【導讀】本文首先對金龍客車的底盤的設計原則和要求進行了分析。確定整車的主要性能指標；選定各總成的結構型式、尺寸和性能。動比及驅動橋主減速器傳動比進行優(yōu)化改進。制并使用了UG軟件貨車的變速器部分部件進行了三維實體建模。關的技術文件或標準中都有明確的要求和規(guī)定。因此，汽車的擁有者與使。而車輛及道路的管理部門為保證道路暢通，減少交通堵塞和。性能維持在較好的水平上。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，在世界石油消耗重，空運占12%，海運占7%，鐵路與。內河占6%，而汽車的燃油消耗占到了75%。降低汽車的燃料消耗是目前汽車工業(yè)急需解決的問題之一。國的現(xiàn)狀卻不容樂觀。無疑是很重要的，但如果不將發(fā)動機和底盤視為一個整體進行合理匹配，整體的性能未獲得應有的改進。案，從而大大提高設計效率和質量。的一個重要領域，它已廣泛應用于各個工業(yè)部門。它研究和解決如何在一切可能的方案中尋求最優(yōu)化的方案。根據(jù)數(shù)學模型盡快地求出其最優(yōu)解。

　　

【正文】 動力，（ N） fF －滾動阻力，（ N） F? －空氣阻力，（ N） G －汽車總重，（ N） 由圖 可知，當 6 . 4 9 3 5 /aV km h? 時，本車的最大驅動力1 3 6 3 1 .0 2tFN? ，所以 本車 max? ? 28 1739。2039。39。? 。 汽車經濟性能的評價指標 在保證動力性的條件下，汽車以盡量少的燃油消耗量經濟行駛的能力，稱作汽車的燃油經濟性。燃油經濟性好，可以降低汽車的使用費用、減少國家對進口石油的依賴性、節(jié)省 石油能源；同時也可以降低發(fā)動機產生的二氧化碳排放量，起到防止地球變暖的巨大作用。 等速百公里燃油消耗量與循環(huán)行駛試驗工況燃油消耗量是兩種普遍得到國際公認的評價指標。本次優(yōu)化使用的就是我國規(guī)定的貨運汽車 6循環(huán)行駛試驗工況（ JB335283）。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 46 等速行駛工況燃油消耗量的計算 根據(jù)萬有特性曲線，可以確定發(fā)動機在一定轉速 n、發(fā)車一定功率 eP時的燃油消耗率 b。為了便于計算，按照轉速 n和車速 au 的轉換關系在橫坐標上畫出汽車 的行駛車速比例尺（最高檔）。 根據(jù)等速行駛車速 au 及阻力功率 P，在萬有特性圖上（利用差值法）可確定相應的燃油消耗率 b，從而計算出以該車速等速行駛時單位時間內的燃油消耗量（ ml/s）為 gPbQt ???????????????????????? （ ） 式中， b 為燃油消耗率 )]/([ hkWg ? , ? 為燃油的密度（ kg/L） , g 為重力加速度（ 2/sm ） , 汽油的 g? 可取 ~,柴油可 取為 。 整個等速過程行經 s（ m）行程的燃油消耗量（ ml）為 guPbsQ a?102? 折算成等速百公里燃油消耗量（ L/100km）為 guPbQ as ???????????????????????? （ ） 等加速行駛工況燃油消耗量的計算 在汽車加速行駛時，發(fā)動機還要提供為克服加速阻力所 消耗的功率。若加速度為 dtdu （ 2/sm ） ,則發(fā)動機提供的功率 P（ kW）應為 )3600761403600(1 3 dtdumuAuCG f uP aaDat ???? ?? ?????????????? （ ） 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 47 可以把加速過程分隔為若干區(qū)間，整個加速過程中的燃油消耗量即為這些區(qū)間之和，所以總油耗為 ?? ???????? ni nia Q 1 21???????????????? （ ） 加速區(qū)段內汽車行駛的距離（ m）為 dtduuuS aaa 2122 ?? ??????? ?????????????? （ ） 等減速行駛工況燃油消耗量的計算 減速行駛時，油門松開（關至最小位置）并進行輕微制動，發(fā)動機處于強制怠速狀態(tài)，汽油耗量量即為正常怠速油耗。所以工況燃油消耗量等于減速行駛時間與怠速油耗的乘積。減速時間（ s）為 daadtduuut32 ?? ????????????????????? （ ） 式中，ddtdu 為減速度（ 2/sm ）； 2au 、 3au 為起始及減速終了的車速（ km/h） 減速過程燃油消耗量（ ml）為 idaaid Qdtduuut32 ???? ?????????????????? （ ） 式中， iQ 為怠速燃油消耗率（ ml/s）。 