商用车作为汽车家族的主要成员,在现代交通运输中发挥着不可替代的作用。近年来,以其前所未有的发展势头,成为客运、货运用车的主力军。商用车动力传动系作为商用车正常行驶的动力生命线,其作用是至关重要的。商用车动力性、燃油经济性的好坏,在很大程度上取决于发动机性能及底盘传动系参数的选择。往往是一流的发动机加上一流的底盘不一定等于一流的汽车,其中关键是匹配问题。据统计结果表明,目前国内大部分车用发动机均工作在远离最佳经济油耗区。这主要是由于发动机和传动系参数匹配不当所致。发动机性能与传动系参数的匹配不合理,将使二者的优势不能充分发挥出来,从而使商用车整车的性能不能达到最佳。所以,商用车发动机与其传动系的合理匹配,对提高其运输生产率和降低燃油消耗具有非常重要的意义。 本文在系统分析了传统汽车理论意义上的汽车动力性、燃油经济性评价指标的基础上,确定了以平均技术速度为动力性评价指标,以单位时间燃油消耗量为经济性指标,以能量效率作为动力传动系最优匹配的综合评价指标。汽车能量效率统一了两个相互制约的概念,燃料经济性和生产率。从能量的观点看,为获得最高的生产率和燃料经济性,需要尽可能减少汽车行驶过程中不必要的能量损耗,即以较少的燃油消耗完成一定的运输工作量。能量效率这一指标把发动机和底盘的固有特性与汽车实际行驶条件相结合,既反映汽车动力传动系统与使用工况的使用程度,又能提示动力传动系统改善的潜力和途径。在一定条件下弥补了传统评价指标的不足。 本文采用曲线拟合及曲面拟合的方法,对商用车发动机外特性和发动机万有特性进行数学模型描述。绘制了三维万有特性曲线,建立了商用车动力传动系数学模型,主要包括离合器接合过程数学模型,变速器数学模型,驱动桥效率数学模型,轮胎数学模型等,为模拟方便,并对车辆系统的惯性进行了处理。在建立数学模型的基础上,编制商用车动力性及燃油经济性模拟计算程序。计算后并通过与试验结果对比,验证了数学模型的正确性。 对于商用车动力传动系的优化匹配,本文首先对汽车动力传动系优化匹配中常规的优化方法进行分析,常规方法实际上分别以驱动功率、原地起步连续换档加速时间与六工况燃油经济性的加权值作为综合评价指标,这些指标实际上是汽车基本性能指标,并不能定量反映汽车动力传动系匹配完善程度。而本文分别对发动机给定、优化传动系参数及传动系参数给定、优选发动机性能指标这两种匹配方式,采用模糊优化设计的方法,以商用车行驶能量利用率的倒数作为模糊目标函数,确定设计变量后,首先建立普通约束条件,然后将普通约束条件转化为模糊约束条件,建立约束条件的隶属度函数,得到最优水平截集后,将模糊约束又转化为普通约束条件,求解便可得最优解,即使商用车发动机及传动系参数达到最佳匹配。通过模糊优化把寻优空间扩大到模糊允许区,使设计变量的取值范围增大,更有利于获得最优方案。通过上述优化方法,对商用车发动机及传动系参数进行优化匹配,使商用车动力性燃油经济性及二者的匹配程度均有所提高。