基于遗传算法的盘式永磁缓速器结构设计

陈德民+梁彦涵

摘 要：利用matlab优化工具箱中的遗传算法，确定盘式永磁缓速器关键部件的尺寸参数，并根据所得参数加工出样机并进行试验，试验结果表明所设计缓速器符合设计要求。

关键词：Matlab；遗传算法；盘式永磁缓速器

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

0 前言

永磁缓速器是用于辅助汽车制动系统的一款辅助制动装置，它能在汽车制动前先消耗大部分行驶动能，从而增强制动器的制动性能，极大地改善其制动效果，并延长其使用寿命。

本文旨在利用matlab优化工具箱中的遗传算法[1]，设计一套用于优化设计盘式永磁缓速器结构的程序，以用于指导设计盘式永磁缓速器的结构设计。

1 永磁体工作点的设计

方块状钕铁硼永磁体的工作点可用下式粗略确定：

根据文献[2]，为了保证永磁体在高温条件下正常稳定持续工作，永磁体的工作点Pc值大于1.88。

2 最大制动功率的确定

缓速器的最大制动功率应根据车辆所能达到的最高车速和其后轴最大附着条件来确定。

当车辆达到最大行驶速度vmax时，车辆行驶速度与缓速器最大转速nmax的关系为：

缓速器作用在后轮的制动力矩最大不能超过后轮的附着力：

所以所设计的缓速器制动功率P应满足：

3 最小制动力矩的限定

根据国家标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中规定装有缓速器的满载车辆输入的能量必须相当于相同时间内，以30Km/H的平均速度在6%的坡道上，上坡行驶6km所具有的能量。

则车辆下坡纯缓速器制动时，需满足：

4 温升条件

假设车辆从50km/h的速度开始启动缓速器到车辆行驶速度降到30km/h断开缓速器，该过程根据能量守恒的观点，车辆缓速器作用过程间动能的变化情况为：

则导体盘的温升为：

5 目标函数

对于缓速器的制动性能而言，制动力矩是所要设计的关键参数，同时考虑到整个制动过程是一个持续地高温条件下的工作过程，为保证能提供持续稳定的制动力矩，同时考察导体鼓的温升情况。因此，本文以一定条件下的平均最大制动力矩和最小导体鼓温升为目标函数，运用matlab优化工具箱中的遗传算法进行优化求解。

永磁缓速器的平均最大制动力矩为：

为使导体鼓制动温升最小，由得：

由于两个目标函数是两种不同类型的目标函数，前者求最大值，后者求最小值，故而可以使用“乘除法”来调和两者，即：

运行程序可以得到缓速器的各部分主要结构的尺寸参数如下：永磁体高度hm=15mm，定子盘外径半长242mm，定子盘内径半长162mm，磁极对数9个，定子厚度h3=15mm。

6 样机试验

根据确定的缓速器尺寸参数，加工得到图1所示样机，并进行试验得到表1结果。通过对比试验值和计算值可以看到所加工的样机制动力矩试验值与matlab软件计算的数值接近，所设计的样机满足设计目的。

7 结论

通过matlab优化工具箱中的遗传算法，建立了基于盘式永磁缓速器结构设计的算法程序，根据程序所得参数加工样机并进行试验，试验结果表明所设计缓速器符合设计要求，证明了所建立的程序可用于指导设计盘式永磁缓速器。

参考文献：

[1]肖启瑞，樊明明，黄学翾等.车辆工程仿真與分析：基于MATLAB的实现[M].北京：机械工业出版社，2012：192-197.

[2]叶乐志.汽车永磁缓速器设计理论与试验研究[D].北京：北京工业大学，2012：45-69.

作者简介：陈德民（1965-），男，博士，副教授。endprint