（车辆工程专业论文）微型汽车动力装置智能化设计研究.pdf

硬士论文禳登汽牵动办装置罄麓纯设诗疆褒 摘要 汽车动力装鼹主要包括汽车发动机和传动祭，它们分别愁动力的产舷者和传递者，其性 能决嶷了整车的动力性和燃油经济性。因此，汽车动力装鼹的设计对汽车的整车性能撼商具 套十分重要翡蠢义。 为了实现汽率渤力装置智能化设计，本文对汽车动力装置优化旺配迸行研究， 把 u n i g r a p h i c s 软件作为系统开拨平台，并利用v i s u a lc 十十6 0 和u g o p e n m e n u s c l i p t 、 u g o p e nu i s t y l e r 、潞硝婶 避行汽车动力装要蟹麓纯骥勘设访软律( 簿穆v p i c a d s ) 嚣整。 为了提高v p i c a d s 实用憔，并充分发撵u n i g r a p h i c s 软件平台的优势，把参数化、知 识熔搂( u g k n o 珥l e d g ef u s i o n ) 鞠虚拟装配等技术应用到v p i c a d $ 中。嫩后，应用v p i c a d s 避行紫溃凄嘉镦鍪汽车实镶开疑，并在秀菱过穗孛送行v p - i c a d s 豹嫠馥帮完善。 关键谢：汽车动力装置优化匹配u n i g r a p h i c s 二次开发 虚拟装配 - i 礞士潦史 镟型汽车躺为装置警薤纯设谤辑究 a b s t r a c t v e h i c l ep o w e r t r a i ni s c o m p o s e do fe n g i n e a n dt r a n s m i s s i o ns y s t e md e s c r i b e d g e n e r a t o r a n d t r a n s m i t t e r r e s p e c t i v e l y ， w h i c h p e r f o r m a n c e l e a dt ov e h i c l e p e r f o r m a n c ea n df u e le c o n o m y s ot h ed e s i g no fv e c h i c l ep o w e r t r a i nh a sg r e a te f f e c t s 0 1 2t h ep e r f o r m a n c eo fw h o l ev e c h i c l e ， i nt h i sp a p e r ，t h ep o w e r t r a i no p t i m a lm a t c h i n gi sd o n ef o rv e h i c l ep o w e r t r a i n i n t e l l e c t u a l i z e dd e s i g n w i t hu n i g r a p h i c sa sd e s i g np l a t f o r m ，v e h i c l ep o w e r t r a i n i n t e l l e c t u a l i z e dc o m p u t e ra i d e dd e s i g ns o f t w a r ei sd e s i g n e dw i t hv i s u a lc + + s + 0 u g o p e n 赫e n u s c r i p t ，u g o p e nu i s t y l e ra n du g o p e n a p i t oe n h a n c et h e p r a c t i c a b i li t yo ft h ev p i c a d sa n dt a k e a d v a n t a g e o ft h e g n i g r a p h i c sp l a t f o r ma d e q u a t e l y ，u g k n o w l e d g ef u s i o n ，p a r a m e t e r i z a t i o n ，v i r t u a t a s s e m b l ya r eu s e di nv p i c a d s f i n a l t y ，a sa ne x a m p l e ，t h em i n i c a rp o w e r e dw i t h d i e s e li sd e s i g n e dw i t ht h ev p - i c a d sa n dt h ev p i c a d si sm o d i f i c a r e di nt h ec o u r s e o fd e s i g n k e y w o r d s ：v e h i c l ep o w e r t r a i n ，o p t i m a lm a t c h i n g ，u n i g r a p h i e sd e v e i o p m e n t ， v i r t u a la s s e m b l y * n 声臻 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了熬以标注积致谢酶部分辨，不寇含箕毽大已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历两使用过鳇誊孝料。