一種基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機熱力學仿真模型標定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)動機熱力學仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機 熱力學仿真模型標定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代發(fā)動機開發(fā)中，計算機輔助工程（CA巧手段的運用，能夠大大縮短開發(fā)周 期，節(jié)約開發(fā)成本。發(fā)動機熱力學仿真可W快速評價發(fā)動機各個子系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)劣，提出改 進意見，為各子系統(tǒng)的快速定型提供強有力的支持，但該些工作是基于發(fā)動機熱力學模型 準確的前提之下，因此，發(fā)動機熱力學模型的標定工作就是整個發(fā)動機熱力學仿真過程中 的重中之重。由于發(fā)動機熱力學模型中可調(diào)參數(shù)眾多，與試驗數(shù)據(jù)的對標耗時長，效率低， 且可能顧此失彼，很難把模型標定準確，需要相關(guān)專業(yè)人員有非常豐富的經(jīng)驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于通過一種基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機熱力學仿真模型標定方法， 來解決W上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0004] 為達此目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0005] -種基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機熱力學仿真模型標定方法，其包括如下步驟：
[0006] S101、獲得發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)和發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)；
[0007] S102、建立發(fā)動機一維熱力學模型；
[0008] S103、建立所述發(fā)動機一維熱力學模型與多目標優(yōu)化軟件的禪合計算模型；
[0009] S104、選取標定參數(shù)并設(shè)定其范圍；
[0010] S105、設(shè)定標定目標；
[0011] S106、選擇相應(yīng)的試驗設(shè)計與優(yōu)化算法；
[0012] S107、執(zhí)行仿真迭代；
[0013] S108、運用多目標優(yōu)化軟件中的決策工具進行結(jié)果分析。
[0014] 特別地，所述步驟S101中發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)包括但不限于發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)參數(shù)、進 排氣道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、進排氣歧管結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、空濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、氣道流量 系數(shù)；所述發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)包括但不限于功率、扭矩、油耗、充氣效率、摩擦功、缸壓、點火 角、空燃比、排溫、WT數(shù)據(jù)、進排氣道壓力波動曲線。
[0015] 特別地，所述步驟S102具體包括；在發(fā)動機一維仿真軟件平臺上，根據(jù)發(fā)動機結(jié) 構(gòu)參數(shù)建立發(fā)動機一維熱力學模型，并把發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入到發(fā)動機一維熱力學模型 中，對發(fā)動機一維熱力學模型進行調(diào)試至能正常運行。
[0016] 特別地，所述步驟S103具體包括；建立所述發(fā)動機一維熱力學模型與多目標優(yōu)化 軟件的禪合計算模型，由多目標優(yōu)化軟件來驅(qū)動一維熱力學仿真軟件運行，并讀取一維仿 真軟件的計算結(jié)果。
[0017] 特別地，所述步驟S104中標定參數(shù)包括但不限于進氣歧管長度、進氣歧管容腔容 積、進氣總管直徑、進氣凸輪持續(xù)期系數(shù)、進氣凸輪升程系數(shù)、排氣凸輪持續(xù)期系數(shù)、排氣凸 輪升程系數(shù)、CA50、進排氣相位角度。
[0018] 特別地，所述步驟S105中標定目標包括但不限于充氣效率、扭矩、功率、進氣量、 燃油消耗率。
[0019] 特別地，所述步驟S106中試驗設(shè)計與優(yōu)化算法包括Sobol序列法、NSGAII遺傳算 法。
[0020] 特別地，所述步驟S106中優(yōu)化算法選擇NSGAII遺傳算法。
[0021] 特別地，所述步驟S107具體包括；多目標優(yōu)化軟件根據(jù)Sobol序列試驗設(shè)計方法 所確定的優(yōu)化方案逐步進行迭代計算。
[0022] 特別地，所述步驟S108中決策工具包括響應(yīng)面分析法巧SM)。
