基于LINGO的离合器踏板力优化设计

吕泓

摘 要：本设计全面分析了离合器踏板的工作特性，以在最大踏板力优化目标，建立非线性多参数优化设计数学模型，结合实例采用LINGO 软件求解该模型。结果表明，优化后的离合器踏板力值明显优于原设计，离合器性能、传动系统及环境系统等诸多因素的影响，采用LINGO 软件求解优化问题，算法简单实用，提高了设计效率。本文探讨了对离合器踏板增加助力弹簧优化设计的方法，并用实例证明了该方法的有效性和实用价值。

关键词：离合器踏板力 优化设计 LINGO

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）05（c）-0117-02

有资料表明，城市公交车每天变速器换挡次数达800-1000次，在大城市中的小客车每天行驶1km要踩600-700次离合器可以说驾驶员工作繁重，很容易产生驾驶疲劳，这对汽车离合器操纵舒适度提出了更高要求。

汽车离合器操纵舒适程度是驾驶员通过离合器踏板的脚感来评价，而离合器踏板的脚感受到车辆使用情况、驶员人为感觉、离合器性能、传动系统及环境系统等诸多因素的影响。但是影响离合器踏板舒适性最重要的因素是离合器踏板行程和踏板力之间的合理匹配。

1 离合器踏板工作特性分析

轻型客车离合器通常采用干式膜片弹簧离合器，受布置空间和成本限制，离合器操纵机构采用液压式操纵系统，不含气助力或液压助力等机构，因此对离合器操纵机构的优化设计提出了较高的要求。

液压操纵式离合器踏板力和踏板行程的关系。横坐标表示踏板行程，纵坐标表示踏板力。踏板力曲线图包含两个过程，从o-a-b-c-d的过程为离合器分离过程，d-f-g-h-o为离合器接合过程。

离合器分离过程：当踩下踏板，踏板力迅速增加，从o点到a点，a点的踏板力也称初始踏板力，力的大小将影响初始脚感；随着踏板行程的增加，踏板力从a点逐渐增加到b，超过b点之后，随着踏板行程增加，踏板力逐渐减少，b点力即为最大踏板力；当踏板过c点后，离合器已经彻底分离，踏板力也随着踏板行程快速增加，c-d的踏板行程也称为储备行程。

离合器接合过程分析：逐渐踏板减小行程，从d-e过程，踏板力迅速减小，之后踏板力逐渐增加，到g点时，踏板力打到离合器接合时的最大踏板力，之后随着踏板行程的减小，踏板力沿着g-h-o变化。在离合器接合过程中，f点为离合器开始接合点，该点往往处于g和e之间；到h点时，为离合器完全接合点。

从踏板力曲线可以看出影响离合器踏板舒适性的因素较多，各个点的合理匹配都会影响到脚感。踏板力和踏板行程是一对矛盾体，要减小踏板力，必会造成踏板行程增加，反之亦然。设计最佳的离合器踏板力曲线，不仅需要离合器膜片弹簧的优化设计，而且需要操纵系统进行优化匹配。

本文提出在踏板上增加助力弹簧，把踏板力最小为目标函数建立非线性多参数优化设计的方法。本文运用LINGO 软件对车辆离合器踏板力曲线优化模型进行求解，这种方法不仅不用输入初始参数，语法符合工程设计需要，而且编程工作量小，优越性明显。

2 LINGO 软件包介绍

LINGO是一种专门用于求解数学规划的软件包，由于LINGO执行速度快，易于输入、求解和分析数学规划问题，因此在教育、科研和工业界得到了广泛的应用。LINGO主要用于求解线性规划、非线性规划、二次规划和整数规划等问题，也可用于一些线性和非线性方程組的求解以及代数方程求根等，同时LINGO也是一个矩阵生成器。所谓矩阵生成器，实际上是提供了建立最优问题的一种语言，有了它，使用者只需键入一行文字就可以建立起成千条约束或目标函数，掌握这种最优化模型语言是非常重要的，它可以使输入较大规模问题的过程得到简化。LINGO中包含了一种建模语言和许多常用的数学函数，可以供使用者建立数学规划模型时调用[1]。

LINGO模型语言不仅能求连续变量的优化问题，而且能更方便地求解工程中更为需求的离散型优化问题。在求解线性优化问题时，使用线性求解器；求解非线性优化问题时用非线性求解器；求解整数规划问题则使用整数求解器等；而当用线性求解器或整数求解器无法求解时再调用其他有关的求解器联合求解。INGO10是LINGO软件的最新版本，经许多实例验证是一个很成功的软件。

3 踏板力优化设计模型建立

某轻型客车离合器踏板力曲线特性如图2所示。从图中可以看出，离合器的最大踏板力超过160Nm，超过整车技术要求：踏板力<140Nm ，分离行程<150mm的。因此需要对离合器踏板力进行优化。

离合器踏板结构如图3所示，优化前离合器未加助力弹簧。由于需要减少的弹簧约为20Nm，可以通过增加助力弹簧的方式的减少踏板力。弹簧助力有两种形式，一种加圆柱弹簧，一种是加蝶形弹簧。

则可以建立踏板力方程如下：

优化前后离合器分离过程的踏板力曲线如下，优化后的踏板力明显降低，最大踏板力为139Nm，满足整车VTS目标。

4 结论

（1）所建立的模型具有较大的柔性，只要修改个给定参数值，就能进行不同的标准要求，不同型号车辆离合器踏板助力弹簧优化设计。

（2）运用LINGO 软件求解优化问题，求解程序简单，编程量小，求解效率高，是一种值得大力推广的优化设计算法。

参考文献

[1] 谢金星，薛毅.优化建模与LINDO/LINGO软件[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2] 苗琦，苗华威.表面活性剂在金属清洗方面的应用[J].台声：新视角，2005（2）：201-203.

[3] 马红梅，朱志良.表面活性剂在化学清洗中的应用及研究进展[J].清洗世界，2005，21（4）：22-27.