商用汽车动力传动系参数的优化设计

第27卷第l期辽宁工程技术大学学报(自然科学版2008年2月V01.27No.1JoumalofLiaoningTechnicalUnivers时(NaturalScienceFeb.2008文章编号:i008拐62(200801m11∞3商用汽车动力传动系参数的优化设计关志伟1,孙奇涵1,张建华2(1.天津工程师范学院汽车工程系,天津300222:2.慕迪光大技术服务有限公司,北京100083摘要:为了对商用汽车动力传动系参数进行优化设计,在汽车动力性和经济性模拟计算的基础上,应用优化设计理论及方法,以汽车能量利用率为目标函数,提出了一种商用汽车传动系参数的优化设计方法。以某商用汽车传动系参数的优化为例,经过优化传动系参数后的计算结果表明;燃油经济性提高了3.82%;∞95(kⅡ1,h加速时间为57.45(s,动力性提高了1.63%。研究结果为商用汽车动力传动系参数的合理匹配提供了一种新的方法。关键词:商用汽车;动力传动系:匹配:优化中图分类号;u416.1文献标识码:AOptimaldesignmemodof10r巧powertrainparametersGUANZhiweil,SUNQihanl,ZHANGJianh瑚‘(1.DepartIIIentofAutomotiVeEn垂n∞一ng,TianjinUnive璐时ofTechnolo留andEdu∞tion,Tia珂in3∞222,China;2.M∞dyEverbrigIltTechIlicalSer、,iceCo.,Ltd,Beijing10∞83,ChinaAbstractsTbrcalizeoptimaldesignoflor巧powenrainparaI】∞ters,mispaperbasedontllesiInulatinmemod0fautomotiVeperfb咖锄ceaIldfueleconomy,wimoptimaldes远nmeoD,andlnemod,utilization础oofcarene玛yisata玛etfunction,AoptiIIlalpl孤isbroughtfonⅣardaboutpowemainp蝴metersofIorIy.necalculationresultindicatestllatfueleconomywillincrease3.82%;0~95(1【rI]I/11.Theacceleratingtimewillneed57.45(s,粕dautomotiVeperform强cewillincfease1.63%.Thestudyfesultpr0Videsanewmemodforlor叮powertrainparal】呛terlogicalmatching.Keywordsllor巧;powe疵n;matching;optiIllize引言汽车动力性和燃油经济性是评价汽车性能的重要指标。它们主要取决于动力传动系参数的合理匹配。发动机与传动系参数的合理匹配,会大大降低汽车的燃油消耗,可节油5%~10%,并可获得较好的动力性ll圳。对汽车动力传动系参数的优化匹配,以往的研究大多以驱动功率、原地起步连续换档加速时间与六工况燃油经济性的加权值作为综合评价指标,而这些指标实际上是汽车基本性能指标,并不能定量反映汽车动力传动系匹配完善程度【3一钉。汽车能量利用率把发动机和传动系的固有特性与汽车实际行驶条件相结合,它统一了两个相互制约的概念:动力性和燃油经济性,真实的反映了汽车发动机与传动系的匹配程度。本文以能量利用率驰为目标函数,对发动机参数给定的动力传动系参数进行了优化设计,并给出了一个具体算例及优化结果分析。1优化计算方法1.1目标函数目标函数为汽车以六工况行驶的能量利用率最高。其计算公式为刁E=咝(1”Qf日。式中:轮为汽车的能量利用率;Gc为汽车有效载重量(蚝;,为轮胎滚动阻力系数;H∞为汽车行驶平均速度(1a11/11;Qh为燃油消耗量(kg/11;风燃油的低热值,柴油为42496Ⅻ娃。1.2设计变量x-瞰L1坦L2双j,3趣j,4趣J'5艘j,6】其中础1=‘l・如…捌L6=蕊・fD,即把传动系传收稿日期:2006.1l—12基金项目:天津市自然科学基金资助项目(07JCYBJC04700;天津市高校科技发展基金资助项目(20051023作者简介:关志伟(1970-。男,吉林蛟河人。副教授,工学博士,主要从事交通环境与安全的研究,Bmail:gIl锄dⅡw55ll@163.com.本文编校:焦丽万方数据笫l期关志伟,等:商用汽车动力传动系参数的优化设计动比作为设计变量。1.3约束条件(1确定直接档最大动力因数,对于重型、中型商用汽车,由经验可得肘.。。x(f,6‘绣GA。20.04≤‰=——上_・上址￡≤0.06(2式中‰为发动机最大扭矩(N・m;h为直接档发动机最大扭矩时汽车车速(|【m/11。由发动机性能数据可知‰及其相应转速np,则’,.