某載貨汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化過程

吳炳理 葉智彪

摘 要：在物流行業(yè)里因?yàn)檩d貨汽車的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性會(huì)直接影響物流企業(yè)的運(yùn)輸效率和生產(chǎn)成本所以越來受企業(yè)的關(guān)注。同時(shí)，各種不同噸位的載貨汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也變的愈加激烈。為了能夠在競(jìng)爭(zhēng)中提高市場(chǎng)份額，滿足客戶的不同需求。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)載貨汽車時(shí)，除了基本設(shè)計(jì)參數(shù)以外，往往要利用仿真平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該文就以某載貨汽車的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化過程來討論利用GT-DRIVE軟件來做車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：載貨汽車 GT-DRIVE 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 匹配優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U469.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（a）-0209-02

1 研究背景

今年由國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的相關(guān)資料顯示，到2014年止我國(guó)汽車保有量達(dá)到1.5億輛。短短的10年，我國(guó)民用汽車的保有量從2003年的2380萬輛增長(zhǎng)到2014年的1.5億輛。車輛的快速增長(zhǎng)，帶來的能源緊缺和環(huán)保問題也是非常突出的。對(duì)于物流企業(yè)來講，貨運(yùn)車輛的經(jīng)濟(jì)性是影響物流成本的主要因素。

為了解決節(jié)能環(huán)保問題，人們?cè)诓粩鄧L試各種新技術(shù)來改善汽車的整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過汽車研發(fā)人員的努力發(fā)現(xiàn)車輛整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性除了和車輛搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)性能緊密聯(lián)系，同時(shí)也取決于整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的合理化匹配。國(guó)內(nèi)外專家對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配問題進(jìn)行了大量的研究，并開發(fā)了像AVL-Cruise、GT-SUITE這樣的仿真軟件。利用這些軟件可以通過仿真技術(shù)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到提高整車性能的目的[1]。該文就以對(duì)某載貨汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化為例，說明使用GT-DRIVE軟件進(jìn)行仿真輔助設(shè)計(jì)的過程。

2 建模仿真計(jì)算分析

通過市場(chǎng)調(diào)研分析報(bào)告可以了解到關(guān)于某一市場(chǎng)細(xì)分的相關(guān)信息，例如：市場(chǎng)中某一載貨汽車存在經(jīng)濟(jì)性不太好的問題。為了解決市場(chǎng)問題，需要對(duì)該車進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)研，以便確定該車的具體設(shè)計(jì)目標(biāo)（假設(shè)≥，≥，≤）。然后將該車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配優(yōu)化，給出理論上最為理想的傳動(dòng)系各部件的傳動(dòng)比。載貨汽車使用優(yōu)化后的傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)配置就可以使得該車的經(jīng)濟(jì)性能有所改善。

根據(jù)仿真計(jì)算分析的重點(diǎn)不同使用GT-DRIVE軟件建模時(shí)有三種方式，即靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。分別可以進(jìn)行基本性能分析、經(jīng)濟(jì)性分析和排放性能分析。該文主要討論載貨汽車的經(jīng)濟(jì)性，所以應(yīng)該選擇動(dòng)力學(xué)模型，它可以對(duì)汽車的行駛工況進(jìn)行模擬所以能夠準(zhǔn)確仿真。建立模型時(shí)只要根據(jù)該載貨汽車的動(dòng)力傳遞路線，再將GT-DRIVE元件庫(kù)中相關(guān)的汽車元件拖入建模區(qū)并按動(dòng)力傳遞方向進(jìn)行物理連接，便可以建立所需的仿真模型。

根據(jù)GT-DRIVE軟件要求，需要按發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、離合器模塊、變速器模塊、主減速器模塊、車身模塊等將各個(gè)模塊中的參數(shù)進(jìn)行賦值[2]。和其他同類仿真平臺(tái)相比，因?yàn)镚T-DRIVE軟件引入了轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所以對(duì)于經(jīng)濟(jì)性的仿真效果更好。

將所有模塊按要求進(jìn)行賦值以后，便可以通過GT-DRIVE軟件建立的載貨汽車相應(yīng)模型進(jìn)行對(duì)應(yīng)的仿真計(jì)算，從而得到該載貨汽車的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)仿真結(jié)果。例如：該車的最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度以及百公里燃油消耗等等。

