.4.2 重型商用車傳動系匹配計算機(jī)仿真303.5 總結(jié)32第四章 重型商用車傳動系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計334.1 概述334.2 重型商用車傳動系參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立334.2.1 目標(biāo)函數(shù)334.2.2 設(shè)計變量344.2.3 約束條件344.3優(yōu)化方法概述354.3.1 MDCP數(shù)學(xué)模型354.3.2 MDCP的基本原理354.4 實例應(yīng)用394.4.1 發(fā)動機(jī)建模結(jié)果394.4.2 原車性能計

3、算414.4.3 優(yōu)化后整車性能及分析474.5 關(guān)于汽車排放性能指標(biāo)的研究524.5.1汽車排放性能的模擬計算524.5.2 排放指標(biāo)在傳動系優(yōu)化中的應(yīng)用544.6 本章小結(jié)54第五章 全文總結(jié)與建議555.1 本文總結(jié)555.2 建議56參考文獻(xiàn)57基于整車動力經(jīng)濟(jì)性傳動系匹配優(yōu)化設(shè)計中文摘要： 本文分析了重型商用車傳動系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計及匹配過程，首先比較分析了建立發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型的數(shù)值計算方法，確定了最小二乘法擬合的建模思路并針對萬有特性圖片的數(shù)據(jù)采集困難的問題，開發(fā)了萬有特性圖片的數(shù)字化程序，從而準(zhǔn)確快速的建立了發(fā)動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的汽車動力性和經(jīng)濟(jì)性仿真計算打下了良好的基礎(chǔ)。其次，

4、論文分析了汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)型的計算機(jī)仿真過程；建立了重型商用車基于實際運(yùn)行工況的傳動系匹配的綜合評價指標(biāo)：分析了重型商用車傳動系參數(shù)的匹配流程。并且應(yīng)用該綜合評價指標(biāo)，以車輪半徑為離散變量，主減速比為連續(xù)變量對國產(chǎn)某重型卡車進(jìn)行了傳動系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，使得優(yōu)化后整車常用車速的等速百公里油耗得到了改善。關(guān)鍵詞：重型商用車 傳動系參數(shù) 優(yōu)化設(shè)計 匹配Abstract: In this paper, we studied optimal design and matching process of the transmission parameters of heavy commercial v

5、ehicle. Firstly, we compare with some mathematic method about modeling engine characteristics; the conclusion is that the Least squares method has the best fitting precision. In view to the problem of gathering data from the engine fuel consumption characteristics plot, an engine fuel consumption ch

6、aracteristics digitalized method is developed. The method can quickly and accurately establish the math model of the engine, what applies a good basis for the following dynamic and economic simulation of the heavy commercial vehicle.Then we analysis the process of computer of the automobile power pe

7、rformance and fuel economy; establish the evaluation index of the optimal match of heavy commercial vehicle transmission parameters based on practice conditions; and then we analysis the matching process of transmission parameters heavy commercial vehicle. After that, the transmission parameters of

8、heavy truck are optimized with the index, in the optimization model, final drive ratio is continuous variable and tire size is discrete variable. And the constant speed oil-consumption per 100km of the truck is improved.Keywords: heavy commercial vehicle transmission parameters optimization design m

9、atching第一章 緒論1.1傳動系統(tǒng)匹配研究的目的和意義汽車整車性能的好壞不僅僅取決于發(fā)動機(jī)和傳動系各自單獨(dú)的能，而是在很大程度上取決于二者匹配得如何在評價汽車的整性能時，往往要用到一些特定的指標(biāo)，如衡量汽車動力性的主要指是其最高車速爬坡性能和加速性能等，衡量燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特的主要指標(biāo)是汽車在標(biāo)準(zhǔn)試驗循環(huán)下的百公里油耗和每公里排放這些指標(biāo)除了反映發(fā)動機(jī)本身的動力性燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特外，還體現(xiàn)了整車驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)變速器主減速器以及驅(qū)輪等的相互配合及優(yōu)化程度一臺發(fā)動機(jī)即使具有良好的性能果沒有與之合理匹配的傳動系，也不可能充分發(fā)揮其最佳性能。因此合理的匹配汽車的動力傳動系統(tǒng)是降低汽車油耗和

10、排放、提升動力的重要措施。在新能源、新技術(shù)尚未大規(guī)模推廣之前，合理的匹配汽車的動力總成系統(tǒng)對于汽車生產(chǎn)廠家更具有現(xiàn)實意義。1.2模擬計算在汽車傳動系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)況在汽車實際設(shè)計過程中，動力傳動系的匹配狀況并不能令人滿意。這主要是由兩個方面的原因造成的。其一，由于傳統(tǒng)的測試手段和計算工具的限制，設(shè)計人員在進(jìn)行動力傳動系匹配時一直都采用定性分析和簡單的定量計算，靠大量積累的經(jīng)驗數(shù)據(jù)、反復(fù)的測試及設(shè)計，難以對多種方案進(jìn)行計算比較。這樣所造成的后果往往是，一個部件性能的改進(jìn)完全有可能由于和另一個部件的匹配不當(dāng)而造成整體的性能未獲得改進(jìn)。有統(tǒng)計表明，目前國內(nèi)汽車發(fā)動機(jī)的使用工況多數(shù)遠(yuǎn)離其最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)

11、和最佳排放區(qū)，未能實現(xiàn)動力傳動系的最佳匹配，在發(fā)動機(jī)的整個持續(xù)工作期間其平均效率僅為11-18%。其二，即使采用上述方法對動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的匹配，對于車輛的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的評價也只能在進(jìn)行試車道路試驗或地盤測功機(jī)試驗之后方可實施。這樣做不但周期長、重復(fù)性差、成本高，而且在茶品設(shè)計中使得整車及總成方案的確定、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取及傳動系與發(fā)動機(jī)的匹配都具有一定的盲目性，從而造成人力、財力和物力的浪費(fèi)，更為嚴(yán)重的是，有可能曹智整車設(shè)計的失敗。由此看來，如果整車總布置設(shè)計時不能科學(xué)的、合理的、明確的提出發(fā)動機(jī)總成、傳動系總成及車輛零部件的技術(shù)性能指標(biāo)，就會使的設(shè)計結(jié)果往往遠(yuǎn)離產(chǎn)品設(shè)計要求。