[0023] 本發(fā)明提出的基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機熱力學仿真模型標定方法基于計算機仿 真分析，采用多目標優(yōu)化算法與數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了標定過程的自動化，能夠快 速標定出準確的模型，為發(fā)動機后續(xù)的開發(fā)提供支持，提高了開發(fā)效率，節(jié)約了開發(fā)成本， 縮短了開發(fā)周期。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實施例提供的基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機熱力學仿真模型標定方法 流程圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明實施例提供的最終的標定結(jié)果曲線圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。可W理解的是，此處所描述的具 體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描 述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0027] 請參照圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例提供的基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機熱力學仿 真模型標定方法流程圖。
[0028] 本實施例中基于多目標優(yōu)化的發(fā)動機熱力學仿真模型標定方法具體包括如下步 驟：
[0029] S101、獲得發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)和發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)。實際應(yīng)用中，發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)包括 但不限于發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)參數(shù)、進排氣道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、進排氣歧管結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、空濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù) 據(jù)、排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、氣道流量系數(shù)。其中，進氣歧管、進氣道、排氣歧管、排氣道是根據(jù)= 維數(shù)模運用GEM3D工具離散得來，保證了計算模型的精度。所述發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)包括但不 限于功率、扭矩、油耗、充氣效率、摩擦功、缸壓、點火角、空燃比、排溫、WT數(shù)據(jù)、進排氣道壓 力波動曲線。由于摩擦功包括了累氣損失，因此需要減掉累氣損失后從使用。
[0030] S102、建立發(fā)動機一維熱力學模型。在發(fā)動機一維仿真軟件平臺上，根據(jù)發(fā)動機結(jié) 構(gòu)參數(shù)建立發(fā)動機一維熱力學模型，進氣道、排氣道、進氣歧管、排氣歧管采用離散得來的 一維模型，把模型搭建完整，并把發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入到發(fā)動機一維熱力學模型中，對發(fā)動 機一維熱力學模型進行調(diào)試至能正常運行。其中，試驗無法獲取的數(shù)據(jù)需要相關(guān)人員根據(jù) 經(jīng)驗進行調(diào)整。
[0031] 燃燒模型，采用VIBE燃燒模型，VIBE燃燒模型的S個燃燒參數(shù)，起始角、持續(xù)期、 形狀因子，各自對燃燒放熱規(guī)律有不同的影響。傳熱模型，本計算模型采用Woschnil978 傳熱模型。對于循環(huán)模擬計算，工質(zhì)與氣缸內(nèi)壁之間的換熱過程不僅影響氣缸內(nèi)部過程的 進行，而且也影響受熱零件的熱負荷和散熱冷卻介質(zhì)的熱量，為此必須研究燃氣側(cè)的換熱 系數(shù)及內(nèi)表面溫度。對于傳熱系數(shù)的計算，采用式：
[0032]
[0033] 進排氣口流量系數(shù)，流量系數(shù)即為流過氣道的實際流量與理論流量的比值，范圍 在0-1之間。流量系數(shù)是衡量流通能力的重要指標，流量系數(shù)越大，說明流通能力大，流體 通過時的壓力損失小。本實施例張采用ML推薦的公式進行計算：
[0034]
[00巧]其中表示實際流量比g/s]，示理論流量比g/s]
[0036] 理論流量計算公式如下：
[003引其中，Av表示氣口座面積虹2]，dy表示氣口座內(nèi)圈直徑虹]，P m表示氣體平均密 度比g/m3, P表示缸內(nèi)氣體密度比g/m3]，P。表示環(huán)境氣體密度比g/m3]，P。表示環(huán)境壓力 [化]，AP表示進出口壓差[Pa]。其他參數(shù)的定義，除了 W上主要參數(shù)W外，進排氣壓力、 溫度，氣口正時、進氣系統(tǒng)壓降、排氣背壓等參數(shù)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進行了調(diào)整。
[0040] S103、建立所述發(fā)動機一維熱力學模型與多目標優(yōu)化軟件的禪合計算模型。建立 所述發(fā)動機一維熱力學模型與多目標優(yōu)化軟件的禪合計算模型，由多目標優(yōu)化軟件來驅(qū)動 一維熱力學仿真軟件運行，并讀取一維仿真軟件的計算結(jié)果。
[0041] S104、選取標定參數(shù)并設(shè)定其范圍。于本實施例中所述標定參數(shù)包括但不限于進 氣歧管長度、進氣歧管容腔容積、進氣總管直徑、進氣凸