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1、Research and Summary of Matching Optimization of Automobile PowertrainWangxiang（liaoning university of technology Automotive college, liaoning jinzhou 121001）Abstract: The development of modern automobile technology enables the automobile power performance and fuel economy has reached a high level o

2、f hitherto unknown, there is a reasonable match between the two. This paper reviews the matching optimization of automobile powertrain research significance, domestic and foreign to the power matching research present situation and main content, and conclusion and Prospect of the fly.1、动力传动系统优化匹配的意义

3、要想使汽车的动力性好,就应该使汽车能有足够高车速及较强的牵引力,而要想使汽车的燃油经济性好,除了让发动机的燃油消耗率最小,还要求在实际行驶工况时,发动机总是处于燃油消耗率最小的经济区域内对于某一特定的车辆,当汽车总重、重量分配、轮胎等己确定的情况下要做到这一点,主要依靠发动机与传动系的合理匹配,即合理选择发动机与传动系统各参数使之发挥最佳动力性和燃油经济性。国内外汽车界在这方面做了大量的工作,匹配模拟计算的模型日趋合理完善，随着计算机技术的飞速发展,计算机模拟在动力传动系匹配计算中的作用越来越突出，这些因素为动力传动系匹配模拟计算应用于整车性能优化提供了更加便利的条件 。2、动力传动系统匹配的

4、国内外现状2.1 国外研究现状国外在这方面研究的比较早，也比较成熟，大量的使用了计算机模拟方法。早在1972年美国通用公司开发了汽车动力性和燃油经济性的通用预测程序GP-SIM，之后还有福特公司的TOFEP，康明斯公司的VMS，日产公司的CSVFEP等等。如今市场上比较成熟的商业软件，如奥地利公司开发的AVL-Cruise软件，主要是用于研究汽车的行驶特性、燃油消耗与废气排放，由于采用了模块化的方法，可以自由的建立任何一种配置的汽车模型，它的精密完善算法保证了较快的运算速度。美国可再生能源实验室（NREL）在MATLAB和Simulink软件环境下开发了电动汽车仿真软件ADVISOR。美国Ga

5、mma Technology公司开发了GT-DRIVE其内包含丰富的车辆系统模块，应用范围主要包括：整车动态性能（如加速性的测试），传动系统和发动机的性能匹配，循环工况模拟（燃油经济性和排放性），发动机和传动系统控制系统仿真，发动机-变速箱-车辆动力性能，驱动系统的部件设计和配置，驱动系统的扭振、驾驶性能、拖车、刹车，HEV混合动力的控制策略仿真。GT-DRIVE还集成了优化设计软件包，利用这些程序或软件，在样车制造前可对汽车动力性和燃料经济性进行预测，并可根据部分参数的变化对整车性能的影响绘制目标函数的“C曲线”，对参数进行优化。国外也有专门的优化软件和这些模拟软件进行耦合，如意大利ESTE

6、CO公司开发的MODEFRONITER多目标稳健设计优化包，美国SGI公司的ISIGHT多学科设计优化集成平台等【1】。2.2 国内研究现状在国内，我国对汽车性能的匹配研究相对较晚，起始于80年代以后。目前一些汽车生产厂家如中国重汽集团、陕西重汽、上汽研究院分别采用AVL-Cruise和GT-DRIVE应用到整车开发中，取得良好效果。部分高校如吉林大学、上海交通大学等也在整车动力匹配上有一定的研究。现在汽车动力匹配的方法很多，国内外学者做了大量工作，提出了很多反映汽车动力传动系统合理匹配的评价指标。王薇、巩正阳以“驱动功率损失率”作为动力性发挥程度评价指标、以“有效利用率”作为经济性发挥程度评

7、价指标，并用“能量利用率指标”来统一汽车动力性和燃料经济性指标。这些研究在一定程度上为解决汽车动力传动参数匹配提供了理论依据【2】【3】。 李伟华用实际驱动特性与理想驱动特性能量利用的充分程度作为动力性评价指标，用实际行驶工况发动机有效效率平均值与发动机经济区域有效效率之比作为燃料经济性评价指标，用权重法进行修正，用价值评价方法来评价【4】。鲁统利以动力性指标和燃料经济性指标的加权值为综合目标，以此评价动力与传动系统的匹配程度【5】。在探讨传动参数优化方法方面，国内外学者也提出了很多有效方法。例如：巩正阳、He Ren、Asanga Ratnaweera将模糊理论引入到汽车传动系参数设计中,

8、选用水平截集法来模糊优化数学模型，用粒子群法求解数学模型，得到整个模型的优化结果 【7】【8】。刘磊、N. Suresh基于车辆系统动力学理论和曲线曲面拟合插值理论建立了轻型货车动力系统的数学模型，并使用MATLAB编制模拟计算程序，选用混合惩罚函数法进行求解【9】。常绿、Franz Xavier Tanner采用具有全局优化能力的遗传算法作为优化器，分别对传动参数、柴油机电控燃油喷射系统进行优化,获得了优于原方案的优化结果【10】【11】。 总的来说,目前在解决传动系参数优化模型时，所用方法可以归结为以下五种：模糊优化法、区间优化法、罚函数法、遗传算法、键和图法。这些汽车动力传动系统合理匹配