12、為了避免技術(shù)開發(fā)和技術(shù)決策的盲目性，提高汽車設(shè)計質(zhì)量，縮短研制周期，更合理的確定發(fā)動機(jī)、傳動系及各總成零部件的性能指標(biāo)，在設(shè)計階段就應(yīng)當(dāng)采用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來研究整車性能，對整車性能進(jìn)行技術(shù)評價、技術(shù)分析和技術(shù)決策。在確定車輛性能時常用的方法有實驗法和計算機(jī)模擬計算法。實驗法是通過道路試驗測定汽車的動力性指標(biāo)，在汽車底盤測功機(jī)試驗臺上讓汽車按標(biāo)準(zhǔn)試驗訊號規(guī)定的行駛程序行駛，測量其燃油消耗和排放，而計算機(jī)模擬計算方法則是利用發(fā)動機(jī)的一些特性曲線（如外特性曲線和萬有特性曲線）和汽車的技術(shù)參數(shù)對汽車各種典型的行駛過程進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而計算在同試驗循環(huán)下的燃油消耗和排放。在計算時，對汽車瞬態(tài)工況（如加速

13、過程）的模擬，多是利用發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)萬有特性場，采用線性回歸擬合或多維插值對其進(jìn)行數(shù)值模擬。實驗法相對而言比較準(zhǔn)確，但是需要一套昂貴的汽車底盤試驗設(shè)備，實驗室還要加工不同的試驗備件，耗費(fèi)較大，而且在整車設(shè)計開發(fā)的初期，也沒有樣車進(jìn)行試驗，不可能分析比較各種不同的實驗方案。與實驗法相比，模擬計算法則具有以下特點(diǎn)：1 可以考察汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)是如何影響汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的，特別是這些參數(shù)作微小變化時，實際車輛試驗往往測量不出對動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，而計算機(jī)模擬計算則可以計算出其微小的影響。2 可以求解比較復(fù)雜而準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，過去無法求解的或需要大量時間才能求解的線性或非線性系統(tǒng)的微分方程組。采用

14、計算機(jī)和現(xiàn)在數(shù)值計算方法以后，就可以很快的求出其數(shù)值解。所以，在計算機(jī)模擬的情況下可以采用能準(zhǔn)確描述所研究運(yùn)動的較復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，這就使得計算機(jī)結(jié)果更接近實際。3 既可以模擬汽車在規(guī)定循環(huán)工況的排放和油耗，也可以在有路面譜的情況下模擬整車實際運(yùn)行情況的各種性能。因而能全面、準(zhǔn)確的預(yù)測汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的各種性能指標(biāo)。4 能在很短的時間內(nèi)對大量的設(shè)計方案進(jìn)行計算，查明這些方案和參數(shù)對汽車性能的影響，有助于汽車設(shè)計人員很快的找到比較有利的設(shè)計方案和參數(shù)匹配，大大降低了設(shè)計人員的工作量。5 能使汽車工程師在產(chǎn)品設(shè)計階段，能夠?qū)φ噮?shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，從而實現(xiàn)在一定的預(yù)期目標(biāo)下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，這在如

15、今激烈的市場競爭的汽車工業(yè)來說是極為重要的，它將使產(chǎn)品的設(shè)計成功率大大提高，大幅降低汽車產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的費(fèi)用，縮短研究周期，而且也將使得所設(shè)計產(chǎn)品的性能大大提高，從而使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。正是這些優(yōu)點(diǎn)使得計算機(jī)模擬仿真方法可以有效的應(yīng)用于汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計。目前，國外汽車公司尤其是歐美國家對這一研究課題非常關(guān)注。模擬計算對于加快汽車的開發(fā)研制，尤其是對于汽車動力傳動系的優(yōu)化設(shè)計具有重要的意義。1.3國內(nèi)外動力總成匹配研究現(xiàn)狀概述中國作為一個汽車大國，但并非是汽車強(qiáng)國，在汽車的開發(fā)研究和試驗測試方面跟國外汽車公司相比有一定的差距。國外公司在開發(fā)投放新車型之前，都要針對目前汽

16、車市場、競爭對手的車型、購車者的消費(fèi)心理做一些分析研究，從而確定所開發(fā)車型的主要尺寸、技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)、成本、價格及利潤等。技術(shù)部門的設(shè)計任務(wù)是實現(xiàn)汽車的性能，動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是其中最基本、最重要的性能。傳統(tǒng)汽車開發(fā)階段，這些性能主要是通過實車道路試驗來測定。但隨著社會經(jīng)濟(jì)、汽車技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽車的這些性能必須在汽車概念開發(fā)階段就確定，因此合理的汽車性能計算機(jī)仿真成為汽車工業(yè)發(fā)展的需要。這樣不僅可以節(jié)省大量的試驗費(fèi)用，縮短設(shè)計開發(fā)周期，而且使得廠家對自己所設(shè)計車型的性能有準(zhǔn)確的預(yù)先估計。完善的汽車性能計算機(jī)仿真，不僅能夠模擬汽車在任何行駛工況下的瞬時油耗、累積油耗、行駛時間和距離

17、等，而且可以計算分析汽車設(shè)計參數(shù)如車重、空氣阻力系數(shù)、變速器速比等對汽車性能的影響。早在上世紀(jì)七十年代，美國最大汽車公司通用汽車就開發(fā)了汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的性能預(yù)測程序GPSIM，隨后國際各大汽車公司都在這方面做了大量的研究工作，如福特汽車公司開發(fā)了TOEFP，康明斯公司的VMS，美國交通部的VEESIM，日本日產(chǎn)汽車公司的CSVFEP，德國奔弛汽車公司的TRASCO，奧地利AVL李斯特公司開發(fā)的CRUISE車輛仿真分析軟件，美國可再生能源實驗室NREL的ADVISOR等。這些計算機(jī)模擬程序與試驗相結(jié)合，使得設(shè)計人員能夠在汽車開發(fā)階段就可以準(zhǔn)確地預(yù)測汽車的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，并且可以快速有

