本發(fā)明屬于重型商用車動力傳動系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液力自動重型車動力傳動一體化匹配方法。

背景技術(shù)：

針對汽車動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配的研究中，傳統(tǒng)方法有窮舉法、試驗(yàn)法等，采用窮舉的方式或者正交試驗(yàn)法，對動力系統(tǒng)或者傳統(tǒng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。傳統(tǒng)方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡單可行，但優(yōu)化時間很長，效率較低，優(yōu)化精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種液力自動重型車動力傳動一體化匹配方法，解決現(xiàn)有方法中存在的優(yōu)化時間較長，效率較低，優(yōu)化精度不高的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：。

有益效果：本發(fā)明能夠在汽車設(shè)計(jì)初始階段預(yù)測汽車動力性能的優(yōu)劣及其可優(yōu)化空間，根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)要求及使用環(huán)境，選擇動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配，可快速、高效的提供優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，縮短汽車研發(fā)周期及降低成本，提高車輛性能。在樣車試驗(yàn)階段，根據(jù)臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合樣車試驗(yàn)狀態(tài)，通過微調(diào)變速器換擋規(guī)律和換檔品質(zhì)，如微調(diào)變速器換擋轉(zhuǎn)速，獲取更佳的車輛動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。在提高優(yōu)化精度的同時，有效縮短汽車研發(fā)時間，以及針對汽車動力傳動系統(tǒng)這種不可微、不連續(xù)、非線性的復(fù)雜問題，采用帶精英策略的非梯度算法，消除設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)因素對優(yōu)化匹配結(jié)果的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作流程圖；

圖2為發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作輸入特性圖；

圖3為發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作輸出特性圖；

圖4為NSGA-II算法的實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種液力自動重型車動力傳動一體化匹配方法，考慮車輛最高車速與0～60km/h加速時間這兩個汽車動力性評價指標(biāo)，將這兩個評價指標(biāo)同時作為目標(biāo)函數(shù)，提出了一種基于最高車速和加速性能相結(jié)合的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可得到不同性能偏好下的動力傳動參數(shù)優(yōu)化結(jié)果。具體步驟如下：

步驟1：建立汽車動力性仿真模型，得到整車的最高車速、0～60km/h加速時間以及最大爬坡度。在MATLAB環(huán)境下建立動力性仿真模型，程序流程如圖1所示。

步驟2：根據(jù)發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作特性，得出發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作數(shù)學(xué)模型，根據(jù)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力的平衡關(guān)系建立汽車行駛方程：發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作特性是指發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作輸入、輸出特性的變化規(guī)律，確定發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作特性就是根據(jù)發(fā)動機(jī)的特性和液力變矩器的原始特性，通過臺架測試確定共同工作輸入特性、共同工作區(qū)間及其共同工作輸出特性；發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作輸入特性見圖2，發(fā)動機(jī)與液力變矩器共同工作輸出特性見圖3。

根據(jù)測試得到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩T_e與轉(zhuǎn)速n_e的關(guān)系常采用多項(xiàng)式描述：

式中：T_e為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；n_e為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；a₀、a₁、a₂…a_k為多項(xiàng)式系數(shù)，由最小二乘法確定；擬合階數(shù)k隨特性曲線而異，一般取3、4、5。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從發(fā)動機(jī)外特性獲得。

液力變矩器施加于發(fā)動機(jī)的負(fù)載特性為：

式中：T_p為泵輪轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；γ為工作油液重度，單位為N/m³；D為變矩器有效直徑，單位為m；n_p為泵輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min；λ_p為泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)，單位為min²/(m·r²)，各數(shù)據(jù)從液力變矩器原始特性獲得。

發(fā)動機(jī)和液力變矩器共同工作的必要條件是

T_e＝T_p；n_e＝n_p

由上述公式可計(jì)算出發(fā)動機(jī)與變矩器共同工作的一組參數(shù)點(diǎn)。對該組參數(shù)點(diǎn)按以下關(guān)系式求解可得發(fā)動機(jī)與變矩器共同工作的輸出特性離散點(diǎn)。