与我一阕工 乍的霹事对本学位论文傲懑的贡献均 融在论文中作了明确的说明。 研究生签名： 2 。o 节年石月2 2 日 学位论文使用授权声明 齑京理工大学有权绦存本学位论文的电子和纸覆文秽，可以借阕 绒上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交著授权其保存、氆阕戴上嚣公蠢本学笾论文的全帮或郝分蠹容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 磷究生签名：望。复 三口。降秀2 上基 矮壬论文 辙型汽擎旗鸯装鐾警莪纯竣诗辑竞 1 绪论 1 1 论文选题背景 汽车是人类开发设计出的重爱交通工具，汽车运输成本中燃油消耗占了2 0 3 0 。凰裁， 汽车燃油主要班焉溜产品兔圭，蠢7 0 年代能源危辊鞋来，嚣油供应鑫愁繁张。因藏，捷寒 运输生产率，降低邀输成本是汽率工业需要解决的重要课蹶，汽车设计人员除了寻找新的汽 车能源外，还提出了各种措施降低燃油消耗，如：缩减汽车总尺寸和减轻质量；提高现有发 动撬熬热效率霹撬城效率；怼汽举动力黄动系统进行撬继燕熬；扩大浆瀵发动瓠静痉惩蕊疆 等。 圜家经贸委在汽车工业“十五”规划中提出：“提高柴油载货车、轻溅柴油客车的比重， 中型举要全都实现柴油他；柴濑辑车、柴油微懋汽车生产开始起步；到2 0 0 5 年柴油擎占总 产薰酾院重驮2 0 0 0 年豹2 9 。7 鼹离弼3 5 友蠢3 】”。这歪怒潮为柴涵动力汽车昀应霸蒸鸯节 能环保方面的显著优势，再加上现代的柴油动力技术己较好地克服了以往高噪声与振动、低 强化摆度等问题，促使汽车动力向柴油化方向发展。 现在，蒙涵发霸掇无论在裁力往、经济链、可靠往、掇溯曝声、接放魏缝及割遗技零上 都有了大幅度提高，完全具备在微型汽车上应用的可能性，闲此打算进行浆油动力徽率阡发， 而“柴油动力微率汗发”的重点主要在于动力装置的设计，包括发动机选型、传动系设计、 两者的匹配和整率布置等。因此，动力装置设计就成为本文研究的重点。 1 2 论文的研究目的和意义 汽车动力装置憋汽车最重要的装置之一，主要包括汽车发动机和传动系。发动机为汽车 箍供凌力，它豹镶麓袁接影嫡了汽车戆整车瞧貔。汽车发动凝与驱动车轮之闽静动力臻递装 置称为传动系，它保证了汽车在备种行驶条件下所必需的牵日i 力和车速。 汽车发动机性熊直接决定了汽车整车的动力性、燃油缀济性和排放性能，不同形式的发 动枧毂麓差列狠大，要设计出矬熊溃意的汽率，选好发动搬楚关键豹一步。然丽，汽率的动 力链和燃i 蠡经济健弗不是完全赢发动杌毪髓决定的，它还与传动系的主藏速器_ 嵇变速瓣有密 切关系。在设计中，应当合理瓯配三者的关系，实现动力性与燃油经济性的相互协调，以达 到满足使用要求豹最优目标。如何选择发动机和传动系设计参数并进行合理匹配、如何在整 车上奄藿发动辍酾褥动系等零郝箨，是汽车秘力装重设诗中豢关心熬翊熬，巍是零瀑爨妥瓣 决的问题。 传统的汽车动力装置设计工作在汽车设计的总体设计阶段完成，在确定整车汽车幼力性 与燃濑经济性的最标基础上，要求选出合理机型稃抟动类型，具体结构形式以及重要戆性能 硬论文 鞭墼汽筚秘盎装耋麓麓能设诗磅究 参数和布景形式，柱此基础上辫进行车架和熊它部件的选墩和设计，实域整车开发。憾是， “紫油动力微车开发”顼目正好姻菽，在已存在的完整豹熬车基础上进特设诗和致避，所以 汽攀魂力装置设计裁蠢了车絮、车身等蘩车部嵇熬翁衷窝蹶铡，发凄瓿耩转动系蘸蒋的选彀 非常重要，不合理就会造成撼窜备部件大量的改动，产生根犬的设计和嫩产费用。 为了节约设计开发费用，不可能购买大嫩的发动机和传动系都件进行整车布置和践配， 氇不哥麓教夫量靛道路试验窝疯盘测臻试验粼颧设诗熬筏劣。爨磊设想拜发一套藕勘设计较 释恕汽车设诗人员多年积累麓经骏融合进去，进行汽车韵宠装置方蟊酌设计开发工嚣，霞设 计开发实现自动斌半自动化。遮就引入了智熊化设计的概念，它是计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，撼称c a d ) 的范畴，并高于参数他设计( p a r a m e t r i cd e s i g n ，简称p d ) ，它 强滴专门嚣蠡谖对餐靛嚣动静决定箨蘑，京霄近籁天粪懑缝秘蠡诿筵溪髓力，著霹爨模羧a 类分析问题，而察现真正的自勘或半自动化设计。 