18、效地比較不同發(fā)動機(jī)與傳動系匹配時汽車的性能，從而找到最佳的匹配方案。同時設(shè)計人員也可以利用該程序，進(jìn)一步優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)，完善汽車性能指標(biāo)。通過計算機(jī)模擬不僅可以避免設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計階段對整車總成布置、動力與傳動系統(tǒng)選擇的盲目性，防止遺漏最優(yōu)方案的可能性，而且還大大縮短了設(shè)計周期，節(jié)省了大量的試驗費(fèi)用。我國在汽車性能計算機(jī)模擬仿真方面的研究起步較晚，進(jìn)入80年代后，國內(nèi)汽車界如長春汽車研究所、吉林大學(xué)、江蘇大學(xué)等單位做了一些這方面的研究工作，主要工作內(nèi)容有:(l)汽車動力傳動系數(shù)學(xué)模型的研究;(2)給定工況模擬研究;(3)實際道路條件隨機(jī)模擬的研究;(4)模擬程序的應(yīng)用研究。并取得了一些成果

19、。但是由于起步比較晚，跟國外大公司開發(fā)的模擬程序相比還存在如下主要問題:(l)數(shù)學(xué)模型不完善;(2)沒有形成通用計算程序和方法。這些問題導(dǎo)致我國汽車工程界在設(shè)計中無法運(yùn)用有效的工具較為準(zhǔn)確地預(yù)測和優(yōu)化汽車的性能，阻礙了開發(fā)水平的提高和自主研發(fā)能力的進(jìn)步。1.4本文的主要研究內(nèi)容針對本課題研究領(lǐng)域目前取得的成果和存在的問題，本文采用基于重型商用車實際運(yùn)行的工況下的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性加權(quán)統(tǒng)一的目標(biāo)函數(shù)，建立整車動力傳動系的優(yōu)化匹配模擬計算的數(shù)學(xué)模型，并對排放性能指標(biāo)的計算機(jī)模擬作了一定的研究，最后對實例樣車進(jìn)行了仿真計算。本論文的主要工作有：(l)詳細(xì)分析了發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型建立的方法。針對目前常用的

20、數(shù)值計算方法，通過實例計算對比，找到最合適的計算方法。并開發(fā)了基于圖像識別技術(shù)的發(fā)動機(jī)萬有特性圖片數(shù)據(jù)化軟件，能較輕松的建立發(fā)動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，可以減輕開發(fā)人員得工作量。(2)建立了重型商用車傳東西匹配的數(shù)學(xué)模型，并確定了基于實際運(yùn)行工況的傳動系匹配的綜合指標(biāo)，可以快速得到符合設(shè)計要求的傳動系組合，且匹配效果更具有實際應(yīng)用意義。(3)對現(xiàn)有研究成果進(jìn)行分析，提出重型商用車基于實際運(yùn)行工況的傳動系參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并結(jié)合整車生產(chǎn)廠家的配套企業(yè)的實際情況，以主減速比為連續(xù)變量，車輪半徑為離散變量，是的優(yōu)化結(jié)果可以得到最快應(yīng)用。(4)總結(jié)目前的研究成果，詳細(xì)分析了汽車循環(huán)工況的排放性能計算方法，并且結(jié)

21、合實際排放法規(guī)，討論了如何在傳動系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計中加入排放指標(biāo)，從而使得計算結(jié)果更具有實際應(yīng)用價值。(5)目前重型商用車的萬向傳動軸多是分段傳動，本文結(jié)合實際車型，在考慮汽車實際行駛的情況下對汽車的萬向傳動裝置進(jìn)行優(yōu)化布置，使得車輛在行駛過程中的當(dāng)量夾角最小，從而改善重型商用車行駛時萬向傳動的噪聲和振動。第二章 發(fā)動機(jī)特性數(shù)學(xué)模型的建立發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立是汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性模擬計算的基礎(chǔ)，發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型的描述包括汽車發(fā)動機(jī)的外特性和萬有特性。對于已知試驗數(shù)據(jù)的發(fā)動機(jī)，可以采用數(shù)值計算的方法(主要是插值和擬合)來建立發(fā)動機(jī)的模型，但是插值和擬合的方法均有很多種，需要從中選出最合適的建模方法，

22、使得汽車性能仿真計算的結(jié)果滿足精度要求同時對于生產(chǎn)廠家來說，往往只能得到發(fā)動機(jī)特性的曲線圖形，無法得到發(fā)動機(jī)的實驗數(shù)據(jù)，因此就需要我們將發(fā)動機(jī)圖形數(shù)字化，但人工數(shù)字化費(fèi)時費(fèi)力，而且準(zhǔn)確度不高，為此我們開發(fā)了一套萬有特性曲線圖計算機(jī)數(shù)字化程序。該程序可方便、快速地把任何形狀的萬有特性圖轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并得到發(fā)動機(jī)特性的數(shù)學(xué)模型。2.1發(fā)動機(jī)建模方法的選擇2.1.1發(fā)動機(jī)使用外特性建模對于已知實驗數(shù)據(jù)的發(fā)動機(jī)，其使用外特性可以看作為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的一元函數(shù)，可以采用一元插值或者曲線擬合的方法建立模型。而萬有特性曲線可以作為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)扭矩的二元函數(shù)，用二元插值或者曲面擬合的方法建模。由于發(fā)動機(jī)外

23、特性是一元函數(shù)，因此我們的建模方法可以選擇一元插值或者曲線擬合，下面將介紹幾種常用的數(shù)值計算方法。2.1.1.1一元全區(qū)間不等距插值在給定的n個不等距結(jié)點(diǎn)x=(i=0,1,2,n-1)上的函數(shù)值yt=f(xt),用拉格朗日插值公式計算指定插值點(diǎn)t處的函數(shù)近似值z=f(t)在n個結(jié)點(diǎn)中自動選擇8個結(jié)點(diǎn)進(jìn)行插值，且使指定插值點(diǎn)t位于他們的中間；既選取8個結(jié)點(diǎn)使其滿足以下條件xkxk+1xk+2xk+3txk+4xk+5xk+6xk+7,利用7次拉格朗日插值多項式計算插值點(diǎn)t處的函數(shù)近似值z=f(t)，即 z=i=kk+7ytj=kjik+7(t-xi)(xi-xj) 當(dāng)插值點(diǎn)t位于包含n個結(jié)點(diǎn)的區(qū)

