陳德民+梁彥涵

摘 要：利用matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法，確定盤式永磁緩速器關(guān)鍵部件的尺寸參數(shù)，并根據(jù)所得參數(shù)加工出樣機并進行試驗，試驗結(jié)果表明所設(shè)計緩速器符合設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：Matlab；遺傳算法；盤式永磁緩速器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.002

0 前言

永磁緩速器是用于輔助汽車制動系統(tǒng)的一款輔助制動裝置，它能在汽車制動前先消耗大部分行駛動能，從而增強制動器的制動性能，極大地改善其制動效果，并延長其使用壽命。

本文旨在利用matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法[1]，設(shè)計一套用于優(yōu)化設(shè)計盤式永磁緩速器結(jié)構(gòu)的程序，以用于指導(dǎo)設(shè)計盤式永磁緩速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 永磁體工作點的設(shè)計

方塊狀釹鐵硼永磁體的工作點可用下式粗略確定：

根據(jù)文獻[2]，為了保證永磁體在高溫條件下正常穩(wěn)定持續(xù)工作，永磁體的工作點Pc值大于1.88。

2 最大制動功率的確定

緩速器的最大制動功率應(yīng)根據(jù)車輛所能達到的最高車速和其后軸最大附著條件來確定。

當(dāng)車輛達到最大行駛速度vmax時，車輛行駛速度與緩速器最大轉(zhuǎn)速nmax的關(guān)系為：

緩速器作用在后輪的制動力矩最大不能超過后輪的附著力：

所以所設(shè)計的緩速器制動功率P應(yīng)滿足：

3 最小制動力矩的限定

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法》中規(guī)定裝有緩速器的滿載車輛輸入的能量必須相當(dāng)于相同時間內(nèi)，以30Km/H的平均速度在6%的坡道上，上坡行駛6km所具有的能量。

則車輛下坡純緩速器制動時，需滿足：

4 溫升條件

假設(shè)車輛從50km/h的速度開始啟動緩速器到車輛行駛速度降到30km/h斷開緩速器，該過程根據(jù)能量守恒的觀點，車輛緩速器作用過程間動能的變化情況為：

則導(dǎo)體盤的溫升為：

5 目標(biāo)函數(shù)

對于緩速器的制動性能而言，制動力矩是所要設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，同時考慮到整個制動過程是一個持續(xù)地高溫條件下的工作過程，為保證能提供持續(xù)穩(wěn)定的制動力矩，同時考察導(dǎo)體鼓的溫升情況。因此，本文以一定條件下的平均最大制動力矩和最小導(dǎo)體鼓溫升為目標(biāo)函數(shù)，運用matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法進行優(yōu)化求解。

永磁緩速器的平均最大制動力矩為：

為使導(dǎo)體鼓制動溫升最小，由得：

由于兩個目標(biāo)函數(shù)是兩種不同類型的目標(biāo)函數(shù)，前者求最大值，后者求最小值，故而可以使用“乘除法”來調(diào)和兩者，即：

運行程序可以得到緩速器的各部分主要結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)如下：永磁體高度hm=15mm，定子盤外徑半長242mm，定子盤內(nèi)徑半長162mm，磁極對數(shù)9個，定子厚度h3=15mm。

6 樣機試驗

根據(jù)確定的緩速器尺寸參數(shù)，加工得到圖1所示樣機，并進行試驗得到表1結(jié)果。通過對比試驗值和計算值可以看到所加工的樣機制動力矩試驗值與matlab軟件計算的數(shù)值接近，所設(shè)計的樣機滿足設(shè)計目的。

7 結(jié)論

通過matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法，建立了基于盤式永磁緩速器結(jié)構(gòu)設(shè)計的算法程序，根據(jù)程序所得參數(shù)加工樣機并進行試驗，試驗結(jié)果表明所設(shè)計緩速器符合設(shè)計要求，證明了所建立的程序可用于指導(dǎo)設(shè)計盤式永磁緩速器。

參考文獻：

[1]肖啟瑞，樊明明，黃學(xué)翾等.車輛工程仿真與分析：基于MATLAB的實現(xiàn)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：192-197.

[2]葉樂志.汽車永磁緩速器設(shè)計理論與試驗研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012：45-69.

作者簡介：陳德民（1965-），男，博士，副教授。endprint