【正文】 )。 而且如果可以得到發(fā)動機的排放數(shù)據(jù)，還可以加入關于排放的約束條件。 重型商用車傳動系匹配計算機仿 真 根據(jù)以上建立的傳動系匹配的數(shù)學模型，我們編制了傳動系匹配的程序，其程序流程圖如圖 3． 5 所示： 圖 35 傳動系參數(shù)匹配程序流程圖 開始 輸入原始數(shù)據(jù) 輸入傳動系參數(shù)的組合 確定設計指標約束 調入子程序計算 結果是否滿意 輸出結果 結束 總結 本章討論重型商用車傳動系參數(shù)快速匹配的原理和方 法，首先我們詳細的分析了汽車動力性和燃油經濟性指標的計算方法，以及如何在計算中進行模擬仿真計算，然后提出了基于實際運行工況的重型商用車傳動系匹配的綜合指標以及傳動系匹配的數(shù)學模型，完成了程序流程圖的開發(fā)。通過以上內容，設計人員就可以在汽車的總體設計中，快速而且準確的找出符合整車性能設計要求的傳動系組合，提高了工作效率。 第四章 重型商用車傳動系參數(shù)的優(yōu)化設計 概述 在汽車設計中，當汽車的總質量、質量的軸荷分配、空氣阻力等已經確定后，如何進一步合理選擇動力傳動系參數(shù)以保證最佳的汽車動力性和燃油經濟 性是非常重要的．最優(yōu)化方法是解決這個問題有效的路徑． 最優(yōu)化技術就是研究最優(yōu)化問題的一門學科。 它是研究和解決如何在一切可能的方案中選取最優(yōu)化的方案．換言之，最優(yōu)化技術研究和解決兩大類問題：如何將最優(yōu)化問題表示成數(shù)學模型；如何根據(jù)數(shù)學模型盡快地求出最優(yōu)解。 目前常用的汽車傳動系優(yōu)化目標函數(shù)采用的單一動力性指標或經濟性指標，只是在約束函數(shù)中加入經濟性或動力性約束，而且與汽車的實際運行情況并不統(tǒng)一。其設計變量采用的是變速器速比和主減速比．這樣優(yōu)化的結果一方面無法保證動力性和經濟性同時達到最佳值，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、質量的要求，優(yōu)化結果往往無法直接應用到實際，造成工作效率低下，并給整車設計開發(fā)工 作帶來困難。 為了解決上述問題，我們在重型商用車傳動系參數(shù)的優(yōu)化設計中采取了基于實際運行工況的多目標加權統(tǒng)一目標函數(shù)，設計變量選擇為重型車的主減速比和車輪滾動半徑，其中車輪半徑應為離散變量，因為國家標準對車輪半徑有限制。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)化結果應用到實際。 重型商用車傳動系參數(shù) 優(yōu)化數(shù)學模型的建立 最優(yōu)化設計問題就是我們在給定的環(huán)境下，在允許的范圍內 (限制條件 )， 選取設計變量。建立目標函數(shù)并使其獲得最優(yōu)解的一種設計方法。下面我分別對這個三個問題進行敘述。 目標函數(shù) 我們在第三章中對重型商用車的實際運行情況作了分析，并提出了基于實際運行情況的傳動系匹配的綜合評價指標，我們就以該指標作為重型商用車傳動系參數(shù)優(yōu)化的目標函數(shù)。 ss TQf 21 += λλ 式中： sT 重型商用車 3080km/h 的最高檔或直接檔加 速時間。 sQ 基于實際運行工況的綜合油耗。 1λ ， 2λ 汽車動力性、燃油經濟性的加權函數(shù)。 設計變量 本文以汽車的主減速器速比和輪胎的滾動半徑為設計變量。其中主減速比為連續(xù)變量，而車輪半徑則為離散變量。 { } { }rixxx ,=,= 021 式中： 0i 為主減速器速比。 r 為輪胎的滾動半徑。 約束條件 主減速比及車輪半徑的范圍約束 0≤6)(=)(1 lxxg ； 0≤)(4=2 lxg ； 0≤)2(=)(3 xxg ； 0≤)2(=)(4 xxg ； 其中這兩項可以在優(yōu)化方法中規(guī)定。 動力性基本要求 在選擇傳動系參數(shù)要求是，應考慮汽車具有足夠的動力性能，即應有足夠的最高擋動力因數(shù) max0D 滿足要求的最大爬坡度，最高車速等限制條件。 為滿足最大爬坡度 α 的要求，則有 。 0≤][=)( m a xm a x6 oo DDxg ； 式中： ][ maxoD 是汽車最高檔動力因數(shù)的下限值。 