汽車動力傳動系分析、優(yōu)化匹配的研究及軟件開發(fā)

1、密級單位代碼學(xué)號奪肥工，譬火警：碩士學(xué)位論文論文題目：汽車動力傳動系分析、優(yōu)化匹配的研究及軟件開發(fā)學(xué)位類別：學(xué)歷碩士學(xué)科專業(yè)：（工程領(lǐng)域）車輛工程作者姓名：陳宗好導(dǎo)師姓名：張代勝教授完成時間：年月汽車動力傳動系分析、優(yōu)化匹配的研究及軟件開發(fā)摘要本文首先對國內(nèi)外汽車動力傳動系計算機模擬計算、匹配的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上提出了一套綜合評價汽車動力性與經(jīng)濟性的評價指標(biāo)體系。在建立發(fā)動機及整車動力性、經(jīng)濟性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了傳動系參數(shù)綜合優(yōu)化模型；并建立了相關(guān)參數(shù)對汽車動力性與燃料經(jīng)濟性的彈性系數(shù)數(shù)學(xué)模型。其次，基于動力傳動系參數(shù)優(yōu)化及分析模型的建立，結(jié)合與編程語言的各自優(yōu)點

2、，開發(fā)了一套基于機的動力傳動系參數(shù)分析及優(yōu)化設(shè)計軟件。利用該軟件，對安凱某型客車的動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)彈性系數(shù)分析及優(yōu)化設(shè)計研究。最后，根據(jù)相似工程學(xué)理論，建立了汽車動力傳動系統(tǒng)相似計算模型，從動力傳動系結(jié)構(gòu)與整車性能相似模型來探討相似理論在動力傳動系匹配過程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配參數(shù)彈性系數(shù)軟件開發(fā)相似建模，：，：，：，插圖清單圖卜圖一圈圖圖圖圖圖全文研究的主要內(nèi)容及邏輯關(guān)系機械式動力傳動系的組成及布置汽車動力傳動系統(tǒng)與汽車動力性和燃料經(jīng)濟性的關(guān)系裝五檔變速器的汽車驅(qū)動力特性汽車六工況試驗規(guī)范常用的層次關(guān)系示意圖與的集成方法各功能模塊的調(diào)用關(guān)系軟件的主界面點擊車重對最高車速

3、的影響項目對應(yīng)的界面綜合優(yōu)化過程中的數(shù)據(jù)傳遞綜合優(yōu)化模塊的程序控制流程綜合優(yōu)化主界面相關(guān)參數(shù)對汽車最高車速影晌的彈性系數(shù)曲線圖圖圖圖圖罔圖一相關(guān)參數(shù)對汽車最大爬坡度影響的彈性系數(shù)曲線圖相關(guān)參數(shù)對汽車加速時間影響的彈性系數(shù)曲線圖一相關(guān)參數(shù)對汽車燃料經(jīng)濟性影響的彈性系數(shù)曲線圖一本軟件輸出的綜合優(yōu)化前后汽車特性圖圖圖圖圖圖圖圖圖相似系統(tǒng)建模要素映射示意圖汽車動力傳動系相似單元化分發(fā)動機總成特征變速器總成特征離合器總成特征主減速器總成特征、兩系統(tǒng)間的相似度計算整車動力、經(jīng)濟性能單元特征劃分表格清單表一表各類汽車一些動力性參數(shù)范圍優(yōu)化工具箱中求非線性函數(shù)極小值的指令函數(shù)參數(shù)說明向量的元素優(yōu)化的約束條件樣

4、車的基本參數(shù)底盤結(jié)構(gòu)及參數(shù)發(fā)動機結(jié)構(gòu)及參數(shù)外特性擬合選取數(shù)據(jù)萬有特性擬和選取數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)對汽車最高車速的彈性系數(shù)值表表表表表表表表表相關(guān)參數(shù)對最高爬坡度的彈性系數(shù)值表相關(guān)參數(shù)對汽車加速時間的彈性系數(shù)值相關(guān)參數(shù)對汽車燃料經(jīng)濟性的彈性系數(shù)值加權(quán)因子、口，時優(yōu)化結(jié)果汽車動力傳動系布置形式相似特征發(fā)動機總成結(jié)構(gòu)形式相似特征變速器總成結(jié)構(gòu)形式相似特征離合器總成結(jié)構(gòu)形式相似特征主減速器總成結(jié)構(gòu)形式相似特征原型系統(tǒng)的特征值系統(tǒng)的特征值表一表表表表表表表表獨倉性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文娃本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究上作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注羽致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表

5、或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得盒膽：！：些友堂或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證而使用過的材刳。與我一同作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。秈論文作者虢魯脅簽字溉“年，月刁日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解僉魍些盔堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)金月?。盒┨每梢詫W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)何論文作者簽名：阿名丫簽字日期：弘年月叼日導(dǎo)師簽名晦盹電話：簽字日期：

6、參回薩月矽日）一學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向：嗄數(shù)象晤通訊地址磊弛教學(xué)撕飯艮移耠治了善工作單位：分嘞汔奄得儡哥郵編：砷夠致謝本研究及學(xué)位論文是在我尊敬的導(dǎo)師一張代勝教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。張老師嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)以及獨特的人格魅力深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成張老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。三年來，張老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向張老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在完成論文和課題期間，得到了陳朝陽校長、張樹強院長、石琴副教授、張衛(wèi)華副教授、尹安東副教授、譚繼錦副教授以及溫干虹老

