基于遗传算法的客车动力性与经济性的优化匹配_王军

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1、第20卷第4期山东交通学院学报Vol．20No．42012年12月JOURNALOFSHANDONGJIAOTONGUNIVERSITYDec．2012DOI:10．3969/j．issn．1672－0032．2012．04．002基于遗传算法的客车动力性与经济性的优化匹配王军，姜青松，任启丰(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009)摘要:建立客车动力性、经济性模型，并在此基础上建立客车传动系和燃油消耗的目标函数、约束函数，采用Matlab遗传算法工具箱对传动系进行优化，解决目前传动系匹配不佳和发动机燃油

2、消耗偏高的问题。结果表明，遗传算法能高效、精确地处理数据，是客车动力性、经济性优化的一种行之有效的方法。优化后的客车动力性、经济性得到一定程度的改善，该方法可为客车的开发和设计提供参考。关键词:动力性;经济性;遗传算法;优化中图分类号:U469．103文献标志码:A文章编号:1672－0032(2012)04－0005－04随着汽车工业的发展，提高汽车的运输生产率、降低汽车燃油消耗是目前汽车工业急需解决的重要课题之一，节能减排成为目前环境保护的主旋律。在影响汽车动力性、燃油经济性的诸多因素中，汽车传动系参数的选择尤为重

3、要，传动系参数的微小变化在很大程度上影响整车性能。因此本文建立汽车动力性和燃油经济性数学模型，并基于多目标遗传算法，通过优化传动系传动比和主减速比来优化汽车的动力性与经济性能。1数学模型的建立1．1设计变量对于汽车动力性、经济性的优化，在汽车传动系和发动机各项参数给定的情况下，影响汽车动力性和燃油经济性的主要因素是主减速器传动比i0和变速器各挡传动比igj，其中j=1，2，…，n，n为前进挡的挡数，优化设计变量为TTX=［X1，X2，…，Xi，Xi+1］=［ig1，ig2，…，igj，i0］．1．2目标函数1)动力性目

4、标函数动力性的诸多评价指标中，能够综合反映客车动力性的评价指标为原地起步连续换挡加速时间，优［1］化中要求加速时间尽量小，原地起步加速时间的数学表达式为uaδGT=T0=∫uamindu，3．6g［Ft－(Fw+Ff)］式中T0为原地起步时间，可通过实验测得;uamin为加速开始时的最低车速;ua为客车车速，ua=0.377rn/(igi0)，其中r为车轮滚动半径，n为发动机转速，ig为变速器传动比;δ为旋转质量换算系数;GTtqigi0η为客车重力;Ft为客车驱动力，Ft=，其中Ttq为发动机转矩，η为传动系效率;F

5、w为空气阻力，r2Fw=CdAua/21．15，其中Cd为空气阻力系数，A为客车迎风面积;Ff为滚动阻力，Ff=Gf，其中f为滚动阻力系数。在最佳换挡时间上，理论换挡时间和实际换挡时间并存，由于在实际操作中无法准确判断最佳换挡收稿日期:2012－06－25作者简介:王军(1986—)，男，合肥人，合肥工业大学硕士研究生，主要研究方向为现代汽车设计及理论．6山东交通学院学报2012年12月第20卷时机，即换挡时发动机的准确转速，驾驶员只能根据自己的经验确定最佳换挡时间。理论上每一挡的最佳换挡时间是最高车速时的时刻。实际操

6、作中，一般以每一挡的最高转速时刻为最佳换挡时刻。2)经济性目标函数经济性主要采用四(六)工况的百公里燃油消耗率作为主要评价指标，在此过程中出现加速、等速、［2］怠速、减速等工况。等速行驶燃油消耗量的表达式为Qs=100∑Q/s，则有PebPebua2－ua3∑Q=Qs+Qt+Qj+Qd=++gd+gdts，1．02uaρg367．1ρgdu3．6dt式中s为整个循环的行驶距离，m;Qs为等速行驶时燃油消耗量;Qt为等加速行驶时燃油消耗量;Qj为等减速时燃油消耗量;Qd为怠速时燃油消耗量;Pe为某一时刻发动机发出的功率，

7、kW;b为燃油消耗率，2g/(kW·h);ρ为燃油密度，kg/L;g为重力加速度，m/s;ua2、ua3分别为起始车速、减速终了的车速，km/h;du为减速度;gd为怠速燃油消耗率;ts为怠速停车时间。dt3)综合目标函数的建立汽车动力性、经济性综合目标函数的建立是通过分目标函数的加权来获得的，由此可得综合目标函数F(X)为F(X)=λ1T(X)+λ2Q(X)，式中λ1、λ2为加权系数，且λ1+λ2=1。1．3约束条件设X1、X2、X3、Xn、Xn－1分别为客车的1挡、2挡、3挡、最高挡、次高挡传动比，为了精确合理地使

8、用遗传算法，同时对客车动力性、经济性作出有效的优化计算，在此给出2n个约束条件，以C(x)(x=1，…，2n)表示约束条件的编号。1)汽车应具有最高挡最大动力因子D0max，即C(1)=D0max－D0'max(Xn)≤0，式中D0'max(Xn)为理论最高挡时客车的最大动力因子。2)汽车应具有1挡最大动力因子D1max，即C(2