24、間外時，將僅取區(qū)間某端的4個結(jié)點(diǎn)進(jìn)行插值;而當(dāng)插值點(diǎn)t靠近n個結(jié)點(diǎn)的兩端時，選取的結(jié)點(diǎn)數(shù)將有可能少于8個2.1.2 發(fā)動機(jī)萬有特性建模 由于發(fā)動機(jī)的萬有特性是二元函數(shù)，因此我們的建模方法可以選擇二元插值或者曲面擬合，二元插值本文選擇了二元全區(qū)間插值。擬合則選擇了最小二乘法曲面擬合。2.1.2.1二元全區(qū)間插值給定矩形域上nm個結(jié)點(diǎn)(xi,yj)(i=0，1，2，n-1;j=0，l，2，m一1)上的函數(shù)值zv=z(xi,yj)，利用二元三次插值公式計算指定插值點(diǎn)(u,v)處的函數(shù)近似值w=z(u，v)。設(shè)給定矩形域上n個結(jié)點(diǎn)在各個方向上的坐標(biāo)分別為 x0x1xn-1,y0y1ym-1相應(yīng)的函數(shù)為

25、zv=z(xi,yj)，i=0,1,2,n-1;j=0,1,2,m-1 以插值點(diǎn)(u，v)為中心，其兩個方向上的坐標(biāo)分別為： xpxp+1xp+2xp+3uxp+4xp+5xp+6xp+7 ypyp+1yp+2yp+3vyp+4yp+5yp+6yp+7然后用二元三點(diǎn)插值公式：zx,y=i=pp+2j=pq+2(k=pkip+2x-xkxi-xk)(l=qljq+2y-ytyj-yl)zv 計算插值點(diǎn)（u,v）處得函數(shù)近似值。2.1.2.2 最小二乘法曲面擬合采用曲面擬合的方法求取模型的參數(shù)，實際上是個線性回歸問題。即認(rèn)為平面上的各測點(diǎn)Z是其坐標(biāo)(X,Y)的函數(shù)，從而建立回歸模式為： 式中：-模

26、型中待定系數(shù)； -隨機(jī)誤差； N-試驗數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)； s-擬合階數(shù)； k待定系數(shù)個數(shù)，與多項式的擬合階數(shù)s存在如下關(guān)系： 擬合階數(shù)高時擬合值更接近于實際試驗數(shù)據(jù)，但此時在上下限區(qū)域內(nèi)通常會產(chǎn)生畸變，嚴(yán)重影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的模擬計算，因此本文擬合階數(shù)取3?；貧w模型寫成矩陣形式： 其中G為階矩陣，Z和E均為列向量。假設(shè) 按照極值理論應(yīng)有 易得： 擬合值與觀測值擬合程度，可以用擬合度C來評價，同時也確定最佳s值。 其中為總體的均值。2.1.3 實例及結(jié)果分析2.1.3.1外特性建模實例與分析考慮到計算的方便性，我們在計算汽車動力性時一般用擬合的方法來對發(fā)動機(jī)建模。如已知某發(fā)動機(jī)參數(shù)如表2-4：轉(zhuǎn)速100

27、01500200025003000350038004000扭矩135.33147.10152.98156.91147.10138.27133.37125.53表2-4轉(zhuǎn)速與扭矩數(shù)值原始數(shù)據(jù)表采用最小二乘法對其擬合，擬合階數(shù)為6，得到的結(jié)果如圖2-1所示：圖2-1擬合得到的發(fā)動機(jī)外特性曲線結(jié)果完全可以滿足計算需要的精度。2132萬有特性建模分析與實例目前針對發(fā)動機(jī)萬有特性建模常用的方法是二元全區(qū)間插值和最小二乘法曲面擬合。若有足夠的已知點(diǎn)，二元全區(qū)間插值的計算精度可以保證，但是考慮到計算的方便性和編制程序的簡便，建議選用最d-乘法曲面擬合的方法需要注意的是，一般選用3階模型，否則擬合精度不能保證

28、，作者自己編制程序?qū)δ嘲l(fā)動機(jī)的萬有特性進(jìn)行擬合，數(shù)學(xué)模型階數(shù)為3，得到比較滿意的結(jié)果，擬合精度為968，結(jié)果如圖22所示： 圖2.2擬合得到的發(fā)動機(jī)萬有特性 214結(jié)論通過綜合比較多種發(fā)動機(jī)建模方法和實例分析，我們認(rèn)為運(yùn)用最小二乘法建立的發(fā)動機(jī)特性數(shù)學(xué)模型既有較高的擬合精度，而且計算方便，為車輛動力性和經(jīng)濟(jì)性的仿真計算奠定了良好的基礎(chǔ)。22發(fā)動機(jī)萬有特性曲線數(shù)字化的研究與分析221數(shù)字化原理在汽車設(shè)計初始階段，要從眾多的不同類型發(fā)動機(jī)中選擇合適的一種，就要用到每一種發(fā)動機(jī)的萬有特性的具體數(shù)據(jù)，從而對汽車匹配該種發(fā)動機(jī)的性能進(jìn)行預(yù)測、評價，使新開發(fā)的汽車動力系統(tǒng)匹配最佳、性能最優(yōu)。在已有發(fā)動機(jī)萬

29、有特性圖的情況下，過去使用的方法是：汽車總體設(shè)計師或性能分析工程師按照圖形上的坐標(biāo)，用直尺測量、估算數(shù)值后用筆記錄下來，然后再手工輸入到計算機(jī)中形成數(shù)據(jù)文件，這種方法不但費(fèi)時、費(fèi)力，測取的數(shù)據(jù)誤差大，數(shù)據(jù)錄入可能還存在差錯，效率很低。為此，我們在進(jìn)行汽車動力與傳動系統(tǒng)匹配技術(shù)研究過程中，摸索了一種萬有特性曲線圖的快速數(shù)字化方法，編寫了相應(yīng)的計算機(jī)程序。本方法的數(shù)字化原理為：將萬有特性曲線圖放大，然后用鼠標(biāo)沿著等油耗線點(diǎn)擊讀取數(shù)據(jù)，利用計算機(jī)圖形學(xué)原理轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，將計算機(jī)界面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為萬有特性坐標(biāo)系坐標(biāo)，方法如下：我們將萬有特性曲線的圖片讀入計算機(jī)，在用戶坐標(biāo)系中，制定一矩形區(qū)域以顯示圖形， 設(shè)該