7、師無微不至的關(guān)懷與幫助，在此表示誠摯的謝意！在此，我還要感謝在一起愉快度過研究生生活的各位同門，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝肖悅、肖海萍、李增輝、李華香、高揚、顧福勇、王亞晴、李慶歡、李仲奎、初長寶、孫企企、吳勃夫、姜永勝、黃志鵬、尹鴻飛、汪文龍、姜竹勝、李碧春、汪知望等同學(xué)對本人在學(xué)習(xí)、研究和生活上的幫助！同時特別感謝鄒海斌、顧勤林、劉煥廣、劉嫂、藺瑞蘭、張雷、柏海艦等師兄師弟師妹們的鼓勵與幫助！最后，我要向我的家人表示深深的謝意。你們的理解、支持、鼓勵讓我更加上進(jìn)，你們的情感永遠(yuǎn)都是催我上進(jìn)的不竭的動力源泉！作者：陳宗好年月第一章選

8、題背景緒論隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，世界汽車保有量也是節(jié)節(jié)攀升，特別是第二二次世界大戰(zhàn)以后增加尤為迅猛，年為力輛，而截止到年月為億輛，預(yù)測到年將達(dá)到億輛。我國的汽車工業(yè)起步較晚，發(fā)展的空間巨大，進(jìn)入世紀(jì)以來，我國的汽車保有量以前所未有的速度發(fā)展著，隨著奇瑞、吉利以及華晨等具有自主品牌的企業(yè)在我國汽車工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的角色，它們勢必會給我國汽車工業(yè)帶來了新的發(fā)展里程。作為現(xiàn)代交通運輸工具，隨著它的保有量的不斷增加，人們對汽車的性能也提出了越來越高的要求。特別是進(jìn)入世紀(jì)，汽車更向節(jié)能型、環(huán)保型的方向發(fā)展。在汽車運輸成本中，燃料消耗占一“，而目前汽車發(fā)動機使用的仍是以石油燃料為主。隨著國民經(jīng)濟的增長和

9、交通運輸業(yè)的發(fā)展，能源矛盾只益突出。因此，提高汽車的運輸生產(chǎn)率，降低汽車的燃料消耗是目前汽車工業(yè)需要解決的重要課題之一“。自上世紀(jì)年代世界范圍的能源危機發(fā)生后，各國汽車界都被迫努力降低燃料消耗，圍繞汽車和發(fā)動機主要采取以下措施”：（）提高汽車行駛效率減少行駛阻力一一通過改進(jìn)車身造型、改善車身結(jié)構(gòu)來減少空氣阻力；通過改進(jìn)輪胎結(jié)構(gòu)減少滾動阻力。底盤、車身輕量化一采用新型輕質(zhì)材料，通過可靠性設(shè)計技術(shù)使整車輕量化，使備總成部件、附件緊湊。提高驅(qū)動效率一一采用自動或無極變速系統(tǒng)，減少軸承和齒輪的摩擦損失，提高傳動系統(tǒng)的傳動效率。（）提高發(fā)動機性能改進(jìn)現(xiàn)有發(fā)動機一一通過改善燃燒，減少冷卻損失以提高熱效率；

10、采用，變氣門正時、變排量技術(shù)以改善部分負(fù)荷性能；通過降低運轉(zhuǎn)部件的摩擦損失和發(fā)動機輔助設(shè)備的損失以提高機械效率；采用汽油噴射、電子點火和微機控制使發(fā)動機工作過程最佳化。提高能源利用率一一利用渦輪增壓回收廢氣能量；利用儲能裝置（飛輪）回收制動能量；提高附屬裝置（空調(diào)、電器裝置等）的效率。（）開發(fā)利用新型動力開發(fā)新一代發(fā)動機一一研制高效率循環(huán)發(fā)動機；研制氫氣發(fā)動機；研制利用電能的電動車：采用混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。利用代用燃料一一采用外燃機燃燒低質(zhì)燃料：利用壓縮天然氣、液化石油氣等燃料；利用醇類或合成燃料。利用新能源一一研制高效太陽能電池：應(yīng)用氫氣儲存法和氫氣混合燃燒法。（）優(yōu)化匹配動力傳動系統(tǒng)發(fā)動機的

11、選型一汽油機與柴油機的選擇；發(fā)動機使用特性的選擇：發(fā)動機排量的選擇。傳動系型式及參數(shù)的選擇一一變速器的型式、速比范圍、檔位數(shù)、速比間隔；液力變矩器型式及尺寸；驅(qū)動橋的類型及尺寸。汽車動力性與燃料經(jīng)濟性的好壞，在很大程度上取決于發(fā)動機的性能和傳動系型式及參數(shù)的選擇，即取決于汽車動力傳動系統(tǒng)合理匹配的程度。動力傳動系統(tǒng)即發(fā)動機一變速器一驅(qū)動橋一驅(qū)動輪系統(tǒng)，它是汽車重要組成部分。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經(jīng)常在其理想工作區(qū)附近工作，這樣不僅可以減少燃料消耗，減輕發(fā)動機磨損，提高發(fā)動機的使用壽命，而且可以取得良好的排放效果“。然而，在汽車研制工作中，由于專業(yè)分工過細(xì)，往往存在著這樣的情況，