9、的评价指标和优化方法，在一定程度上为解决传动参数匹配问题提供理论基础。3、动力传动系统优化匹配的研究内容3.1汽车动力传动系最优匹配评价指标的研究汽车动力传动系统最优匹配研究的关键是确定汽车动力传动系统匹配的评价指标。目前,在进行动力传动系统优化匹配时,一般应用多工况燃料经济性图或用汽车原地起步连续换档加速时间与多工况燃料经济性的加权值 作为目标函数,而这些指标实际上是汽车基本性能指标的综合,并不能定量反映汽车动力传动系统的匹配程度,也不能提示动力传动系统改善的潜力和途径。近年来围绕发动机与传动系的匹配评价,国内学者进行了探讨.文献【12】提出的评价方法是以发动机经常工作区与发动机经济区的相对

10、位置做定性评价,即将发动机经常工作区画在发动机万有特性图上,通过它与经济区距离的远近来确定发动机与传动系匹配的好坏,这种评价方法直观,但使用不便,无法在优化计算中应用.也有学者困提出经济区接近系数概念,并以此作为评价传动系与发动机匹配好坏的指标.所谓经济区接近系数是指发动机常用工作区内各点燃料消耗率与理想工作区燃料消耗率的比值,按各工作点使用概率加权后求得的均值.这种评价方法,只是从燃料经济性方面考虑,在一定程度上反映发动机与传动系匹配的好坏,但并不能揭示动力传动系改善的潜力和途径.3.2汽车动力传动系参数优化匹配方法的研究汽车动力传动系参数的优化匹配就是根据汽车使用条件和要求,通过优选适当的

11、动力传动系型式和参数（如发动机型式及排量,机械变速器的型式,速比范围、档位数、速比间隔,驱动桥的型式及速比,轮胎类型及尺寸）使发动机经常工作区尽量与其理想工作区相接近,以获得最佳的整车动力性与燃料经济性.国内研究汽车动力传动系参数优化匹配方法,主要集中在传动系参数的优化,近年来也有人开始优选发动机参数的研究。如图1，动力传动系匹配研究基本模式。图1 动力传动系匹配研究基本模式3.2.1发动机参数给定,优选传动系参数这方面发表的论文很多,涉及到轻中型货车、客车及农用运输车的变速器和驱动桥速比的优化.目前,普遍采用的优化模型如下:目标函数.多数是取多工况燃料经济性,也有选取汽车原地起步连续档加速时

12、间与多工况燃料经济性的加权值.设计变量.选变速器各档速比、驱动桥速比.约束条件一般选择整车动力性要求,变速器速比分配规律及道路附着条件作为约束条件. 文献【13】提出了一种用于优选传动系参数的动力性与燃料经济性模糊最优化方法.其基本思想是:首先求出各目标的约束最优解;再将各单目标最优解模糊化,即用模糊集合表示,建立动力性与燃料经济性的隶属函数;使各单目标模糊最优解的交集的隶属数取得最大值的解,便是多目标问题的最优化,据此确定传动系参数.3.2.2给定传动系参数,优选发动机参数当传动系参数和整车参数给定时,如何根据汽车实际行驶条件来优选发动机型号（性能指标）,这类研究并不多见.在这方面研究的关键

13、是如何正确地建立发动机性能特性和发动机设计参数、运行参数间的定量关系.文献【14】提出了一种优选发动机参数的优化方法.其中建立的发动机外特性数学模型。文献【15】也提出了一种优选发动机参数的方法,除建立发动机外特性数学模型外,还建立了发动机燃油消耗率模型, 采用上述优化方法获得的发动机参数,可为汽车设计或改进设计的发动机选型和调整提供依据.4、结论与展望在今后研究中,应重视以下几点:（l）研究发动机废气排放与动力传动系匹配间定量关系,建立考虑动力性燃料经济性和废气排放的汽车动力传动系统最优匹配评价指标。（2）重视各类车型在典型道路上行驶工况的统计测定工作,制定出能够充分反映汽车实际行驶工况特点

14、的多工况循环模式。（3）研究考虑发动机排放约束条件下汽车动力传动系统优化匹配方法。（4）重视发动机设计参数,运行参数与发动机性能特性间关系的研究,建立发动机性能特性的统计数学模型。（5）重视汽车动力传动系统优化匹配方法的实用化研究,建立动力传动系最优匹配的专家系统。参考文献1 陈浩城市公交动力传动系统优化匹配D硕士学位论文长沙：湖南大学，20082 王薇汽车动力传动系计算仿真及参数优化设计D硕士学位论文长沙：湖南大学，20063 巩正阳汽车传动系的模糊优化研究及软件开发D硕士学位论文武汉：武汉理工大学，20084 李伟华汽车行驶特性仿真与动力总成匹配优化D博士学位论文上海：上海交通大学，200

15、05 鲁统利大客车动力与传动系统匹配技术研究D博士后士学位论文上海：7 He Ren，Gao Zong Ying. Fuzzy Optimum of the Automobile Transmission Parameters J.SAE paper, 9329228 Asanga Ratnaweera,Saman K. Halgamuge. Enhanced ICSI Engine Performance With Particle Swarm OptimizationJ.SAE,2004-28-00759 N. Suresh ,S. Shankar, N. Manohar. Optimum Design of Engine and Body Mounts At Total System Level Using Unconstrained Minimization