基于LINGO的離合器踏板力優化設計

呂泓

摘 要：本設計全面分析了離合器踏板的工作特性，以在最大踏板力優化目標，建立非線性多參數優化設計數學模型，結合實例采用LINGO 軟件求解該模型。結果表明，優化后的離合器踏板力值明顯優于原設計，離合器性能、傳動系統及環境系統等諸多因素的影響，采用LINGO 軟件求解優化問題，算法簡單實用，提高了設計效率。本文探討了對離合器踏板增加助力彈簧優化設計的方法，并用實例證明了該方法的有效性和實用價值。

關鍵詞：離合器踏板力 優化設計 LINGO

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（c）-0117-02

有資料表明，城市公交車每天變速器換擋次數達800-1000次，在大城市中的小客車每天行駛1km要踩600-700次離合器可以說駕駛員工作繁重，很容易產生駕駛疲勞，這對汽車離合器操縱舒適度提出了更高要求。

汽車離合器操縱舒適程度是駕駛員通過離合器踏板的腳感來評價，而離合器踏板的腳感受到車輛使用情況、駛員人為感覺、離合器性能、傳動系統及環境系統等諸多因素的影響。但是影響離合器踏板舒適性最重要的因素是離合器踏板行程和踏板力之間的合理匹配。

1 離合器踏板工作特性分析

輕型客車離合器通常采用干式膜片彈簧離合器，受布置空間和成本限制，離合器操縱機構采用液壓式操縱系統，不含氣助力或液壓助力等機構，因此對離合器操縱機構的優化設計提出了較高的要求。

液壓操縱式離合器踏板力和踏板行程的關系。橫坐標表示踏板行程，縱坐標表示踏板力。踏板力曲線圖包含兩個過程，從o-a-b-c-d的過程為離合器分離過程，d-f-g-h-o為離合器接合過程。

離合器分離過程：當踩下踏板，踏板力迅速增加，從o點到a點，a點的踏板力也稱初始踏板力，力的大小將影響初始腳感；隨著踏板行程的增加，踏板力從a點逐漸增加到b，超過b點之后，隨著踏板行程增加，踏板力逐漸減少，b點力即為最大踏板力；當踏板過c點后，離合器已經徹底分離，踏板力也隨著踏板行程快速增加，c-d的踏板行程也稱為儲備行程。

離合器接合過程分析：逐漸踏板減小行程，從d-e過程，踏板力迅速減小，之后踏板力逐漸增加，到g點時，踏板力打到離合器接合時的最大踏板力，之后隨著踏板行程的減小，踏板力沿著g-h-o變化。在離合器接合過程中，f點為離合器開始接合點，該點往往處于g和e之間；到h點時，為離合器完全接合點。

從踏板力曲線可以看出影響離合器踏板舒適性的因素較多，各個點的合理匹配都會影響到腳感。踏板力和踏板行程是一對矛盾體，要減小踏板力，必會造成踏板行程增加，反之亦然。設計最佳的離合器踏板力曲線，不僅需要離合器膜片彈簧的優化設計，而且需要操縱系統進行優化匹配。

本文提出在踏板上增加助力彈簧，把踏板力最小為目標函數建立非線性多參數優化設計的方法。本文運用LINGO 軟件對車輛離合器踏板力曲線優化模型進行求解，這種方法不僅不用輸入初始參數，語法符合工程設計需要，而且編程工作量小，優越性明顯。

2 LINGO 軟件包介紹

LINGO是一種專門用于求解數學規劃的軟件包，由于LINGO執行速度快，易于輸入、求解和分析數學規劃問題，因此在教育、科研和工業界得到了廣泛的應用。LINGO主要用于求解線性規劃、非線性規劃、二次規劃和整數規劃等問題，也可用于一些線性和非線性方程組的求解以及代數方程求根等，同時LINGO也是一個矩陣生成器。所謂矩陣生成器，實際上是提供了建立最優問題的一種語言，有了它，使用者只需鍵入一行文字就可以建立起成千條約束或目標函數，掌握這種最優化模型語言是非常重要的，它可以使輸入較大規模問題的過程得到簡化。LINGO中包含了一種建模語言和許多常用的數學函數，可以供使用者建立數學規劃模型時調用[1]。

LINGO模型語言不僅能求連續變量的優化問題，而且能更方便地求解工程中更為需求的離散型優化問題。在求解線性優化問題時，使用線性求解器；求解非線性優化問題時用非線性求解器；求解整數規劃問題則使用整數求解器等；而當用線性求解器或整數求解器無法求解時再調用其他有關的求解器聯合求解。INGO10是LINGO軟件的最新版本，經許多實例驗證是一個很成功的軟件。

3 踏板力優化設計模型建立

某輕型客車離合器踏板力曲線特性如圖2所示。從圖中可以看出，離合器的最大踏板力超過160Nm，超過整車技術要求：踏板力<140Nm ，分離行程<150mm的。因此需要對離合器踏板力進行優化。

離合器踏板結構如圖3所示，優化前離合器未加助力彈簧。由于需要減少的彈簧約為20Nm，可以通過增加助力彈簧的方式的減少踏板力。彈簧助力有兩種形式，一種加圓柱彈簧，一種是加蝶形彈簧。

則可以建立踏板力方程如下：

優化前后離合器分離過程的踏板力曲線如下，優化后的踏板力明顯降低，最大踏板力為139Nm，滿足整車VTS目標。

4 結論

（1）所建立的模型具有較大的柔性，只要修改個給定參數值，就能進行不同的標準要求，不同型號車輛離合器踏板助力彈簧優化設計。

（2）運用LINGO 軟件求解優化問題，求解程序簡單，編程量小，求解效率高，是一種值得大力推廣的優化設計算法。

參考文獻

[1] 謝金星，薛毅.優化建模與LINDO/LINGO軟件[M].北京：清華大學出版社，2006.

[2] 苗琦，苗華威.表面活性劑在金屬清洗方面的應用[J].臺聲：新視角，2005（2）：201-203.

[3] 馬紅梅，朱志良.表面活性劑在化學清洗中的應用及研究進展[J].清洗世界，2005，21（4）：22-27.