12、即發(fā)動機研制部門著重于改善發(fā)動機的工作過程，降低機械損失，以減少燃料消耗：底盤研制部門則著重提高傳動效率，降低運行阻力等。這些工作無疑是很重要的，但如果不將發(fā)動機和底盤視為一個整體進(jìn)行合理匹配，任何一個總成的性能改進(jìn)完全有可能由于與其它總成的匹配不當(dāng)而造成整體性能未獲得應(yīng)有的改進(jìn)。根據(jù)統(tǒng)計分析表明，目前國產(chǎn)汽車發(fā)動機使用工況多數(shù)是遠(yuǎn)離其最佳經(jīng)濟區(qū)域，未能實現(xiàn)動力傳動系統(tǒng)的最佳匹配。因此，通過合理優(yōu)化、匹配汽車動力傳動系統(tǒng)來提高汽車運輸效率，降低燃料消耗，具有較大的潛力，是一個值得進(jìn)一步研究的課題”?！啊１疚难芯康囊饬x及目的，動力傳動系統(tǒng)計算機模擬優(yōu)化匹配的意義汽車動力性和燃料經(jīng)濟性的好壞，在很

13、大程度上取決于發(fā)動機的性能和傳動系型式及整車相關(guān)參數(shù)的選擇，即取決于汽車動力傳動系統(tǒng)合理匹配的程度。即使一臺發(fā)動機具有良好的性能，如果沒有一個與之相匹配的傳動系，也不能充分發(fā)揮其性能。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經(jīng)常在其理想的工作區(qū)附近工作。這樣不僅可以減少發(fā)動機的磨損，延長發(fā)動機的使用壽命，而且可以取得良好的排放效果。傳統(tǒng)上，對汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性水平，是在進(jìn)行試車道路試驗之后給予最后評價的。這樣做不但周期長，成本高，而且在產(chǎn)品設(shè)計階段對整車及總稱方案的確定、機構(gòu)參數(shù)的選擇、傳動系參數(shù)與發(fā)動機的匹配等，就有一定的經(jīng)驗性、盲目性，可能會遺漏較好的方案，使得產(chǎn)品的性能不能令人滿意，

14、進(jìn)而造成人力、財力浪費。以往動力傳動系統(tǒng)的匹配，由于測試手段和計算工具的限制，只能采用定性分析和簡單的定量計算，靠大量的試驗數(shù)掘和反復(fù)測試的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計。例如要試驗?zāi)撤N車型，有三種整車總質(zhì)量，四種發(fā)動機，三種變速器，三種驅(qū)動橋及兩種輪胎可供選擇，那么各種不同組合的試驗方案可達(dá)種。而每種方案都需要進(jìn)行設(shè)計、制造系列不同的零部件，需要花費大量的時；【和費用。計算機仿真模擬優(yōu)化選擇方案，消除了試車道路試驗中，司機、道路環(huán)境、氣候條件等因素對性能測定的影響，具有可比性好、重復(fù)性好的優(yōu)點。計算機模擬可使設(shè)計者在新車設(shè)計、舊車改進(jìn)時迅速且經(jīng)濟地在諸多匹配設(shè)計方案中選擇最佳方案。以計算機模擬為基礎(chǔ)的傳動系參

15、數(shù)優(yōu)化設(shè)計，在新車設(shè)計階段就能相當(dāng)精確地預(yù)測出汽車的性能，而且既迅速又經(jīng)濟。本文研究的目的（）汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化通用軟件可以實現(xiàn)對車輛傳動系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到了保證動力性能、燃料經(jīng)濟性的最佳配置，為車輛傳動系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。同時，該軟件還可以對汽車的部分參數(shù)對動力性和燃料經(jīng)濟性影響的彈性系數(shù)進(jìn)行計算分析，為汽車的改型提供參考。（）可以揭示汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性影響參數(shù)對其性能的影響規(guī)律。特別是當(dāng)這些參數(shù)有微小變化時，實際車輛往往測量不出影響結(jié)果，而模擬程序則可測出。此外，模擬結(jié)果可消除某些隨機因素（如駕駛員、車輛、天氣等）的影響。（）以前此類應(yīng)用軟件的開發(fā)都是單獨基于軟件，界面不友好

16、，且軟件脫離后不能單獨運行，軟件的可移植性較差。本文研究的豐混合編程的解決方法，為開發(fā)方便、實用的數(shù)值計算型軟件提供參考。國內(nèi)外研究狀況國外研究狀況計算機輔助汽車動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配的研究，國外開展得比較早，年，美國通用汽車公司首先開發(fā)了汽車動力性和燃料經(jīng)濟性的通用預(yù)測程序（）系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以模擬汽車在任何形式工況下的瞬時油耗、累計油耗、行駛時間和距離，預(yù)測汽車設(shè)計參數(shù)如重量、傳動系傳動比、空氣阻力系數(shù)等的變化對汽車性能的影響。電子計算機的應(yīng)用和測試手段的提高，使通過模擬計算與實驗相結(jié)合的方法來研究汽車動力傳動系統(tǒng)匹配問題成為可能。目前，國外各大汽車公司在這方面作了大量的研究工作，并開發(fā)了各自

