畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的傳動(dòng)系匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、目 錄中文摘要3英文摘要4第一章 緒論51.1傳動(dòng)系統(tǒng)匹配研究的目的和意義51.2模擬計(jì)算在汽車傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)況51.3國內(nèi)外動(dòng)力總成匹配研究現(xiàn)狀概述71.4本文的主要研究內(nèi)容8第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)學(xué)模型的建立92.1發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法的選擇92.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性建模92.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性建模102.1.3 實(shí)例及結(jié)果分析11214結(jié)論1322發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線數(shù)字化的研究與分析14221數(shù)字化原理142.2.2數(shù)字化程序的開發(fā)152.2.3實(shí)例應(yīng)用172.3本章小結(jié)19第三章 重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)的匹配213.1 概述213.2 整車性能的計(jì)算機(jī)仿真模擬計(jì)算213.2.1

2、汽車換檔模型213.2.2 汽車動(dòng)力性模擬計(jì)算233.3 重型商用車傳動(dòng)系匹配評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定293.3.1 概述2934 重型商用車傳動(dòng)系的快速匹配293.4.1 重型商用車傳動(dòng)系匹配的數(shù)學(xué)模型293.4.2 重型商用車傳動(dòng)系匹配計(jì)算機(jī)仿真303.5 總結(jié)32第四章 重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)334.1 概述334.2 重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立334.2.1 目標(biāo)函數(shù)334.2.2 設(shè)計(jì)變量344.2.3 約束條件344.3優(yōu)化方法概述354.3.1 mdcp數(shù)學(xué)模型354.3.2 mdcp的基本原理354.4 實(shí)例應(yīng)用394.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)建模結(jié)果394.4.2 原車性能計(jì)

3、算414.4.3 優(yōu)化后整車性能及分析474.5 關(guān)于汽車排放性能指標(biāo)的研究524.5.1汽車排放性能的模擬計(jì)算524.5.2 排放指標(biāo)在傳動(dòng)系優(yōu)化中的應(yīng)用544.6 本章小結(jié)54第五章 全文總結(jié)與建議555.1 本文總結(jié)555.2 建議56參考文獻(xiàn)57基于整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性傳動(dòng)系匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)中文摘要： 本文分析了重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及匹配過程，首先比較分析了建立發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的數(shù)值計(jì)算方法，確定了最小二乘法擬合的建模思路并針對(duì)萬有特性圖片的數(shù)據(jù)采集困難的問題，開發(fā)了萬有特性圖片的數(shù)字化程序，從而準(zhǔn)確快速的建立了發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性仿真計(jì)算打下了良好的基礎(chǔ)。其次，

4、論文分析了汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)型的計(jì)算機(jī)仿真過程；建立了重型商用車基于實(shí)際運(yùn)行工況的傳動(dòng)系匹配的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)：分析了重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)的匹配流程。并且應(yīng)用該綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，以車輪半徑為離散變量，主減速比為連續(xù)變量對(duì)國產(chǎn)某重型卡車進(jìn)行了傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得優(yōu)化后整車常用車速的等速百公里油耗得到了改善。關(guān)鍵詞：重型商用車 傳動(dòng)系參數(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 匹配abstract: in this paper, we studied optimal design and matching process of the transmission parameters of heavy commercial v

5、ehicle. firstly, we compare with some mathematic method about modeling engine characteristics; the conclusion is that the least squares method has the best fitting precision. in view to the problem of gathering data from the engine fuel consumption characteristics plot, an engine fuel consumption ch

6、aracteristics digitalized method is developed. the method can quickly and accurately establish the math model of the engine, what applies a good basis for the following dynamic and economic simulation of the heavy commercial vehicle.then we analysis the process of computer of the automobile power pe

7、rformance and fuel economy; establish the evaluation index of the optimal match of heavy commercial vehicle transmission parameters based on practice conditions; and then we analysis the matching process of transmission parameters heavy commercial vehicle. after that, the transmission parameters of

8、heavy truck are optimized with the index, in the optimization model, final drive ratio is continuous variable and tire size is discrete variable. and the constant speed oil-consumption per 100km of the truck is improved.keywords: heavy commercial vehicle transmission parameters optimization design m

9、atching第一章 緒論1.1傳動(dòng)系統(tǒng)匹配研究的目的和意義汽車整車性能的好壞不僅僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系各自單獨(dú)的能，而是在很大程度上取決于二者匹配得如何在評(píng)價(jià)汽車的整性能時(shí)，往往要用到一些特定的指標(biāo)，如衡量汽車動(dòng)力性的主要指是其最高車速爬坡性能和加速性能等，衡量燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特的主要指標(biāo)是汽車在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)循環(huán)下的百公里油耗和每公里排放這些指標(biāo)除了反映發(fā)動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)力性燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特外，還體現(xiàn)了整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)變速器主減速器以及驅(qū)輪等的相互配合及優(yōu)化程度一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)即使具有良好的性能果沒有與之合理匹配的傳動(dòng)系，也不可能充分發(fā)揮其最佳性能。因此合理的匹配汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是降低汽車油耗和

10、排放、提升動(dòng)力的重要措施。在新能源、新技術(shù)尚未大規(guī)模推廣之前，合理的匹配汽車的動(dòng)力總成系統(tǒng)對(duì)于汽車生產(chǎn)廠家更具有現(xiàn)實(shí)意義。1.2模擬計(jì)算在汽車傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)況在汽車實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，動(dòng)力傳動(dòng)系的匹配狀況并不能令人滿意。這主要是由兩個(gè)方面的原因造成的。其一，由于傳統(tǒng)的測(cè)試手段和計(jì)算工具的限制，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系匹配時(shí)一直都采用定性分析和簡單的定量計(jì)算，靠大量積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、反復(fù)的測(cè)試及設(shè)計(jì)，難以對(duì)多種方案進(jìn)行計(jì)算比較。這樣所造成的后果往往是，一個(gè)部件性能的改進(jìn)完全有可能由于和另一個(gè)部件的匹配不當(dāng)而造成整體的性能未獲得改進(jìn)。有統(tǒng)計(jì)表明，目前國內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的使用工況多數(shù)遠(yuǎn)離其最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)