汽车动力装溉智能化计算机辅助设计软件( v e h i c l ep o w e r t r a i ni n t e l l i g e n t i z e d c o m p u t e ra i d e dd e s i g ns o f t w a r e ，夔嚣v c 矗懿) 是蓦予入王磐藐投零，筹蛰动参数纯技 术辩汽车囊力装鼹进季亍耱砖设诗靛软释，淹袋漓磅力豢黧汽车产晶嚣开发撵供有效熬王其帮 手段，并会大大地摁高产品开徵效率，缩短产品开发周期，节约开发成本。、，p i c a d s 黼把计 算机快速、准确的特点和汽车设诗人员豹逻辑思维及综合分析能力结合起来，为设计者提供 了燹京袋藩设计、分辑、霞鼗手段，著怒汽车设诗天晁默繁琰无事豹尝试孛簇敖塞蘩，跌薅 充分发挥人类卓越的创造力，节约大量的时闻，将大大提离设计质量尊砰设计效率，减少盲目 性，实现设计过程的智能化。 瘦子资料昶时间畜鞭，本文主要赞对微型汽车静动力装慧进芎亍藿熬他设计。今盛，还将 避一莎对躲谖痒翻数器痒避嚣扩充，薅v p - i c a d s 蕊戳囊善，开发凄一个逶摄予鑫种类蘩汽 车动力装置的辅助设计软件。 + 3 论文魏霹 究内容 根据课题的熬本要求，本文主要从以下几个方面开展工作： ( 1 ) 对发动机的选型、传动系方案设计进行研究，得出微型汽车动力装置智能化设计 熬方法与步骤，在理论主蠢导汽牵动力装置餐辘拖设圣 鼗 譬( ￥卜 矗0 s ) 的磷割 开发。 ( 2 ) 研究汽牵动力装置谯整车上的优化匹配问题，用难确选择发渤机参数和对传动系 参数避行合理调整缚方式，来实现动力装置与熬车的最佳匹觏。 ( 3 逢择遮警静系统开教平套，著对u n i g r a p h i c s 中的u g o p e nm e n u s c r i p t 、u g 鳟鞘 u i s t y l e r 、u g o p e na p i 等二次歼发工兵及k n o w l e d g ef u s i o n 进行研究及癍糟。 ( 4 ) 利用谢向对象的v i s u a lc + + 6 0 软件和u n i g r a p h i c s 的二次阡发工具，歼靛出 令冥鸯狡努交互经憩鼹入极对话嚣覆靛款 孛，势建立耪应戆傀纯诗算程序秘知识 硕士论文微型汽车动力装置智能化设计研究 规则，最终实现汽车动力装置智能化设计。 ( 5 ) 重点建立参数优化计算模块和整车布置评价模块。在参数优化计算模块中，设计 参数进行适当的优化改进：在整车布置评价模块中，可对动力装置进行整车虚拟 装配，预测和分析汽车动力装置在整车上的装配情况，为现实中的装配做出具体 指导。 ( 6 ) 应用所开发的汽车动力装置智能化设计软件( v p i c a d s ) 完成柴油动力微车产品 的开发实例，在开发过程中进行v p i c a d s 的完善。 3 - 矮圭论文 辙垂汽车秘秀装置智能纯设诤磋究 2 汽车动力装置智能化设计分析 2 1 汽车动力装置的设计概述 汽车动力装置的性能决定熬车的动力性和燃油经济性，合理选择汽车发动机和传动系总 裁及帮锌魏绩魏形式霸主要牲筑参数霹整车毂辘鸯辗大熬影峨。 在新车设计过携中，汽车动力装置的方案设计主要在汽车的总体设计阶段完成，氆括汽 车发动机和传动系番部件的选溅和主要性能参数设定；设计方案确定后，将其反映到图纸上， 进行汽车动力装置鼹布置设计，即把整车和汽牵动力装置的备个部件的关系具体他，并绘制 装酝潮；然轰，黠汽车动力装嚣蠢零部箨进行全嚣设诗，确霆各部律的撩巅尺寸耪控铡震萱， 对零部件作结构、强度分析，绘制尺寸控制网，并作各部件的运动干涉校核；最后，究成汽 车发幼机和传动系备部件的零件图和总图，为制造阶段做好准备。 必了提裹社会他大生产我穗震蟊缝短舞袋弱期，上述王终不完全都褒整车生产剩造企照 完成。除了汽车动力装置的方案设计和布羲设计等工作外，其它后续工作可能都会在相笑的 发动机和传动系的生产制造企业究成，而传动系的生产制造企业又可以细分为离合器生产制 造企嫩，变速器生产制造企业，万向传动装鼹生产制造企业和驱动桥生产制造企业等等。 瓷整车生产戮遣企韭中，狳了薪车瓣设诗舞发，还存在鬻大量熬整警羧造矮嚣，霹汽车 动力装置的改造尤其突出。汽车动力装置的憋率改造是在融存在的整车所有零部件的藻础上 对动力装置进行设计和改进，这样就有了车架、车身等整窜部件的约束和限制。 为了使汽车动力装置餐能纯计冀穰辘韵设计较传( v e h i c l e p o w e r t r a i n i n t e l l i g e n t i z e dc o m p u t e ra i d e dd e s i g ns o f t w a r e ，篱称v p - i c a d s ) 麓充分为整车黛产销 造企业服务，能实现各种情况下的设计要求。鬻进行各种情况下的汽车动力装置设计研究， 最终求出解决汽车动力装置设计问题的一般憔的方法。 本文磅窕蕊汽攀动力装萋竣诗主要搭徽熬汽车囊力装嚣瓣方案竣谤。 2 2 汽车动力装置设计的具体内密 2 。2 ， 发动规选粼 发动机选型主要包括机种的选取、具体形式的选取、擞要性能参数的选取等等。 ( 1 ) 机种的选取 淡渡礁襄紫i 裹魏是车矮发韵撬懿嚣夫类，蒙i 蜜辍熬热效率毯：汽潼辍麓，檠淫辊麴演鹈毙 汽油机低，柴油的价格比汽油便宜；而汽油机其有转速高、质量小、工j | 誊噪声小、起动容易 等优点，是柴油机无法相比的。 ( 2 ) 其体形式懿逡取 硕士论文 擞登汽苹韵力装置智能纯竣谤研究 根据不同的特征分类，发动机有若干不同的具体形式，按汽缸数不同，有单缸和多缸之 分；按汽艇赫列方式，可分为鸯到式、承平对拦式秘v 型发动瓿三秘；戴羚，发动瓿的形式 还存浠塞行程数、冷却方式不同、排萋和缸径之分。在遥掰发动机的其体绪构形式时，有必 要综合考虑所设计汽车的车型、用途、使用环境以及对发动机空间大小的要求。 ( 3 ) 主要性能参数的选取 发动梳的主要佼麓参数主要毹括：发裔撬溅大功率及箕转速，发蘸壤娥大转矩及箕转速， 发动机适应性系数镣等。 发动机最大功率一般根据所鼹求的最大率速来确定，还可以用类比的方法，参照同类型、 司囊爨等缓静汽车纛其有的毙臻率寒臻定。发动辍熬适应憾系数蔻大，说暖发动辊适疲毪越 好，采用较大适应性系数的发动机可减少抉档次数，减少律动系磨损和降低油耗。 ( 4 ) 其它因素的考虑 灸了选取最瀵豢弱发动援，逐蒿综合参考其它因素，热终型足寸、薰攫、撵敖、摄淤及 噪声、可靠性和成本等等。 2 2 2 传动系设计 穰镑动系设计串，需要贯镪瞧慧裂分匏浚计慈悲，首巍确定转动系羽健凌类鍪帮_ 熏簧控 制参数，在此基础上进行各组成部件的结构搽型和主要性能参数的选取，最后应对传动系主 要性能参数的进行优化计算。 ( 1 ) 绩魂系类登麴选取 传动系类型从总体上决定了传动系的组成部件，传动效率和成本高低，应根据所设计汽 车的车型、应用要求和成本要求，选用一种懿型适当韵传动系。 ( 2 ) 主要控割参羧筑选取 传动系的最大和最小传动陇是传动系的两个主要性能参数，它们显蔫地影响到汽率动力 性和燃油经济性，也是确定变遮器的传动比和主减速比等主要性能参数的依据。 ( 3 ) 转动系各部终续稳类型的选取 传动系各部件结构类型的选取包括离舍瓣、变速器、万向传动装置鞫主减速器等的结牵每 形式的选取。 ( 4 ) 主要性能参数的选取 主要性能参数的选取主要锻括变速器酶传动鹱：帮主减速器的主藏遥院等性能参数瓣选 取。 ( 5 ) 传动系参数傥化计算 汽车动力往秘燃糕经济往辫禄蹩相互矛瓣豹，获汽车馈瓣要求来看甄苓篪离爨辩经济 颐论文 徽壁汽车鹚力装置餐齄亿设计辑究 性来片面的追求动力性，也不熊脱离动力性来片面的追求燃料经济性。因此，应该根搬汽车 饺惩愤嚣，在汽车动力往秘燃精经济蛙之瓣取褥最娃摄褒，寒获簿最挂弱设诗方寨。 2 3 微型汽车动力装置智能化设计 为了进 亍微型汽车动力装鹫餐能他设计，簦先对微型汽牮动力装置设诗过程进行分攒， 著翻定蹬一套较宠罄的设计方法髑设计步骤。徽登汽车穗力装置智齄纯设计逶蓬汽车貔力装 置智能化计算机辅助设计软件( 简称v p - i c a d s ) 实现，就鞭对v p - i c a d s 的总体结构越 行研 究，进行各个功熊模块的规划。 2 ，3 微垂汽章渤力装置设盼分析 进行微型汽车幼力装置设计之前，要了解是新车设计还是原车改造，还要知道微型汽车 的整车参数和设诗蓑求。 发动机选墅时，首先考虑到发动凝酌动力性、经济往、靠性，著爨有较高的性髓价格 比和较低的振动、噪声；并根据汽车使用要求，来选择合理的结构形式和性能参数。擞动机 选好簸，可以得到万有特性等曲线和最大扭缎及其转速、最大功率及其转速等的参数，它们 匙求瓣与该发蘸橇鞠匿配豹传动系舞供袋摄。 传动系设计，从宏观上要确定传动类型和簸大、最小传动比两个主骚控制参数，避步 要选出组成传动系的各部件，鼠体到这些部件的结构形式和性能参数。融于本文的主凝研究 对象建微型汽车，微垄 汽车豹变速嚣主要使弼极蠛式变速嚣帮辊摄式无级变速器，但娥常薅 的燕机械式变速器，因蔸本文纛点进行辊辕式变速器静传：麓 帮主减速魄的设计彝饶豫匹配 计算，把微型汽率发动机的动力性与燃料经济性发挥到最慷值。 最后还要进行憨车评价，如果汽车的性能不能到达设计要求，那么就必须重新选择发动 橇，簿遴蠢筵魂系豹设诗诗冀。获车改造设诗辩，还要译俊糍否装配鬟熬霉上，如不簸裁必 须黧新选择发动梳和变速器等动力装置进褥黧新设计计算。 2 3 ，2 微型汽誊动力装置智能化设计步骤 为了实现微型汽车动装要设计的智巯豫释避幸亍v p i c a d s 的开发，必缀翻定窭徽熬汽车 动力漩置设计的黑体步骤和方滋，内容如下： ( 1 ) 输入整车参数，如汽车嫒燕、汽车的迎风面积等等； ( 2 ) 输入设计要求； ( 3 ) 确定汽车动力装置布置形式； ( 4 ) 选择发动机的结构形式，确定其主要性能参数，即发动机选型； ( 5 ) 确定接动系魏建动类型； 碗士论文微黧汽车动力装置智能化设计研究 ( 6 ) 确定传动系鲍各组成郝搏的结梅类溅； ( 7 ) 确定橹渤系鹃两个主要控翻参数，鞠装大转动魄和最，j 、传韵谶： ( 8 ) 进行变速器的传动比和主减速比等主要性能参数的设计； ( 9 ) 对变速器的传动比和主减速比等主要性能参数的进行优化计弊； ( 1 0 ) 嚣设计方蹇擞整车瓣凌力蛙纛燃 囊经漆整豹谬徐；努是蒙车敬逑瑗基，送簧送嚣整车 的布甏嶷装方面的评价。 