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1、毕 业 论 文设计题目 汽车传动系参数优化设计 学生 震 学 号 20101002 专业班级 车辆工程10级1班 指导教师 平 院系名称 机械与汽车工程学院 2014 年 6月 7日目 录中文摘要2英文摘要31 绪论41.1课题研究的目的和意义.41.2国外研究现状61.3本文的主要研究容82 汽车动力性及燃油经济性综合评价92.1汽车动力性的评价指标102.2汽车燃油经济性评价指标102.3汽车动力传动系统优化匹配的方法 113 汽车动力性和燃油经济性的模拟计算123.1 发动机数学模型建立123.2 最小二乘法曲面拟合123.3 变速器换挡规律模型133.3.1 汽车换挡规律处理133.3
2、.2 最佳动力规律处理143.3.3 最佳经济性换挡规律144 汽车传动系参数计算144.1 汽车动力性参数计算154.1.1 汽车动力性模拟计算154.1.2 各档最大爬坡度计算164.1.3 最高车速计算164.1.4 汽车加速性能的计算164.2 汽车燃油消耗量计算174.2.1 等速行驶工况燃油消耗量计算174.2.2等加速行驶工况燃油消耗量的计算184.2.3 等减速行驶工况燃油消耗量的计算184.2.4 怠速停车时的燃油消耗量194.2.5 整个循环工况的百公里燃油消耗量194.3 汽车传动系匹配的数学模型205 汽车动力传动系参数优化设计模型205.1 设计变量确定255.2 目
3、标函数的建立255.2.1 动力性目标函数255.2.2 经济性目标函数265.2.3 双目标函数转成单一目标函数265.3 约束条件的建立265.4 优化数学模型的建立296 传动系参数优化设计实例计算296.1 发动机建模结果306.2 传动系参数优化结果32结论35致36参考文献36附录37汽车传动系参数优化设计摘要：本文利用优化设计思想，对货车动力传动系统参数进行优化设计，并编写了传动系参数优化设计的matlab程序。首先从汽车的动力性和燃油经济性入手，介绍了发动机外特性数学模型，总结出汽车动力性和燃油经济性的各项评价指标的计算方法。在此基础之上，基于优化设计的理论，将汽车动力性分目标
4、函数和燃油经济性分目标函数统一成一个目标函数，采用加权组合法将多目标优化转化为单目标优化，以汽车整车基本性能要求和变速器速要求为约束条件，应用matlab软件进行计算，在满足汽车各性能指标的前提下，找出最佳的传动系参数，达到燃油消耗量最小和动力性优化的目的。基于以上理论，利用 Matlab软件为开发工具，编制出了汽车传动系参数优化程序。最后以某货车为实例，对传动系参数进行了优化，根据程序的实用性和可靠性进行了检验，结果到达预定效果。 关键词： 优化，动力性，燃油经济性，传动系参数 Automobile Power-train Parameter OptimizationAbstract: In
5、 this thesis, optimization design theory was used to optimize the design of the power-train parameters of automobile; and the program of power-train parameters optimization design was exploited. Firstly, beginning with the power performance and fuel economy of automobile, the thesis introduced the m
6、athematic model of engines and transmission etc, and summarized the calculating methods of power performance and fuel economy . Based on this, using optimization design theory, it united the power performance and fuel economy of automobile into an aim function. Referring to the comprehensive vehicle
7、 performances、speed ratio of transmission , it put forward the optimization design method of automobile power-train parameters, and solved it with Matlab algorithm. Based on the theory, Matlab was used as a tool to work out the program of power-train parameters optimization, Besides the power-train