30、區(qū)域的左邊界為x1，右邊界x2，上邊界y1，下邊界y2，同時，我們設(shè)萬有特性特性曲線圖片的坐標(biāo)為：左邊界為sx1，右邊界sx2，上邊界sy1，下邊界sy2，顯示區(qū)域的上邊界線段的長x2-x1變換成萬有特性坐標(biāo)系下的長度為sy1-sy2，設(shè)其比例變換因子為k1，則可得 k*x2-x1=sx2-sx1 k1=(sx2-sx1)/(x2-x1)對計算機(jī)屏幕內(nèi)任一x坐標(biāo)(x1xx2)變換為萬有特性坐標(biāo)系下水平方向sx坐標(biāo)(sx1sxsx2)，由上面知有， k*x-x1=sx-sx1 (式2-19) sx=sx1+k1(x-x1) (式2-20)同樣，經(jīng)變換后屏幕的左邊界線段的長y2-y1變換成萬有特性

31、坐標(biāo)系下的長度為sy2-sy1。設(shè)其比例因子為k2，則可得 （式2-21） （式2-22） 對計算機(jī)屏幕內(nèi)任一y坐標(biāo)（） 變換為萬有特性坐標(biāo)系下水平方向sy坐標(biāo)，由上面知有， （式2-23）于是對屏幕上圖形內(nèi)任一點(diǎn)坐標(biāo)變換到萬有特性坐標(biāo)系下成為，則 （式2-24） （式2-25）式中 通過上面敘述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，我們就可以得到發(fā)動機(jī)萬有特性的數(shù)據(jù)，并且經(jīng)過數(shù)值計算方法，最終得到發(fā)動機(jī)的數(shù)學(xué)模型通過上述方法，可以大大減輕設(shè)計人員的工作量，而且由于是計算機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)值計算，可以增加所建立發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型的精確度，為后面的汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的計算做好充分的準(zhǔn)備。2.2.2數(shù)字化程序的開發(fā)數(shù)字化程

32、序是在windows操作系統(tǒng)下運(yùn)用Matlab7.1開發(fā)的，運(yùn)用Matlab7.1強(qiáng)大的圖形處理功能輕易的實現(xiàn)程序的算法，具體的過程：1 將萬有特性曲線圖片讀入計算機(jī)，務(wù)必保證圖片的清晰及端正。2 確定坐標(biāo)變換的比例因子首先采集坐標(biāo)原點(diǎn)、X軸上任一點(diǎn)及Y軸上任一點(diǎn)。并輸入其在萬有特性下的坐標(biāo)值，分別為，而這些點(diǎn)在屏幕上的坐標(biāo)為，這樣我們就能得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換因子，。3 分別輸入要采集的油耗線的油耗值，依次在油耗線上采集固定個數(shù)的點(diǎn)，并且轉(zhuǎn)化為萬有特性坐標(biāo)系下的點(diǎn)。4 在計算機(jī)內(nèi)部經(jīng)過數(shù)值計算處理，得到發(fā)動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并且利用圖形處理功能繪制出該模型的曲線圖程序流程圖如圖2-4所示：開始打開萬有特性

33、曲線圖形選擇坐標(biāo)原點(diǎn)并輸入數(shù)據(jù)，采集坐標(biāo)軸上任意點(diǎn)確定開始采集開始采集圖形等待命令輸入要采集的等油耗線的數(shù)值采集該油耗線上的各點(diǎn)是否采集完畢對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示計算結(jié)果否是是否結(jié)束 圖2-4發(fā)動機(jī)萬有特性曲線圖片數(shù)字化程序流程圖2.2.3實例應(yīng)用圖2-5為某一重型商用車發(fā)動機(jī)的數(shù)字化前的曲線圖，該發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)如下： 額 定 扭 矩（Nm）1250Nm/1550r/min額 定 功 率（kW）235kW/2200r/min怠 速（r/min）60050最 低 油 耗（g/kWh）198吸 氣 型 式增壓中冷缸 徑/行 程（mm）126/130排 量（L）9.726L我們運(yùn)用自己編寫的程序?qū)υ摪l(fā)

34、動機(jī)萬有特性圖片進(jìn)行處理，結(jié)果如下：a發(fā)動機(jī)外特性的數(shù)學(xué)模型為： （式2-28）式中： N表示發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min），為轉(zhuǎn)速為n時扭矩（Nm）。b. 發(fā)動機(jī)萬有特性的數(shù)學(xué)模型為： （式2-29）其中： n表示發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速(rmin)，T為扭矩(Nm)表示燃油效率(g/kWh)其擬合精度C=996，精度值完全能達(dá)到要求。數(shù)字化程序處理后的圖片如圖26所示 圖2-5 數(shù)字化前萬有特性曲線的圖片 圖2-6 數(shù)字化后萬有特性曲線的圖片2.3本章小結(jié)本章重點(diǎn)討論了如何準(zhǔn)確、快速的建立發(fā)動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。主要的工作包括以下兩個方面的內(nèi)容（1)通過實例分析，分析了各種數(shù)值計算方法所建立的發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型的精

35、度，并最終確立了最小二乘法是建立發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型的比較理想的數(shù)值計算方法，其擬合精度完全達(dá)到仿真計算的要求，而且程序簡單、可靠，具有很高的實用價值（2)為了減輕設(shè)計人員的工作量，充分利用計算機(jī)的圖片處理功能，我們開發(fā)了萬有特性曲線圖片數(shù)字化的程序通過本章所介紹的方法，可以準(zhǔn)確、快速的建立發(fā)動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，即可以減輕設(shè)計人員的工作量，提高工作效率，還能為汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性計算服務(wù)第三章 重型商用車傳動系參數(shù)的匹配3.1 概述在汽車產(chǎn)品開發(fā)初期，設(shè)計人員如何從眾多的傳動系總成方案中快速的選取出初步符合設(shè)計要求的方案一直是一個比較困難的問題，而解決這個問題的關(guān)鍵是確定汽車傳動系參數(shù)匹配的綜合評價

