汽车传动系统参数的优化设计

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汽车传动系统参数的优化设计

汽车传动系统参数的优化设计

摘要
汽车的动力性、经济性能是车辆的重要性能,影响汽车的动力性、经济性能的因素很多,其中汽车的动力装置参数(发动机的参数;变速器的挡位及传动比;主减器的速比;轮胎的规格及型号)和排气消声参数对上述性能的影响最大。过去研究动力传动系的匹配,是通过对不同的参数选择进行匹配试验,靠大量积累的试验数据和反复测试的结果进行设计,然后选择适用此车型的一组参数。这种方法耗时、耗力和耗费大量的费用。随着计算机的应用和测试手段的提高,可以通过模拟计算与试验相结合的方法来对汽车传动系优化设计。文中是对已经选定的一款发动机(4G)匹配商务车通过模拟计算与试验相结合方法来介绍如何对传动系优化设计。在已选定的发动机、变速箱速比和轮胎的基础上对后桥主减速比进行选择使动力性和经济性能达到最佳匹配。

关键字:动力;传动;优化

目录
第一章  汽车动力性与燃油经济性数学模型立 1
1.汽车动力性与燃油经济性的评价指标 1
1.1  汽车动力性评价 1
1.2  汽车燃油经济性评价 1
1.3  汽车动力性与燃油经济性的综合评价 1
第二章 发动机数学模型的建立 3
2.1 发动机的使用外特性 3
2.2   发动机的万有特性 4
第三章  传动系参数的优化设计 7
3.1 优化设计变量的确定 7
3.2  目标函数的建立 7
3.3 动力性目标函数的建立 8
3.4 经济性目标函数的建立 9
第四章 约束条件的确定 10
4.1 汽车动力性要求 10
4.2 传动系各挡传动比要求 11
第五章 求解过程 13
5.1 求解方法的比较 13
5.2 求解过程 14
第六章  基于VC++和Matlab的优化计算和分析 15
6.1  计算所选标杆车主要性能参数 15
6.2  传动系参数优化计算和分析 16
6.2.1  原地起步加速时间的求解 16
6.2.2  多工况百公里燃油消耗量的求解 17
6.2.3  绘制不同主减速器传动比的燃油经济性—加速时间曲线 17
6.2.4  传动系参数优化结果及总结 18
参考文献 19

 