8、parameters optimization function, automobile performance can also be calculated by the program. Finally, a car of gasoline engine was taken as an example. The power-train parameter was optimized, and a satisfying result has been got after the test on practicability and reliability of this program. K
9、eywords: Optimum Design， Power performance，Fuel economy，Power-train parameters1 绪论1.1 课题研究的目的和意义随着汽车保有量的增加，车用燃油消耗量占总燃油消耗量的比例逐年增加，导致中国对进口原油的依赖程度越来越大。2009年中国原油对外依存度超过了50%，然而中国汽车油耗水平与国外相比仍存在较大差距；2008年欧洲乘用车百公里平均油耗6.6升，日本5.9升。 汽车尾气污染已经成为我国大中城市主要污染源之一。虽然在中国汽车行业已全面实施了国三排放标准，但是大量在用的汽车仍只能满足国二排放的标准。 因此汽车的动力性和
10、燃油经济性的匹配至关重要。近些年来，由于世界石油危机潜在威胁和环境保护的压力，人们开始探索除石油外的汽车代用燃料。综合各种因数分析的结果是：代用燃料是汽车燃料的长远发展方向，但是在相当长的时间里还无法与石油燃料竞争，石油仍是21世纪我国的主要能源。我国石油消耗占总能源消耗的20%。19901996年，中国石油表观消耗量(生产量十进口量一出口量)年均增长率为5.12%，而石油生产年均增长率仅为1.46%, 19972000年石油生产年均增长也仅为1%。我国石油的产量和进口量相对需求量而言，总量短缺的矛盾在未来相当长时间不会改变。汽车是人们生活中最重要的交通工具,最近几年,我国汽车的产量飞速增长,
11、尤其是轿车正迅速普及市场，随着人们对汽车消费越来越理性,对汽车的动力性和燃油经济性的关注度越来越高,即要求汽车具有良好的动力性、舒适性等,同时又希望其油耗低。这给汽车设计者带来的任务就是如何在提高和保证汽车动力性的前提下又使汽车具有最佳的经济性能,一方面努力提高发动机的性能是目前的一个重要研究方向,另一方面,对汽车发动机、底盘传动系、道路行驶状况的合理匹配研究以提高汽车经济性能,目前国在这方面的研究还远落后于美国等发达国家。因此汽车动力性和燃油经济性的研究至关重要，如何提高动力性的前提下又进一步改善燃油经济性，让汽车发挥出更好的性能，本文主要的容就是针对汽车动力性和燃油经济性的优化进行设计，通
12、过调节传动比及主减速器比来调节动力性和燃油经济性。表1.1 改善汽车性能的研究研究方法解决措施提高汽车行驶效率减少汽车行驶阻力通过改进车身造型改善车身结构来减少迎风面积和空气阻力；通过改进轮胎结构减少滚动阻力。底盘轻量化采用新型轻质材料，通过可靠性设计技术使整车质量轻量化，使各总成部件附件紧凑；前置发动机前轮驱动化。提高驱动效率采用自动或无级变速系统，减少轴承与齿轮的摩擦损失，提高传动系统的传动效率。提高发动机性能改进现有发动机通过改善燃烧，减少冷却损失以提高热效率；采用可变气门定时变排量技术以改善部分负荷特性；通过降低运转部件的摩擦损失和发动机辅助设备的损失以提高机械效率；采用汽油喷射电子点
13、火和微机控制使发动机工作过程最佳化。提高能源利用率利用涡轮增压回收废气能量；利用储能装置（飞轮）回收制动能量；提高附属装置（空调、电器装置等）的效率。开发新动力开发新型发动机研制高效率循环发动机；研制氢气发动机；研制利用电能的电动车；采用混合动力驱动系统。利用新型燃料采用外燃机燃烧低质燃油；利用液化天然气石油气等燃料；利用乙醇甲醇等合成燃料。利用新能源研制高效太阳能电池；应用氢气储存法和氢气混合燃烧法。优化动力系统发动机的选型汽油机与柴油机的选择；发动机使用特性的选择；发动机排量的选择。传动系及参数的选择变速器的型式速比围挡位数速比间隔；液力变矩器型式及尺寸；驱动桥的类型及尺寸。汽车整车性能的
14、好坏不仅仅取决于发动机和传动系各自单独的性能，而且在很大程度上取决于二者匹配得如何。在评价汽车的整车性能时，往往要用到一些特定的指标，如衡量汽车动力性的主要指标是其最高车速、爬坡性能和加速性能等，衡量燃油经济性的主要指标是汽车的等速燃油经济性和多工况燃油经济性。这些指标除了反映发动机本身的动力性、燃油经济性外，还体现了整车驱动系统(包括发动机、变速器、主减速器以及驱动轮等)的相互配合及优化程度。即使一台发动机具有良好的性能，如果没有一个与之合理匹配的传动系统，也不能充分发挥其性能。能与发动机合理匹配的传动系统可以使发动机经常在其理想工作区附近工作。这样不仅可以减少燃油消耗，减轻发动机磨损，提高发动机的使用寿命，而且可以取得良好的排放效果。因此，通过合理匹配汽车动力传动系统来提高汽车的动力性，降低燃油经济性具有较大的潜力，是一个可以进一步研究的课题。1.2 国外研究现状汽车动力传动系统的合理匹配，一直是汽车行业所关心的问题，是提高汽车传动效率，提高汽车动力性和提高汽车燃油经济性的重要措施之一，国外很多专家学者都对此做了大量的研究工作。一般对汽车的动力性和燃料经济性研究，是通过进行实车道路试验之后给予最后评价的。这种研究方法周期长，成本高，同时在产品设计阶段对整车及各总成方案的确定、结构参数的
