【正文】 )。 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。 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 3． 5 所示： 圖 35 傳動(dòng)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(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 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) 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。 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。 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)。 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(shí)間。 sQ 基于實(shí)際運(yùn)行工況的綜合油耗。 1λ ， 2λ 汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性的加權(quán)函數(shù)。 設(shè)計(jì)變量 本文以汽車的主減速器速比和輪胎的滾動(dòng)半徑為設(shè)計(jì)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(dòng)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(xiàng)可以在優(yōu)化方法中規(guī)定。 動(dòng)力性基本要求 在選擇傳動(dòng)系參數(shù)要求是，應(yīng)考慮汽車具有足夠的動(dòng)力性能，即應(yīng)有足夠的最高擋動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)輸出最大扭矩時(shí)轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)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(dòng)機(jī)發(fā)出最大功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 驅(qū)動(dòng)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(xué)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(shè)計(jì)問題，其數(shù)學(xué)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(biāo)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(fù)合型算法的基本原理是首先在空間產(chǎn)生 K 個(gè)初始離散點(diǎn)，并且以這些離散點(diǎn)構(gòu)成初始復(fù)合形。一般取 K≥ n+1，其中 n 為變量個(gè)數(shù)，然后利復(fù)合形各頂點(diǎn)函數(shù)值的大小，判斷函數(shù)值下降方向，使復(fù)合形不斷向最優(yōu)點(diǎn) 移動(dòng)收縮，直至滿足一定的收斂條件。 初始離散復(fù)合形的產(chǎn)生 對(duì)于給定的一個(gè)初始離散點(diǎn) )0(x ,要求其各個(gè)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(fù)合形的各頂點(diǎn)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=?！佟?. ..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(fù)合形定點(diǎn)的坐標(biāo)。 離散一維搜索 當(dāng)初始離散復(fù)合形產(chǎn)生以后，就可以計(jì)算出各頂點(diǎn)的函數(shù)值．我們把函數(shù)值最大的點(diǎn)稱為最壞點(diǎn)，而把函數(shù)值最小的點(diǎn)稱為最好點(diǎn)，其余按大小排列。我們以最壞點(diǎn)為搜索基點(diǎn)，以最壞點(diǎn)與其余各點(diǎn)的幾何中心的連線方向?yàn)殡x散一維搜索方向，進(jìn)行一維離散搜索．我們?cè)O(shè)最壞點(diǎn)標(biāo)號(hào)為 b，一維離散搜索方向?yàn)?s，則可以得到離散一維搜索的新點(diǎn) )(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(jìn)退對(duì)分法，詳細(xì)見參考文獻(xiàn)。 約束條件的處理 一般的復(fù)合形算法要求初始復(fù)合形的各頂點(diǎn)都要落在可行域內(nèi)，在調(diào)優(yōu)迭代運(yùn)算中，也必須保持復(fù)合形各頂點(diǎn)的可行性。但是對(duì)于約束條件比較多而且復(fù)雜的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問題來說，尋找一個(gè)可行的初始點(diǎn)本身就是一個(gè)尋找最優(yōu)點(diǎn)的闖 題，也是一個(gè)比較困難的問題。對(duì)此我們使用了一個(gè)新的技巧，將與約束量成正比的一個(gè)量作為一個(gè)參考值，使搜索點(diǎn)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(gè)“漏斗狀”帶“深井”的區(qū)域，在可行域外，目標(biāo)函數(shù)沿“漏斗”滑入“深井”，在進(jìn)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(nèi)進(jìn)行。 