17、的模擬程序，除美國通用汽車公司的外，還有福特汽車公司的（】）、美國康明斯公司的（），日本同產(chǎn)汽車公司的，德國奔馳汽車公司的等。這些程序的使用在樣車制造前就能準(zhǔn)確的對汽車動力性燃料經(jīng)濟性進(jìn)行預(yù)測，并可以根據(jù)幾種傳動系速比的變化引起整車性能的變化，找到這種變化間的關(guān)系，形成“最佳動力性、燃料經(jīng)濟性曲線”，從而找到能與所選發(fā)動機合理匹配的傳動系，這樣就節(jié)省了大量的試驗費用，大大縮短了設(shè)計周期。，國內(nèi)的研究狀況我國在這方面研究起步較晚，進(jìn)入上世紀(jì)年代后，吉林工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、長春汽車研究所等單位開展了一些工作，取得了一些成果。如吉林大學(xué)的載貨汽車燃料經(jīng)濟性的計算機模擬，清華大學(xué)的動力性燃料經(jīng)濟性的計

18、算機模擬程序，長安大學(xué)的（汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬與主減速器速比優(yōu)化的研究，長春汽車研究所的汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬程序及動力系統(tǒng)合理匹配的研究，江蘇理工大學(xué)的汽車動力傳動系最佳匹配理論與方法等。目前，國內(nèi)主要圍繞以下幾個方面開展工作的：（）汽車動力傳動系數(shù)學(xué)模型的研究；（）按給定工況模式的模擬研究；（）按實際道路條件隨機模擬的研究；（）模擬程序的應(yīng)用研究。在數(shù)學(xué)規(guī)劃方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的“最優(yōu)化設(shè)計”，由于上世紀(jì)六十年代計算機引入工程設(shè)計領(lǐng)域后，計算手段得以解決，促使最優(yōu)化方法與理論蓬勃發(fā)展，雨逐漸形成一種新的有效的工程設(shè)計方法。近些年來，國內(nèi)在對汽車動力性、燃料經(jīng)濟性模擬程序研究的基礎(chǔ)上，開

19、始對發(fā)動機、傳動系的最優(yōu)匹配進(jìn)行探討，主要內(nèi)容包括：（）發(fā)動機給定，對傳動系速比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，依此進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到改進(jìn)目的：（）傳動系給定，優(yōu)選發(fā)動機。前者又包括以動力性為設(shè)計目標(biāo)、以燃料經(jīng)濟性為約束條件和以燃料經(jīng)濟性為設(shè)計目標(biāo)、以動力性為約束條件兩種方法。以動力性為設(shè)計目標(biāo)的方法一般取加速時間為動力性指標(biāo)；以燃料經(jīng)濟性為設(shè)計目標(biāo)的方法，一般以六工況和某一車速下等速工況兩者加權(quán)油耗作為燃料經(jīng)濟性目標(biāo)。另外江蘇理工大學(xué)的何仁老師提出的以能量利用率為設(shè)計目標(biāo)的汽車動力性、燃料經(jīng)濟性優(yōu)化設(shè)計”“，這些研究和成果使我國在這個領(lǐng)域的研究水平提高到一個新的階段，也有力地推動了汽車節(jié)能工作。但這些研究往往是建

20、立在犧牲汽車某一一性能（燃料經(jīng)濟性或動力性）的前提下來提高另一個性能（動力性或燃料經(jīng)濟性），因此本文提出了汽車動力性和燃料經(jīng)濟性綜合優(yōu)化方法，通過加權(quán)的方法柬達(dá)到不同側(cè)重點的優(yōu)化目的。本文基于這種思想編制的優(yōu)化軟件可以通過輸入不同的權(quán)值來達(dá)到不同重要度的優(yōu)化，如城市出租車更注重汽車的燃料經(jīng)濟性，而越野車則更注重汽車的動力性。這樣在對城市出租車進(jìn)行動力傳動系優(yōu)化時，給經(jīng)濟性分目標(biāo)賦以較大的權(quán)值；相反，在對越野車進(jìn)行動力傳動系優(yōu)化時就要對動力性分目標(biāo)賦以較大的權(quán)值。在此基礎(chǔ)上編制的軟件具有更好的通用性。本文研究的主要內(nèi)容本文研究了汽車動力傳動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、車輛動力性與燃料經(jīng)濟性的模擬計算方法，在

21、此基礎(chǔ)之上，以汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性的雙目標(biāo)函數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，提出了傳動系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法；用彈性系數(shù)法分析了相關(guān)參數(shù)對汽車動力性、經(jīng)濟性的影響。利用及軟件設(shè)計丌發(fā)了汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化程序及參數(shù)彈性系數(shù)分析序。主要工作概括如下，各部分工作的邏輯關(guān)系如圖卜所示。（）汽車動力性燃料經(jīng)濟性的模擬計算方法首先對汽車動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行了研究，它是汽車的重要組成部分，對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性有很大影響。在此基礎(chǔ)之上，概括總結(jié)出汽車動力性、燃料經(jīng)濟性的模擬計算方法。（）汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計提出了傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的方法，該方法以汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性為綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并以動力性能為約束

22、條件，通過改變動力性或經(jīng)濟性的權(quán)重來達(dá)到不同的優(yōu)化目的。（）汽車相關(guān)參數(shù)對動力性和燃料經(jīng)濟性的彈性系數(shù)分析利用彈性系數(shù)法對汽車相關(guān)參數(shù)迸行影響分析，可以明確哪些參數(shù)的影響較為顯著哪些參數(shù)影響不大，這樣在新車設(shè)計與舊車改進(jìn)時，著重改善那些對動力性和燃料經(jīng)濟性影響較大的參數(shù)，并提出一個最佳的改進(jìn)方案來，從而有效地提高汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性。（）與集成軟件開發(fā)在建立仿真計算模型的基礎(chǔ)上，按照軟件工程理論，完成一系列軟件開發(fā)工作，包括發(fā)動機外特性擬合程序、發(fā)動機萬有特性擬合程序、汽車動力性經(jīng)濟性模擬程序、傳動系參數(shù)優(yōu)化程序以及參數(shù)彈性系數(shù)分析程序等。根據(jù)軟件及軟件的各自優(yōu)點，模擬程序、優(yōu)化程序及圖形