11、和最佳排放區(qū)，未能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)系的最佳匹配，在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)持續(xù)工作期間其平均效率僅為11-18%。其二，即使采用上述方法對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的匹配，對(duì)于車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的評(píng)價(jià)也只能在進(jìn)行試車道路試驗(yàn)或地盤測(cè)功機(jī)試驗(yàn)之后方可實(shí)施。這樣做不但周期長、重復(fù)性差、成本高，而且在茶品設(shè)計(jì)中使得整車及總成方案的確定、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取及傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配都具有一定的盲目性，從而造成人力、財(cái)力和物力的浪費(fèi)，更為嚴(yán)重的是，有可能曹智整車設(shè)計(jì)的失敗。由此看來，如果整車總布置設(shè)計(jì)時(shí)不能科學(xué)的、合理的、明確的提出發(fā)動(dòng)機(jī)總成、傳動(dòng)系總成及車輛零部件的技術(shù)性能指標(biāo)，就會(huì)使的設(shè)計(jì)結(jié)果往往遠(yuǎn)離產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

12、為了避免技術(shù)開發(fā)和技術(shù)決策的盲目性，提高汽車設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短研制周期，更合理的確定發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系及各總成零部件的性能指標(biāo)，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)當(dāng)采用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來研究整車性能，對(duì)整車性能進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)、技術(shù)分析和技術(shù)決策。在確定車輛性能時(shí)常用的方法有實(shí)驗(yàn)法和計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算法。實(shí)驗(yàn)法是通過道路試驗(yàn)測(cè)定汽車的動(dòng)力性指標(biāo)，在汽車底盤測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上讓汽車按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)訊號(hào)規(guī)定的行駛程序行駛，測(cè)量其燃油消耗和排放，而計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算方法則是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的一些特性曲線（如外特性曲線和萬有特性曲線）和汽車的技術(shù)參數(shù)對(duì)汽車各種典型的行駛過程進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而計(jì)算在同試驗(yàn)循環(huán)下的燃油消耗和排放。在計(jì)算時(shí)，對(duì)汽車瞬態(tài)工況（如加速

13、過程）的模擬，多是利用發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)萬有特性場(chǎng)，采用線性回歸擬合或多維插值對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。實(shí)驗(yàn)法相對(duì)而言比較準(zhǔn)確，但是需要一套昂貴的汽車底盤試驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室還要加工不同的試驗(yàn)備件，耗費(fèi)較大，而且在整車設(shè)計(jì)開發(fā)的初期，也沒有樣車進(jìn)行試驗(yàn)，不可能分析比較各種不同的實(shí)驗(yàn)方案。與實(shí)驗(yàn)法相比，模擬計(jì)算法則具有以下特點(diǎn)：1 可以考察汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)是如何影響汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的，特別是這些參數(shù)作微小變化時(shí)，實(shí)際車輛試驗(yàn)往往測(cè)量不出對(duì)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，而計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算則可以計(jì)算出其微小的影響。2 可以求解比較復(fù)雜而準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，過去無法求解的或需要大量時(shí)間才能求解的線性或非線性系統(tǒng)的微分方程組。采用

14、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)在數(shù)值計(jì)算方法以后，就可以很快的求出其數(shù)值解。所以，在計(jì)算機(jī)模擬的情況下可以采用能準(zhǔn)確描述所研究運(yùn)動(dòng)的較復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，這就使得計(jì)算機(jī)結(jié)果更接近實(shí)際。3 既可以模擬汽車在規(guī)定循環(huán)工況的排放和油耗，也可以在有路面譜的情況下模擬整車實(shí)際運(yùn)行情況的各種性能。因而能全面、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的各種性能指標(biāo)。4 能在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算，查明這些方案和參數(shù)對(duì)汽車性能的影響，有助于汽車設(shè)計(jì)人員很快的找到比較有利的設(shè)計(jì)方案和參數(shù)匹配，大大降低了設(shè)計(jì)人員的工作量。5 能使汽車工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，能夠?qū)φ噮?shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)在一定的預(yù)期目標(biāo)下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這在如

15、今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)來說是極為重要的，它將使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成功率大大提高，大幅降低汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的費(fèi)用，縮短研究周期，而且也將使得所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能大大提高，從而使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。正是這些優(yōu)點(diǎn)使得計(jì)算機(jī)模擬仿真方法可以有效的應(yīng)用于汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)。目前，國外汽車公司尤其是歐美國家對(duì)這一研究課題非常關(guān)注。模擬計(jì)算對(duì)于加快汽車的開發(fā)研制，尤其是對(duì)于汽車動(dòng)力傳動(dòng)系的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的意義。1.3國內(nèi)外動(dòng)力總成匹配研究現(xiàn)狀概述中國作為一個(gè)汽車大國，但并非是汽車強(qiáng)國，在汽車的開發(fā)研究和試驗(yàn)測(cè)試方面跟國外汽車公司相比有一定的差距。國外公司在開發(fā)投放新車型之前，都要針對(duì)目前汽

16、車市場(chǎng)、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的車型、購車者的消費(fèi)心理做一些分析研究，從而確定所開發(fā)車型的主要尺寸、技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)、成本、價(jià)格及利潤等。技術(shù)部門的設(shè)計(jì)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)汽車的性能，動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是其中最基本、最重要的性能。傳統(tǒng)汽車開發(fā)階段，這些性能主要是通過實(shí)車道路試驗(yàn)來測(cè)定。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、汽車技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽車的這些性能必須在汽車概念開發(fā)階段就確定，因此合理的汽車性能計(jì)算機(jī)仿真成為汽車工業(yè)發(fā)展的需要。這樣不僅可以節(jié)省大量的試驗(yàn)費(fèi)用，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，而且使得廠家對(duì)自己所設(shè)計(jì)車型的性能有準(zhǔn)確的預(yù)先估計(jì)。完善的汽車性能計(jì)算機(jī)仿真，不僅能夠模擬汽車在任何行駛工況下的瞬時(shí)油耗、累積油耗、行駛時(shí)間和距離

