基于遺傳算法的盤式永磁緩速器結構設計

陳德民+梁彥涵

摘 要：利用matlab優化工具箱中的遺傳算法，確定盤式永磁緩速器關鍵部件的尺寸參數，并根據所得參數加工出樣機并進行試驗，試驗結果表明所設計緩速器符合設計要求。

關鍵詞：Matlab；遺傳算法；盤式永磁緩速器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.002

0 前言

永磁緩速器是用于輔助汽車制動系統的一款輔助制動裝置，它能在汽車制動前先消耗大部分行駛動能，從而增強制動器的制動性能，極大地改善其制動效果，并延長其使用壽命。

本文旨在利用matlab優化工具箱中的遺傳算法[1]，設計一套用于優化設計盤式永磁緩速器結構的程序，以用于指導設計盤式永磁緩速器的結構設計。

1 永磁體工作點的設計

方塊狀釹鐵硼永磁體的工作點可用下式粗略確定：

根據文獻[2]，為了保證永磁體在高溫條件下正常穩定持續工作，永磁體的工作點Pc值大于1.88。

2 最大制動功率的確定

緩速器的最大制動功率應根據車輛所能達到的最高車速和其后軸最大附著條件來確定。

當車輛達到最大行駛速度vmax時，車輛行駛速度與緩速器最大轉速nmax的關系為：

緩速器作用在后輪的制動力矩最大不能超過后輪的附著力：

所以所設計的緩速器制動功率P應滿足：

3 最小制動力矩的限定

根據國家標準GB12676-1999《汽車制動系統結構、性能和試驗方法》中規定裝有緩速器的滿載車輛輸入的能量必須相當于相同時間內，以30Km/H的平均速度在6%的坡道上，上坡行駛6km所具有的能量。

則車輛下坡純緩速器制動時，需滿足：

4 溫升條件

假設車輛從50km/h的速度開始啟動緩速器到車輛行駛速度降到30km/h斷開緩速器，該過程根據能量守恒的觀點，車輛緩速器作用過程間動能的變化情況為：

則導體盤的溫升為：

5 目標函數

對于緩速器的制動性能而言，制動力矩是所要設計的關鍵參數，同時考慮到整個制動過程是一個持續地高溫條件下的工作過程，為保證能提供持續穩定的制動力矩，同時考察導體鼓的溫升情況。因此，本文以一定條件下的平均最大制動力矩和最小導體鼓溫升為目標函數，運用matlab優化工具箱中的遺傳算法進行優化求解。

永磁緩速器的平均最大制動力矩為：

為使導體鼓制動溫升最小，由得：

由于兩個目標函數是兩種不同類型的目標函數，前者求最大值，后者求最小值，故而可以使用“乘除法”來調和兩者，即：

運行程序可以得到緩速器的各部分主要結構的尺寸參數如下：永磁體高度hm=15mm，定子盤外徑半長242mm，定子盤內徑半長162mm，磁極對數9個，定子厚度h3=15mm。

6 樣機試驗

根據確定的緩速器尺寸參數，加工得到圖1所示樣機，并進行試驗得到表1結果。通過對比試驗值和計算值可以看到所加工的樣機制動力矩試驗值與matlab軟件計算的數值接近，所設計的樣機滿足設計目的。

7 結論

通過matlab優化工具箱中的遺傳算法，建立了基于盤式永磁緩速器結構設計的算法程序，根據程序所得參數加工樣機并進行試驗，試驗結果表明所設計緩速器符合設計要求，證明了所建立的程序可用于指導設計盤式永磁緩速器。

參考文獻：

[1]肖啟瑞，樊明明，黃學翾等.車輛工程仿真與分析：基于MATLAB的實現[M].北京：機械工業出版社，2012：192-197.

[2]葉樂志.汽車永磁緩速器設計理論與試驗研究[D].北京：北京工業大學，2012：45-69.

作者簡介：陳德民（1965-），男，博士，副教授。endprint