23、繪制主要在內(nèi)完成，對于用戶操作界面則是利用開發(fā)。這樣，用戶接觸到的只是編寫的軟件界面，而編寫的程序隱藏在后臺，為用戶提供計算、優(yōu)化與繪圖服務(wù)。（）軟件應(yīng)用實例利用該軟件對某型客車的動力性和燃料經(jīng)濟性指標(biāo)進(jìn)行模擬以及相關(guān)參數(shù)彈性系數(shù)分析，并對其傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，與實際值進(jìn)行比較，證明該軟件的實用性和可靠性。（）相似工程理論在汽車動力傳動系選型匹配中的應(yīng)用根據(jù)相似工程理論，建立了汽車動力傳動系相似系統(tǒng)模型，并對相似特征進(jìn)行了劃分。在此基礎(chǔ)上計算了兩系統(tǒng)的相似度，從而為動力傳動系的匹配提供參考。圖全文研究的主要內(nèi)容及邏輯關(guān)系本章小結(jié)本章從本文的研究背景、研究的意義及國內(nèi)外的研究狀況等方面說明了本課題

24、的研究意義和發(fā)展前景。同時，簡單介紹了本文研究的目的及主要內(nèi)容。第二章汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬計算模型的建立存開發(fā)汽車性能模擬計算及傳動系參數(shù)分析、優(yōu)化軟件之前，首先要分析性能好壞的評價指標(biāo)，建立汽車動力性、燃料經(jīng)濟性模擬計算的模型，包括發(fā)動機特性模型，再根據(jù)這些計算模型，選擇合適的編程語言，利用軟件工程，丌發(fā)出用戶界面良好、使用方便、計算結(jié)果精度高、優(yōu)化快捷的仿真系統(tǒng)。評價指標(biāo)分析汽車的最基本的也是最主要的性能是動力性與燃料經(jīng)濟性，它們是評價一輛汽車性能好壞的主要指標(biāo)。也是動力與傳動系統(tǒng)設(shè)計、選型及匹配好壞的評價指標(biāo)。在進(jìn)行汽車動力與傳動系統(tǒng)匹配技術(shù)的研究中，必須確定其具體的評價標(biāo)準(zhǔn)，一般情

25、況下使用如下具體評價指標(biāo)”：（）汽車的比功率或比扭矩；（）汽車動力性評價指標(biāo)（最高車速、最大爬坡度、直接檔加速時間、原地起步連續(xù)換檔加速時間等）；（）燃料經(jīng)濟性評價指標(biāo)（包括等速燃料消耗量、加速燃料消耗量、多工況燃料消耗量等）：（）動力性與經(jīng)濟性綜合評價指標(biāo)。汽車比功率及扭矩適應(yīng)性系數(shù)汽車比功率汽車比功率是單位汽車總質(zhì)量具有的發(fā)動機功率，比功率的單位為，即汽車比功率發(fā)動機的額定功率（）汽車的總質(zhì)量（噸）汽車比功率的選擇及計算方法如下：假設(shè)設(shè)計要求的汽車最高車速為“，則汽車要求的發(fā)動機功率只為，熹羔蒜。，則汽車比功率應(yīng)滿足汽車比功率砉（裊。黑“。），斗，（）式中：，一一傳動系的傳動效率一一為汽車

26、的總質(zhì)量（堙）一一為重力加速度（）一一為滾動阻力系數(shù)。一一為空氣阻力系數(shù)一一為汽車正面投影面積（）按上式左邊計算的發(fā)動機功率應(yīng)為發(fā)動機在裝有全部附件時的凈輸出功率，它比發(fā)動機的實際外特性功率低一。發(fā)動機的扭矩適應(yīng)性系數(shù)設(shè)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩。；，其對應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為。，發(fā)動機最大功率處對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為。及對應(yīng)轉(zhuǎn)速為。，則發(fā)動機的扭矩適應(yīng)性系數(shù)是指：發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩。、與最大功率處轉(zhuǎn)矩膨。之比，即它標(biāo)志著汽車行駛阻力增加時發(fā)動機沿外特性曲線自動增加轉(zhuǎn)矩的能力。顯然口值大則換檔次數(shù)可以減少，從而油耗也可以降低。對應(yīng)轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)有轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)”。，若轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)過小，即。過于接近，則會出現(xiàn)氳接檔最低穩(wěn)定車

27、速偏高，導(dǎo)致汽車在通過繁忙的交叉路口時換檔次數(shù)過多，甚至需要增多變速器的檔位數(shù)。所以。，不宜小于，一般在之間。發(fā)動機的適應(yīng)性系數(shù)巾：轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)與轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)之乘積，稱為發(fā)動機適應(yīng)性系數(shù)，它表示發(fā)動機適應(yīng)客車行駛工況的程度，即口一，（一：）中：口魚：絲墮生（）小值愈大，則發(fā)動機的適應(yīng)性愈好。采用值大的發(fā)動機可減少大客車換檔次數(shù)、減輕司機的疲勞、減少傳動系的磨損和降低油耗。汽車動力性評價指標(biāo)汽車的動力性主要可有三方面的指標(biāo)來評定，即：汽車的最高車速“。，汽車的加速時間，汽車的最大爬坡度。礦（）最高車速最高車速是指在水平的良好路面上（混凝土或瀝青）汽車能達(dá)到的最高行駛車速“，“值越高則動力性越