17、等，而且可以計(jì)算分析汽車設(shè)計(jì)參數(shù)如車重、空氣阻力系數(shù)、變速器速比等對(duì)汽車性能的影響。早在上世紀(jì)七十年代，美國最大汽車公司通用汽車就開發(fā)了汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的性能預(yù)測(cè)程序gpsim，隨后國際各大汽車公司都在這方面做了大量的研究工作，如福特汽車公司開發(fā)了toefp，康明斯公司的vms，美國交通部的veesim，日本日產(chǎn)汽車公司的csvfep，德國奔弛汽車公司的trasco，奧地利avl李斯特公司開發(fā)的cruise車輛仿真分析軟件，美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室nrel的advisor等。這些計(jì)算機(jī)模擬程序與試驗(yàn)相結(jié)合，使得設(shè)計(jì)人員能夠在汽車開發(fā)階段就可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，并且可以快速有

18、效地比較不同發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系匹配時(shí)汽車的性能，從而找到最佳的匹配方案。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可以利用該程序，進(jìn)一步優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)，完善汽車性能指標(biāo)。通過計(jì)算機(jī)模擬不僅可以避免設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)整車總成布置、動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)選擇的盲目性，防止遺漏最優(yōu)方案的可能性，而且還大大縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)省了大量的試驗(yàn)費(fèi)用。我國在汽車性能計(jì)算機(jī)模擬仿真方面的研究起步較晚，進(jìn)入80年代后，國內(nèi)汽車界如長春汽車研究所、吉林大學(xué)、江蘇大學(xué)等單位做了一些這方面的研究工作，主要工作內(nèi)容有:(l)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系數(shù)學(xué)模型的研究;(2)給定工況模擬研究;(3)實(shí)際道路條件隨機(jī)模擬的研究;(4)模擬程序的應(yīng)用研究。并取得了一些成果

19、。但是由于起步比較晚，跟國外大公司開發(fā)的模擬程序相比還存在如下主要問題:(l)數(shù)學(xué)模型不完善;(2)沒有形成通用計(jì)算程序和方法。這些問題導(dǎo)致我國汽車工程界在設(shè)計(jì)中無法運(yùn)用有效的工具較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和優(yōu)化汽車的性能，阻礙了開發(fā)水平的提高和自主研發(fā)能力的進(jìn)步。1.4本文的主要研究內(nèi)容針對(duì)本課題研究領(lǐng)域目前取得的成果和存在的問題，本文采用基于重型商用車實(shí)際運(yùn)行的工況下的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性加權(quán)統(tǒng)一的目標(biāo)函數(shù)，建立整車動(dòng)力傳動(dòng)系的優(yōu)化匹配模擬計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)排放性能指標(biāo)的計(jì)算機(jī)模擬作了一定的研究，最后對(duì)實(shí)例樣車進(jìn)行了仿真計(jì)算。本論文的主要工作有：(l)詳細(xì)分析了發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型建立的方法。針對(duì)目前常用的

20、數(shù)值計(jì)算方法，通過實(shí)例計(jì)算對(duì)比，找到最合適的計(jì)算方法。并開發(fā)了基于圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖片數(shù)據(jù)化軟件，能較輕松的建立發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，可以減輕開發(fā)人員得工作量。(2)建立了重型商用車傳東西匹配的數(shù)學(xué)模型，并確定了基于實(shí)際運(yùn)行工況的傳動(dòng)系匹配的綜合指標(biāo)，可以快速得到符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)系組合，且匹配效果更具有實(shí)際應(yīng)用意義。(3)對(duì)現(xiàn)有研究成果進(jìn)行分析，提出重型商用車基于實(shí)際運(yùn)行工況的傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并結(jié)合整車生產(chǎn)廠家的配套企業(yè)的實(shí)際情況，以主減速比為連續(xù)變量，車輪半徑為離散變量，是的優(yōu)化結(jié)果可以得到最快應(yīng)用。(4)總結(jié)目前的研究成果，詳細(xì)分析了汽車循環(huán)工況的排放性能計(jì)算方法，并且結(jié)

21、合實(shí)際排放法規(guī)，討論了如何在傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中加入排放指標(biāo)，從而使得計(jì)算結(jié)果更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。(5)目前重型商用車的萬向傳動(dòng)軸多是分段傳動(dòng)，本文結(jié)合實(shí)際車型，在考慮汽車實(shí)際行駛的情況下對(duì)汽車的萬向傳動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化布置，使得車輛在行駛過程中的當(dāng)量夾角最小，從而改善重型商用車行駛時(shí)萬向傳動(dòng)的噪聲和振動(dòng)。第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)學(xué)模型的建立發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立是汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算的基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的描述包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性和萬有特性。對(duì)于已知試驗(yàn)數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以采用數(shù)值計(jì)算的方法(主要是插值和擬合)來建立發(fā)動(dòng)機(jī)的模型，但是插值和擬合的方法均有很多種，需要從中選出最合適的建模方法，

22、使得汽車性能仿真計(jì)算的結(jié)果滿足精度要求同時(shí)對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，往往只能得到發(fā)動(dòng)機(jī)特性的曲線圖形，無法得到發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此就需要我們將發(fā)動(dòng)機(jī)圖形數(shù)字化，但人工數(shù)字化費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且準(zhǔn)確度不高，為此我們開發(fā)了一套萬有特性曲線圖計(jì)算機(jī)數(shù)字化程序。該程序可方便、快速地把任何形狀的萬有特性圖轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并得到發(fā)動(dòng)機(jī)特性的數(shù)學(xué)模型。2.1發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法的選擇2.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性建模對(duì)于已知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其使用外特性可以看作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一元函數(shù)，可以采用一元插值或者曲線擬合的方法建立模型。而萬有特性曲線可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的二元函數(shù)，用二元插值或者曲面擬合的方法建模。由于發(fā)動(dòng)機(jī)外

23、特性是一元函數(shù)，因此我們的建模方法可以選擇一元插值或者曲線擬合，下面將介紹幾種常用的數(shù)值計(jì)算方法。2.1.1.1一元全區(qū)間不等距插值在給定的n個(gè)不等距結(jié)點(diǎn)x=(i=0,1,2,n-1)上的函數(shù)值yt=f(xt),用拉格朗日插值公式計(jì)算指定插值點(diǎn)t處的函數(shù)近似值z(mì)=f(t)在n個(gè)結(jié)點(diǎn)中自動(dòng)選擇8個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行插值，且使指定插值點(diǎn)t位于他們的中間；既選取8個(gè)結(jié)點(diǎn)使其滿足以下條件xkxk+1xk+2xk+3txk+4xk+5xk+6xk+7,利用7次拉格朗日插值多項(xiàng)式計(jì)算插值點(diǎn)t處的函數(shù)近似值z(mì)=f(t)，即 z=i=kk+7ytj=kjik+7(t-xi)(xi-xj) 當(dāng)插值點(diǎn)t位于包含n個(gè)結(jié)點(diǎn)的區(qū)

