汽车传动系统参数的优化设计.pdf

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-129-设计应用汽车传动系统参数的优化设计德州学院汽车工程学院任春非【摘要】在基于优化设计的理论基础之上，以汽车的燃油经济性为目标函数，以汽车动力性能为约束条件，提出了汽车传动系参数的优化设计方法，利用复合形法进行求解。

最后利用Matlab软件为开发工具，对汽车的动力性能、燃油经济性能及其各项性能指标进行了模拟计算，并对传动系参数进行了优化。

【关键词】传动系统；动力性；汽车燃油经济性；优化设计1.引言优化匹配汽车传动系统是在汽车设计中保证动力性前提下降低汽车燃油消耗率所采取的有效措施。

计算机等科技领域的不断发展以及数学算法的不断改进为优化汽车的动力传动系统提供了有效工具。

对于提高汽车动力性、燃油经济性主要在于汽车动力传动系统匹配的合理程度，即发动机性能与传动系形式及参数的合理选择。

能与发动机合理匹配的传动系可以使发动机经常在经济工作区域内工作。

以汽车燃油经济性为优化目标、整车动力性为约束条件进行动力传动系统匹配研究，对于提高企业自主开发能力和产品的市场竞力具有重要意义。

2.传动系参数优化模型的建立2.1建立汽车传动系统目标函数汽车传动参数优化的最终目的是使汽车的燃油经济性最好，即百公里油耗最少。

因此应该以汽车的百公里油耗为目标函数。

在汽车其他情况一定下，汽车的百公里油耗的主要影响因素是变速器、主减速器的传动比，因此，建立了优化的目标函数如下式：

（）（）（）（）（）nXXXXfQs.321=

（1）式中（）nX为汽车传动系统变速器、主减速器总传动比。

2.2建立汽车传动系统约束条件满足动力性能的要求，是汽车在行驶过程中必须要求的，因而在它的基础之上，燃油消耗量越小越好，用汽车直接档或最高档时的爬坡能力和加速能力作为评价指标。

直接档的最大动力因数：

（2）（3）汽车的动力性要求其最大传动比应满足汽车最大爬坡度的要求：

（）（）TtqTraafGXmaxmaxmaxsincos1+（4）确定一档传动比还应按下式验算附着条件，即最大驱动力应不大于地面附着力：

（5）以上式中，au为车速，km/h；T为传动效率；m为汽车质量，kg；DC为空气阻力系数；A为迎风面积；tF为汽车驱动力，为发动机最大转矩，F为道路阻力，G为重力，f-滚动阻力系数，a-道路坡度角度。

确定中间各档传动比。

实际上，汽车传动系各档的传动比大体上是按等比级数分配的，一般有如下关系：

（）（）（）（）nXnXXXnn1212=（6）（）（）（）（）nXnXXXnn1313=（7）如果是n个档位的变速器，第m档的传动比应为：

（）（）（）（）nXnXXmXnmn11=（8）2.3求解过程Matlab具有强大的数值计算功能，因此可采用复合形法进行求解。

其程序流程图如图1所示。

图1程序流程图一个n维问题，取K=n+1，在可行域内找到X1，X2，X3Xn，Xn+1点作为初始复合形的顶点，计算这些点的目标函数值，作出比较得出好点X1和坏点Xh。

XL:

F（XL）=minF（Xi）（i=1，2，3K）（9）XH:

F（XH）=maxF（Xi）（i=1，2，3K）（10）以坏点以外的其余n个点的中心X0为映射中心，寻找坏点Xh的反射点Xr=KjjXKX1011（j=1，2，3K，jH）（11）XR=X0+a（X0-XH）（12）其中a为映射的系数。

每当一个新复合形构成之时，就用终止迭代条件：

（）（）2121iOXFXFK（13）3.优化设计该程序分为三个模块，分别为燃油经济性仿真模快、动力性仿真模块、传动系参数优化仿真模块。

动力性的仿真模块包括最高车速、最大爬坡度、加速性能的计算。

在汽车的基本参数确定之后，以动力性能为约束条件，以燃料经济性为目标函数，用优化设计理论来确定传动系参数匹配，在满足动力性能的前提下，获得燃油经济性最佳的目的。

编制汽车动力性燃料经济性通用模拟程序，将参数优化前后的汽车进行动力性、经济性的性能预测，可得如表1、2、3所示结果。

表1、2、3显示了汽车燃料经济性表1优化前后传动比档位IIIIIIIVV主减速比优化前传动比4.4252.7921.7921.22613.909优化后传动比4.2432.3571.51.213.667表2优化前后汽车动力性汽车动力性相关预设条件优化前优化后最高车速/km.h-11381350-100km/h加速时/s23.6523.944档60-100km/h加速时间/s18.8521.465档80-120km/h加速时间/s39.4348.571档最大爬坡度40.235.4表3优化前后汽车经济性汽车经济性相关预设条件优化前优化后百公里油耗/L.（100km）-18.417.88四档50km/h等速油耗L.（100km）-15.645.40四档90km/h等速油耗L.（100km）-18.728.34五档50km/h等速油耗L.（100km）-15.165.01五档90km/h等速油耗L.（100km）-17.897.74-130-设计应用的寻优过程，列出了优化前后汽车各挡速比、汽车动力性以及燃料经济性的对比。

