汽车传动系统参数优化设计.pdf

传动系与发动机的合理匹配问题一直是人们普遍关心的课 题 在汽车设计中 选择动力传动系统参数的方法有两种 一种 是整车主要参数和传动系参数 含轮胎 确定后 选择合适的发 动机 另一种是整车参数和发动机确定后 选择合适的传动系 能与发动机合理匹配的传动系可以使发动机经常在其理想工作 区发掘工作 这样不仅可以减少燃料消耗 减轻发动机摩损 提 高发动机的使用寿命 而且可以取得良好的排放效果 为了解决这一匹配问题 本文采用发动机参数给定优化传 动系参数的方法对E Q 6 4 8 0轻型客车进行优化匹配 对于某一 特定的车辆 当汽车总重 重量分配 轮胎等已确定的情况下 通 过计算机模拟实际使用工况 对动力传动系统的主要构成部 分 发动机 变速器和驱动桥的主要参数 如发动机特性 变速 器各档的传动比及主减速器传动比等 进行最佳计算 容易取得 较好的结果 以汽车的由起步并连续换档加速至最大速度的时 间t最短作为动力性参数和百公里油耗作为经济性参数的优化 设计 1发动机使用外特性 发动机使用外特性下发动机转矩Me可看成是发动机转速 n e的函数 可用下面的多项式表示 Me k i 0 Ai ne i i 0 1 2 k 1 式中 Me 为发动机有效扭矩 N m n e 发动机转速 r m i n Ai 待拟合多项式系数 k 多项式的阶数 设已知N组试验数据 Me i n e i 将每组数据 Me i ne i 带入上 式 并记入随机误差e i有 2 写成矩阵形式为 Me G A E 3 式中G为N k 1 阶矩阵 Me E均为N 1列向量 假如 J N i 1 ei 2 ET E 4 应用最小二乘法原理 按照极值理论 有 J AA A 0 5 得A G T G T G T Me 6 则Me G A 7 按以上原理 编制曲线拟和程序计算 即可求得Ai和k 获 得发动机外特性拟合曲线 E Q 6 4 8 0轻型客车装配的是E Q 4 9 1发动机 它的试验转矩 特性如表1 表1E Q 4 9 1试验转矩特性 将以上数据输入拟合程序 设拟合曲线中k 5 得出拟合曲 线如下 Me 1 6 3 3 9 0 1 1 0 9 1 3 n 1 3 6 4 8 5 1 0 4 n 2 6 1 9 1 2 8 6 1 0 8 n 3 1 2 0 8 9 8 1 0 1 1 n 4 8 8 5 6 0 7 1 0 1 6 n 5 8 2发动机万有特性 为了计算燃油消耗量 可先用曲面拟合该发动机油耗的万 有特性 得出一个以发动机功率和转速为自变量的油耗率 g k W h 的二维多项式 9 式中 P e 发动机的功率 k W 汽车传动系统参数优化设计 赵卫兵王俊昌 安阳工学院 安阳4 5 5 0 0 0 O p t i mi z a t i o n d e s i g n o fa u t o mo b i l e t r a n s mi s s i o n Z H A O We i b i n g WA N GJ u n c h a n g A n y a n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y A n y a n g4 5 5 0 0 0 C h i n a 摘要 主要研究将优化理论引入到汽车传动系参数设计中 以实现汽车的发动机与传动系的最佳 匹配 达到充分发挥汽车整体性能的目的 关键词 汽车传动系 参数匹配 优化 A b s t r a c t I nt h i s p a p e r t h eo p t i m i z e dt h e o r yi s u s e di nt h ed e s i g no f t h ea u t o m o b i l et r a n s m i s s i o ns y s t e m i no r d e r t o i m p r o v e t h e p e r f o r m a n c e o f t h eb u s K e yw o r d s A u t o mo b i l e t r a n s mi s s i o ns y s t e m P a r a me t e r ma t c h i n g O p t i mi z a t i o n 中图分类号 T H 1 2 2 U 4 6 4文献标识码 A 来稿日期 2 0 0 6 1 0 1 0 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 0 7 0 6 0 0 1 1 0 2 4 0 0 0 1 2 5 5 3 8 0 0 1 3 3 4 3 5 0 0 1 3 8 3 3 0 0 0 1 5 0 1 2 5 0 0 1 4 6 9 2 0 0 0 1 4 2 8 1 5 0 0 1 3 7 1 1 0 0 0 1 2 5 3 发动机转速n e r m i n 1 发动机转矩Me N m 第6期 2 0 0 7年6月 1 1 M a c h i n e r y D e s