36、指標(biāo)其中車輛的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能是該指標(biāo)最重要、最基本的組成部分分指標(biāo)，因此它是一個多目標(biāo)系統(tǒng)，必須對各分目標(biāo)進(jìn)行加權(quán)來綜合評價。而基本評價分指標(biāo)如圖31所示。圖3-1 整車基本性能評價指標(biāo)重型商用車由于其特殊的使用環(huán)境，其傳動系匹配評價體系必然與一般汽車有著不同之處。對此，本章首先詳細(xì)分析了汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的計算機(jī)仿真計算，并確定了基于重型商用車實際行駛工況的傳動系匹配評價指標(biāo)，建立了重型商用車快速匹配的數(shù)學(xué)模型，并分析了其傳動系參數(shù)的快速匹配流程3.2 整車性能的計算機(jī)仿真模擬計算整車的性能計算是最終確定汽車動力傳動系匹配評價體系的基礎(chǔ)，由于我們在第二章中詳細(xì)討論了發(fā)動機(jī)數(shù)

37、學(xué)模型的建立方法，以此本節(jié)的重點(diǎn)放在換檔規(guī)律的處理、動力性及經(jīng)濟(jì)性的仿真計算3.2.1 汽車換檔模型機(jī)械變速器是否需要換檔，取決于駕駛員對汽車行駛條件以及對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的判斷。行駛中，駕駛員嚴(yán)格遵循道路環(huán)境對速度的限制；在未達(dá)到對速度的限制時，可以充分發(fā)揮汽車的動力性：在滿足上述兩條件時，應(yīng)考慮汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性，盡量利用高檔行駛。通常情況下，換檔規(guī)律有三種模式：(1)最佳動力性換檔規(guī)律(2)最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律(3)按試驗規(guī)定的運(yùn)行模式進(jìn)行換檔。3.2.1.1 最佳動力性換擋規(guī)律在動力性模擬計算中使用換檔規(guī)律主要是為了保證汽車的最佳動力性，即盡可能使汽車在較低的檔位行駛，其關(guān)鍵問題自然是換檔

38、點(diǎn)的選擇目前的判斷方法有兩種：其一，以同一車速下各檔驅(qū)動力的大小為換擋依據(jù)。由于最佳動力性研究的是油門全開度的性能，因此是一個單參數(shù)(車速)換檔問題，只需確定檔點(diǎn)車速即可通常以相鄰檔位穩(wěn)態(tài)牽引力相等的交點(diǎn)，即 (i表示所選擋位)所對應(yīng)得車速作為換擋速度。其二，以同一車速下各檔加速度大小作為換檔的依據(jù)模擬計算中，我們對駕駛員豹換檔規(guī)律做如下規(guī)定：(1)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于其最低轉(zhuǎn)速時，由高檔換入低檔。(2)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最高轉(zhuǎn)速時，由低檔換入高檔(3)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速介于其最大和最小轉(zhuǎn)速之間時，若高檔加速度大于低檔加速度，應(yīng)由低擋換入高檔。3.2.1.2 最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律所謂最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律，就

39、是所用的檔位應(yīng)保證汽車在正常行駛條件下，燃油消耗量最少，目前也存在兩種方法：一、在汽車加速度大于零的情況下，盡可能采用高檔行駛；二、是以發(fā)動機(jī)燃油消耗率作為換檔依據(jù)，保證汽車總是以使發(fā)動機(jī)的燃油消耗率最小的檔位行駛在模擬計算中，我們對駕駛員的換擋規(guī)律做了如下規(guī)定：(1)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低予其最低轉(zhuǎn)速時，由高擋換入低檔。(2)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最高轉(zhuǎn)速時，由低擋換入高檔。(3)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速介于其最大和最小轉(zhuǎn)速之間時，若高檔加速度大于零，應(yīng)由低擋換入高檔(4)當(dāng)行駛阻力大于牽引力時，若發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，則不換檔，反之應(yīng)該換入低檔。 3.2.1.3 按試驗規(guī)范規(guī)定的運(yùn)行模式不同

40、的汽車試驗規(guī)范對汽車的換擋過程有不同的規(guī)定，因此在計算試驗規(guī)范工況下的經(jīng)濟(jì)性，必須按照試驗規(guī)范的規(guī)定來進(jìn)行。3.2.2 汽車動力性模擬計算設(shè)變速器置于第k擋，速度，首先計算變速器置k檔時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速； （3-1）2. 根據(jù)發(fā)動機(jī)使用外特性模型，計算發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；3. 計算汽車空氣阻力；4. 計算汽車驅(qū)動力；5. 則第k擋、速度時，則最大動力因數(shù)為：3.2.2.2 各檔最大爬坡度的計算設(shè)各檔的最大爬坡角為，則有：然后再根據(jù)換算成最大爬坡度。式中： 。3.2.2.3 最高車速的計算汽車最高車速是指在良好水平路面上汽車所能達(dá)到的最高速度，根據(jù)汽車驅(qū)動力行駛阻力平衡圖，發(fā)動機(jī)驅(qū)動力(直接檔或最高檔)

41、與汽車行駛阻力曲線相交點(diǎn)處的車速，便是汽車最高車速。若無交點(diǎn)，則發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的車速則為最高車速。變速箱置于k檔。設(shè)發(fā)動機(jī)最大功率點(diǎn)對應(yīng)的車速為初選最高車速，并計算發(fā)動機(jī)最高車速對應(yīng)的最高車速。計算此時汽車的行駛阻力 （其中f為滾動阻力系數(shù)）（其中）計算此時驅(qū)動力 （其中為變速器傳動比；為主減速器傳動比；r為車輪半徑；為傳動效率） 計算此時驅(qū)動力與行駛阻力的差值D：如果D小于預(yù)先給定的值，則可認(rèn)為此時車速為最高車速，而如果D的絕對值大于，則需要根據(jù)正負(fù)號對v進(jìn)行一定的步長的加減進(jìn)行循環(huán)計算，并最終取得滿意的結(jié)果，值得注意的是最終結(jié)果需要與進(jìn)行比較，若，則最高車速應(yīng)為。3.2.2.4汽車加速