图2 3 1 微型汽率动力装置设计流程图 2 ，3 。3v p - i c a d s 的慧体维祷 v p i c a d s 具有类似专家系统的功能，不但具有较好人机交互和计算功能，还能支持和理 勰用户的观点，并能按照人们的思维方式去设计动力装鬟，还提供解释和知识维护功能，让 糟户更加溥海静了解整个设计遥程，还麓蜜魂知识静增麴、修改及粼狳，受今爱獒它类墅豹 - 7 硕士论文微型汽车动力装置智能化设计研究 汽车动力装置设计提供知识和依据。它和传统设计软件的最大的区别在于，它还具有虚拟装 配功能，即整车布置评价功能，能为设计人员提供感性的认识，为以后的整车布置安装工作 提供指导性的建议。 为了实现上述功能，把v p i c a d s 系统分成以下几个模块进行设计开发，如图2 3 2 所 刁i 。 2 4 本章小结 图2 3 2v p i c a d s 总体结构图 本章对汽车动力装置设计进行简单介绍，并对微型汽车动力装置设计进行分析，制定出 微型汽车动力装置智能化设计步骤和v p i c a d s 开发的总体结构。 - 8 - 硕士论文 微型汽车动力装置智能化设计研究 3 汽车动力装置优化匹配研究 3 1 优化设计概述 ( 1 ) 优化数学模型 任何产品设计，为了评价其优劣，需要提出评价指标，将这些评价指标以设计变量函数 的形式进行表达，称为目标函数或评价函数，以f ( x ) 表示。产品性能是由各种参数决定的， 不同参数就产生了不同的性能特征，好的参数可以得到好的性能特征。因此，参数需要在优 化过程中不断改变或调整，是可以独立变化的。这些可改变的量，称为设计变量x ，用设计 变量的向量形式表示为 x = “，x 2 ，x 3 ，x 。】7 z 为r l 维设计空间中的一个点。设计参数也称为设计变量总要受到诸多限制，这些限制 描述了产品的各种性能要求。将这些限制用设计变量的数学形式表示，统称为约束函数或者 约束条件，以g ，( ) 表示，j = l ，2 ，3 ，m 表示，此外，设计变量也有限制，如上下边界要 求等等 因此优化设计数学模型中包含，( x ) ，x ，g ，( x ) 三项主要内容，最通用的规范化格式为 m i n f ( x ) x e d c e ” s t g j ( x ) 0 ，j = 1 ，2 ，m l h ( x ) = 0 ，v = l ，2 ，p ( p ( 3 | 3 1 3 ) 浅中： n 枷在第j 档时，发动机工作范围下限转速； 一 - 1 9 警 鼯 一 ， xmk 速 矮诧文 鬟壁汽攀动力装置譬藐扼竣潍辑究 月。柱第j 档时，发动机工作范阐上限转速 巍j = l 对，蘩1 挡的发动机下限转速托。，为最小车速k 确对应的发动枕转速瑰。；翔栗 第l 耥驱动力睦线与第2 档驱动力曲线的交点静车速v 。鼹波豹发动机转遮栉：。小于发渤税酶 最大转速”。一，选取一j 。作为第一档的发动机上限转速忍。；否则，选取舯。一为第一梢的发 动机上限转速吃，这是因为发动机的转速不w 能超过其最大转速心一。 强t j n 露，第j 挡魏发动撬下限转速h 。，为筹j - l 撼豹发动扭上黻转速“_ 。获邋应 的车速下的第j 榴的发动机转速；如果第j 糨驱动力曲线与第j + t 档驱动力曲线的交点的车 速v 。对应的发动机转速门j ，小于发动机的最大转速吃一，选取珂j ，作为笫j 档的发动机上限 转速，；否则，选取毽一为第j 挡的发动椒上限转速，。 溺第j = n 时，第n 档翡发动梳下辗转速 。为第n l 耧豹发动梳上黻转速繇。嚣辩应 的车速下的第n 档的发动机转速；第1 1 档的发幼机上限转速门。为最大车速v 。一对应的发动 机最大功率转速心。 下嚣分绥蠢：箨幺。，豹簿滚，先求出繁j 疆襄第j + l 挡熬汽车驱动力发动糗转速 曲线方程，即 ：i 百i ，。r l ；。吼珂y f ，( j + 0 - - 攀竽主k = l 群 ( 3 3 1 4 ) 然后，在第j 档汽车驱动力曲线上，把发动机转速每隔lr m i n 取一点e 的值和在第 j + l 梢汽车驱动力麴线上的每麓1r m i n 转速敬静曩p ；) 豹鬣榴比较，如暴曩和互舟i ) 麓的绝 对镶，j 、子l o - 2 ，就认为两僵裙等；簸后，把磊弱值代入式3 + 3 1 4 牵计算霹寐出r e ，把誓( 朋 的值代人式3 3 ，1 5 中计算可求出船：+ 1 ) 。 把，和吃，代入式3 3 1 3 中，可求出第j 档时在汽率驱动力与车遮关系图中驱动力曲 线与横坐标鋈残翁嚣积尹，霉凳掰骞豹p j 籀霆蠡霹等蘩汽享嚣授驱动力熬线下戆瑟积惑耱p ， 即 p = p ，= 0 3 7 7 r ，睾( ”知一玎) ( c ) 汽车的驱韵秘率损失率孙 汽车的驱动功率损失卸为 劫= 热- p = 3 6 0 0 u “抛糍) 一0 3 7 7 智。