通過使用最小二乘法，發(fā)動機(jī)與變矩器共同工作的輸出特性數(shù)學(xué)模型為：

式中：T_t為渦輪軸輸出轉(zhuǎn)矩，單位為N·m，n_t為渦輪軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min，a₀、a₁、a₂…a_k為多項(xiàng)式系數(shù)，由最小二乘法確定；擬合階數(shù)k隨特性曲線而異，一般取3、4、5。

建立的汽車行駛方程為：

F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j

或

式中：F_t，F(xiàn)_f，F(xiàn)_w，F(xiàn)_i，F(xiàn)_j分別為汽車驅(qū)動力，滾動阻力，空氣阻力，坡度阻力，加速阻力，單位為N；i_g，i_b，i₀分別為變速器速比，分動器速比，主減速器速比；η_T為傳動系機(jī)械效率；r為車輪滾動半徑，單位為m；m為汽車整備質(zhì)量，單位為kg；f為滾動阻力系數(shù)，α為道路坡度，單位為度(°)；C_D為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積，單位為m²；u_a為車速，單位為km/h；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。上述參數(shù)均可從整車和部件固有參數(shù)中獲得。

步驟3：求解步驟2中所得的車輛行駛方程，建立最高車速、0～60km/h加速時間的目標(biāo)函數(shù)，這里分別以車輛最高車速計(jì)算值的最大值和0～60km/h加速時間計(jì)算值的最小值作為目標(biāo)值。

最高車速指汽車在水平良好路面上所能達(dá)到的最高行駛速度，此時汽車的加速度和道路坡度均為0，其計(jì)算公式如下：

加速時間通常用汽車在水平良好路面行駛時的加速時間t來表示，此時道路坡度為0，其計(jì)算公式為：

在車輛最高車速計(jì)算值中選取最大的值作為第一個優(yōu)化目標(biāo)，0～60km/h加速時間的計(jì)算值中選取最短時間作為第二個優(yōu)化目標(biāo)，建立如下目標(biāo)函數(shù)：

式中：X為優(yōu)化設(shè)計(jì)向量，f₁(X)、f₂(X)分別為建立的兩個目標(biāo)函數(shù)，u_amax為最高車速，單位為km/h，t_min為0～60km/h最短加速時間，單位為s。

步驟4：選取發(fā)動機(jī)最大功率P_emax、液力變矩器有效直徑D以及主減速器速比i₀作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以車輛動力性設(shè)計(jì)指標(biāo)作為約束，建立一個多目標(biāo)優(yōu)化模型：

X＝[P_emax,D,i₀]

約束條件有：u_a≥100km/h，t≤24s，i_max≥60％，u_min≤5km/h。其中，u_a表示最高車速，t表示0～60km/h加速時間，i_max表示最大爬坡度，u_min表示最低穩(wěn)定車速。

綜合步驟2、步驟3所述，建立優(yōu)化模型如下：

F(X)＝{f₁(X)，f₂(X)}

X＝[P_emax,D,i₀]

u_a≥100km/h

t≤24s

i_max≥60％

u_min≤5km/h

式中：F(X)為目標(biāo)函數(shù)向量。

步驟5：根據(jù)步驟4得到的多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用帶精英策略的非支配排序遺傳算法NSGA-II進(jìn)行優(yōu)化，得出一個pareto前沿面，根據(jù)車輛追求的動力性還是追求的經(jīng)濟(jì)性不同偏好選取最優(yōu)妥協(xié)解，通過最優(yōu)妥協(xié)解選取優(yōu)化后的發(fā)動機(jī)最大功率P_emax、液力變矩器有效直徑D以及主減速器速比i₀，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員選取最佳的發(fā)動機(jī)、變速器、主減速器型號。

NSGA-II算法的實(shí)現(xiàn)步驟如圖4所示。

步驟6：通過發(fā)動機(jī)變速器臺架聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，分析變速器換擋規(guī)律和換檔品質(zhì)，通過微調(diào)變速器換擋轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步提升車輛動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。