減速區(qū)間內汽車行駛的距離（ m）為 daaddtduuuS2322 ?? ?????????????????????? （ ） 怠速停車 時的燃油消耗量 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 48 若怠速停車時間為 st （ s），則燃油消耗量 （ ml） 為 siid t ?? ?????????????????????? （ ） 整個循環(huán)工況的百公里燃油消耗量 對于由等速、等加速、等減速、怠速停車等形式工況組成的循環(huán)，如我國的貨車六工況法（如表 ），其整個實驗循環(huán)的百公里燃油消耗量（ L/100km）為 100?? ?ss ???????????????????? （ ） 式中 ， ?Q 為所有過程油耗量之和 （ ml） ； s 為整個循環(huán)的形式距離 （ m） 表 六工況循環(huán)參數(shù)表 工況 累計行程 /m 時間 /s 累計時間 /s 車速 / )( 1??hkm 說明 I 50 25 等速 II 200 2540 勻加速度為 2/sm III 450 40 等速 IV 625 14 4050 勻加速度為 2/sm V 875 18 50 等速 VI 1075 5025 勻減速度 2/sm 汽車動力性燃料經濟性的綜合評價 由內燃機理論和汽車理論可知，現(xiàn)有的汽車動力性和燃料經濟性指標是相互矛盾的，因為動力性好，特別是汽車加速度和爬坡性能好，一般要求汽車穩(wěn) 定行駛的后備功率大；但是對于燃料經濟性來說，后備功率增大，上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 49 必然降低發(fā)動機的負荷率，從而使燃料經濟性變差。從汽車使用要求來看，既不可脫離汽車燃料經濟性來孤立地追求動力性，也不能脫離動力性來孤立地追求燃料經濟性，最佳地設計方案是在汽車的動力性與燃料經濟性之間取得最佳折中。 目前，在進行動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配時，一般應用多工況燃料經濟性或汽車原地起步連續(xù)換檔加速時間與多工況燃料經濟性的加權值作為綜合評價指標，而這些指標實際上是汽車基本性能指標，并不能定量反映汽車動力傳動系統(tǒng)的匹配完善程度，也不能提示動力傳動系統(tǒng)改善 的潛力和途徑。汽車動力性燃料經濟性的綜合評價指標，應該能定量反映汽車動力傳動系統(tǒng)匹配的程度，能夠反映出發(fā)動機動力性與燃料經濟性的發(fā)揮程度，能夠提示汽車實際行駛工況所對應的發(fā)動機工況與其理想工況的差異，能夠提示動力傳動系統(tǒng)改善的潛力和可能的途徑。所以現(xiàn)今國際上普遍使用以下三個指標作為汽車動力性燃料經濟性的綜合評價體系和指標。 1) 動力性能發(fā)揮程度的評價指標 —— 驅動功率損失率 在行駛檔位一定的情況下，驅動功率損失率表示實際汽車動力傳動系統(tǒng)特性與理想的動力傳動系的差距，反映了汽車動力性的大小與汽車動力性能發(fā)揮程度。 其值越小，發(fā)動機與傳動系統(tǒng)在動力性能方面匹配得越好。 2) 經濟性能發(fā)揮程度的評價指標 —— 有效效率利用率 有效效率利用率為發(fā)動機常用工況平均有效效率與經濟區(qū)有效效率的比值。有效效率利用率能夠反映出發(fā)動機經濟性能發(fā)揮程度，其值越大，發(fā)動機與傳動系在經濟性能方面匹配得越好。 3) 汽車動力傳動系統(tǒng)匹配的綜合指標 —— 汽車能量利用率 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 50 汽車能量利用率是指燃料的化學能轉化為汽車有用功的效率。汽車的能量利用率是一個新的概念，它統(tǒng)一了兩個相互制約的概念：燃料經濟性和生產率。這個指標把發(fā)動機和底盤的固有特性與汽車實際行駛條件相接合，既反映汽車具有的能力，又反映了汽車的實際使用效果，因此用它作為汽車動力傳動系統(tǒng)合理匹配綜合評價指標，既反映汽車動力傳動系統(tǒng)與使用工況的匹配程度，又能提示動力傳動系統(tǒng)改善的潛力和途徑。 8. 傳動系參數(shù)的優(yōu)化設計 驅動橋傳動比的影響 驅動橋傳動比的大小對汽車的動力性與燃料經濟性都有影響。驅動橋傳動比 0i 增大，可以增加汽車的后備功率，使汽車加速性能得以提高。但提高 0i 會使汽車的燃料經濟性降低。由于 0i 增大，汽車后備功率雖增大了，但在等速行駛時，發(fā)動機負荷率卻降低，一般發(fā)動機的負荷率在９０％左右時經濟性最佳，隨著負荷率的減少，燃料消耗率逐漸增加。因此，動力傳動系參數(shù)的優(yōu)化，應該在保證汽車一定的動力性，即最高檔具有最大動力因數(shù) max0D 的條件下使汽車燃料經濟性最好。本論文就是在這樣的約束條件下來優(yōu)化選取驅動橋的傳動比。 變速器的影響 變速器傳動比的確定，影響著汽車的動力性，但從汽車的燃料經濟性考慮，則希望變速器的最大傳動比盡量小。