28、好。隨蓿汽車性能特別是主被動安全性能的提高以及各國公路路面的改善和高速公路的發(fā)展，汽車的最高車速普遍有所提高。選擇“。時應(yīng)考慮汽車的類型、用途、道路條件、具備的安全條件和發(fā)動機功率的大小等，并以汽車行駛的功率平衡為依據(jù)來確定。（）加速時間汽車的加速時間表是汽車的加速能力，它對平均行駛車速有很大影響，特別是轎車，對加速時間更為重視。常用原地起步加速時間與超車加速時間來表明汽車的加速能力。加速時間越短則動力性越好。（）最大爬坡度汽車的爬坡能力是用滿載（或某一載質(zhì)量）時汽車在良好路面上的最大爬坡度一表示的。轎車最高車速大，加速時間短，經(jīng)常在較好的道路上行駛，一般不強調(diào)它的爬坡能力：然而，它的檔加速能

29、力大，故爬坡能力也強。貨車和客車的行駛工況較復(fù)雜，所以必須有足夠的爬坡能力，一般。在即。左右。表一為各類汽車一些動力性參數(shù)范圍。表各類汽車一些動力性參數(shù)范圍直接檔最人動力岡數(shù)乍型類別檔最大動力因數(shù)最高車速比功率“眈（）一加（）】貨午小型輕型中型重型小型中、大型鉸接通道微型車總質(zhì)量一總質(zhì)量總質(zhì)量總質(zhì)量總質(zhì)量一總質(zhì)量總質(zhì)茸排囂排蟹排量排量，客乖，墻】，轎乍輕型車中級高級礦用白卸車）汽車經(jīng)濟性評價指標(biāo)汽車的燃料經(jīng)濟性常用一定運行工況下汽車行駛百公里的燃料消耗量或一定燃料量能使汽車行駛的歷程柬衡量。在我國，燃料經(jīng)濟性指標(biāo)的單位為，即行駛所消耗的燃油升數(shù)】。這個數(shù)值越小，汽車的燃料經(jīng)濟性越好。具體的燃料

30、經(jīng)濟性評價指標(biāo)有：等速百公里燃油消耗量、最高檔全油門加速行駛的加速油耗量兩個單項評價指標(biāo)和多工況燃油消耗量綜合評價指標(biāo)。（）等速百公里燃油消耗量等速行駛百公里燃油消耗量是常用的一種評價指標(biāo)，指汽車在一定載荷下，以最高檔在水平良好路面上等速行駛的燃油消耗量，常測出每隔或速度間隔的等速百公里燃油消耗量，然后在圖上連成曲線，稱為等速百公罩燃油消耗量曲線，用它來評價汽車的燃料經(jīng)濟性。（）加速燃油消耗量是指用最高檔從某一車速開始全油門加速行駛的燃油消耗量，換算成百公里油耗量。（）多工況燃油消耗量汽車在實際運行中的工作狀態(tài)的變化非常復(fù)雜，為了測量出反映汽車實際使用特點的燃油消耗量，人們針對各種交通狀況，對

31、大量的汽車行駛工況進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，制定出了各類汽車燃油消耗量試驗方法。通常轎車用十六工況燃油消耗試驗法，客車用四工況燃油消耗量試驗法，貨車用六工況燃油消耗試驗法。實際測出的燃油消耗量即為多工況燃油消耗量，它們是評價汽車燃料經(jīng)濟性的一個實用方法。綜合評價指標(biāo)幽內(nèi)燃機理論和汽車?yán)碚摽芍?，現(xiàn)有的汽車動力性和燃料經(jīng)濟性指標(biāo)是相互矛盾的，因為動力性好，特別是汽車加速度和爬坡性能好，一般要求汽車穩(wěn)定行駛的后備功率大；但是對于燃料經(jīng)濟性來說，后備功率增大，必然降低發(fā)動機的負(fù)荷率，從而使燃料經(jīng)濟性變差。從汽車使用要求來看，既不可脫離汽車燃料經(jīng)濟性來孤立地追求動力性，也不能脫離動力性束孤立地追求燃料經(jīng)濟性，最

32、佳地設(shè)計方案是在汽車的動力性與燃料經(jīng)濟性之間取得最佳折中”。（）指標(biāo)形式：驅(qū)動功率損失率與多工況燃料經(jīng)濟性的加權(quán)值作為綜合評價指標(biāo)；（）加權(quán)系數(shù)的選擇：通常各占，但是也可根據(jù)設(shè)計的具體情況和對汽車性能的具體要求進(jìn)行確定；還可以用實踐經(jīng)驗來確定。在進(jìn)行動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配時，有些文獻(xiàn)應(yīng)用汽車原地起步連續(xù)換檔加速時問與多工況燃料經(jīng)濟性的加權(quán)值作為綜合評價指標(biāo)，還有些文獻(xiàn)應(yīng)用驅(qū)動功率損失率與有效效率利用率的加權(quán)之和作為綜合評價指標(biāo)。發(fā)動機特性數(shù)學(xué)模型的建立汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬計算是以發(fā)動機數(shù)學(xué)模型為重要依據(jù)的。發(fā)動機數(shù)學(xué)模型的描述，包括汽車發(fā)動機外特性和發(fā)動機萬有特性。描述發(fā)動機性能的方法有表格

