遗传算法与联合优化仿真汽车动力传动系统 - 图文-

1、2010年第29卷9月第9期机械科学与技术Mech蚰ical Science明d Teclul0109y for Aerospace En西neeringSeptember2010V01.29No.9雷嗣军遗传算法与ADVISOR联合优化仿真汽车动力传动系统雷嗣军,宋小文(浙江大学机械与能源工程学院,杭州3l0027摘要:汽车传动系与发动机的匹配性直接影响汽车动力性能的发挥和经济性的改善。笔者基于遗传工具箱GATBX和ADVISOR的后台函数建立遗传算法与ADVISOR的联合优化仿真模型,利用加权系数法整合汽车传动系多目标优化的各子目标,实现自动修改和输入仿真参数,在后台调用ADVISOR函数

2、进行仿真运算。仿真实例表明该方法显著提高了ADVISOR的优化功能,解决了汽车传动系匹配的多目标优化问题。可用作传统汽车、电动汽车(EV和混合动力汽车(HEV传动系匹配的算法。加速新车底盘的开发过程。关键词:遗传算法;ADVISOR;汽车传动系匹配;多目标优化中图分类号:U463.212;0224文献标识码:A文章编号:1003.8728(2010091137-05ODtimization of an Automobile Transmission Systemwith Genetic A120ritl吼and ADSORLei S订un,Song Xiaowen(C0uege of Mecl

3、lanjcal and EneEgr En百neering,zhejiang UIliVers蚵,H蚰gzllou3loo”Abstract:The matching between its automobile tmnsmission system aIld its en舀ne direcny“fects山e perfbrm肌ce of the vehicle dynamics趴d山e impr0Vement of fuel economy.A combined optimization锄d simulation model witI genetic aIgothm andADVISOR(A

4、d啪ced Vehicle Simulatoris buiIbased on GATBX(Genetic Algo五出mr(加l BoxaIld backing functions.Since8utomobile transmission matching i8a multi-objective optimization pmblem, tllree objectiVe8including dyllarIlic pmpeny,fuel economy肌d emission pedb肋ance are integmted into one objective function by weigll

5、tingcoe伍cients.Simulation ex呦ple shows tlat tlle optimi盟tion function of ADVIsOR i8伊eady impmved,and tle problemof multiobjective optimization0f叫tomobile transmission瑚tching i8lVed by calling backing functions明d exchanging simulation par啪eters automatically.nis metlod c跚aLso be applied t0 optimizing

6、 and matching the EV(Electric Vehicleor HEV(Hybrid Electric Vehicle,出us speeding up tlle deVelopment process of new chassis.Key words:genetic algori出m;ADVISOR;automobile缸ansmission matching;multiobjectiVe optimization汽车的动力传动系对汽车的动力性、燃油经济性和排放性有重要影响。优化匹配汽车传动系统参数是提高汽车动力性能、降低汽车的燃油消耗和减少尾气排放的一个重要途径。汽车动力传动

7、系的优收稿日期:200909一18基金项目:浙江省科技厅重大科技专项项目(编号2008cDl002资助作者简介:雷嗣军(1985一,硕士研究生.研究方向为机械设计及优化理论。Iei蝴un一“04si咂.com;宋小文(联系人,副研究员,M鲫.化匹配涉及三个目标,属于典型的多目标优化问题。传统的优化模型多建立在汽车各个性能评价指标的模拟计算函数之上,没有考虑汽车实际行驶中各中条件变化,是一种理想近似;针对不同优化模型各种先进的优化方法都有较好的应用,如模糊优化方法、复合形法2|、理想点法【31和区间优化法H1等。ADVISOR是基于MA耵AB和Simulink环境开发的用于快速分析

8、汽车动力性、燃油经济性和排放性的高级仿真软件J。它内置的Autos沁工具能通 过MAAB和VisualDOC两种计算引擎快速计算机械科学与技术第29卷出满足特定性能要求的车辆部件参数,但可调整的变量只有发动机功率、电动机功率和蓄电池参数,优化结果仅作为建立汽车模型时的参考,功能比较有限。遗传算法是一种随机的全局搜索和优化方法,从任意初始种群出发,通过遗传操作,逐步收敛到问题的最优解(或Paret0最优解1。将ADVIsOR的精确仿真和遗传算法的高效寻优相结合,是解决汽车传动系优化匹配的较好途径。l ADVISOR非GUI仿真原理ADsOR采用以后向仿真为主,前向仿真为辅的混合仿真法78I。后向

9、仿真不包括驾驶员模型,沿着与实际功率流相反的方向(图l上部从出ve cycle模块到fuel convener模块的箭头,根据道路循环的要求,向整车模块发出速度和转矩请求,整车模块再向车轮和车轴模块、主减速器模块、变速器模块等逐级发出请求,直到动力源模块(发动机和蓄电池等,计算出动力源需提供的功率;前向仿真包含一个驾驶员模型,用于自动调整节气门和制动器动作以满足驾驶工况。它沿着实际功率流的方向(图l下部从fuel converter模块到vehicle模块的箭头,从动力源模块出发直至车轮与车轴模块,逐级传递当前部件能提供给下一级部件的速度值和转矩值,最后计算出汽车的实际速度。前向仿真是后向仿真

10、的逆过程,二者优势互补,使得仿真计算量小且精度高。图1ADVIsOR汽车仿真顶层模块ADVIs0R软件的仿真计算功能很强大,但是它内置的参数优化函数功能有限,需要通过结合外部优化工具来解决一些复杂的优化问题。为此,ADVIsOR提供了功能丰富、独立于GuI界面运行的adynogui函数来实现与其它软件的联合仿真,它的调用格式为:e仃or,resp=advnogui(action,input;式中:参数action为定义ADVISOR执行功能的字符串,这些功能包括对工作空间的初始化(initialize、修改部件的参数(mod毋以及设置仿真类型(如爬坡度gradtest、加速时间acceltes

11、t、循环路况测试drivecycle等;每项功能都有对应的输入参数,它们包含在名为IIlput的域结构体中,其形式为input. field.subfield.例如修改发动机最大功率所调用参数的格式为:input.modi匆.p嗽m=7fcma【一pwT;input.modjfy.value=100;eITor,resp=advnogui(modify,inpute眦返回一个布尔型数值,作为仿真过程成功与否的标志仿真结果保用结构体数据resp保存。2遗传算法与多目标优化多目标优化问题一般不存在最优解,通常使用的Paret0最优解是它的可以接受的“非劣解”。求解多目标优化问题的基本算法有:权重法、目标规划法、占-Cons咖int法一1和遗传算法。遗传算法具有并行高效性的特点,在解决多目标优化问题方面具先天的优势。目前已有多种基于遗传算法的求解多目标优化问题的方法,如线性加权遗传算法、并列选择遗传算法u0I、向量评价遗传算法VEGA和