3 將發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配優(yōu)化

如果仿真出來的結(jié)果不能夠滿足對(duì)載貨汽車的設(shè)計(jì)要求，那么就可以利用GT-DRIVE中自帶的DOE自動(dòng)優(yōu)化模塊對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

在用GT-DRIVE進(jìn)行載貨汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化時(shí)設(shè)計(jì)人員主要考慮的有兩種常用方式：一是不改變車輛傳動(dòng)系參數(shù)，只改變發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)；二是不改變發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，只改變傳動(dòng)系參數(shù)。該文只介紹第二種方式，只對(duì)傳動(dòng)系相關(guān)部件參數(shù)優(yōu)化。在GT-DRIVE中自帶的DOE優(yōu)化模塊會(huì)根據(jù)所建載貨汽車的模型利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，依據(jù)達(dá)爾文進(jìn)化論的原理朝目標(biāo)值不斷進(jìn)化計(jì)算，直到獲得最佳值。并以此給出傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方案。

因此，在優(yōu)化時(shí)不需要列復(fù)雜的優(yōu)化函數(shù)只需要將設(shè)計(jì)目標(biāo)以限制條件的形式輸入便可，一般包括以下幾個(gè)方面。

（1）載貨汽車動(dòng)力性能限制。

動(dòng)力性能三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)最高車速最大爬坡度分別要大于目標(biāo)值，原地起步加速時(shí)間要小于目標(biāo)極限值。

（2）載貨汽車經(jīng)濟(jì)性能限制。

在確保載貨汽車達(dá)到設(shè)計(jì)所需動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上，還需對(duì)其油耗加上一定的限制條件，保證載貨汽車的經(jīng)濟(jì)性能。載貨汽車的等速百公里油耗及綜合油耗均要小于目標(biāo)值。

（3）變速器各檔傳動(dòng)比的相關(guān)限制。

為了車輛換擋時(shí)能夠平順穩(wěn)定，對(duì)載貨汽車幾個(gè)檔位的限制條件如下：

≤≤≤≤≤

其中，為載貨汽車變速器相鄰檔位傳動(dòng)比比值的最低限值；為載貨汽車變速器相鄰檔位傳動(dòng)比比值的最高限值，通常在1.7～1.8之間取值相對(duì)合適一些。

設(shè)定好目標(biāo)值限定件后就可以進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算了，經(jīng)過計(jì)算該軟件會(huì)給出最佳的優(yōu)化方案。表1中給出了優(yōu)化前后傳動(dòng)系部件的傳動(dòng)比優(yōu)化值。

在載貨汽車設(shè)計(jì)中相關(guān)人員可以依據(jù)GT-DRIVE給出的優(yōu)化方案，按照方案中變速器和主減速器的傳動(dòng)比數(shù)值去加工所需要的變速器和主減速器[3]，再進(jìn)行整車試制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果就完成設(shè)計(jì)任務(wù)了。理論上來說，載貨汽車搭載優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)就可以獲得很好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性[4]。

4 結(jié)論

從整個(gè)優(yōu)化過程來看，用GT-DRIVE軟件對(duì)載貨汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化匹配效率高，操作簡(jiǎn)單；它的設(shè)計(jì)窗口很簡(jiǎn)潔，容易操作；利用遺傳算法來優(yōu)化，只需要將目標(biāo)參數(shù)賦值設(shè)定就可以，簡(jiǎn)化了計(jì)算提高了效率。所以說GT-DRIVE軟件是很先進(jìn)的仿真計(jì)算平臺(tái)，利用它來作為汽車的設(shè)計(jì)輔助工具，縮短了設(shè)計(jì)周期降低了設(shè)計(jì)成本，實(shí)用性很強(qiáng)深受汽車設(shè)計(jì)人員的歡迎。但是它只能從理論上解決問題，畢竟給出的是一些理論化的參數(shù)，例如：并不是所有的傳動(dòng)比都能夠?qū)崿F(xiàn)加工。這就需要進(jìn)一步討論研究。希望該文可以給繼續(xù)研究的學(xué)者一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 范振勇.基于GT-DRIVE的重型載貨汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化匹配[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[2] 馮瑞.混合動(dòng)力城市客車參數(shù)優(yōu)化及能量回饋研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2011.

[3] 袁素粉.城市車輛行駛工況的研究及傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化匹配[D].武漢理工大學(xué)，2013.

[4] 李峰.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化匹配[D].大連理工大學(xué)，2003.