G AvCxixMD aDTge )()/(=2251m a xm a x0η 式中： av 為汽車最高檔發(fā)動機輸出最大扭矩時轉速所對應得車速。 而為滿足最高車速 pvv /max 的要求： 0≤)/(=)( m a x2527 vxixnxg gN； 0≤)/3 7 (=)( 252m a x8 xixnvxg gN 式中： Nn 為發(fā)動機發(fā)出最大功率時對應的轉速。 驅動力附著條件的要求： 0≤=)( 09 φφxg ； 其中sTgFx ixT ?)2( ?)1(?)1(?= m a x ηφ 優(yōu)化方法概述 MDCP 數(shù)學模型 （ 混合離散變量組合形法 ） MDCP 法適于求解 約束非線性離散變 量優(yōu)化設計問題，其數(shù)學模型為： )(minxf 0≤)(xgu u=1， 2， 3… ， m uiiLi xxx ≤≤ i=1,2,3,… ， n DTpD Rxxxx ∈],[= 21 ? CTnppD Rxxxx ∈],[= 2+1+ ? CDn RRR = 其中 )(xf 為目標函數(shù)， )(xgu 為約束函數(shù)， Lix ， Uix 分別為變量的下界值和上界值； Dx 為離散變量的子集合； Cx 為連續(xù)變量的子集合。 MDCP 的基本原理 離散復合型算法的基本原理是首先在空間產生 K 個初始離散點，并且以這些離散點構成初始復合形。一般取 K≥ n+1，其中 n 為變量個數(shù)，然后利復合形各頂點函數(shù)值的大小，判斷函數(shù)值下降方向，使復合形不斷向最優(yōu)點 移動收縮，直至滿足一定的收斂條件。 初始離散復合形的產生 對于給定的一個初始離散點 )0(x ,要求其各個分量都必須滿足； UiiLi xxx ≤≤ ， i=1,2,3,… ,n 其中， Lix ， Uix 分別為變量的下界值和上界值。 初始復合形的各頂點按如下公式形成： )0()1( = ii xx ， i=1,2,… ,n )0()1+( = iji xx ,i=1,2,… n。 ji≠ 。j=1,2,… ,n )()1+( = Ljjj xx ， i=1,2,… ,n njjinixx ijni ,. ..2,1=?！?。,. ..2,1=,= )0()1++( njxx uijnj , .. .,2,1=,= )()1++( 式中， 1+2, .. . ,2,1=。, .. . ,2,1=, )0()( njnixx iji 是初始離散復合形定點的坐標。 離散一維搜索 當初始離散復合形產生以后，就可以計算出各頂點的函數(shù)值．我們把函數(shù)值最大的點稱為最壞點，而把函數(shù)值最小的點稱為最好點，其余按大小排列。我們以最壞點為搜索基點，以最壞點與其余各點的幾何中心的連線方向為離散一維搜索方向，進行一維離散搜索．我們設最壞點標號為 b，一維離散搜索方向為 s，則可以得到離散一維搜索的新點 )(tx ，其中： nisTxx ibiii ,. .. ,2,1=。?+= )()( nixx iiii ,.. .,2,1=,= )()( 式中， T 為離散一維搜索的步長因子， ? 表示取最靠近的離散值。離散一維搜索采用的事最簡單的進退對分法，詳細見參考文獻。 約束條件的處理 一般的復合形算法要求初始復合形的各頂點都要落在可行域內，在調優(yōu)迭代運算中，也必須保持復合形各頂點的可行性。但是對于約束條件比較多而且復雜的工程優(yōu)化設計問題來說，尋找一個可行的初始點本身就是一個尋找最優(yōu)點的闖 題，也是一個比較困難的問題。對此我們使用了一個新的技巧，將與約束量成正比的一個量作為一個參考值，使搜索點距離約束面的位置不同而增大或減少，離約束面越近，參考值越小，如此在可行域的邊界上形成一個“漏斗狀”帶“深井”的區(qū)域，在可行域外，目標函數(shù)沿“漏斗”滑入“深井”，在進入“深井”后在可行域邊界上形成一堵“高墻”，保證離散一維搜索始終在可行域內進行。 重新啟動技術 由于不能保證離散一維搜索方向始終能朝目標函數(shù)下降的方向進行。為 了避免整個調優(yōu)迭代無法進行下去，我們應用了重啟技術。第一種是改變搜索基點和搜索方向，就是當以最壞點為基點沿其余頂點的幾何中心進行離散一維搜索失敗，就用第二個最壞點代替，直至搜索成功，若仍未成功重啟就失?。