i g n g e 燃油消耗率 g k W h 3数学模型的建立 车轮牵引力F t可表达为 F t Mei0ig t r 1 0 式中 Me 转速为n时的发动机转矩 N m 可由 1 式确定 i g 变速器第就j档传动比 i 0 主减速比 t 传动系传动效率 r 车轮滚动半径 m 由汽车行驶方程 d v d t g G F t F f Fw 1 1 得 v 0 d t v 0 G g F t j F f Fw d v 1 2 式中 汽车旋转质量换算系数 G 汽车满载质量 k g F f 汽车的滚动阻力 F f G f F w 汽车的空气阻力F w CDA v a 2 2 1 1 5 f 滚动阻力系数 CD 空气阻力系数 A 迎风面积 m 2 由于d t 1 ad v 1 3 故上式可由加速度a的倒数与车速的关系曲线分段积分求 得 曲线下两个速度间的面积就是通过此速度区间的加速时间 T 可以取汽车由起步并连续换档加速至v a m a x的时间T f1 X 最 短作为优化匹配追求的第1个目标 在第j档和车速v a下发动机的转速和功率为 n e v a i0 ij 0 3 7 7 r r m i n 1 4 Ne 1 t G f v a 3 6 0 0 C D A v a 3 7 6 1 4 0 G v a 3 3 6 0 0 g d v d t k W 1 5 将 7 8 两式代入 6 得该转速 功率这一点的油耗率 这样 可求出在某一速度下行驶某段距离s的油耗量为 Q g eNeW 1 0 2 v a s L 1 6 式中W为加权系数 等速时取1 加速时取1 0 5 将上式在六工 矿试验曲线上积分 就可得到该工况试验的油耗量QL f 2 X 并以其最小作为优化匹配追求的第二个目标 3 1目标函数 F X 1 f 1 X 2 f 2 X 同时考虑汽车动力性和经济性 即 1 2 1 图1汽车六工况试验规范 3 2设计变量 X i g 1ig 2 i g n T X i 0 3 3约束条件 1 保证变速器传动比设计要求 则有 g 1 X 0 8 5 T i g 1 ig 2 0 g 2 X i g 1 ig 2 1 1 5 T 0 g 3 X 0 8 0 T i g 2 ig 3 0 g 4 X i g 2 ig 3 1 1 0 T 0 g 5 X 0 7 5 T i g 3 ig 4 0 g 6 X i g 3 ig 4 1 0 5 T 0 g 7 X i g 4 1 0 0 5 0 g 8 X 0 9 9 5 i g 4 0 g 9 X 0 7 0 7 i g 4 ig 5 0 g 1 0 X i g 4 ig 5 1 0 7 0 2 满足最大爬坡度要求 则有 g 1 1 X G f c o s s i n Me m a x i g 1 ig 5 t r 0 3 满足汽车最高档动力性要求 则有 g 1 2 X D0 m a x D0 m a x 0 式中 D0 m a x 汽车最高档动力因数的下限值 D0 m a x Me m a x i g 5i0 t r C D A va 2 2 1 1 5 G v a 当汽车处于最高档时 传动比i g 5 对应于nM时的车 速 4 满足最高车速要求 有 g 1 3 0 3 7 7 n N r ig 5i0 va m a x 0 g 1 4 0 9 5 va m a x 0 3 7 7 n N r ig 5i0 0 式中 n N 发动机最大功率时的转速 r m i n 优化计算 原车基本参数为 汽车总质量G 2 5 0 0 k g 车轮滚动半径R 0 3 6 4 m 空气阻力参数CD A 2 6 6 3 滚动阻力系数f 0 0 1 2 9 7 燃油密度 0 7 2 2 k g L 表2优化结果 表3优化前后性能对比 汽车档位的大体上是按等比级数分布的 但由于考虑到汽 车的实际使用情况 实际上各档传动比之间的排列与几何级数 略有出入 这种人为的因素在优化过程中是无法考虑的 设计者 Q L 1 0 0 k m 1 0 9 7 3 2 7 v m a x k m h 1 1 8 1 2 7 7 6 3 i m a x 3 0 3 1 0 9 3 6 3 D1 m a x 0 2 9 9 7 7 0 3 1 0 8 9 3 7 1 D0 m a x 0 0 3 0 6 6 0 0 3 3 3 2 8 6 8 主减速器传动比 变速器传动比 优化数据 4 5 5 8 4 1 2 6 2 4 8 3 1 5 7 6 1 0 0 0 0 7 8 6 原车数据 5 2 8 6 4 4 5 2 2 6 1 9 1 6 2 8 1 0 0 0 0 8 0 2 i 0 i g 1 i g 2 i g 3 i g 4 i g 5 1 2 第6期赵卫兵等 汽车传动系统参数优化设计 除了要汽车的动力性和经济性之外 还要考虑汽车的实际使用 情况 因为齿轮齿数为整数 故各档传动比不能任意选取 同时 考虑到换档的方便 常用档位间的公比宜小些 参考文献 1刘惟信 机械最优化设计 北京 清华大学出版社 1 9 9 4 2何仁 高宗英 