33、法、插值法和數(shù)學(xué)模型法三種，前兩種精度較高，但占用內(nèi)存較多、運算速度較慢，故目前都采用數(shù)學(xué)模型法”“。對于己知試驗數(shù)據(jù)的發(fā)動機，其使用外特性可以看作是發(fā)動機轉(zhuǎn)速的一元函數(shù)，用最小二乘法獲得；而萬有特性可以看作是發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的二元函數(shù)，用曲面擬合法獲得。限于發(fā)動機測試技術(shù)，目前還主要是利用穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動機特性試驗數(shù)據(jù)獲得的模型近似的代替非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動機瞬時特性?？紤]到發(fā)動機加速工況時，其轉(zhuǎn)矩較穩(wěn)定工況有所下降，燃料消耗率有所上升，般認(rèn)為其轉(zhuǎn)矩下降量與曲軸角加速度成線性關(guān)系，可以采用修正系數(shù)方法來考慮這種影響，借以減少穩(wěn)念工況代理瞬態(tài)工況帶來的誤差。發(fā)動機使用外特性發(fā)動機使用外特性下發(fā)

34、動機轉(zhuǎn)矩坦可以表示成發(fā)動機轉(zhuǎn)速胛。的函數(shù)，可以用下面的多項式表示：。，×：式中：（，“一，）（）。一一發(fā)動機有效扭矩（聆一一發(fā)動機轉(zhuǎn)速（）一一待擬合多項式系數(shù)一一多項式的階數(shù)設(shè)已知組試驗數(shù)據(jù)（。），入隨即誤差有。：將每組數(shù)據(jù)（。）帶入上式，并記三胛：胛乞爿：】（）？。寫成矩陣形式為（）式中為（七）階矩陣，。、均為列向量。假設(shè)。，；（）應(yīng)用最小二乘法原理，按照極值理論有劁：捌。；易得（）（）。則（）薪。：。是，女值的確定取決于計算的精度，并且女一發(fā)動機的萬有特性（）按以上原理，編寫曲線擬合程序計算，即可求得。和。這里值得注意的發(fā)動機的萬有特性即把發(fā)動機的有效燃油消耗率?？醋鳛榘l(fā)動機轉(zhuǎn)速

35、。和有效轉(zhuǎn)矩，的函數(shù)，并用多項式表示。發(fā)動機的使用萬有特性的數(shù)學(xué)模型可以表示為：。窆藝爿（）（）川眇”：。式中：。一一發(fā)動機的燃油消耗率（）汜。一一發(fā)動機有效扭矩（）。一一發(fā)動機轉(zhuǎn)速（）一一模型中的各項系數(shù)數(shù)組一一多項式的階數(shù)采用曲面擬合的方法求取模型中的參數(shù)。所謂曲線擬合問題實際上是個擬線性回歸問題，即認(rèn)為平面上個測點（對應(yīng)于燃油消耗率，）是其坐標(biāo)（，）的函數(shù)（對應(yīng)于（甩，），建立的回歸模式為：磁：嘞吃：嘞崦必此吃魄。噬髓譙。氨扣。，。紙哦：略詆引引（）一卜悖一舊！至式中一一模型中的待定系數(shù)，。）一一隨機誤差一一試驗觀測數(shù)據(jù)點數(shù)。寫成矩陣形式有（）其中為×階矩陣，、均為列向量，而的

36、列數(shù)女與多項式階數(shù)存在著如下關(guān)系七：±！坐±型（）假設(shè)蕃鮑按照極值理論應(yīng)有（）型：醐。；易得（）。則。（）（）（）擬合值與觀測值。的擬合程度，可用擬合度來評價，同時也確定了最佳值。（擴。）一母二（）（擴；，）其中專喜乳為總體均值。按照以上的原理，編制相應(yīng)的計算機程序求出回歸方程的系數(shù)和，然后將其代入（）即可求出回歸方程的表達(dá)式：。仇。；”；一，州】“吼一、憎（）非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動機性能的修正汽車發(fā)動機大部分時間處于非穩(wěn)定工況，而非穩(wěn)定工況下動態(tài)特性和穩(wěn)定工況特性顯然是不同的。目前，雖然能夠說明發(fā)動機非穩(wěn)定工況的一般規(guī)律，但對它的研究還是不夠的。試驗表明：汽車加速時，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩

37、的下降與曲軸角加速度成線性關(guān)系，并且下降量不超過發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩的到。加速時，發(fā)動機提供的轉(zhuǎn)矩為滬。一塒。一。等式中：。一一按外特性工作的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩（）（）一一非穩(wěn)定工況下發(fā)動機提供的轉(zhuǎn)矩下降系數(shù)，絲一一發(fā)動機曲軸角加速度（）汽車換檔規(guī)律的處理機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)動機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的判斷。行駛中，駕駛員嚴(yán)格遵守道路環(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)濟性，盡量利用高檔行駛。一般來說，確定換檔規(guī)律應(yīng)滿足兩個條件吲：（）選擇最佳的檔位及換檔時機，使汽車具有良好的動力性和燃料經(jīng)濟性。（）在一般道路條