這樣，一方面可以 在相同的道路條件與車速下，發(fā)動機的后備功率小，負荷率高，燃料消耗率低。另一方面變速器最大傳動比小，在一定的變速器檔數(shù)條件下，可以使變速器傳上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 51 動比檔與檔之間的范圍縮小。這樣不但換檔方便，而且增加了發(fā)動機在低油耗區(qū)工作的可能性，從而提高了汽車的燃料經濟性。這就要求在保證汽車動力性的條件下，優(yōu)選變速器的傳動比，使汽車的燃料經濟性最佳。因此，為滿足汽車的最大爬坡要求，汽車的最大牽引力應為： ??? s inco s01m a x GGfr iiM Tge ?? ??????????????? （ ） 式中 maxeM —— 發(fā)動機最大轉矩（ mN? ）； 1gi —— 變速器Ｉ檔傳動比； 0i —— 驅動橋主減速器傳動比； T? —— 傳動系效率； ｒ —— 車輪滾動半徑（ｍ）； ? —— 道路坡道角； Ｇ —— 汽車總重（Ｎ）； ｆ —— 滾動阻力系數(shù)。 同時，汽車的最大去動力應等于或小于其在地面上的附著力： ?? ?Zr iiM Tge ?01m a x ???????????????????? （ ） 式中 ?z —— 驅動輪上的發(fā)向反作用力（Ｎ）； ? —— 道路附著系數(shù) 設計變量的確定 汽車的燃料經濟性除了與發(fā)動機的燃料熱值有很大關系之外，還同汽車傳動系的有效匹配有直接的影響。因此，希望在實際工況下，汽車的燃料消耗量為最少，就必須合理的選擇驅動橋與變速器的傳動比。即選定驅上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 52 動橋與變速器的傳動比為設計變量，分別設為 1X ， 2X ， 3X ， 4X ， 5X 。 表 汽車各參數(shù)值的匯總 表 車輪半徑 ( r ) 滾動阻力系數(shù)（ f） 空氣阻力系數(shù)（ DC ） 迎風面積（ A） 5 2m 整車總質量（ m） 9290kg 9290kg 傳動系機械效率 （ T? ） 附著系數(shù)（ ? ） 最大扭矩（ maxeM ） 353 mN? (n=1300r/min) 最大爬坡度（ maxi ） 28% ( ? ) 最大道路阻力系數(shù)（ max? ） 發(fā)動機最大轉速（ n） 3000r/min 飛輪轉動慣量（ fI ） 2mkg? 二前輪轉動慣量（ 1wI ） 2mkg? 四后輪轉動慣量（ 2wI ） 2mkg? 驅動輪法向反作用力（ ?z ） 67914 N 重力加速度（ g） kgN/ 怠速油耗（ idQ ） 由于最高檔為直接檔（ 15?gi ）， 變量 5X 也就是代表了驅動橋主減速器的傳動比 0i 。 目標函數(shù)的建立 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 53 汽車各參數(shù)值的匯總 （見 表 ） 該款載貨汽車汽油發(fā)動機使用外特性的 qT — n曲線的擬 合公式為 2 3 41 9 . 3 1 3 2 9 5 . 2 7 ( ) 1 6 5 . 4 4 ( ) 4 0 8 7 4 ( ) 3 . 8 4 4 5 ( )1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0q n n n nT ? ? ? ? ? ?. 另外根據(jù)該型號載貨汽車的使用說明書，查得變速器傳動比的原始數(shù)據(jù)為 ?i ， ?i ， ?i ， ?i ， ?i ， 15?i ，轉化為本次優(yōu)化的初始值 2 7 2 ????? iiX ????? iiX ????? iiX 7 4 8 ????? iiX ????? iiX 目標函數(shù)的建立 根據(jù)我國對貨運汽車燃料消耗量的實驗方法的要求，查得國標JB335283 規(guī)定的六循環(huán)工況的參數(shù)表格（表 ）。該六循環(huán)工況由 3個等速行駛工況、 2 個等加速行駛工況和 1個等減速工況組成，載貨汽車必須滿載，在路面良好、平直，縱向坡度在 %之內的道路上進行。 1) 等速 行駛過程 根據(jù)等速行駛車速 au 及阻力功率 P，在萬有特性圖上（采用差值法）可確定相應的燃油消耗率 b，方法如下： 查得該款發(fā)動機的負荷特性曲線的擬合公式（表 ） 2 3 40 1 2 3 4e e e eb B B P B P B P B P? ? ? ? ? 式中， b 為燃油消耗率 )]/([ hkWg ? 。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ 汽車 的動力性仿真分析 54 eP 為發(fā)動機凈功率 kW ， eP 可以按照以下公式計算 )(1 wf