汽车动力匹配综述

汽车动力传动系统优化匹配的研究与综述

王祥

（辽宁工业大学汽车学院，辽宁锦州 121001）

摘要：现代汽车技术的发展使汽车的动力性和燃油经济性都达到了前所未有的高水准,但是二者之间存在一个合理匹配问题。本文综述了汽车动力传动系统优化匹配研究意义，国内外对动力匹配研究的现状和主要内容，以及得出飞结论和展望。

关键字：动力传动系统优化匹配模拟

Research and Summary of Matching Optimization of

Automobile Powertrain

Wangxiang

(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 of 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

现代汽车技术的发展使汽车的动力性和燃油经济性都达到了前所未有的高水准,但是二者之间存在一个合理匹配问题。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Gamma 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ESTECO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, 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