基于遺傳算法的盤(pán)式永磁緩速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳德民+梁彥涵

摘 要：利用matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法，確定盤(pán)式永磁緩速器關(guān)鍵部件的尺寸參數(shù)，并根據(jù)所得參數(shù)加工出樣機(jī)并進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)緩速器符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：Matlab；遺傳算法；盤(pán)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(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的一款輔助制動(dòng)裝置，它能在汽車(chē)制動(dòng)前先消耗大部分行駛動(dòng)能，從而增強(qiáng)制動(dòng)器的制動(dòng)性能，極大地改善其制動(dòng)效果，并延長(zhǎng)其使用壽命。

本文旨在利用matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法[1]，設(shè)計(jì)一套用于優(yōu)化設(shè)計(jì)盤(pán)式永磁緩速器結(jié)構(gòu)的程序，以用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)盤(pán)式永磁緩速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 永磁體工作點(diǎn)的設(shè)計(jì)

方塊狀釹鐵硼永磁體的工作點(diǎn)可用下式粗略確定：

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，為了保證永磁體在高溫條件下正常穩(wěn)定持續(xù)工作，永磁體的工作點(diǎn)Pc值大于1.88。

2 最大制動(dòng)功率的確定

緩速器的最大制動(dòng)功率應(yīng)根據(jù)車(chē)輛所能達(dá)到的最高車(chē)速和其后軸最大附著條件來(lái)確定。

當(dāng)車(chē)輛達(dá)到最大行駛速度vmax時(shí)，車(chē)輛行駛速度與緩速器最大轉(zhuǎn)速nmax的關(guān)系為：

緩速器作用在后輪的制動(dòng)力矩最大不能超過(guò)后輪的附著力：

所以所設(shè)計(jì)的緩速器制動(dòng)功率P應(yīng)滿(mǎn)足：

3 最小制動(dòng)力矩的限定

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999《汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》中規(guī)定裝有緩速器的滿(mǎn)載車(chē)輛輸入的能量必須相當(dāng)于相同時(shí)間內(nèi)，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(chē)輛下坡純緩速器制動(dòng)時(shí)，需滿(mǎn)足：

4 溫升條件

假設(shè)車(chē)輛從50km/h的速度開(kāi)始啟動(dòng)緩速器到車(chē)輛行駛速度降到30km/h斷開(kāi)緩速器，該過(guò)程根據(jù)能量守恒的觀點(diǎn)，車(chē)輛緩速器作用過(guò)程間動(dòng)能的變化情況為：

則導(dǎo)體盤(pán)的溫升為：

5 目標(biāo)函數(shù)

對(duì)于緩速器的制動(dòng)性能而言，制動(dòng)力矩是所要設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)考慮到整個(gè)制動(dòng)過(guò)程是一個(gè)持續(xù)地高溫條件下的工作過(guò)程，為保證能提供持續(xù)穩(wěn)定的制動(dòng)力矩，同時(shí)考察導(dǎo)體鼓的溫升情況。因此，本文以一定條件下的平均最大制動(dòng)力矩和最小導(dǎo)體鼓溫升為目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)用matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化求解。

永磁緩速器的平均最大制動(dòng)力矩為：

為使導(dǎo)體鼓制動(dòng)溫升最小，由得：

由于兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)是兩種不同類(lèi)型的目標(biāo)函數(shù)，前者求最大值，后者求最小值，故而可以使用“乘除法”來(lái)調(diào)和兩者，即：

運(yùn)行程序可以得到緩速器的各部分主要結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)如下：永磁體高度hm=15mm，定子盤(pán)外徑半長(zhǎng)242mm，定子盤(pán)內(nèi)徑半長(zhǎng)162mm，磁極對(duì)數(shù)9個(gè)，定子厚度h3=15mm。

6 樣機(jī)試驗(yàn)

根據(jù)確定的緩速器尺寸參數(shù)，加工得到圖1所示樣機(jī)，并進(jìn)行試驗(yàn)得到表1結(jié)果。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)值和計(jì)算值可以看到所加工的樣機(jī)制動(dòng)力矩試驗(yàn)值與matlab軟件計(jì)算的數(shù)值接近，所設(shè)計(jì)的樣機(jī)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目的。

7 結(jié)論

通過(guò)matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法，建立了基于盤(pán)式永磁緩速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的算法程序，根據(jù)程序所得參數(shù)加工樣機(jī)并進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)緩速器符合設(shè)計(jì)要求，證明了所建立的程序可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)盤(pán)式永磁緩速器。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖啟瑞，樊明明，黃學(xué)翾等.車(chē)輛工程仿真與分析：基于MATLAB的實(shí)現(xiàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：192-197.

[2]葉樂(lè)志.汽車(chē)永磁緩速器設(shè)計(jì)理論與試驗(yàn)研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012：45-69.

作者簡(jiǎn)介：陳德民（1965-），男，博士，副教授。endprint