诙N是將復合形的各頂點向最好頂點均收縮 1/3。一般是先調用第一種重啟技術，不成功的情況下再調用第二種重啟技術。 組合型算法的終止準則及輔助功能 復合形各頂點的坐標值不再產生有意義的變化時，即離散變量的最大坐標值與最小坐標值小于一個規(guī)定的離散增量，離散復合形的調優(yōu)迭代運算終止。輔助功能加速措 施、變量分解策略、網格搜索技術、貼界搜索技術、離散復合形最終反射技術和離散復合形的重構等．由于版面原因不再一一詳細敘述． 其程序流程圖如圖 41 所示。 開始 輸入原始數(shù)據(jù) 形成初始離散復合型 計算各頻點的有效目標函數(shù) 按函數(shù)值大小將各頂點重新排隊 滿足收斂條件否 成功否 以最壞定點為起點進行離散一維搜索 改變搜索方向重新啟動 成功否 各頂點向最好頂點收縮 1/2 重新啟動 輸出計算結果 結束 新點代替最壞點 圖 41 組合型算法程序流程圖 實例應用 基于上述內容，我們運用 VC++開發(fā)了重型商用車傳動系參數(shù)的優(yōu)化 軟 件，該軟件運行于 windows 操作系統(tǒng)，人機界面友好，結果可以輸出為文擋和圖片格式兩種，使得開發(fā)人員可以直觀、形象的得到優(yōu)化前后整車性能的變化，從而做出合理的選擇。 以國內某款重 型卡車為研究對象，運用自己開發(fā)的軟件進行傳動系的優(yōu)化，驗證了我們的理論。 圖 42 樣車圖片 發(fā)動機建模結果 該款重卡采用的為濰坊柴油機廠 WD615 柴油機，其主要性能指標如下 排量（ mL） 額定功率 / 轉速（ kW/r/min） 最大扭矩 / 轉速（ N m/r/min） 9726 235/2200 1250/1550 表 41 WD615 柴油機發(fā)動機主要性能指標 外特性建模結果 5544332210 ?+?+?+?+?+= nananananaaT q 式中： 30 = ea 11 ea 22 = ea 63 = ea 94 = ea 145 = ea n 表示發(fā)動機的轉速（ r/min）， q T 為轉速為 n 時的扭矩（ N m）。 其外特性曲線圖如圖 43 所示： 圖 43 發(fā)動機外特性曲線圖 萬有特性建模結果 39423210 ?+??+?+?+?+= TbTnbnbTbnbbg e ? 其中： 20 = eb 21 = eb 12 = eb 53 = eb 54 = eb 45 = eb 96 = eb 87 = eb 88 = eb 79 = eb n 表示發(fā)動機的轉速 (r／ min)， T 為扭矩 (N． m)． eg 表示燃油效率 (g/kW h)其擬合精度 C=99． 6％，精度值完全能達到要求。 其萬有特性曲面圖如圖 44 所示： 圖 44 發(fā)動機萬有特性曲面圖 原車性能計算 該款車型主要整車參數(shù)如表 41 所示： 尺 寸 參 數(shù) 外形尺寸（底盤） 長 寬 高（ mm） 7840x24953000 貨 箱欄板內部尺寸 長 寬 高（ mm） 540023001200 罐體容積 （ 3m ） … . 軸距（ mm） 3600／ 1310 輪距（前 /中 /后） (mm) 2065／ 1847／ 1847 前懸 /后懸（底盤）（ mm） 1370／ 1560(1400) 接近角 /離去角 (176。 ) 25／ 23 質 量 參 數(shù) 整備質量 (底盤 )(kg) 12021(7960) 額定載 質量 (kg) 15000 總質量 (kg) 27000 牽引車鞍座最大允許承載質量 （ kg） … . 準拖掛車總質量 (kg) … . 質量利用系數(shù) 表 4． 1 整車主要尺寸參數(shù)及質量參數(shù) 該車主要動力總成包括： A． 變速箱為陜西法斯特齒輪有限責任公司 Fuller RTO11609E 型， 共九個前進擋，速比分別為： ，而 倒擋為： 。 B． 后橋為山東車橋改裝廠生產，主減速比為 。 C． 輪胎型號 規(guī)格： ， 共 10 個。 根據(jù)以上參數(shù)，我們對其進行數(shù)據(jù)處理，結果如下： 1． 迎風面積 A。根據(jù)汽車設計，載貨汽車迎風面積應為前輪距乘上車高。所以計算該車迎風面劑 A=*=( 2m )。 2． 空氣阻力系數(shù) DC 。 空氣阻力系數(shù)可通過整車風洞試驗測得，對于貨車其空氣