汽车传动系最优匹配评价指标的探讨 汽车工程 1 9 9 6 1 1 3倪计民 陈华等 汽车动力 传动系匹配优化设计应用软件 汽车技术 1 9 9 8 8 7 4宋宝玉 任秉银 汽车传动系参数优化设计系统的研究 哈尔滨工业 大学学报 2 0 0 1 2 1 7 9 1 8 2 5J J C r e e n b a u m L i g h t t r u c kp o w e r t r a i no p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e sa n dp r o c e d u r e s S A ET r a i n sE c t i o ns e c i o n 1 9 8 7 3 6F u e l E c o n o m yw i t hA u t o m a t i cT r a n s m i s s i o nS A E8 4 1 3 0 3 1 9 8 4 1汽车轮胎气压监测的工作原理 1 1轮胎爆胎机理 试验证明 8 0 的轮胎爆胎是有预兆的 至少在爆胎发生前 一小时 轮胎的胎内压力和温度会出现异常 这就为实现轮胎爆 胎预警提供了技术上的支持 影响轮胎爆胎的首要因素是轮胎的充气压力 充气压力过 高和过低都会缩短轮胎的使用寿命 试验数据表明 当轮胎压力 低于其额定值 0 0 3 M P a 时 轮胎的正常使用寿命将会少约2 5 当轮胎压力高于标准值2 5 时 其寿命将会降低1 5 2 0 3 轮胎在行驶过程中会因生热而出现温度大幅度升高现象 温度的升高除会使橡胶强度降低 导致帘线强力降低 当轮胎温 度从0 升高到1 0 0 时 对尼龙轮胎来说 帘线强力会降低 2 0 左右 橡胶强度则下降5 0 左右 轮胎温度高于临界温度 1 0 0 以内是正常温度 1 0 0 1 2 1 是临界温度 1 2 1 以上是危 险温度 时 橡胶强度和帘线强力降低更多 轮胎的使用寿命的 急剧缩短 一般来说 行驶速度越高 轮胎在单位时间内与地面的接触 次数越多 摩擦越频繁 变形频率越大 同时由于胎体的振动 周 向和侧向产生的扭曲变形增大 其后果必然是帘布胶的老化加 速和帘布的耐疲劳性能降低 轮胎出现早期脱层或爆破现象 本 设计将从影响汽车轮胎爆胎的充气压力和温度两方面对轮胎的 使用性能进行实时监测 1 2对轮胎气压监测的温度补偿 对轮胎气压的监测主要是对轮胎标准压力的门限阈值确 定 对门限阀值的基本要求是此数值必须科学准确 不准确的门 限阈值不仅增加系统虚警概率 更为严重的会出现漏报情况 这 反而影响驾驶员对汽车行驶安全状况的判断 产生不确定的安 全危害 为了得到科学准确的门限阈值 需要对影响压力门限阈 值变化的原因进行分析 这里主要就是环境温度对轮胎压力的 影响 实验证明 当环境温度处于0 2 4 时 充气压力无需作任 何修正 但当环境温度高于2 4 或低于0 时 轮胎压力就会随 环境温度发生一定量的变化 基础充气压力就需要作一定修正 环境温度高于2 4 时 其对轮胎压力的影响程度如表1所示 表1不同温度下轮胎压力增长率的变化情况 环境温度 胎压增长率 2 5 2 94 3 0 3 46 3 5 3 98 4 0 4 51 0 汽车轮胎压力智能监测系统的设计与研究 赵永强侯红玲 陕西理工学院机械工程学院 汉中7 2 3 0 0 3 T h e d e s i g n a n d d e v e l o p me n t o f t h e a u t o mo t i v e t i r e p r e s s u r e I n t e l l i g e n c e mo n i t o r i n g s y s t e m Z H A OY o n g q i a n g H O UH o n g l i n g S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g S h i a n X i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y H a n z h o n g 7 2 3 0 0 3 C h i n a 摘要 依据轮胎爆胎机理 对影响汽车轮胎工作性能因素进行分析 简述了汽车轮胎压力监测系 统的工作原理和系统组成 设计了适用于真空胎的轮胎压力独立智能监测系统 简述了系统的硬件设计 软件实现和无线通讯协议等方面的内容 关键词 汽车轮胎 T P MS 无线传输 单片机 A b s t r a c t A n a l y z i n g t h e r e a s o no f a u t o m o t i v e t i r e p e r f o r m a n c e b a s e do nt h e t h e o r y o f t i r e e x p l o d e E x p l a i n i n g t h e t h e o r y a n df o r mo f a u t o m o t i v e t i r e p r e