重新啟動(dòng)技術(shù) 由于不能保證離散一維搜索方向始終能朝目標(biāo)函數(shù)下降的方向進(jìn)行。為 了避免整個(gè)調(diào)優(yōu)迭代無法進(jìn)行下去，我們應(yīng)用了重啟技術(shù)。第一種是改變搜索基點(diǎn)和搜索方向，就是當(dāng)以最壞點(diǎn)為基點(diǎn)沿其余頂點(diǎn)的幾何中心進(jìn)行離散一維搜索失敗，就用第二個(gè)最壞點(diǎn)代替，直至搜索成功，若仍未成功重啟就失?。诙N是將復(fù)合形的各頂點(diǎn)向最好頂點(diǎn)均收縮 1/3。一般是先調(diào)用第一種重啟技術(shù)，不成功的情況下再調(diào)用第二種重啟技術(shù)。 組合型算法的終止準(zhǔn)則及輔助功能 復(fù)合形各頂點(diǎn)的坐標(biāo)值不再產(chǎn)生有意義的變化時(shí)，即離散變量的最大坐標(biāo)值與最小坐標(biāo)值小于一個(gè)規(guī)定的離散增量，離散復(fù)合形的調(diào)優(yōu)迭代運(yùn)算終止。輔助功能加速措 施、變量分解策略、網(wǎng)格搜索技術(shù)、貼界搜索技術(shù)、離散復(fù)合形最終反射技術(shù)和離散復(fù)合形的重構(gòu)等．由于版面原因不再一一詳細(xì)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(fù)合型 計(jì)算各頻點(diǎn)的有效目標(biāo)函數(shù) 按函數(shù)值大小將各頂點(diǎn)重新排隊(duì) 滿足收斂條件否 成功否 以最壞定點(diǎn)為起點(diǎn)進(jìn)行離散一維搜索 改變搜索方向重新啟動(dòng) 成功否 各頂點(diǎn)向最好頂點(diǎn)收縮 1/2 重新啟動(dòng) 輸出計(jì)算結(jié)果 結(jié)束 新點(diǎn)代替最壞點(diǎn) 圖 41 組合型算法程序流程圖 實(shí)例應(yīng)用 基于上述內(nèi)容，我們運(yùn)用 VC++開發(fā)了重型商用車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化 軟 件，該軟件運(yùn)行于 windows 操作系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，結(jié)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(nèi)某款重 型卡車為研究對(duì)象，運(yùn)用自己開發(fā)的軟件進(jìn)行傳動(dòng)系的優(yōu)化，驗(yàn)證了我們的理論。 圖 42 樣車圖片 發(fā)動(dòng)機(jī)建模結(jié)果 該款重卡采用的為濰坊柴油機(jī)廠 WD615 柴油機(jī)，其主要性能指標(biāo)如下 排量（ mL） 額定功率 / 轉(zhuǎn)速（ kW/r/min） 最大扭矩 / 轉(zhuǎn)速（ N m/r/min） 9726 235/2200 1250/1550 表 41 WD615 柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo) 外特性建模結(jié)果 5544332210 ?+?+?+?+?+= nananananaaT q 式中： 30 = ea 11 ea 22 = ea 63 = ea 94 = ea 145 = ea n 表示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（ r/min）， q T 為轉(zhuǎn)速為 n 時(shí)的扭矩（ N m）。 其外特性曲線圖如圖 43 所示： 圖 43 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖 萬有特性建模結(jié)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(dá)到要求。 其萬有特性曲面圖如圖 44 所示： 圖 44 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲面圖 原車性能計(jì)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(nèi)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(zhì) 量 參 數(shù) 整備質(zhì)量 (底盤 )(kg) 12021(7960) 額定載 質(zhì)量 (kg) 15000 總質(zhì)量 (kg) 27000 牽引車鞍座最大允許承載質(zhì)量 （ kg） … . 準(zhǔn)拖掛車總質(zhì)量 (kg) … . 質(zhì)量利用系數(shù) 表 4． 1 整車主要尺寸參數(shù)及質(zhì)量參數(shù) 該車主要?jiǎng)恿偝砂ǎ? A． 變速箱為陜西法斯特齒輪有限責(zé)任公司 Fuller RTO11609E 型， 共九個(gè)前進(jìn)擋，速比分別為： ，而 倒擋為： 。 B． 后橋?yàn)樯綎|車橋改裝廠生產(chǎn)，主減速比為 。 C． 輪胎型號(hào) 規(guī)格： ， 共 10 個(gè)。 根據(jù)以上參數(shù)，我們對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果如下： 1． 迎風(fēng)面積 A。根據(jù)汽車設(shè)計(jì)，載貨汽車迎風(fēng)面積應(yīng)為前輪距乘上車高。所以計(jì)算該車迎風(fēng)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(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)得，對(duì)于貨車其空氣