第一章  汽车动力性与燃油经济性数学模型立
1.汽车动力性与燃油经济性的评价指标
1.1  汽车动力性评价
汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车的动力性主要可由以下三方面的指标来评定:
(1)最高车速:最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青)上汽车能达到的最高行驶速度。它仅仅反映汽车本身具有的极限能力,并不反映汽车实际行驶中的平均车速。
(2)加速能力:汽车的加速能力通过加速时间表示,它对平均行驶车速有着很大影响,特别是轿车,对加速时间更为重视。当今汽车界通常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车由第I挡或第II挡起步,并以最大的加速强度(包括选择适当的换挡时机)逐步换至最高挡后达到某一预定的距离或车速所需要的时间。超车加速时间是指用最高挡或次高挡内某一较低车速全力加速至某一高速所需要的时间。
(3)爬坡能力:汽车的爬坡能力是指汽车满载时用变速器最低挡在良好路面上能爬上的最大道路爬坡度。
1.2  汽车燃油经济性评价
汽车的燃油经济性是指在保证汽车动力性能的前提下,以尽量少的燃油消耗量行驶的能力。汽车的燃油经济性主要评价指标有以下两方面:
(1)等速行驶百公里燃油消耗量:它指汽车在一定载荷(我国标准规定轿车为半载、货车为满载)下,以最高挡在良好水平路面上等速行驶100km的燃油消耗量。行驶的燃油消耗量。
(2)多工况循环行驶百公里燃油消耗量:由于等速行驶工况并不能全面反映汽车的实际运行情况。汽车在行驶时,除了用不同的速度作等速行驶外,还会在不同情况下出现加速、减速和怠速停车等工况,特别是在市区行驶时,上述行驶工况会出现得更加频繁。因此各国都制定了一些符合国情的循环行驶工况试验标准来模拟实际汽车运行状况,并以百公里燃油消耗量来评价相应行驶工况的燃油经济性。
1.3  汽车动力性与燃油经济性的综合评价
由内燃机理论和汽车理论可知,现有的汽车动力性和燃油经济性指标是相互矛盾的,因为动力性好,特别是汽车加速度和爬坡性能好,一般要求汽车稳定行驶的后备功率大;但是对于燃油经济性来说,后备功率增大,必然降低发动机的负荷率,从而使燃油经济性变差。从汽车使用要求来看,既不可脱离汽车燃油经济性来孤立地追求动力性,也不能脱离动力性来孤立地追求燃油经济性,最佳地设计方案是在汽车的动力性与燃料经济性之间取得最佳折中。目前,在进行动力传动系统优化匹配时,一般应用多工况燃油经济性或汽车原地起步连续换档加速时间与多工况燃油经济性的加权平均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统的匹配完善程度,也不能提示动力传动系统改善的潜力和途径。汽车动力性与燃料经济性的综合评价指标,应该能定量反映汽车动力传动系统匹配的程度,能够反映出发动机动力性与燃油经济性的发挥程度,能够提示汽车实际行驶工况所对应的发动机工况与其理想工况的差异,能够提示动力传动系统改善的潜力和可能的途径。汽车动力性燃油经济性的综合评价体系和指标:
(1)动力性能发挥程度的评价指标——驱动功率损失率  在行驶挡位一定的情况下,驱动功率损失率表示实际汽车动力传动系统特性与理想的动力传动系的差距,反映了汽车动力性的大小与汽车动力性能发挥程度。其值越小,发动机与传动系统在动力性能方面匹配得越好。
(2)经济性能发挥程度的评价指标——有效效率利用率  有效效率利用率为发动机常用工况平均有效效率与经济区有效效率的比值。有效效率利用率能够反映出发动机经济性能发挥程度,其值越大,发动机与传动系在经济性能方面匹配得越好。
(3)汽车动力传动系统匹配的综合指标——汽车能量利用率  汽车能量利用率是指燃料的化学能转化为汽车有用功的效率。它统一了两个相互制约的概念:燃油经济性和生产率。这个指标把发动机和底盘的固有特性与汽车实际行驶条件相接合,既反映汽车具有的能力,又反映了汽车的实际使用效果,因此用它作为汽车动力传动系统合理匹配综合评价指标,既反映汽车动力传动系统与使用工况的匹配程度,又能提示动力传动系统改善的潜力和途径。


参考文献
[1] 吉林大学陈家瑞主编.《汽车构造》.机械工业出版社.2007年7月第二版 
[2] 清华大学余志生主编.《汽车理论》.机械工业出版社.2008年1月第四版[3] 胡宁等主编.《现代汽车底盘构造》.上海交通大学出版社.2003年8月第一版 
[4] 吉林大学王望予主编.《汽车设计》.机械工业出版社. 2004年9月第一版 
[5] 纪名刚、濮良贵主编 《机械设计》  高等教育出版社  2006年5月第八版 
[6]刘鸿文主编《材料力学》高等教育出版社  2004年1月第四版 
[7]周筠、涂颖芳责任编辑 《精通AutoCAD2006中文版》  电子工业出版社   
2006年8月第一次印刷 
[8]何从责任编辑  《Pro/ENGINEER wildfire3.0中文版机械设计100例》 电
子工业出版社  2007年5月第一次印刷 
[9]谭浩强主编 《C程序设计》  清华大学出版社  2005年7月第三版 
[10]成大先主编  《机械设计手册》  化学工业出版社  2004年7月第一版
 [11] 范思冲主编 《画法几何及机械制图》 机械工业出版社 2005年7月第
一版 
[12]廖念钊主编.《互换性与测量技术基础》.中国计量出版社.2006年1月第
三版 
[13]吴宗泽、罗圣国主编.《机械设计课程设计手册》.高等教育出版社.2006
年5月第三版 
[14]Mechanical Dynamics Inc, Design Technologies Division, 2301 
Commonwealth Boulevard, Ann Arbor, MI. Available

 

 


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