42、性能的計算汽車的加速性能可用它在水平良好路面上行駛時能產(chǎn)生的加速度來評價由汽車的行駛可以得到：而由運(yùn)動學(xué)可知，汽車從加速到時所需的時間為：此時加速時間可通過計算機(jī)用圖解計分法求出。式中：是旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。動力性模擬計算的程序流程圖如圖3-2，3-3所示。汽車燃油經(jīng)濟(jì)性模擬計在汽車設(shè)計與開發(fā)中，常需要根據(jù)發(fā)動機(jī)臺架實驗得到的萬有特性圖和汽車功率平衡圖，對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行估算。以下介紹關(guān)于燃油經(jīng)濟(jì)性循環(huán)行駛試驗工況的各工況，如等速行駛，加速，減速和怠速停車等工況的燃油消耗量計算方法3.2.3.1 等速行駛工況燃油消耗量計算根據(jù)等速行駛車速及阻力率P，在萬有特性圖上可確定相應(yīng)的燃油消耗率b，從而

43、計算出以該車速等速行駛時單位時間內(nèi)的燃油消耗量(mL/s)為式中，b為燃油消耗率 g/(kwh)；g為重力加速度，汽油的可取為6.96-7.15N/L,柴油的可取為7.94-8.13N/L。整個等速過程行經(jīng)s（m）行程的燃油消耗量（mL）為：折合成等速百公里燃油消耗量（L/100km）為：3.2.3.2等加速行駛工況燃油消耗量的計算在汽車加速行駛時，發(fā)動機(jī)還要提供為克服加速阻力所消耗的功率若加速度為則發(fā)動機(jī)提供的功率P(kW)應(yīng)為下面計算由以等加速度加速行駛至的燃油消耗量，把加速過程分離成若干區(qū)間，例如按加速度每增加1km/h為一個小區(qū)間，每個區(qū)間的消耗量可根據(jù)其平均的單位時間燃油消耗量與行駛

44、時間之積來求得。各區(qū)間起始或終了車速所對應(yīng)時刻的單位時間燃油消耗量，可根據(jù)相應(yīng)的發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率與燃油消耗率求得而汽車行駛速度每增加1km/h所需時間(s)為從行駛初速加速至所需燃油量（ml）為式中，為行駛初速時，即時刻的單位時間燃油消耗量（mL/s）；為車速為時，即時刻的單位時間燃油消耗量（mL/s）。由車速再增加1km/h所需的燃油量（mL）為式中，為車速為時，即時刻的單位時間燃油消耗量（mL/s）。依次，每個區(qū)間的燃油消耗量為整個加速過程的燃油消耗量為或為： 加速區(qū)間內(nèi)汽車行駛的距離（m）為3.2.3.3 等減速行駛工況燃油消耗量的計算減速行駛時，油門松開并進(jìn)行輕微制動，發(fā)動機(jī)處于強(qiáng)制怠

45、速狀態(tài)，其油耗量為正常怠速油耗。所以，減速工況燃油消耗量等于減速行駛時間與怠速油耗的乘積減速時間(s)為式中：，為起始及減速終了的車速；為減速度；則減速過程燃油消耗量（mL）為式中：為怠速燃油消耗率（mL/s）。3.2.3.4 怠速停車時的燃油消耗量若怠速停車時間，則燃油消耗量（mL）為：3.2.3.5 整個循環(huán)工況的百公里燃油消耗量對于由等速，等加速，等減速，怠速停車的行駛工況組成的循環(huán)，如我國貨車六工況法，其整個試驗循環(huán)的百公里燃油消耗量(L100km)為式中：為所有過程燃油消耗量之和（mL），s為整個循環(huán)的行駛距離（m）。經(jīng)濟(jì)性的模擬計算的程序流程圖如圖3-4所示。輸入汽車參數(shù)輸入工況參

46、數(shù)讀工況是否完成開始下一工況輸出，結(jié)束結(jié)果開始下一工況檔位選擇狀況判斷計算等速油耗，里程計算減速里程計算加速油耗進(jìn)行下一個時間間隔圖3-4 燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計算程序流程圖3.3 重型商用車傳動系匹配評價指標(biāo)的確定3.3.1 概述我們通過汽車?yán)碚摽芍?，現(xiàn)有汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)往往是相互矛盾的因為動力性好，特別是汽車的加速性和爬坡性好，一般要求汽車穩(wěn)定行駛的后備功率大，但對于燃油經(jīng)濟(jì)性來說，后備功率大，必然降低發(fā)動機(jī)的負(fù)荷率，從而使燃油經(jīng)濟(jì)性變差因此從汽車的使用要求來看，即不可脫離汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性來孤立的追求動力性，也不能脫離動力性孤立的追求燃油經(jīng)濟(jì)性，最佳設(shè)計方案應(yīng)是在汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)

47、性之間取得最佳折衷目前，在進(jìn)行動力傳動系匹配時，一般采用汽車原地起步換擋加速時間和多工況燃油經(jīng)濟(jì)性的加權(quán)值作為綜合評價指標(biāo)，但是該指標(biāo)脫離汽車實際運(yùn)行情況尤其是重型商用車，使用情況特殊，傳動系匹配綜合評價指標(biāo)的確定需要考慮其實際運(yùn)行情況。因此，本文建議，應(yīng)充分考慮汽車最經(jīng)常利用的檔位和最常用車速，并且通過加權(quán)來統(tǒng)一汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，從而取得更好的匹配效果。作為汽車動力性燃油經(jīng)濟(jì)性的綜合評價指標(biāo)，應(yīng)能定量的反應(yīng)汽車動力傳動系的匹配程度，能夠反應(yīng)發(fā)動機(jī)動力性發(fā)揮程度以及燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣，能夠及時汽車實際運(yùn)行情況所對應(yīng)得發(fā)動機(jī)工況和理想工況的差異，能夠揭示動力傳動系改善的潛力和可能實現(xiàn)的途徑