【t 一心。十睾( 以j 一岐) 】 ( 3 3 1 6 ) 嚣：垒芝：翌女二! ”p 。p o 硕士论文 微型汽车动力装置智能化设计研究 3 3 4 约束条件的建立 ( 1 ) 直接档最大动力因数d o 一的要求 。靠吼c z , 一吃， d 。一l i 业 u 。 0 3 7 7 n 。r r v 口r2 。 z 0 “耻去+ 箍( 罕) 2 】邵。 式中：g 。汽车总重量，单位为； t 一发动机最大有效转矩，单位为n m ； 行。，发动机最大有效转矩点的转速，单位为r m i n ； r 传动系效率； r 轮胎滚动半径，单位为m ； k ，发动机在最大有效转矩点的汽车车速，单位为k i n h ； c 。汽车空气阻力系数； 4 汽车的迎风面积，单位为牌2 ； 根据经验，微型汽车d 0 一取值范围为0 0 6 o 1 0 跚1 。 ( 2 ) 最高车速v 。的要求 对于前进档位数为r l 的汽车，且r l 为最高档时，应满足 f t f f + f 。 _ t , p i g * 0 7 l , 2g f + 罴噍 “耻去( g 小罴v ：) - i j o 。 式中：f 汽车驱动力，单位为n ； 吩汽车滚动阻力，单位为n ； e 汽车空气阻力，单位为n ： 毛发动机最大功率点的转矩，单位为n m ； ( 3 ) 最大爬坡度k ( d 一) 的要求 只一+ f 一 翌璧鐾蕊一。 一耋耋鉴兰璧查婆茎鳖錾垡鍪挂壁窭 半g 。f c o s a t , 。+ 吧s i n a 。 孵) = 甄笋呜1 0 式中： f 一汽车最大驱动力，单位为n ； 只汽车滚秀隧力，孳蕴为n ； f 一汽车坡度阻力，单位为n ； 口一最大坡度角，槐一= a r c t a n ( i 一) ； 微型汽车最大爬坡度t 一2 2 3 2 6 2 1 ，根据整车具体性能参数确定。 ( 4 ) 辩着条僚的娶隶 e 。c ! ：兰坠翌! 蕊r 密 ， 。 颤 ) - 孙篆绷 式中： 墨一汽车最大驱动力； c 附着力： e 作用在所有驱动轮上的地丽法向反作用力； 妒辩| 羞系数，一般可取舻= o 5 o 6 。 3 4 优化计算程序的编制 3 4 ，1 优化目标予程序的编制 搬据3 3 节中茜标函数建立方法，可l 冀编稍优亿瘩标溺数的计算稷痒t a r g e t ( g a ，f ， e f f i c i e n c y ，a ，c d ，r ，d e n s i t y ，g e _ o t p c _ m a x ，n ep ， r e m a x ，n e _ m i n ，n e _ m a x ， e n g i n e j ，e n g i n e j ，。o e 氆c i e n t ，x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 ) ，该娲数的目的是为了计 冀卡聂工嚣翦蚕公整燃漓演耗爨蔹移汽车懿驱渗臻率撰炙攀零，熬翔稷德。 参数中除了e n g i n e _ j 和e n g i n e d 为字符串变量以外，藏余参数和豳数值均为实烈变量。 g a 为汽车总重量；f 为汽车的滚动阻力系数；e f f i c i e n c y 为汽车传动系的总传动效率；a 为汽 车懿避风嚣积；c d 必空气阻力系数；f 为轮臆驰滚动半径；d e n s i t y 为燃油密度；g eo 兔发 动辊怠速时的魄油耗；p em a x 洚发动视的最大功率；n ep 为发动机的黢大功率对斡转速； t em a x 表示发动机的最大转矩；n em i n 表示发动机的最小稳定工作转速；t i c _ m a x 表示发动 机的簸大工作转速；e n g i n e j 为发动机经济性数学模型数摄文件名；e n g i n e _ d 为发动机动 力链数学搂鍪数攒文锌名；c o e f f i c i e n t 受基舔遴数经济蛙嚣凌力经嚣颧趣系蘩，帮汽窜卡互 翌鎏型黧一 鲞壁垒羔鏊查薹薹童墼垒璧熊璧塞 工况循环试验的酉公里油耗量级和驱动功率损失率的加叔系数；x k ( k = 1 ，2 ，5 ) 为变 速器传动比和主减遮眈韵乘积。 零j 爝西翔对象靛程序设计憨戆单独建立饶纯鼙标的程廖模块，当对优亿蠢标函羧避行修 改或选择其他评价方法时，可以减少对整个优化程序其它模块的修改爨。设置g a ，f ， e f f i c i e n c y ，a ，c d ，r ，d e n s i t y ，鲫，p e _ m a x ，n e _ p ，t e _ m a x ，n e _ m i n ，l i e _ m a x ，e n g i n e j ， e n g i n e _ d 输入变量溪灸嚣葵提供参数，又可菝撬惠嚣标萤数豹逶建蛙，缓箕适建予不圈秘车 型和不同类型的发动机。 溲定撵德骥囱蒹数 7 。；瓣砖e 馥。 0 输曩僚瀚系参数 x l ，站，鹚，趟，茹 毒 输磊熬攀参数 嘞酶鑫霹辩始豫热尘b 囊骢。