MATLAB汽车发动机与传动系统优化匹配设计(2)

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图 5-5 汽车动力特性图 20

图5-6 汽车的爬坡度图 21

图 5-7 汽车等速百公里燃油消耗仿真 22

表5-1 各档位下的最大爬坡度 21

表5-2 传动比参数优化 22

表5-3 优化前后汽车性能比较 23

1 绪论

1.1 研究目的和意义

人们对汽车性能的要求，会随着生活水平的提高、科学技术的发展,而不断的提高。生产制造出具有轻量化、高速化、功率很高、油耗较低、对环境污染小，最好是无公害的汽车，是汽车工业今后发展的主要方向。为了达到以上要求,就必须寻求一种现代合理的优化设计方法,可从根本上提高汽车性能[1]。

汽车的动力性、经济性作为汽车最重要、最基本的性能，汽车性能的优良与其好坏是息息相关的。虽然我们有很多的方法可以让汽车的动力性、经济性得到增加。但是在设计过程中，就应该对那些可能对发动机的各项性能造成影响的原因，进行重点关注并加大分析计算的力度。在影响汽车动力性、经济性的诸多因素中,主要有以下两个重要因素 [2]:

(1) 发动机各组成部件性能的好坏状况

(2) 合理的对动力传动系的各项参数进行选择

根据上文所述，影响汽车的动力性、燃油经济性的最主要原因就是汽车的动力传动系统进行最优化匹配后的合理程度。为了让发动机的各项性能能够最大程度的体现出来，我们不仅仅需要一台有着优良性能的发动机，而且需要一个传动系统，能够和发动机进行合理匹配。和发动机有着非常完美的配合的传动系统，可以让发动机在理想工作区域周围运作的概率大大的增加，按照这样的情况，可以降低燃油消耗量，以及增加发动机的使用寿命。

根据统计结果我们可以知道，有大部分车用发动机并没有在其理想的工作区域附近工作,车用发动机工作效率通常情况下比较低(一般为11~18%),而对于一般四冲程车用发动机的最佳效率则可达到30~35%[3]。这表示在目前的这个阶段，在汽车整车的设计过程当中，汽车发动机与传动系统的优化匹配技术的发展并不是十分的全面的，还有待更进一步的提高。制约其发展的主要因素有以下几个：

(1) 在进行优化设计时，设计方案的选择依据是，学者们已经累积总结的成果和进行多次实验所得数据，这样的设计方法有一定的局限性，使优化结果不能完全达到设计要求。

(2) 技术人员在进行匹配设计时，由于测试技术以及计算方法的局限性，只能采取相对简单方便的方法。

(3) 优化设计完成以后并不能直接对其结果进行分析评价，而需要对样车进行各种测试试验才能知道设计结果是否满足要求，这样做不仅浪费时间，提高制造价格，而且到最后并不一定能得到最佳或最适合的结果。

根据上文所诉，汽车发动机与传动系统的优化匹配设计，不仅能够使汽车的动力性以及经济性得到一定程度的优化，还能够降低排放量，减少环境污染。目前，该课题是一个热门话题，并且值得更进一步研究。

1.2 课题在国内外研究现状和发展趋势

1.3 本文主要研究内容

本课题在深入研究发动机与传动系匹配关系的基础上，研究的目标是为了提高汽车的动力性与经济性，其中的动力性分目标函数是汽车的原地起步连续换挡加速时间，而选取等速百公里燃油消耗率作为本课题研究的经济性分目标函数。单目标函数的模拟计算更加适合课题的研究，所以，运用一定的方法就能够把这两个分目标函数转换为单目标函数。根据汽车的动力性与经济性的相结合的一个具有单个目标的目标函数，我们就可以建立一个关于汽车的传动系参数优化的数学模型。综合各个约束条件，利用MATLAB软件编制动力性和经济性模拟计算程序，开发出来一套可以应用于汽车发动机与传动系统优化匹配的设计系统。最后，对实际的例子进行了模拟计算，优化前后汽车各种性能有不同的变化，然后将优化设计的结果与给定的数据进行比较、分析、总结，根据汽车动力性、经济性的变化，对所设计的优化模型的精确性进行验证。