48、。34 重型商用車傳動系的快速匹配快速匹配用于重型商用車總體設(shè)計，使得人員在較短的時間內(nèi)從眾多的變速器-后橋主減速比。車輪半徑中尋找出符合設(shè)計要求的匹配方案，例如，假設(shè)現(xiàn)在給定一臺發(fā)動機(jī)，而變速箱速比有6種，主減速比有三種，輪胎有兩種，則此時的傳動系統(tǒng)的匹配方案就有96種，如何在96種方案種找出最佳的匹配，這在過去是一件非常困難的事情。為了解決這一困難，提高重型商用車研發(fā)的速度和質(zhì)量，我們提出了重型商車快速匹配的開發(fā)流程。3.4.1 重型商用車傳動系匹配的數(shù)學(xué)模型快速匹配的目的是找出最佳匹配，首先要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對功率和比功率的要求，確定符合強(qiáng)度要求的變速箱和后橋以及符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

49、格的車輪。然后再進(jìn)行匹配分析。匹配過程首先需要確定匹配指標(biāo)以及整車設(shè)計的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，然后根據(jù)各種傳動系的組合計算并得到綜合匹配指標(biāo)比較好，而且要求符合整車設(shè)計要求的傳動系組合，供設(shè)計人員根據(jù)實際情況做出具體的選擇。1 確定傳動系匹配指標(biāo)式中： -重型商用車30-80km/h的最高檔或直接檔加速時間。 -基于實際運(yùn)行工況的綜合油耗。 ，-汽車動力性燃油經(jīng)濟(jì)性的加權(quán)系數(shù)。其具體計算和分析詳見3.3.2節(jié)。2 確定需要匹配的變量 其中： -為可選擇的車輪半徑。 -為可選擇的主減速器速比。 ，可供選擇的變速箱。3 根據(jù)整車設(shè)計任務(wù)書確定整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的約束。整車設(shè)計指標(biāo)的約束主要是

50、根據(jù)國家對整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求以企業(yè)根據(jù)市場的需要來設(shè)置，主要包括：最高車速，最大爬坡度，原地起步加速性能，國家法規(guī)試驗工況的燃油消耗值。（）()()(為整車設(shè)計要求的限定工況的油耗值)。而且如果可以得到發(fā)動機(jī)的排放數(shù)據(jù)，還可以加入關(guān)于排放的約束條件。3.4.2 重型商用車傳動系匹配計算機(jī)仿真根據(jù)以上建立的傳動系匹配的數(shù)學(xué)模型，我們編制了傳動系匹配的程序，其程序流程圖如圖35所示： 開始輸入原始數(shù)據(jù)輸入傳動系參數(shù)的組合確定設(shè)計指標(biāo)約束調(diào)入子程序計算結(jié)果是否滿意輸出結(jié)果結(jié)束圖3-5 傳動系參數(shù)匹配程序流程圖3.5 總結(jié)本章討論重型商用車傳動系參數(shù)快速匹配的原理和方法，首先我們詳細(xì)的分析了

51、汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計算方法，以及如何在計算中進(jìn)行模擬仿真計算，然后提出了基于實際運(yùn)行工況的重型商用車傳動系匹配的綜合指標(biāo)以及傳動系匹配的數(shù)學(xué)模型，完成了程序流程圖的開發(fā)。通過以上內(nèi)容，設(shè)計人員就可以在汽車的總體設(shè)計中，快速而且準(zhǔn)確的找出符合整車性能設(shè)計要求的傳動系組合，提高了工作效率。第四章 重型商用車傳動系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計4.1 概述在汽車設(shè)計中，當(dāng)汽車的總質(zhì)量、質(zhì)量的軸荷分配、空氣阻力等已經(jīng)確定后，如何進(jìn)一步合理選擇動力傳動系參數(shù)以保證最佳的汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是非常重要的最優(yōu)化方法是解決這個問題有效的路徑最優(yōu)化技術(shù)就是研究最優(yōu)化問題的一門學(xué)科。它是研究和解決如何在一切可能的方案

52、中選取最優(yōu)化的方案換言之，最優(yōu)化技術(shù)研究和解決兩大類問題：如何將最優(yōu)化問題表示成數(shù)學(xué)模型；如何根據(jù)數(shù)學(xué)模型盡快地求出最優(yōu)解。目前常用的汽車傳動系優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)采用的單一動力性指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，只是在約束函數(shù)中加入經(jīng)濟(jì)性或動力性約束，而且與汽車的實際運(yùn)行情況并不統(tǒng)一。其設(shè)計變量采用的是變速器速比和主減速比這樣優(yōu)化的結(jié)果一方面無法保證動力性和經(jīng)濟(jì)性同時達(dá)到最佳值，另外一方面，由于變速器的速比受到齒輪模數(shù)的限制往往無法改變以及變速箱體積、質(zhì)量的要求，優(yōu)化結(jié)果往往無法直接應(yīng)用到實際，造成工作效率低下，并給整車設(shè)計開發(fā)工作帶來困難。為了解決上述問題，我們在重型商用車傳動系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計中采取了基于實際運(yùn)行

53、工況的多目標(biāo)加權(quán)統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計變量選擇為重型車的主減速比和車輪滾動半徑，其中車輪半徑應(yīng)為離散變量，因為國家標(biāo)準(zhǔn)對車輪半徑有限制。由于重型商用車的變速器擋位數(shù)眾多且存在主副變速箱之分，我們僅將其作為常量考慮。這樣我們就可以快速的優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用到實際。4.2 重型商用車傳動系參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立最優(yōu)化設(shè)計問題就是我們在給定的環(huán)境下，在允許的范圍內(nèi)(限制條件)，選取設(shè)計變量。建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)解的一種設(shè)計方法。下面我分別對這個三個問題進(jìn)行敘述。4.2.1 目標(biāo)函數(shù)我們在第三章中對重型商用車的實際運(yùn)行情況作了分析，并提出了基于實際運(yùn)行情況的傳動系匹配的綜合評價指標(biāo)，我們就以該指標(biāo)作為重型商用車傳動系參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。式中：-重型商用車30-80km/h的最高檔或直接檔加速時間。-基于實