24、間外時(shí)，將僅取區(qū)間某端的4個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行插值;而當(dāng)插值點(diǎn)t靠近n個(gè)結(jié)點(diǎn)的兩端時(shí)，選取的結(jié)點(diǎn)數(shù)將有可能少于8個(gè)2.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性建模 由于發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性是二元函數(shù)，因此我們的建模方法可以選擇二元插值或者曲面擬合，二元插值本文選擇了二元全區(qū)間插值。擬合則選擇了最小二乘法曲面擬合。2.1.2.1二元全區(qū)間插值給定矩形域上nm個(gè)結(jié)點(diǎn)(xi,yj)(i=0，1，2，n-1;j=0，l，2，m一1)上的函數(shù)值z(mì)v=z(xi,yj)，利用二元三次插值公式計(jì)算指定插值點(diǎn)(u,v)處的函數(shù)近似值w=z(u，v)。設(shè)給定矩形域上n個(gè)結(jié)點(diǎn)在各個(gè)方向上的坐標(biāo)分別為 x0x1xn-1,y0y1ym-1相應(yīng)的函數(shù)為

25、zv=z(xi,yj)，i=0,1,2,n-1;j=0,1,2,m-1 以插值點(diǎn)(u，v)為中心，其兩個(gè)方向上的坐標(biāo)分別為： xpxp+1xp+2xp+3uxp+4xp+5xp+6xp+7 ypyp+1yp+2yp+3vyp+4yp+5yp+6yp+7然后用二元三點(diǎn)插值公式：zx,y=i=pp+2j=pq+2(k=pkip+2x-xkxi-xk)(l=qljq+2y-ytyj-yl)zv 計(jì)算插值點(diǎn)（u,v）處得函數(shù)近似值。2.1.2.2 最小二乘法曲面擬合采用曲面擬合的方法求取模型的參數(shù)，實(shí)際上是個(gè)線性回歸問題。即認(rèn)為平面上的各測(cè)點(diǎn)z是其坐標(biāo)(x,y)的函數(shù)，從而建立回歸模式為： 式中：-模

26、型中待定系數(shù)； -隨機(jī)誤差； n-試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)； s-擬合階數(shù)； k待定系數(shù)個(gè)數(shù)，與多項(xiàng)式的擬合階數(shù)s存在如下關(guān)系： 擬合階數(shù)高時(shí)擬合值更接近于實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但此時(shí)在上下限區(qū)域內(nèi)通常會(huì)產(chǎn)生畸變，嚴(yán)重影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的模擬計(jì)算，因此本文擬合階數(shù)取3?；貧w模型寫成矩陣形式： 其中g(shù)為階矩陣，z和e均為列向量。假設(shè) 按照極值理論應(yīng)有 易得： 擬合值與觀測(cè)值擬合程度，可以用擬合度c來評(píng)價(jià)，同時(shí)也確定最佳s值。 其中為總體的均值。2.1.3 實(shí)例及結(jié)果分析2.1.3.1外特性建模實(shí)例與分析考慮到計(jì)算的方便性，我們?cè)谟?jì)算汽車動(dòng)力性時(shí)一般用擬合的方法來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)建模。如已知某發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表2-4：轉(zhuǎn)速100

27、01500200025003000350038004000扭矩135.33147.10152.98156.91147.10138.27133.37125.53表2-4轉(zhuǎn)速與扭矩?cái)?shù)值原始數(shù)據(jù)表采用最小二乘法對(duì)其擬合，擬合階數(shù)為6，得到的結(jié)果如圖2-1所示：圖2-1擬合得到的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線結(jié)果完全可以滿足計(jì)算需要的精度。2132萬有特性建模分析與實(shí)例目前針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性建模常用的方法是二元全區(qū)間插值和最小二乘法曲面擬合。若有足夠的已知點(diǎn)，二元全區(qū)間插值的計(jì)算精度可以保證，但是考慮到計(jì)算的方便性和編制程序的簡便，建議選用最d-乘法曲面擬合的方法需要注意的是，一般選用3階模型，否則擬合精度不能保證

28、，作者自己編制程序?qū)δ嘲l(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性進(jìn)行擬合，數(shù)學(xué)模型階數(shù)為3，得到比較滿意的結(jié)果，擬合精度為968，結(jié)果如圖22所示： 圖2.2擬合得到的發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性 214結(jié)論通過綜合比較多種發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法和實(shí)例分析，我們認(rèn)為運(yùn)用最小二乘法建立的發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)學(xué)模型既有較高的擬合精度，而且計(jì)算方便，為車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的仿真計(jì)算奠定了良好的基礎(chǔ)。22發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線數(shù)字化的研究與分析221數(shù)字化原理在汽車設(shè)計(jì)初始階段，要從眾多的不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)中選擇合適的一種，就要用到每一種發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性的具體數(shù)據(jù)，從而對(duì)汽車匹配該種發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)，使新開發(fā)的汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配最佳、性能最優(yōu)。在已有發(fā)動(dòng)機(jī)萬

29、有特性圖的情況下，過去使用的方法是：汽車總體設(shè)計(jì)師或性能分析工程師按照?qǐng)D形上的坐標(biāo)，用直尺測(cè)量、估算數(shù)值后用筆記錄下來，然后再手工輸入到計(jì)算機(jī)中形成數(shù)據(jù)文件，這種方法不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，測(cè)取的數(shù)據(jù)誤差大，數(shù)據(jù)錄入可能還存在差錯(cuò)，效率很低。為此，我們?cè)谶M(jìn)行汽車動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)匹配技術(shù)研究過程中，摸索了一種萬有特性曲線圖的快速數(shù)字化方法，編寫了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。本方法的數(shù)字化原理為：將萬有特性曲線圖放大，然后用鼠標(biāo)沿著等油耗線點(diǎn)擊讀取數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，將計(jì)算機(jī)界面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為萬有特性坐標(biāo)系坐標(biāo)，方法如下：我們將萬有特性曲線的圖片讀入計(jì)算機(jī)，在用戶坐標(biāo)系中，制定一矩形區(qū)域以顯示圖形， 設(shè)該

