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混合动力客车机械式自动变速器参数优化设计方法研究

作　者: 段明序
导　师: 麦莉
学　校: 吉林大学
专　业: 固体力学
关键词: 混合动力城市客车机械式自动变速器 MATLAB优化工具箱 fmincon函数可靠性轻量化
分类号: U469.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

混合动力客车作为一种新型客车加入了电机和电池作为动力源，有许多区别于传统动力源的客车。本文研究的是混合动力客车的机械式自动变速器的结构参数。希望能优化传动比参数和结构参数，使整车在保证动力性的前提下，具有更好的经济性。还有就是在保证可靠性的前提下使得变速器结构具有最小的体积，也就是轻量化。在当前，优化设计的主要目的就是要达到变速器结构合理的轻量化，在我们所研究的参数优化过程中也是这样，但是我们不能采用简单的方法，因为针对具体的参数，可能有一定的区别。因此，还需要对汽车的具体结构进行可靠性约束，但这与体积最小化设计常存在一定的矛盾。首先，我们在要在保证可靠性的基础上，来控制齿轮系体积，这样我们就可以减小设计中出现矛盾的可能。变速箱是整车重要的原件之一，会直接影响到整车的多种性能，所以本文在进行参数优化的时候结合了多种方法进行设计。然后，本文介绍了机械式自动变速器和国内外的混合动力城市客车发展现状。研究了优化设计理论，优化设计数学模型和算法来确定整体的优化思路。应用CRUISE软件，我们建立模型并进行性能分析，使用优化工具箱中的fmincon函数编写优化主函数进行齿轮系体积最小化的优化。详细的学习了该函数的功能，数学模型和算法。学习了MATLAB优化工具箱的使用。分析CRUISE软件，详细说明了模型中使用的模块。为本文仿真模型的建立奠定了基础。并且针对混合动力城市客车的特殊性和机械式自动变速器的特殊性选择了相应的模块。利用CRUISE建立可以描述混合动力客车机械式自动变速器车辆系统仿真模型。应用已建立的混合动力客车模型仿真分析整车的动力性和经济性。得到最大爬坡度，最高速度，连续加速换挡时间和各档加速度和速度之间的关系。并使用CRUISE的内置矩阵运算优化模型进行最有传动比的验证。设置初值，终值和步长并设置传动比为矩阵计算变量。计算后得到结果对比，证明在最有传动比下有最好的经济性，且能保证满足动力性的要求。最后，本文建立了优化算法函数模型，确立了以齿轮系体积最小为优化目标的目标函数数学模型，确立了设计变量和加入了可靠性考虑的约束条件，考虑了中间轴轴向力，重合度，模数和齿宽等。通过MATLAB编写使用fmincon函数为优化主函数的程序，编写和调试目标函数和约束条件程序，对齿轮的参数进行优化计算，最终输出得到一组相对合理的变速器齿轮系参数。最后计算得到齿轮系体积轻量化优化的结果，并通过对比来验证优化思路和优化方法的正确性和可行性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 混合动力车概述  11-12
  1.3 机械式自动变速器的基本原理  12-14
  1.4 国内外混合动力城市客车发展现状  14-16
    1.4.1 国外研究现状  14
    1.4.2 国内研究现状  14-16
  1.5 本文选题的意义  16
  1.6 本文研究的主要内容  16-19
第二章优化设计理论  19-27
  2.1 优化设计概述  19-20
  2.2 优化设计数学模型  20-21
  2.3 机械可靠性设计概述  21-22
  2.4 优化方法选取  22-25
  2.5 本章小结  25-27
第三章混合动力客车模型的建立  27-53
  3.1 CRUISE软件建模基础  27-41
  3.2 AMT混合动力客车的理论模型  41
  3.3 整车模型及主要参数  41-43
  3.4 传动比参数优化  43-47
  3.5 整车性能对比  47-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章变速器齿轮参数优化  53-67
  4.1 目标函数  53-54
  4.2 优化变量的选取  54-56
  4.3 约束条件  56-63
    4.3.1 中间轴约束  56-58
    4.3.2 传动比约束  58-59
    4.3.3 斜齿约束  59-60
    4.3.4 模数约束  60-61
    4.3.5 齿宽约束  61-62
    4.3.6 螺旋角约束  62-63
    4.3.7 一档小齿轮齿数约束  63
  4.4 优化主程序  63-65
  4.5 优化结果  65
  4.6 本章小结  65-67
第五章论文总结及展望  67-69
  5.1 论文总结  67
  5.2 论文展望  67-69
参考文献  69-73
作者简介及在学期间所取得的科研成果  73-75
后记和致谢  75

混合动力客车机械式自动变速器参数优化设计方法研究

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