38、件下，要盡量減少換檔次數(shù)，使換檔穩(wěn)定可靠，并盡量減少在某些道路條件下相鄰兩檔間不斷循環(huán)換檔的現(xiàn)象。最佳動力性換檔規(guī)律在動力性模擬計算中使用了保證最佳動力性的換檔規(guī)律，即認(rèn)為汽車盡可能在較低檔位行駛。關(guān)鍵問題是換檔點的選擇，目前有兩種判斷法：一種是以同一車速下各檔加速度的大小作為換檔依據(jù)；另一種是以同一車速下各檔動力的大小作為換檔依據(jù)。模擬計算中，對駕駛員換檔規(guī)律規(guī)定：（）當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于其最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，由高檔換入低檔；（）當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于其最大轉(zhuǎn)速時，由低檔換入高檔；（）當(dāng)發(fā)動機轉(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時，應(yīng)由低檔換入高檔。最佳經(jīng)濟性換檔規(guī)律在燃料經(jīng)濟性模擬

39、計算中使用了保證最佳經(jīng)濟性的換檔規(guī)律。目前也有兩種判斷法，一種是在汽車加速度大于零情況下，盡可能采用高檔行駛；另一種是以發(fā)動機燃料消耗率作為換檔依據(jù)，保證汽車總是以使發(fā)動機的燃料消耗率最小的檔位行駛。模擬計算中，對駕駛員換檔規(guī)律規(guī)定：（）當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于其最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，由高檔換入低檔；（）當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于其最大轉(zhuǎn)速時，由低檔換入高檔；（）當(dāng)發(fā)動機轉(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時，應(yīng)由低檔換入高檔；（）當(dāng)行駛阻力大于驅(qū)動力時，若發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于發(fā)動楓最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，則不換檔，反之應(yīng)換入低檔。車輛慣量的處理汽車加速行駛時，需要克服其質(zhì)量加速運動時的慣性力，這就是加速阻力

40、。汽車的加速阻力主要是慣量，汽車的慣量由平移質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量組成。加速時不僅平移的質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量還要產(chǎn)生慣性力偶矩。為了便于計算，一般把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量的慣性力，并以系數(shù)占作為記八旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力偶矩后的汽車質(zhì)量換算系數(shù)，因而汽車加速時的阻力（單位為）可寫作：蕊坐。（）式中：占一一汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，一一汽車質(zhì)量（坎）一一一行駛加速度（）講占主要與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量、車輪的轉(zhuǎn)動慣量以及傳動系的傳動比有關(guān)。計算公式如下：蹦望縫墼置（）式中：，。一一車輪的轉(zhuǎn)動慣量（婦），一一飛輪的轉(zhuǎn)動慣量（堙）研一一汽車質(zhì)量（坎）在進(jìn)行動力性初步計算時，若不知道準(zhǔn)確的，。、，值，也可以按下

41、面的經(jīng)驗公式估算艿值：占點最（）式中、：主要與車型有關(guān)。轎車在之問；貨車鹵在之間；一般汽車的反均在之間。汽車動力性模擬計算方法最高車速計算方法汽車最高車速是指在良好的水平路面上，汽車所能達(dá)到的最高速度。根據(jù)汽車功率平衡原理，發(fā)動機功率曲線（直接檔或最高檔）與汽車行駛阻力功率曲線相交點處的車速，便是汽車的最高車速”“。設(shè)發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速為。，最大功率點的轉(zhuǎn)速為。，則確定汽車最高車速的步驟如下：（）以發(fā)動機最大功率點對應(yīng)的車速為初始車速，并計算發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速一對應(yīng)的車速、：，。（）及；“（）（）計算此時汽車的行駛阻力功率一：生堡：上盟趣、（），玎，、（）計算此時發(fā)動機發(fā)出的有效功率只：羔墮。（）計算

42、有效功率只與阻力功率巴的差值只一只。，（）只赤善盼”：（）（）判斷的絕對值是否小于預(yù)先給定的值（可設(shè)為），按下面情況計算：若占且為正，則說明”。，令，若。，則”。，結(jié)束計算；否則，轉(zhuǎn)（）步。若占且為負(fù)，則說明，令，轉(zhuǎn)（）步。若，則”，結(jié)束計算。以上式中：，一一空氣阻力系數(shù)爿一一汽車迎風(fēng)面積（）一一為驅(qū)動輪滾動半徑（）一一主減速器傳動比。，一一變速器傳動比（在進(jìn)行最高車速計算時，。取最高檔傳動比）一一汽車總重（）廠一一為滾動阻力系數(shù)。各檔驅(qū)動力及動力因數(shù)計算方法設(shè)變速器置于第檔，速度為（），則計算模型與計算步驟如下：（）首先計算發(fā)動機轉(zhuǎn)速。而。（膏）（）（）由發(fā)動機使用外特性模型計算發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩。爿（），：（）計算空氣阻力（）”一一業(yè)（）（）計算驅(qū)動力：（），（）（）計算第檔動力因數(shù)。：生蘭式中：，一一傳動系傳動效率。最大爬坡度的計算方法設(shè)一檔最大爬坡角為口，則有：。，解之，得：（）口哪再一。：齜塾竺！二墮！塵：則最大爬坡度為：。（）“。“（）式中：。一一一檔最大動力因數(shù)。汽車燃料經(jīng)濟性模擬計算方法等速百公里油耗模擬計算方法評價汽車燃料經(jīng)濟性的指標(biāo)是汽車每單位行駛里程（通常公里）的燃料消耗量（），其計算公式為：×（）式中：一一發(fā)動機單位小時油耗量（）一一燃料密