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传动系优化及与发动机合理匹配研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-22  来源:中国汽车用品网  浏览次数:272
核心提示:  1前言在传统汽车设计中,为确定传动系参数,首先要根据设计者的经验和汽车在某些极限行驶状况下的动力性要求来选择几种方案进行设计、试制、试验,然后通过试验结果的对比,修改设计方案,然后再试制试验,如此反复,最后才能得到一种较好的设计方案这种设计方法耗资大周期长因此,设计者因受时间和经费所限,往往简单地采用参照法决定了动力与传动系的匹配,其结果往往是虽然能满足基本性能要求,但是发动机与传动系的匹配却

  1前言在传统汽车设计中,为确定传动系参数,首先要根据设计者的经验和汽车在某些极限行驶状况下的动力性要求来选择几种方案进行设计、试制、试验,然后通过试验结果的对比,修改设计方案,然后再试制试验,如此反复,最后才能得到一种较好的设计方案这种设计方法耗资大周期长因此,设计者因受时间和经费所限,往往简单地采用参照法决定了动力与传动系的匹配,其结果往往是虽然能满足基本性能要求,但是发动机与传动系的匹配却不尽合理,没有充分发挥其性能指标,还增加了燃料消耗,加速了发动机磨损,降低了发动机使用寿命,恶化了发动机废气排放指标所以国内外汽车界学者、专家,都十分重视在发动机与传动系的合理匹配方面的研究这些方面的研究成果受到了农用运输车行业的关注。

  2国内外研究现状21国外1972年美国通用汽车公司首先开发汽车动力性、燃料经济性的通用预测程序GP-外大的汽车公司相继开发了各自的模拟程序,如福特汽车公司的TOFEP,康明斯公司的VMS,美国交通部的VEHSIM,日产汽车公司的CSVFEP,奔驰汽车公司的TRASCO等,使用这些程序,在样车制造前,就能准确地对汽车动力性、燃料经济性进行预测,并可以根据几种传动系速比的变化引起整车性能的变化,形成“最佳动力性燃料经济性曲线”和“C曲线”,从而找到能与所选发动机合理匹配的传动系22国内我国汽车动力传动系统最优匹配研究起步较晚,80年代以后,国内汽车行业和有关高校开展了一些研究工作,主要围绕汽车动力传动系统最优匹配的评价指标和汽车动力传动系参数的优化两个方面进行研究,如~,都是围绕汽车动力传动系参数的优化方面内容进行研究3基本计算公式3.1动力性3.1.1驱动力与行驶阻力SIMi,在测定汽车典型行驶驶工况的丨基上,国ohcPublMk驱动力seFtAUrightsreserved.http://www m对于货车r一一车轮半径,m f= 15Ttq发动机扭矩,N.m传动系机械效率因此Ft= a系数,由最小二乘法确定,阶数为2345、K Pe-一发动机所发出的功率,kWPt一一传动系中损失的功率,kW S-一在转动n圈时车轮滚动的距离,m功率Pe与扭矩Ttq的关系式车速va与发动机转速ne关系式行驶阻力EF G-一作用于汽车上的重力,NG=mg g一一重力加速度,m/s2;Cd―一空气阻力系数A-一迎风面积,m2 05精确计算/飞轮的转动惯量,kg.m2 3.1.2行驶的驱动一附着条件FFzhh-一附着条件Fzh―作用于所有驱动轮上的地面L汽车轴距,m h-―附着系数1(34等减速行驶工工况燃油消耗量31油站)上界,无界则则当i=0加速时3.1.4功率平衡方程3.2燃油经济性等速行驶燃油消耗量单位时间内燃油消耗量Qt Ps一一阻力功率,kW整个等速过程S燃油消耗量QQ换算成等速百公里燃油消耗量Qs=Psb等加速行驶工况燃油消耗量把加速过程分割为n个区间,每增1km/h为1个小区间,Qti一一各个时刻的单位时间燃油消Qt0一一行驶初速度va1时,即t0时刻的单位时间燃油消耗量,mL/即tn时刻的单位时间燃油消/dtd)-QiQ一一怠速工况燃油消耗量,mL/sva2va3一一起始及减速终了的车速,km/h 4优化方法在数学规划方法的基础上发展起来的最优化设计,得到迅速发展,这是一种非常有效的新的工程设计方法。这种方法不仅使工程设计周期大大缩短,设计精度显著提高,而且能得到传统设计方法无法得到的最优设计方案4.1算法和原理本软件采用的设计方法是鲍威尔(Pow-ell)约束变尺度法(cvm01)其原理框图见该算法是将约束非线性规划问题转化为一系列二次规划子问题从这一系列子问题的解逼近原问题的解,故也称序列二次规划问题因此采用数值方法求解二次规划问题对于拉格朗日(Lagrange)函数海色(Hesse)矩阵逆阵的形成,采用了BFGS变尺度法本算法程序采用监控技术处理,搜索评价准则,以确定步长问题4.2优化方法数学模型标准形式G(i)一一约束函数数组NC―一约束条件总数NE-一等式约束条件数目NC-NE-一不等式约束条件数目X一一设计变量数组NN一一设计变量维数主程序MAIN格式VARLB-一设计变量下界VARUB-一设计变量上界NN设计变量数格式5优化数学模型5.1目标函数qqsqqs一一多工况百公里燃油消耗量计算值,L Tm――连续加速时间,S ww加权系数(1~100)5.2设计变量t一一相邻挡位速比比值,t一般应小于1. 7~1.8,如果过大应增加挡位数。