30、區(qū)域的左邊界為x1，右邊界x2，上邊界y1，下邊界y2，同時(shí)，我們?cè)O(shè)萬有特性特性曲線圖片的坐標(biāo)為：左邊界為sx1，右邊界sx2，上邊界sy1，下邊界sy2，顯示區(qū)域的上邊界線段的長x2-x1變換成萬有特性坐標(biāo)系下的長度為sy1-sy2，設(shè)其比例變換因子為k1，則可得 k*x2-x1=sx2-sx1 k1=(sx2-sx1)/(x2-x1)對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕內(nèi)任一x坐標(biāo)(x1xx2)變換為萬有特性坐標(biāo)系下水平方向sx坐標(biāo)(sx1sxsx2)，由上面知有， k*x-x1=sx-sx1 (式2-19) sx=sx1+k1(x-x1) (式2-20)同樣，經(jīng)變換后屏幕的左邊界線段的長y2-y1變換成萬有特性

31、坐標(biāo)系下的長度為sy2-sy1。設(shè)其比例因子為k2，則可得 （式2-21） （式2-22） 對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕內(nèi)任一y坐標(biāo)（） 變換為萬有特性坐標(biāo)系下水平方向sy坐標(biāo)，由上面知有， （式2-23）于是對(duì)屏幕上圖形內(nèi)任一點(diǎn)坐標(biāo)變換到萬有特性坐標(biāo)系下成為，則 （式2-24） （式2-25）式中 通過上面敘述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，我們就可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性的數(shù)據(jù)，并且經(jīng)過數(shù)值計(jì)算方法，最終得到發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型通過上述方法，可以大大減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，而且由于是計(jì)算機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)值計(jì)算，可以增加所建立發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的精確度，為后面的汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算做好充分的準(zhǔn)備。2.2.2數(shù)字化程序的開發(fā)數(shù)字化程

32、序是在windows操作系統(tǒng)下運(yùn)用matlab7.1開發(fā)的，運(yùn)用matlab7.1強(qiáng)大的圖形處理功能輕易的實(shí)現(xiàn)程序的算法，具體的過程：1 將萬有特性曲線圖片讀入計(jì)算機(jī)，務(wù)必保證圖片的清晰及端正。2 確定坐標(biāo)變換的比例因子首先采集坐標(biāo)原點(diǎn)、x軸上任一點(diǎn)及y軸上任一點(diǎn)。并輸入其在萬有特性下的坐標(biāo)值，分別為，而這些點(diǎn)在屏幕上的坐標(biāo)為，這樣我們就能得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換因子，。3 分別輸入要采集的油耗線的油耗值，依次在油耗線上采集固定個(gè)數(shù)的點(diǎn)，并且轉(zhuǎn)化為萬有特性坐標(biāo)系下的點(diǎn)。4 在計(jì)算機(jī)內(nèi)部經(jīng)過數(shù)值計(jì)算處理，得到發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并且利用圖形處理功能繪制出該模型的曲線圖程序流程圖如圖2-4所示：開始打開萬有特性

33、曲線圖形選擇坐標(biāo)原點(diǎn)并輸入數(shù)據(jù)，采集坐標(biāo)軸上任意點(diǎn)確定開始采集開始采集圖形等待命令輸入要采集的等油耗線的數(shù)值采集該油耗線上的各點(diǎn)是否采集完畢對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示計(jì)算結(jié)果否是是否結(jié)束 圖2-4發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線圖片數(shù)字化程序流程圖2.2.3實(shí)例應(yīng)用圖2-5為某一重型商用車發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字化前的曲線圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)如下： 額 定 扭 矩（nm）1250nm/1550r/min額 定 功 率（kw）235kw/2200r/min怠 速（r/min）60050最 低 油 耗（g/kwh）198吸 氣 型 式增壓中冷缸 徑/行 程（mm）126/130排 量（l）9.726l我們運(yùn)用自己編寫的程序?qū)υ摪l(fā)

34、動(dòng)機(jī)萬有特性圖片進(jìn)行處理，結(jié)果如下：a發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的數(shù)學(xué)模型為： （式2-28）式中： n表示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min），為轉(zhuǎn)速為n時(shí)扭矩（nm）。b. 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性的數(shù)學(xué)模型為： （式2-29）其中： n表示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(rmin)，t為扭矩(nm)表示燃油效率(g/kwh)其擬合精度c=996，精度值完全能達(dá)到要求。數(shù)字化程序處理后的圖片如圖26所示 圖2-5 數(shù)字化前萬有特性曲線的圖片 圖2-6 數(shù)字化后萬有特性曲線的圖片2.3本章小結(jié)本章重點(diǎn)討論了如何準(zhǔn)確、快速的建立發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。主要的工作包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容（1)通過實(shí)例分析，分析了各種數(shù)值計(jì)算方法所建立的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的精

35、度，并最終確立了最小二乘法是建立發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的比較理想的數(shù)值計(jì)算方法，其擬合精度完全達(dá)到仿真計(jì)算的要求，而且程序簡單、可靠，具有很高的實(shí)用價(jià)值（2)為了減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，充分利用計(jì)算機(jī)的圖片處理功能，我們開發(fā)了萬有特性曲線圖片數(shù)字化的程序通過本章所介紹的方法，可以準(zhǔn)確、快速的建立發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，即可以減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，提高工作效率，還能為汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算服務(wù)第三章 重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)的匹配3.1 概述在汽車產(chǎn)品開發(fā)初期，設(shè)計(jì)人員如何從眾多的傳動(dòng)系總成方案中快速的選取出初步符合設(shè)計(jì)要求的方案一直是一個(gè)比較困難的問題，而解決這個(gè)問題的關(guān)鍵是確定汽車傳動(dòng)系參數(shù)匹配的綜合評(píng)價(jià)

