基于微粒群算法的汽车离合器优化设计

邓平尧

（湖北工业大学，湖北 武汉 430068）

基于微粒群算法的汽车离合器优化设计

邓平尧

（湖北工业大学，湖北 武汉 430068）

离合器是汽车最重要的部件之一，汽车离合器的设计对于汽车的性能具有重要的影响。文章在离合器优化设计中引入微粒群算法，运用微粒群算法对离合器中的主要构建进行优化设计，并对部件的特性进行了分析，得出运用微粒群算法进行离合器的主要构建设计能够满足构建特性的结论。

微粒群算法；离合器设计；优化

1 微粒群算法简介

微粒群算法属于一种群智能优化搜索算法，该算法是在1995年由Kennedy和Eberhart提出的，其主要用途是进行全局优化。微粒群算法的基本原理是通过分析粒子间的关系和作用来寻求空间的最优区域。基本微粒群算法的进化方程可描述为：

其中：i—第i个微粒；j—微粒的第j维；t—第t代；vij(t)—微粒i的第j维在第t代时的速度；c1，c2—加速常数，在0-2问取值；vij(t+1)—微粒i的第j维在第t+1代时的速度；r1，r2—两个相互独立的随机函数，在0—1间取值；pgi(t)—所有微粒的第j维在第t代所经历的最好位置；pij(t)—微粒i的第j维在第t代所经历的最好位置；xij(t)—微粒i的第j维在第t代时的位置；xij(t+1)—微粒i的第j维在第t+1代时的位置。

2 微粒群算法在离合器设计中的应用

2.1 离合器设计流程

一般离合器的设计分为盖总成设计、从动盘总成设计、操纵机构设计3个阶段。在盖总成设计阶段，离合器设计人员首先要明确车辆的基本参数并通过这些参数计算离合器的摩擦片寿命以及扭矩容量，车辆基本参数包括车辆使用的发动机参数、车辆使用的变速箱参数、车辆整车参数、分离轴承参数等，输入这些参数以后就可以初步算出摩擦片寿命及扭矩容量等，系统会根据计算的结果和系统盖总成实例库中数据进行对比从而获得选型和配置并确定模型，再从零件库中选择相应的模型并确定配置和参数，离合器零件的3D模型可以运用美国TechnoSoft公司提出的AML进行构建。如果盖总成实例库中没有找到满足扭矩容量和摩擦片寿命初算结果的，那就要对离合器盖总成进行重新设计。设计人员首先要明确车辆的基本参数并通过这些车辆基本参数确定离合器的基本机构，离合器的基本结构包括离合器的种类、形式、摩擦片固定形式及材料、从动片固定形式及材料、分离轴承类型、压盘传动方式等。确定离合器的基本结构后再确定离合器的参数。得出离合器基本参数后运用AML创建零件3D参数化模型。

2.2 结构参数优化设计

从动盘总成的设计流程和盖总成设计流程非常相似，其设计要求是根据盖总成相关设计参数来确立的。从动盘总成的设计也有两种方式，一种是利用系统实例库进行设计，另一种是对从动盘总成进行重新设计。本研究中，从动盘总成关键零部件的参数优化仍然使用微粒群算法。

3 案例分析

文章以拉式膜片弹簧结构参数优化设计为例加以说明。运用近似公式设计拉式膜片弹簧载荷—变形特性，具体如下：膜片弹簧结合处，载荷F1作用在支承半径L与加载半径e处，在L或e处产生的大端变形量为λ1，则：

在分离位置时，小端分离载荷F2作用在小端半径rp处，则：

其中：E—材料弹性模量，N/m2；H—膜片弹簧的内截锥高度，mm；h—膜片弹簧的厚度，mm；R—弹簧大端外端半径，mm；r—支承环平均半径，mm；μ—泊松比。

本文中所使用的膜片弹簧其基本为参数参考文献[4]的参数，具体参数如下：发动机参数：最大扭距Me=186.2 N· m，额定功率Pe=64.72 kW，离合器后备系数U=1.28。表1中的3组数据分别来自文献[4]和本研究中的计算，其中原设计数据及GASA两组数据来自文献[4]，微粒群算法的数据是将设计方案的参数代入式1和式2计算得出。分析表1中的数据可以看出，保持原始的压紧力Fb不变，结合状态时大端变形量λb明显减小，弹簧的最大当量应力edI明显下降，在分离操纵力F2c和摩擦片磨损后的压紧力F1a也都有所改善，膜片弹簧内径比原设计有所增加。

本实验表明，运用微粒群算法对汽车离合器拉式膜片弹簧设计参数进行优化所得出的解是较优的解，同时因为迭代次数少也使得效率比较高。

4 结语

操作简单、全局优化能力强、收敛速度快、容易实现、思路简单、所需参数较少等都是微粒群算法的重要特点，这些特点使得微粒群算法能够应用于离合器膜片弹簧优化设计。

表1 优化结果对比

[1]朱海峰.汽车离合器的设计与其优化分析[J].工程技术（文摘版），2015（20）：262.

[2]张超，袁晓磊.汽车离合器膜片弹簧的优化设计[J].汽车实用技术，2014（3）：47-50.

[3]TRELEA IC. The particle swarm optimization algorithm：convergence analysis and parameter selection[J].Information Processing Letters，2003（6）：317-325.

[4]徐石安，江发潮.汽车离合器[M].北京：清华大学出版社，2005.

[5]张卫波.汽车膜片弹簧离合器智能优化设计技术研究[J].中国工程机械学报，2007（1）：67-71.

Optimal design of automobile clutch based on particle swarm optimization algorithm

Deng Pingyao
（Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China）

Clutch is one of the most important components of automobile, which has an important effect on the performance of the automobile. In this paper, the particle swarm optimization algorithm is introduced into the optimization design of clutch, the algorithm is used to optimize the main structure of the clutch, and characteristics of the components are analyzed, then this paper draw a conclusion that using the particle swarm algorithm to carry out the main building design of the clutch can be able to meet the demand of construction characteristics .

particle swarm optimization algorithm; clutch design; optimization

邓平尧（1983— ），男，江西修水，本科，助教；研究方向：汽车检测与维修。