=0.377—=巴一(1【lTl/114X(,,6(2汽车行驶最高车速要求:0.377,l。伢%姒双6曼0(3确定最大传动比.互!』≥x(,,1≥堡‰!(3M,一。仍一。M。眦・纪式中:彬眦为最大道路阻力系数。Z二为驱动轮上的法向反作用力。(4地面附着力的限制要求在汽车行驶中,为了防止驱动力大于路面附着力而产生轮胎滑转现象,传动系参数应满足肘。。%X(1≤m2G。%(4式中:缈为地面附着系数,O.78;m2为汽车后轴荷分配系数%:(厶c。s口+玩sin口+生.娶,LLl为汽车重心到前轴的距离(m;魄为汽车重心高度(m;L为汽车轴距(m;口为道路坡度。(5确定中间各档传动比,.鲢器组引依端n7:”<娶婴<<塑丝<1.5;X(,,4X(,,5。心<裟组4。X(,,6一1.4优化程序采取求解有约束问题极小值的复合形法,以商用汽车六工况为汽车的运行工况,用C语言编制了商用汽车传动系参数优化计算程序。2算例和优化结果分析2.1整车参数以带超速档的某六档商用汽车为例。该车整车有关参数:汽车总质量12245(kg、汽车空气阻力系数0.“、迎风面积4.9(m2、道路地面附着系数O.78、最大爬坡度26%、最高车速120knl/Il、传动系效率叩=0。90。该车传动系速比fl=5.8“:f2=3.525:f3=2.11l:“=1.286:f5=1.Ooo;16==0.733;fo=5.14。2.2发动机万有特性发动机万有特性曲线上的等油耗线所表述的是在三维坐标系转速一转矩一比油耗下的一系列等油耗线在转速一负荷平面上所做的投影,因此可以利用MAlrLAB语言强大的数据处理和三维曲线绘图功能,由计算机直接绘制出所需的三维曲面,对其进行截取,从而得到所需的等油耗线。发动机各个转速下的负荷特性拟合曲线如图l。使用M触几AB语言中的MEsH语句,应用曲面拟合原理Iz】,生成发动机万有特性的三维曲面如图2。有了发动机万有特性三维曲面,就可以用一系列平行于转速一转矩平面韵平面截取发动机万有特性三维曲面,其一系列交线在转速一转矩平面内的投影即是等油耗曲线。等油耗曲线的数值取决与平面的位置。使用MATLAB中的CONTOUR语句p1就可以使计算机自动生成等油耗曲线,如图3。f,立白￥糌斌瘿要嫠较枢转矩,(N.m图1发动机负荷特性曲线图Fig.1bu埘encharacteristiccurveofengi鹏万方数据112辽宁工程技术大学学报(自然科学版第27卷j600事盖500姗耀400驾蒸300较忙2(0600图2发动机三维万有特性曲面Fig.23一DuniVersalcharacteristicgraphicsof转速“r.IIlin4图3发动机万有特性等油耗曲线Fig.3uIliversalcharaIcteristicequaloil-consulIlingcurveofengine2.3优化分析该车发动机万有特性数学模型参数:A(0=0.3500502930E+03;A(1=0.7515905762E+02;A(2=.0.1674715400E+Ol;A(3=0.4803004456E+02;A(4=一0.1370707035E+Ol;A(5=0.9908985347E.02;A(6=田.1982227707E+02;A(7=0.2067523599E+00。通过上述优化计算方法,用C语言编制了优化程序。程序优化结果:x(,,1=30.343896;x(,’2=17.851493;双厶3=11.13213l;坂,,4=7.398666;X(L5=5.2027589;X(,,6=3.751363o即fvl=5.832:f,2=3.43l;fy3=2.140:妇=1.422;如=1.000;‰=O.721;fyol=5.203。k(,l=O,l,2,3,4,5,6为经过优化设计后,主减速器的传动比及变速器各档传动比。利用笔者自编的汽车动力性及燃油经济性模拟计算程序,对传动系参数优化后的该商用汽车六工况行驶百公里油耗及加速时间进行模拟计算,其结果为:百公里油耗Q产14.86(L,100km:0—95(kmm加速时间为57.45(s。该车实际百公里油耗及加速时间为:百公里油耗:Q萨15.45(L,100km;0—95(kn[1/11加速时间为58.4(s。通过上述算例可以明显看出,经过优化传动系参数,燃油经济性较原方案提高了3.82%;0—95(1(111/11加速时间为57.45(s,即动力性提高了1.63%。优化结果表明:对传动系参数优化匹配,可以使汽车动力性燃油经济性均有所改善。3结语本文利用汽车理论及最优设计的基本原理,提出了以汽车能量利用率为目标函数的商用汽车传动系参数的优化设计方法。计算结果表明,采用此方法可以更好地实现传动系参数的优化。参考文献;【Il何仁.汽车动力性燃料经济性模拟计算方法及应用【M】.北京:机械工业出版社,1996.【21关志伟.基于M枷.AB语言的发动机万有特性研究【J】.吉林农业大学学报,2003,25(6:339—342.【3】杨连生.内燃机性能及其与传动装