22039

22039

بهينه‌سازي نسبت دنده‌هاي جعبه‌دنده به منظور بهبود مصرف سوخت، آلايندگي و عملكرد خودرو

كارشناسي ارشد

طراحي سيستم‌هاي ديناميكي خوردو

1395

1398/8/29

دكتر بهروز مشهدي

خودرو

تا به امروز و به ويژه در دهه اخير ايده¬هايي در زمينه بهبود مصرف سوخت، آلايندگي و عملكرد خودرو مطرح شده است. معيارهاي فوق در كنار تجربه رانندگي مناسب مي¬توانند عوامل اصلي تشكيل دهنده تابع هدف در تعريف يك مساله بهينه¬سازي باشند. نسبت دنده¬هاي جعبه¬دنده و ديفرانسيل خودرو يكي از پارامترهاي موثر در زمينه¬هاي فوق است. در اين پايان¬نامه نسبت دنده¬هاي يك خودرو با هدف بهبود مصرف سوخت، آلايندگي و شتابگيري و تعداد تعويض دنده در سيكل¬هاي رانندگي مختلف مورد بهينه¬سازي قرار گرفته است. الگوريتم ژنتيك به عنوان ابزار بهينه¬سازي مساله انتخاب شده و به منظور بهينه¬سازي و شبيه¬سازي مساله، نرم¬افزارهاي Matlab و Advisor مورد استفاده قرار گرفتند. در روند بهينه¬سازي با تغيير نسبت دنده¬هاي گيربكس و ديفرانسيل، نقاط بهينه شتابگيري¬هاي 0 تا 60 و 50 تا 75 مايل بر ساعت، مصرف سوخت، آلايندگي¬هاي مونواكسيدكربن (CO)، هيدروكربن (HC) و اكسيد¬هاي نيتروژن (NO_x) و همچنين تعداد تعويض دنده در سيكل¬هاي رانندگي FTP، NEDC، UDDS، INRETS و ARB02 كه داراي الگوهاي رانندگي متفاوت هستند، به دست آمده و سپس با استفاده از روش NIP نقطه بهينه انتخاب شده است. به منظور استقلال يافتن پاسخ مساله از سيكل رانندگي، از دو روش ابداعي تحليل چند-سيكلي و تحليل سيكل تركيبي استفاده شده است. همچنين در روشي ديگر، از استراتژي جامعي براي تعويض دنده استفاده شده است كه در آن تعويض دنده بر اساس توابعي صورت مي¬پذيرد كه با توجه به شرايط لحظه¬اي خودرو و شاخص تهاجمي (Sportivity Index) راننده، سرعت خودرو براي تعويض دنده را تعيين مي¬نمايند. منحني¬هاي پرِتو به¬دست¬آمده، رفتاري مشابه با تحقيقات پيشين داشته و از رفتار پيش¬بيني شده تبعيت مي¬كنند و داده¬هاي خروجي تست¬ها و مقادير ارائه شده در جداول پس از اعمال روش NIP، نشان از آن دارد كه در حالت كلي روش¬هاي ارائه شده در اين پايان¬نامه موجب بهبود مصرف سوخت شده و در زمينه آلايندگي نيز نتايج قابل قبولي داشته است. اين در حالي است كه مقادير شتابگيري با ضعف مواجه شده است. درصد تغييرات توابع هدف به صورت ميانگين از نتايج تحليل تك-سيكلي، سيكل تركيبي و چند-سيكلي، براي مصرف سوخت %7/1 بهبود، براي آلايندگي %2/2 بهبود، براي شتابگيري %7/3 تضعيف و براي تعداد تعويض دنده %6/2 بهبود به¬دست آمده است. اين نتايج با تغيير خودرو يا تركيب توابع هدف تغيير مي¬يابد.

1399/03/07

Optimization of Gear Ratio with the Aim of Improving the Fuel Consumption, Emissions and Vehicle Performance

11/20/2019 12:00:00 AM

Improvement of fuel consumption, emissions and performance of vehicles have been the main subject of many researches in recent decades. These parameters along with a proper driving experiment can be considered as objective functions in an optimization problem. It has been proven that gear ratios of gearbox and final drive affect mentioned functions. The objective of this thesis is to find the optimized gear ratios in order to optimize 0-60 and 50-75 mph acceleration times, fuel consumption, CO, HC and NOx emissions and the number of gearshifts in a vehicle. For this purpose, multi-objective genetic algorithm is used as the optimization tool and MATLAB and ADVISOR are used for optimization and simulation processes. The optimization process is implemented on five different drive cycles with various patterns (FTP, UDDS, NEDC, INRETS and ARB02). After optimization process, Pareto curves are built to analyze the optimization results and the best optimized point is then chosen between optimal Pareto front points using Nearest to Ideal Point (NIP) method. In order to find cycle-independent answers two innovative methods are suggested in this thesis; Combined-Cycle and Multi-Cycle analyses. Additionally, another approach has been implemented to obviate dependency of the answers from driving and shifting patterns which is the use of a universal gearshift strategy based on driver’s Sportivity Index instead of conventional shifting maps. Pareto curves showed same results as similar documents and results were as predicted. After applying NIP on the pareto points, results indicated that generally all methods improve fuel consumption, emissions, and number of gearshifts. The mean values of changes in objective functions for all methods are calculated as 1.7%, 2.2% and 2.6% reduction in fuel consumption, emissions and shift count respectively. Conversely, accelerating times have been weakened by 3.7%. Note that changing the vehicle model or the setting of objective functions might cause alteration in all of the results.