一種基于多目標優化的發動機熱力學仿真模型標定方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及發動機熱力學仿真技術領域，尤其設及一種基于多目標優化的發動機 熱力學仿真模型標定方法。
【背景技術】
[0002] 在現代發動機開發中，計算機輔助工程（CA巧手段的運用，能夠大大縮短開發周 期，節約開發成本。發動機熱力學仿真可W快速評價發動機各個子系統的設計優劣，提出改 進意見，為各子系統的快速定型提供強有力的支持，但該些工作是基于發動機熱力學模型 準確的前提之下，因此，發動機熱力學模型的標定工作就是整個發動機熱力學仿真過程中 的重中之重。由于發動機熱力學模型中可調參數眾多，與試驗數據的對標耗時長，效率低， 且可能顧此失彼，很難把模型標定準確，需要相關專業人員有非常豐富的經驗。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的在于通過一種基于多目標優化的發動機熱力學仿真模型標定方法， 來解決W上【背景技術】部分提到的問題。
[0004] 為達此目的，本發明采用W下技術方案：
[0005] -種基于多目標優化的發動機熱力學仿真模型標定方法，其包括如下步驟：
[0006] S101、獲得發動機結構參數和發動機試驗數據；
[0007] S102、建立發動機一維熱力學模型；
[0008] S103、建立所述發動機一維熱力學模型與多目標優化軟件的禪合計算模型；
[0009] S104、選取標定參數并設定其范圍；
[0010] S105、設定標定目標；
[0011] S106、選擇相應的試驗設計與優化算法；
[0012] S107、執行仿真迭代；
[0013] S108、運用多目標優化軟件中的決策工具進行結果分析。
[0014] 特別地，所述步驟S101中發動機結構參數包括但不限于發動機缸體結構參數、進 排氣道結構數據、進排氣歧管結構數據、空濾系統結構數據、排氣系統結構數據、氣道流量 系數；所述發動機試驗數據包括但不限于功率、扭矩、油耗、充氣效率、摩擦功、缸壓、點火 角、空燃比、排溫、WT數據、進排氣道壓力波動曲線。
[0015] 特別地，所述步驟S102具體包括；在發動機一維仿真軟件平臺上，根據發動機結 構參數建立發動機一維熱力學模型，并把發動機結構參數輸入到發動機一維熱力學模型 中，對發動機一維熱力學模型進行調試至能正常運行。
[0016] 特別地，所述步驟S103具體包括；建立所述發動機一維熱力學模型與多目標優化 軟件的禪合計算模型，由多目標優化軟件來驅動一維熱力學仿真軟件運行，并讀取一維仿 真軟件的計算結果。
[0017] 特別地，所述步驟S104中標定參數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、進氣凸輪持續期系數、進氣凸輪升程系數、排氣凸輪持續期系數、排氣凸 輪升程系數、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中試驗設計與優化算法包括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；多目標優化軟件根據Sobol序列試驗設計方法 所確定的優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面分析法巧SM)。
[0023] 本發明提出的基于多目標優化的發動機熱力學仿真模型標定方法基于計算機仿 真分析，采用多目標優化算法與數值模擬技術相結合，實現了標定過程的自動化，能夠快 速標定出準確的模型，為發動機后續的開發提供支持，提高了開發效率，節約了開發成本， 縮短了開發周期。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明實施例提供的基于多目標優化的發動機熱力學仿真模型標定方法 流程圖；
[0025] 圖2為本發明實施例提供的最終的標定結果曲線圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。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明，而非對本發明的限定。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明相關的部分而非全部內容。
[0027] 請參照圖1所示，圖1為本發明實施例提供的基于多目標優化的發動機熱力學仿 真模型標定方法流程圖。
[0028] 本實施例中基于多目標優化的發動機熱力學仿真模型標定方法具體包括如下步 驟：
[0029] S101、獲得發動機結構參數和發動機試驗數據。實際應用中，發動機結構參數包括 但不限于發動機缸體結構參數、進排氣道結構數據、進排氣歧管結構數據、空濾系統結構數 據、排氣系統結構數據、氣道流量系數。其中，進氣歧管、進氣道、排氣歧管、排氣道是根據= 維數模運用GEM3D工具離散得來，保證了計算模型的精度。所述發動機試驗數據包括但不 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數據、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、建立發動機一維熱力學模型。在發動機一維仿真軟件平臺上，根據發動機結 構參數建立發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，并把發動機結構參數輸入到發動機一維熱力學模型中，對發動 機一維熱力學模型進行調試至能正常運行。其中，試驗無法獲取的數據需要相關人員根據 經驗進行調整。
[0031] 燃燒模型，采用VIBE燃燒模型，VIBE燃燒模型的S個燃燒參數，起始角、持續期、 形狀因子，各自對燃燒放熱規律有不同的影響。傳熱模型，本計算模型采用Woschnil978 傳熱模型。對于循環模擬計算，工質與氣缸內壁之間的換熱過程不僅影響氣缸內部過程的 進行，而且也影響受熱零件的熱負荷和散熱冷卻介質的熱量，為此必須研究燃氣側的換熱 系數及內表面溫度。對于傳熱系數的計算，采用式：
[0032]
[0033] 進排氣口流量系數，流量系數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。流量系數是衡量流通能力的重要指標，流量系數越大，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表示氣口座內圈直徑虹]，P m表示氣體平均密 度比g/m3, P表示缸內氣體密度比g/m3]，P。表示環境氣體密度比g/m3]，P。表示環境壓力 [化]，AP表示進出口壓差[Pa]。其他參數的定義，除了 W上主要參數W外，進排氣壓力、 溫度，氣口正時、進氣系統壓降、排氣背壓等參數根據試驗數據進行了調整。
[0040] S103、建立所述發動機一維熱力學模型與多目標優化軟件的禪合計算模型。建立 所述發動機一維熱力學模型與多目標優化軟件的禪合計算模型，由多目標優化軟件來驅動 一維熱力學仿真軟件運行，并讀取一維仿真軟件的計算結果。
[0041] S104、選取標定參數并設定其范圍。于本實施例中所述標定參數包括但不限于進 氣歧管長度、進氣歧管容腔容積、進氣總管直徑、進氣凸