  7篇0速器速比)量的二维燃油消耗率多项式。使用该多项式式都已经专门编,相应的计算机程序。并bookmark7 Npmax一一发动机最大功率,kWVpmax一一发动机最大功率转速下车pddm最大爬坡度要求值//一一附着力要求值,N箱,对于两挡以上变速箱上面系数应改变并增加相应约束条件。软件总体结构见6几个问题讨论6.l发动机扭矩的确定根据试验台测得的发动机外特性扭矩曲线,拟合成多项式,即Ttq= al.n+由最小二乘法确定,阶数K随特性曲线而异,一般在2345中选取,本程序中选取K=4 6.2燃油消耗计算根据发动机万有特性曲线图,采用矩形域上的最小二乘曲面拟合成一个以发动机转速n和平均有效压力p,(或功率P)为自变况燃油消耗率进行计算以发动机扭矩曲线拟合的扭矩多项式及发动机万有特性曲线拟合的燃油消耗率多项已对下述机型进行拟合:品)品)380G(扬州红星动力公司产品)本程序使用了上述拟合的多项式并进行一定的程序编排,实现了各种发动机在不同转速和平均有效压力(或功率)及在不同工况下的发动机转矩和燃油消耗率计算6.3数据输入方式可以满足用户不同习惯和各种情况的输入6.4输出结果程序运行结束后,其结果自动存放在数据文件中,优化设计结果放在一个数据文件中,如果不优化而是设计计算,则结果放在两个数据文件中。

  6.5关于优化设计变量比,但如果按此优化,则在其优化结果中将给出一组全部变动了的设计变量值(与输入的初始值相比较)这与实际需要有时不符合,因实际设计中往往需要保持某挡传动比不变,而只优化其它挡传动比,为此,我们在程序编写中通过某种特殊安排,实现了该要求根据用户要求我们已安排如下几种方案:次最高挡和主减速不优化6.6各挡传动比的确定6.6.1挡位数的确定就动力性而言,应增多挡位,这增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会,提高了汽车的加速与爬坡能力就燃油经济性而言,应增多挡位,这可增加发动机在低燃油消耗率区工作的可能性,降低了油耗应能满足挡与挡之间的传动比不大于1.7~1.8,最大传动比与最小传动比之比值愈大,挡位数也应愈多。

  比功率愈小,挡位数应愈多。轻型、中型货车比功率较小,而重型货车更小,所以挡位数应多,而重型车应更多。

  挡位数多,结构要复杂,操纵机构也相应复杂,成本也相应提高,应给予考虑化设计变变速箱各挡速比及主减速桥速——c上面4可保正证换挡无冲击考并可充分/ 6.6.2相邻传动比一般汽车各挡传动比应大致符合下式:利用发动机提供的功率,提高发动机动力性。

  当汽车需大功率时,如全力加速或上坡,如果配有等比级数分配传动比的变速箱,能使发动机经常在接近外特性最大功率处的大功率范围内运转,从而增加了汽车的后备功率,提高了加速或上坡能力。

  在实际中,各挡传动比之间比值并不是正好相等,即不是正好按等比级数来分配传动比的,这主要考虑各挡利用率差别很大的缘故,即,汽车主要是用较高挡位行驶,所以较高挡位相邻两挡间的传动比的间隔应小些,因此,实际上各挡传动比关系应如下式:应使实际能实现的最高车速与发动机最大功率时的车速相等,可使实际能实现的最高车速最高,如果发动机功率曲线在阻力功率曲线右方,此时VPmax>Vmax(VPmax不能实现),汽车后备功率也比较小,所以动力性较差,但发动机功率利用率高,燃油经济性也较好,如果发动机功率曲线在阻力功率曲线左方,此时VPmax  在计算机程序编制中实现了各挡传动比遵循如下关系:实现了最高车速与发动机最大功率时的车速接近相等,这使实际实现的最高车速最高。

  优化程序编制中对输入、输出方式,优化设计变量的选取等,都采取了很多编制技巧,使该优化程序使用方便,应用灵活本文研究成果同样适用于农用运输车。

 
 
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