36、指標(biāo)其中車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能是該指標(biāo)最重要、最基本的組成部分分指標(biāo)，因此它是一個(gè)多目標(biāo)系統(tǒng)，必須對(duì)各分目標(biāo)進(jìn)行加權(quán)來綜合評(píng)價(jià)。而基本評(píng)價(jià)分指標(biāo)如圖31所示。圖3-1 整車基本性能評(píng)價(jià)指標(biāo)重型商用車由于其特殊的使用環(huán)境，其傳動(dòng)系匹配評(píng)價(jià)體系必然與一般汽車有著不同之處。對(duì)此，本章首先詳細(xì)分析了汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，并確定了基于重型商用車實(shí)際行駛工況的傳動(dòng)系匹配評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了重型商用車快速匹配的數(shù)學(xué)模型，并分析了其傳動(dòng)系參數(shù)的快速匹配流程3.2 整車性能的計(jì)算機(jī)仿真模擬計(jì)算整車的性能計(jì)算是最終確定汽車動(dòng)力傳動(dòng)系匹配評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)，由于我們?cè)诘诙轮性敿?xì)討論了發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)

37、學(xué)模型的建立方法，以此本節(jié)的重點(diǎn)放在換檔規(guī)律的處理、動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的仿真計(jì)算3.2.1 汽車換檔模型機(jī)械變速器是否需要換檔，取決于駕駛員對(duì)汽車行駛條件以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的判斷。行駛中，駕駛員嚴(yán)格遵循道路環(huán)境對(duì)速度的限制；在未達(dá)到對(duì)速度的限制時(shí)，可以充分發(fā)揮汽車的動(dòng)力性：在滿足上述兩條件時(shí)，應(yīng)考慮汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性，盡量利用高檔行駛。通常情況下，換檔規(guī)律有三種模式：(1)最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律(2)最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律(3)按試驗(yàn)規(guī)定的運(yùn)行模式進(jìn)行換檔。3.2.1.1 最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律在動(dòng)力性模擬計(jì)算中使用換檔規(guī)律主要是為了保證汽車的最佳動(dòng)力性，即盡可能使汽車在較低的檔位行駛，其關(guān)鍵問題自然是換檔

38、點(diǎn)的選擇目前的判斷方法有兩種：其一，以同一車速下各檔驅(qū)動(dòng)力的大小為換擋依據(jù)。由于最佳動(dòng)力性研究的是油門全開度的性能，因此是一個(gè)單參數(shù)(車速)換檔問題，只需確定檔點(diǎn)車速即可通常以相鄰檔位穩(wěn)態(tài)牽引力相等的交點(diǎn)，即 (i表示所選擋位)所對(duì)應(yīng)得車速作為換擋速度。其二，以同一車速下各檔加速度大小作為換檔的依據(jù)模擬計(jì)算中，我們對(duì)駕駛員豹換檔規(guī)律做如下規(guī)定：(1)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于其最低轉(zhuǎn)速時(shí)，由高檔換入低檔。(2)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最高轉(zhuǎn)速時(shí)，由低檔換入高檔(3)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速介于其最大和最小轉(zhuǎn)速之間時(shí)，若高檔加速度大于低檔加速度，應(yīng)由低擋換入高檔。3.2.1.2 最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律所謂最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律，就

39、是所用的檔位應(yīng)保證汽車在正常行駛條件下，燃油消耗量最少，目前也存在兩種方法：一、在汽車加速度大于零的情況下，盡可能采用高檔行駛；二、是以發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率作為換檔依據(jù)，保證汽車總是以使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率最小的檔位行駛在模擬計(jì)算中，我們對(duì)駕駛員的換擋規(guī)律做了如下規(guī)定：(1)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低予其最低轉(zhuǎn)速時(shí)，由高擋換入低檔。(2)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最高轉(zhuǎn)速時(shí)，由低擋換入高檔。(3)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速介于其最大和最小轉(zhuǎn)速之間時(shí)，若高檔加速度大于零，應(yīng)由低擋換入高檔(4)當(dāng)行駛阻力大于牽引力時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，則不換檔，反之應(yīng)該換入低檔。 3.2.1.3 按試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定的運(yùn)行模式不同

40、的汽車試驗(yàn)規(guī)范對(duì)汽車的換擋過程有不同的規(guī)定，因此在計(jì)算試驗(yàn)規(guī)范工況下的經(jīng)濟(jì)性，必須按照試驗(yàn)規(guī)范的規(guī)定來進(jìn)行。3.2.2 汽車動(dòng)力性模擬計(jì)算設(shè)變速器置于第k擋，速度，首先計(jì)算變速器置k檔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； （3-1）2. 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性模型，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；3. 計(jì)算汽車空氣阻力；4. 計(jì)算汽車驅(qū)動(dòng)力；5. 則第k擋、速度時(shí)，則最大動(dòng)力因數(shù)為：3.2.2.2 各檔最大爬坡度的計(jì)算設(shè)各檔的最大爬坡角為，則有：然后再根據(jù)換算成最大爬坡度。式中： 。3.2.2.3 最高車速的計(jì)算汽車最高車速是指在良好水平路面上汽車所能達(dá)到的最高速度，根據(jù)汽車驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡圖，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力(直接檔或最高檔)

41、與汽車行駛阻力曲線相交點(diǎn)處的車速，便是汽車最高車速。若無交點(diǎn)，則發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的車速則為最高車速。變速箱置于k檔。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速為初選最高車速，并計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)最高車速對(duì)應(yīng)的最高車速。計(jì)算此時(shí)汽車的行駛阻力 （其中f為滾動(dòng)阻力系數(shù)）（其中）計(jì)算此時(shí)驅(qū)動(dòng)力 （其中為變速器傳動(dòng)比；為主減速器傳動(dòng)比；r為車輪半徑；為傳動(dòng)效率） 計(jì)算此時(shí)驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的差值d：如果d小于預(yù)先給定的值，則可認(rèn)為此時(shí)車速為最高車速，而如果d的絕對(duì)值大于，則需要根據(jù)正負(fù)號(hào)對(duì)v進(jìn)行一定的步長的加減進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，并最終取得滿意的結(jié)果，值得注意的是最終結(jié)果需要與進(jìn)行比較，若，則最高車速應(yīng)為。3.2.2.4汽車加速

