基于matlab平台汽车传动系参数优化系统

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1、基于MATLAB平台汽车传动系参数优化系统　　摘要本文通过将优化规划理论引入到汽车传动系参数设计中，以实现汽车的发动机与传动系的最佳匹配，并以MATLAB做为开发平台，开发出一套汽车传动系参数设计的软件，并通过实例计算结果的分析，说明该软件的可行性、可靠性。1前言目前国内关于汽车发动机与传动系优化匹配的研究主要包括传动系参数优化模型的研究；汽车传动系参数优化设计评价指标的研究；汽车传动系各部分数学模型的研究；按给定工况模式的模拟研究；按实际路况随机模拟的研究以及模拟程序的开发和研究。本文属于传动系参

2、数优化模型的研究方面。通过建立数学模型，对车辆的动力性以及燃油经济性进行分析计算，在此基础上运用MATLAB平台，通过优化理论，开发一套汽车传动系参数优化系统，并以哈飞路宝轿车为例，进行了传动系参数优化设计。优化过程是个比较复杂的问题，很多软件需要自己根据优化方法进行程序代码、算法的编写，而Matlab提供了强大的优化工具箱，使得优化问题简单化。2发动机数学模型建立6通常我们采用多项式来描述由试验台测得的发动机的扭矩特性曲线：式中的、通过最小二乘法进行确定；阶数k随特性曲线而定，经过计算，一般k=4

3、时，拟合曲线的精度较高。3汽车动力性数学模型建立本文数学模型建立中以加速时间作为动力性目标函数，而汽车的最高车速、最大爬坡度在约束条件中得到体现。根据GB/T12543—90《中华人民共和国国家标准一汽车加速性能实验方法》Ⅲ中规定求解汽车起步连续换档加速时间。汽车的行驶方程式，即：（2）其中：为发动机的扭矩，由曲线可以通过拟合而得；为主减速比；为各档传动比；为传动系的机械效率；其值可取0.82～O.85；为车轮滚动半径；为滚动阻力系数；为空气阻力系数；为汽车迎风面积；为汽车旋转质量换算系数。由国标规

4、定的路面条件可知：道路的坡度为0，即：故：（3）根据国标规定，我们总假定发动机达到最高转速时，换入下一档，直到达到最高车速的80%，所以整个加速过程的时间我们可表示为：这样可以求得汽车原地起步连续换挡的加速时间t，并作为汽车动力性的目标函数。4建立汽车燃油经济性数学模型6我国一般采用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或者多工况循环行驶百公里油耗量来衡量汽车的燃油经济性。5汽车传动系参数优化设计5.1建立优化数学模型以五档轿车为例，对汽车传动系参数进行优化匹配。5.1.1设计变量的确定传动系主要

5、设计参数就是各档传动比，在其他条件相同的情况下，最终影响汽车性能的参数是传动系的总传动比。以五档变速器为例，优化模型的设计变量选为主减速器传动比以及各档传动比，即：X（i），其中i=0，1，2，3，4，5。其中X（0）为主减速器传动比；X（1）为一档传动比；X（2）为二档传动比；X（3）为三档传动比；X（4）为四档传动比；X（5）为五档传动比；5.1.2目标函数的建立本次设计以动力性和燃油经济性为双目标函数，采用线性加权组合的方法将其转换成单一目标函数，建立汽车传动系参数优化数学模型。动力性分目标函

6、数：以汽车原地起步连续换挡的加速时间作为评价汽车动力性的目标函数：经济性分目标函数：6本文以多工况循环实验百公里油耗作为评价汽车经济性的目标函数，其整个实验循环的百公里油耗为：式（8）中：为所有过程燃油消耗之和；为所有等速过程燃油消耗之和；为所有等加速过程的燃油消耗之和；为所有等减速过程燃油消耗之和；为所有怠速停车过程燃油消耗之和；为整个循环的行驶路程。双目标函数转换为单一目标函数：式（9）中：为动力性加权因子；为动力性目标分函数；为经济性加权因子；为经济性目标分函数；。本次设计选取==0.55.1

7、.3约束条件的建立在本文的数学模型中，由于设计变量是各档传动比，所以该模型的约束条件主要就是变速器各档速比间隔的要求以及与传动比相关的汽车的动力性要求。速比约束条件：因为较高档的利用率和行驶时间与里程均大大多于低档，换档频繁程度亦是高档高，各档传动比之间的比值随档位升高，相邻两档传动比也逐渐减小。约束条件如下：动力性约束条件：动力性评价指标除了加速时间之外，还有最高车速、最大爬坡度等评价指标，它们是以约束条件的形式包含在数学模型之中，分别描述如下：6体现动力性评价指标最大动力因数要求的约束条件，最高

8、档动力因数表示汽车在正常情况下行驶所具有的上坡能力和加速能力。式（15）中：为发动机最大扭矩，单位：N·m；为最高档时发动机最大扭矩时的车速，单位：km/h；为最高档动力因素要求值。最大爬坡度的要求：式（16）中：为发动机最大扭矩，单位：N·m；为一档时发动机最大扭矩时的车速，单位：km/h；为最大爬坡度。附着力约束条件：汽车的最大驱动力应该小于或等于其在地面的最大附着力式（17）中：为驱动轮上的法向反作用力；为地面附着系数。综上所述，本次设计所建立的动力传动系优化模