一 鬻 蔫蟊谶潮稠毒鳞妇 确酶瓣i 察且p e m 黼蜘j _ 强舅孰盘， e 轴施，錾：a 瓢徽霉主n e j ，戳姆妇矗 | 意 、谍嗣蜥醋数曩嫡移黼 “ 霉 毒露鲞霉峨渗掬蓬 蹦3 。4 1 目标溺数的程序流程圈 3 。毫2 羯瞬胃孬虑的子程序编剃 凡是满足所有约束条件的点称为可行点，所有可行点的集合称为可行域，如果要对目标 函数进萼亍往北，避撑绕缳豹点磐须在霹行域内才有意义。根糕3 3 节巾鳃束条件鑫勺建立方 法，掰潋编髑翔断点( x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 ) 楚否为可嚣煮的的诗雾程净p r a c t i c a b l e fg a ， f e f f i c i e n c y ，a ，c d ，r ，d 0 _ m a x ，v a _ m a x ，i _ m a x ，f z ，c o h e r e n c e ，t em a x ，t e j ， n e t ，x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 1 。 豫丞数篷舞熬挺变量癸，灏篱参数均灸筌型变量。d om a x 为壹挨整最大动力爨数； 硕士论文 微型汽车动力装置智能化设计研究 v a _ m a x 为最高车速；i _ m a x 为最大爬坡度；f z 为作用在所有驱动轮上的地面法向反作用力； c o h e r e n c e 为附着系数；n e _ t 为发动机的最大有效转矩点的转速：其它参数的含义都与优化 目标子程序的参数相同。当( x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 ) 满足约束条件时，函数返回1 ，否则返 回0 。 输入传动系参数 x 1 ，x 2 好。蚪，x 5 0 输a 性靛要求 d o _ m a x j 链m a x ，i _ m a x ， 0 卜一瀑，| 上 输叁发动襁参数 如m a x ，殛j ，n e _ t 0 量滓瞄飘锄e 幽l 毪煎数豹僵 销鹫r 霉c t i e 弼砖势蓬 图3 4 2 判断可行点程序的流程图 3 4 3 优化算法子程序的编制 ( 1 ) 优化算法子程序的总体规划 根据3 1 所述的复合形法的基本原理，编制优化算法子程序，如o p t i m i z a t i o n ( k ，e l ， e 2 ，x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x s ) 其中k ，e l ，e 2 为输入参数，k 为整型变量，而e 1 ，e 2 为实型 变量；x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 为输入和输出参数，为实型变量。根据优化设计的原理，使用 v i s u a lc + + 6 0 软件进行计算机模拟优化设计的软件编程计算。该软件需要输入复合形法顶 点数k ( 6 k 1 2 ) ；优化设计的收敛精度e ，一般取e ，= 1 0 _ 。；改变映射方向的最小值e ：， 一般取g ，：1 0 。o p t i m i z a t i o n 函数可以根据设计者给出的目标函数t a r g e t 和判断设计变量 ( x 1 ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x s ) 是否在可行域内的p r a c t i c a b l e 函数，寻找出目标函数的最小值，那 么点( x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 ) 即为目标函数n 粥e t 的最优解。 图3 4 3 优化算法子程序的流程图 ( 2 ) 初始复合形的产生 输入的第一个顶点( x l ，x 2 ，x 3 ，x 4 ，x 5 ) 是用常规方法设计出来的，此点虽然不是最 优的，但却是一个可行的，然后用随机法产生其它置一1 个顶点，即 巧门= q + y ；门( 4 一a ，) f = 1 , 2 ，5 ；j = 2 , 3 ，k ( 3 4 1 ) 式中： a t ，以各设计变量z y 的上、下界值，一般可取q = o 7 x ，b t = 1 3 x j ”； y ：力 o ，1 区间内服从均匀分布的伪随机数。 这样随机产生的k 一1 个顶点，虽然可以满足边界约束条件，但不一定能满足性能约束条 件还必须逐个进行检查，把不满足约束条件的顶点移到可行域内。设已有q 个顶点x ( 1 ) ， x ( ”，工( ，满足全部约束条件，先求出q 个顶点的中心点 i = 艺z p 扛1 ，n ( 3 4 2 ) 呵，d 然后将不满足约束条件的点并州向中心点工靠拢，即 x = x + o 5 ( x 9 “一z 、 ( 3 4 3 ) 若还不满足约束条件则可以重复用上式计算。只要中心点z 是可行点，x 哼哪点会逐步 向工靠拢，j ( 州最终总能成为一个可行顶点。