42、性能的計(jì)算汽車的加速性能可用它在水平良好路面上行駛時(shí)能產(chǎn)生的加速度來評(píng)價(jià)由汽車的行駛可以得到：而由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，汽車從加速到時(shí)所需的時(shí)間為：此時(shí)加速時(shí)間可通過計(jì)算機(jī)用圖解計(jì)分法求出。式中：是旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。動(dòng)力性模擬計(jì)算的程序流程圖如圖3-2，3-3所示。汽車燃油經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)在汽車設(shè)計(jì)與開發(fā)中，常需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)得到的萬有特性圖和汽車功率平衡圖，對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行估算。以下介紹關(guān)于燃油經(jīng)濟(jì)性循環(huán)行駛試驗(yàn)工況的各工況，如等速行駛，加速，減速和怠速停車等工況的燃油消耗量計(jì)算方法3.2.3.1 等速行駛工況燃油消耗量計(jì)算根據(jù)等速行駛車速及阻力率p，在萬有特性圖上可確定相應(yīng)的燃油消耗率b，從而

43、計(jì)算出以該車速等速行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量(ml/s)為式中，b為燃油消耗率 g/(kwh)；g為重力加速度，汽油的可取為6.96-7.15n/l,柴油的可取為7.94-8.13n/l。整個(gè)等速過程行經(jīng)s（m）行程的燃油消耗量（ml）為：折合成等速百公里燃油消耗量（l/100km）為：3.2.3.2等加速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算在汽車加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)還要提供為克服加速阻力所消耗的功率若加速度為則發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率p(kw)應(yīng)為下面計(jì)算由以等加速度加速行駛至的燃油消耗量，把加速過程分離成若干區(qū)間，例如按加速度每增加1km/h為一個(gè)小區(qū)間，每個(gè)區(qū)間的消耗量可根據(jù)其平均的單位時(shí)間燃油消耗量與行駛

44、時(shí)間之積來求得。各區(qū)間起始或終了車速所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的單位時(shí)間燃油消耗量，可根據(jù)相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率與燃油消耗率求得而汽車行駛速度每增加1km/h所需時(shí)間(s)為從行駛初速加速至所需燃油量（ml）為式中，為行駛初速時(shí)，即時(shí)刻的單位時(shí)間燃油消耗量（ml/s）；為車速為時(shí)，即時(shí)刻的單位時(shí)間燃油消耗量（ml/s）。由車速再增加1km/h所需的燃油量（ml）為式中，為車速為時(shí)，即時(shí)刻的單位時(shí)間燃油消耗量（ml/s）。依次，每個(gè)區(qū)間的燃油消耗量為整個(gè)加速過程的燃油消耗量為或?yàn)椋?加速區(qū)間內(nèi)汽車行駛的距離（m）為3.2.3.3 等減速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算減速行駛時(shí)，油門松開并進(jìn)行輕微制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于強(qiáng)制怠

45、速狀態(tài)，其油耗量為正常怠速油耗。所以，減速工況燃油消耗量等于減速行駛時(shí)間與怠速油耗的乘積減速時(shí)間(s)為式中：，為起始及減速終了的車速；為減速度；則減速過程燃油消耗量（ml）為式中：為怠速燃油消耗率（ml/s）。3.2.3.4 怠速停車時(shí)的燃油消耗量若怠速停車時(shí)間，則燃油消耗量（ml）為：3.2.3.5 整個(gè)循環(huán)工況的百公里燃油消耗量對(duì)于由等速，等加速，等減速，怠速停車的行駛工況組成的循環(huán)，如我國貨車六工況法，其整個(gè)試驗(yàn)循環(huán)的百公里燃油消耗量(l100km)為式中：為所有過程燃油消耗量之和（ml），s為整個(gè)循環(huán)的行駛距離（m）。經(jīng)濟(jì)性的模擬計(jì)算的程序流程圖如圖3-4所示。輸入汽車參數(shù)輸入工況參

46、數(shù)讀工況是否完成開始下一工況輸出，結(jié)束結(jié)果開始下一工況檔位選擇狀況判斷計(jì)算等速油耗，里程計(jì)算減速里程計(jì)算加速油耗進(jìn)行下一個(gè)時(shí)間間隔圖3-4 燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算程序流程圖3.3 重型商用車傳動(dòng)系匹配評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定3.3.1 概述我們通過汽車?yán)碚摽芍?，現(xiàn)有汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)往往是相互矛盾的因?yàn)閯?dòng)力性好，特別是汽車的加速性和爬坡性好，一般要求汽車穩(wěn)定行駛的后備功率大，但對(duì)于燃油經(jīng)濟(jì)性來說，后備功率大，必然降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，從而使燃油經(jīng)濟(jì)性變差因此從汽車的使用要求來看，即不可脫離汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性來孤立的追求動(dòng)力性，也不能脫離動(dòng)力性孤立的追求燃油經(jīng)濟(jì)性，最佳設(shè)計(jì)方案應(yīng)是在汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)

47、性之間取得最佳折衷目前，在進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系匹配時(shí)，一般采用汽車原地起步換擋加速時(shí)間和多工況燃油經(jīng)濟(jì)性的加權(quán)值作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是該指標(biāo)脫離汽車實(shí)際運(yùn)行情況尤其是重型商用車，使用情況特殊，傳動(dòng)系匹配綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定需要考慮其實(shí)際運(yùn)行情況。因此，本文建議，應(yīng)充分考慮汽車最經(jīng)常利用的檔位和最常用車速，并且通過加權(quán)來統(tǒng)一汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，從而取得更好的匹配效果。作為汽車動(dòng)力性燃油經(jīng)濟(jì)性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)能定量的反應(yīng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系的匹配程度，能夠反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性發(fā)揮程度以及燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣，能夠及時(shí)汽車實(shí)際運(yùn)行情況所對(duì)應(yīng)得發(fā)動(dòng)機(jī)工況和理想工況的差異，能夠揭示動(dòng)力傳動(dòng)系改善的潛力和可能實(shí)現(xiàn)的途徑