4.结论介绍汽车传动系统的优化设计方法，提出以燃油消耗量为目标函数，动力性指标为约束条件，应用复合形法求解。

然后介绍了传动系参数优化程序，在动力燃油经济行等方面做了模拟计算，最后对其传动系进行了参数优化。

参考文献1王铁,武玉维.重型载货汽车动力传动系统参数优化匹配J.汽车技术,2010,9.2孙晓东.罚函数法在汽车传动系统最优匹配中的应用J.机械设计与制造,2004,6.3齐晓杰,齐英杰编.汽车液压、液力与气压传动技术M.化学工业出版社,2005,1.4文孝霞,杜子学.汽车动力传动系统匹配研究J.重庆交通学院,2006,6.作者简介：

任春非（1990），女，山东德州人，研究方向：

汽车运用工程。

基于QuartusII的十字路口交通灯控制电路设计与仿真实现北京电子科技职业学院孙世菊梁金宏【摘要】本文以QuartusII软件为开发环境，采用原理图与图表模块输入法，设计十字路口交通灯控制电路，并仿真实现数字系统功能。

【关键词】QuartusII；交通灯；控制电路1.引言EDA技术是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计，它的应用大大简化了硬件电路的设计过程，QuartusII软件作为FPGA/CPLD集成开发环境，它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。

采用数字电子技术实现数字信息处理、传输、控制的数字逻辑单元集合称为数字系统，数字系统一般由数据子系统和控制子系统构成。

数据子系统由寄存器和组合电路构成，寄存器用于暂存信息，组合电路实现对数据的加工和处理。

在一个操作步骤中，控制子系统发出命令信号给数据子系统，数据子系统完成命令信号所规定的操作。

在下一个操作步骤中，控制子系统发出另一组命令信号，命令数据子系统完成相应的操作，通过多步操作（也称操作序列），数字系统完成一个操作任务，控制子系统接收数据子系统的状态信息及外部输入来选择下一步的操作。

控制子系统决定数据子系统的操作和操作序列。

控制子系统决定操作步骤，它根据外部输入控制信号和数据子系统的状态信号来确定下一个操作步骤。

控制子系统控制数字系统的整个操作过程。

本文利用QuartusII软件，设计仿真实现十字路口交通灯控制电路。

2.系统功能与使用要求十字路口交通灯控制系统要完成对十字路口交通信号灯的控制，系统功能与使用要求如下：

（1）十字路口由一条东西方向的主干道和南北方向的支干道构成，主干道和支干道均有红、绿、黄3种信号灯。

（2）通常保持主干道绿灯、支干道红灯，只有当支干道有车时，才转为主干道红灯，支干道绿灯。

（3）绿灯转为红灯过程中，先由绿灯转为黄灯，5s后再由黄灯转为红灯；同时对方才由红灯转为绿灯。

（4）当两个方向同时有车时，红、绿灯应每隔30s变换一次，应扣除绿灯转红灯过程中有5s黄灯过渡，绿灯实际只亮25s。

（5）若仅一个方向有车时，处理方法是：

该方向原来为红灯时，另一个方向立即由绿灯变为黄灯，5s后再由黄灯变为红灯，同时本方向由红灯变为绿灯。

该方向原来为绿灯时，继续保持绿灯。

当另一方向由车来时，作两个方向均有车处理。

3.总体方案设计根据交通灯控制系统的功能，车辆传感器及交通示意图，如图1所示：

图1车辆传感器及交通示意图

（1）在东西南北4个方向各装1个车辆传感器，有车用1表示，无车用0表示。

主干道（A道）的东西分别为AX1和AX2，只要AX1和AX2中有一个为1，就说明A道有车，令AX=AX1+AX2。

支干道（B道）的南北分别为BX1和BX2，只要BX1或BX2中有一个为1，就说明B道有车，令BX=BX1+BX2。

（2）设黄灯5s时间到时T5=1，时间未到时T5=0；5s定时器由五进制计数器构成，C5是控制信号。

设绿灯25s时间到时，T25=1，时间未到时T25=0；25s定时器由二十五进制计数器构成，从C25是控制信号。

（3）设主干道由绿灯转为黄灯的条件为AK，AK=0时绿灯继续，当AK=1时立即由绿灯转为黄灯。

设支干道由绿灯转为黄灯转为黄灯的条件为BK，当BK=0时绿灯继续，当BK=1时立即由绿灯转为黄灯。

AK、BK与T25、AX、BX有关。

（4）设主干道的东侧绿灯、黄灯、红灯分别为AG1、AY1、AR1，主干道的西侧绿灯、黄灯、红灯分别为AG2、AY2、AR2。

AG1、AG2、AY1、AY2、AR1、AR2分别并联，即它们同时点亮或熄灭，分别用AG、AY、AR表示。

设支干道的南侧绿灯、黄灯、红灯分别为BG1、BY1、BR1，支干道的北侧绿灯、黄灯、红灯分别为BG2、BY2、BR2。

BG1、BG2、BY1、BY2、BR1、BR2分别并联，即它们同时点亮或熄灭，分别用BG、BY、BR表示，两个方向的交通灯有4种输出状态.4.数据子系统设计交通灯控制系统的数字子系统只有25s定时器和5s定时器。

假设基准时钟周期CP为1s，则需要设计一个二十五进制计数器和一个五进制计数器，且每个计数器应具有计数器使能控制端和计时间到信号输出端。

本设计中计数器采用可异步清零、同步置位的4位十进制加