对随机产生的各个顶点进行这种处理后，最 后可取得k 个初始可行顶点，从而构成初始复合形。 ( 3 ) 调优迭代计算 硕士论文 微型汽车动力装置智能化设计研究 本文采用复合形法的具体迭代步骤如下： ( a ) 给定初始顶点x ：。1 ( f = l ，2 ，5 ) 、复合形项点数目k 及精度要求e 1 、e 2 。 ( b ) 产生初始复合形，如前所述得初始复合形k 个顶点x 州j = l ，2 ，k ) 。 ( c ) 计算复合形各顶点的目标函数值f ( x 口，再按上式计算新的映 一一 6 硕士论文 微型汽车动力装置智能化设计研究 射点使其向可行域方向靠拢。若新的映射点仍在可行域外，则将口再次减半继续重复 迭代直到映射点x 。进入可行域为止，而后进行下一步。 g 喵卜o 烈x ) 哪 图3 4 ，5 求可行的映射点 ( g ) 比较映射点z ( “与最坏点z ( “的目标函数值，构成新复合形。计算映射点x ( 8 的目 标函数值，( x f ( x + ) 输出最优 解，结束迭代，否则返回到( c ) ，继续进行下一次迭代a 3 4 4 优化主程序的编制 根据传动系设计参数( 变速器传动比和主减速比) 优化匹配要求，编制主程序如m a i n ( g a ，f ，e f f i c i e n c y ，a ，c d ，r ，f z ，c o h e r e n c e ，d o m a x ，v a m a x ，i m a x ，d e n s i t y ，g e _ 0 ， 壤士谂交 擞型汽车动力装鬟馨缒纯漩铮研究 p e m a x t e _ m a x ，n e p ，n et ，n e _ m i n ，n em a x ，e n g i n e j ，e n g i n e d ，c o e f f i c i e n t ，1 1 ， 1 2 ， 3 ，1 4 ，1 5 ，1 0 ) ，冀串i t ，1 2 ，1 3 ，1 4 ，1 5 ，1 0 是羲入疑簸出参数为实墼变量，其它都 为输入参数。参数的含义跟前谣叙述的完全一样，这里不褥赘述。 图3 。4 6 整个优化计算的流程图 硕士论文 微型汽车动力装置智能化设计研究 5 微型汽车动力装置优化实例 根据长安汽车集团提供的技术参数，对长安s c 6 3 5 0 微型客车传动系参数进行优化计算， 并对优化计算程序进行完善。首先，根据7 l 4 6 5 q 5 发动机的万有特性曲线( 图3 5 1 ) ，求出 发动机的动力性和经济性模型和性能参数。 图3 5 1j l 4 6 5 q 5 发动机万有特性曲线 然后，输入优化的传动系设计参数，1 1 = 3 6 2 5 ，1 2 = 1 9 4 8 ，1 3 = i 4 3 2 ，1 4 = 1 0 0 0 ，1 5 = 0 7 9 5 ， 1 0 = 5 1 2 5 ；输入优化的整车参数，g a = 1 4 7 0 0 ( n ) ，f = o 0 1 4 ，e f f i c i e n c y = o 8 5 ，a = 2 4 ( m 2 ) ， c d = o 5 5 ，r = o 2 7 8 ( m ) ，f z = 7 8 4 0 ( n ) ，c o h e r e n c e = o 5 5 ；输入优化的发动机参数， d e n s i t y = o 7 5 5 ( k g l ) ，g e 一0 = 7 0 0 ( g h ) ，p e m a x = 3 7 ，t em a x = 7 3 ，n e _ p = 4 8 0 0 ( r m i n ) ， n e _ t = 3 7 0 0 ( r m i n ) ，n e m i n = 8 0 0 ( r m i n ) ，n e ma x = 5 4 0 0 ( r m i n ) ，e n g i n e j = j l 4 6 5 j m d b ， e n g i n e d = j l 4 6 5 d d a t ；输入优化的性能要求，直接档动力因数d o _ m a x = o 0 6 ，最大车速 v a _ m a x = 1 1 5 ，最大爬坡度i _ m a x = o 3 0 。 最后，优化的目标函数倾向系数c o e f f i c i e n t 设置为0 5 ，进行优化计算，结果如下： 表3 5 1 传动系参数优化结果 l i l 1 21 31 4 1 51 0 g ( l l o o k m )( ) l 优化前 3 6 2 51 9 4 81 4 2 31 0 0 00 7 9 55 1 2 5 6 7 8 41 2 3 7 l 优化后3 6 2 71 9 1 51 3 8 7 1 0 0 20 7 9 95 1 2 56 7 1 31 2 2 3 经过分析，可以看出百公里油耗量改善1 0 5 ，汽车驱动功率损失率改善1 1 3 ，改善 程度不明显，说明长安s c 6 3 5 0 微型客车传动系参数设计的比较好，这正与它是一种比较成 熟的车型相符。 里望塑塑l 一