48、。34 重型商用車傳動(dòng)系的快速匹配快速匹配用于重型商用車總體設(shè)計(jì)，使得人員在較短的時(shí)間內(nèi)從眾多的變速器-后橋主減速比。車輪半徑中尋找出符合設(shè)計(jì)要求的匹配方案，例如，假設(shè)現(xiàn)在給定一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，而變速箱速比有6種，主減速比有三種，輪胎有兩種，則此時(shí)的傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配方案就有96種，如何在96種方案種找出最佳的匹配，這在過去是一件非常困難的事情。為了解決這一困難，提高重型商用車研發(fā)的速度和質(zhì)量，我們提出了重型商車快速匹配的開發(fā)流程。3.4.1 重型商用車傳動(dòng)系匹配的數(shù)學(xué)模型快速匹配的目的是找出最佳匹配，首先要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功率和比功率的要求，確定符合強(qiáng)度要求的變速箱和后橋以及符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

49、格的車輪。然后再進(jìn)行匹配分析。匹配過程首先需要確定匹配指標(biāo)以及整車設(shè)計(jì)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，然后根據(jù)各種傳動(dòng)系的組合計(jì)算并得到綜合匹配指標(biāo)比較好，而且要求符合整車設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)系組合，供設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況做出具體的選擇。1 確定傳動(dòng)系匹配指標(biāo)式中： -重型商用車30-80km/h的最高檔或直接檔加速時(shí)間。 -基于實(shí)際運(yùn)行工況的綜合油耗。 ，-汽車動(dòng)力性燃油經(jīng)濟(jì)性的加權(quán)系數(shù)。其具體計(jì)算和分析詳見3.3.2節(jié)。2 確定需要匹配的變量 其中： -為可選擇的車輪半徑。 -為可選擇的主減速器速比。 ，可供選擇的變速箱。3 根據(jù)整車設(shè)計(jì)任務(wù)書確定整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的約束。整車設(shè)計(jì)指標(biāo)的約束主要是

50、根據(jù)國家對(duì)整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求以企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)的需要來設(shè)置，主要包括：最高車速，最大爬坡度，原地起步加速性能，國家法規(guī)試驗(yàn)工況的燃油消耗值。（）()()(為整車設(shè)計(jì)要求的限定工況的油耗值)。而且如果可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)的排放數(shù)據(jù)，還可以加入關(guān)于排放的約束條件。3.4.2 重型商用車傳動(dòng)系匹配計(jì)算機(jī)仿真根據(jù)以上建立的傳動(dòng)系匹配的數(shù)學(xué)模型，我們編制了傳動(dòng)系匹配的程序，其程序流程圖如圖35所示： 開始輸入原始數(shù)據(jù)輸入傳動(dòng)系參數(shù)的組合確定設(shè)計(jì)指標(biāo)約束調(diào)入子程序計(jì)算結(jié)果是否滿意輸出結(jié)果結(jié)束圖3-5 傳動(dòng)系參數(shù)匹配程序流程圖3.5 總結(jié)本章討論重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)快速匹配的原理和方法，首先我們?cè)敿?xì)的分析了

51、汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算方法，以及如何在計(jì)算中進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，然后提出了基于實(shí)際運(yùn)行工況的重型商用車傳動(dòng)系匹配的綜合指標(biāo)以及傳動(dòng)系匹配的數(shù)學(xué)模型，完成了程序流程圖的開發(fā)。通過以上內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員就可以在汽車的總體設(shè)計(jì)中，快速而且準(zhǔn)確的找出符合整車性能設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)系組合，提高了工作效率。第四章 重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1 概述在汽車設(shè)計(jì)中，當(dāng)汽車的總質(zhì)量、質(zhì)量的軸荷分配、空氣阻力等已經(jīng)確定后，如何進(jìn)一步合理選擇動(dòng)力傳動(dòng)系參數(shù)以保證最佳的汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是非常重要的最優(yōu)化方法是解決這個(gè)問題有效的路徑最優(yōu)化技術(shù)就是研究最優(yōu)化問題的一門學(xué)科。它是研究和解決如何在一切可能的方案

52、中選取最優(yōu)化的方案換言之，最優(yōu)化技術(shù)研究和解決兩大類問題：如何將最優(yōu)化問題表示成數(shù)學(xué)模型；如何根據(jù)數(shù)學(xué)模型盡快地求出最優(yōu)解。目前常用的汽車傳動(dòng)系優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)采用的單一動(dòng)力性指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，只是在約束函數(shù)中加入經(jīng)濟(jì)性或動(dòng)力性約束，而且與汽車的實(shí)際運(yùn)行情況并不統(tǒng)一。其設(shè)計(jì)變量采用的是變速器速比和主減速比這樣優(yōu)化的結(jié)果一方面無法保證動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性同時(shí)達(dá)到最佳值，另外一方面，由于變速器的速比受到齒輪模數(shù)的限制往往無法改變以及變速箱體積、質(zhì)量的要求，優(yōu)化結(jié)果往往無法直接應(yīng)用到實(shí)際，造成工作效率低下，并給整車設(shè)計(jì)開發(fā)工作帶來困難。為了解決上述問題，我們?cè)谥匦蜕逃密噦鲃?dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中采取了基于實(shí)際運(yùn)行

53、工況的多目標(biāo)加權(quán)統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)變量選擇為重型車的主減速比和車輪滾動(dòng)半徑，其中車輪半徑應(yīng)為離散變量，因?yàn)閲覙?biāo)準(zhǔn)對(duì)車輪半徑有限制。由于重型商用車的變速器擋位數(shù)眾多且存在主副變速箱之分，我們僅將其作為常量考慮。這樣我們就可以快速的優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際。4.2 重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題就是我們?cè)诮o定的環(huán)境下，在允許的范圍內(nèi)(限制條件)，選取設(shè)計(jì)變量。建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)解的一種設(shè)計(jì)方法。下面我分別對(duì)這個(gè)三個(gè)問題進(jìn)行敘述。4.2.1 目標(biāo)函數(shù)我們?cè)诘谌轮袑?duì)重型商用車的實(shí)際運(yùn)行情況作了分析，并提出了基于實(shí)際運(yùn)行情況的傳動(dòng)系匹配的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，我們就以該指標(biāo)作為重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。式中：-重型商用車30-80km/h的最高檔或直接檔加速時(shí)間。-基于實(shí)