CN104615805A - 一种电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，该方法包括：通过CobraPlan识别关键因子空间区；对关键因子空间区进行随机工况填充，并对各随机工况对应的关键因子随机赋值，实现对关键因子空间区的工况点及关键因子随机连续均匀分布，以此得到关键因子空间填充设计试验方案。本发明方法根据外特性曲线指定高低转速及高低负荷，即可通过CobraPlan软件定义关键因子空间区，并基于高低转速及高低负荷进行空间随机填充，生成关键因子空间区随机工况点；此外，通过CobraPlan指定关键因子空间区四顶点关键因子名义值及公差带值，根据空间填充方法可生成关键因子取值范围，对各随机工况点进行关键因子随机赋值。

Description

一种电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法

技术领域

本发明涉及柴油机的设计试验方法，具体地说是指一种电控柴油发动机关键因子空间填充设计试验方法。

背景技术

在发动机开发过程中，影响燃烧、性能及排放的一类重要参数称之为关键因子，对关键因子的调整与优化是开发核心环节。电控柴油发动机关键因子主要是指燃烧控制参数，包括预喷提前角、预喷油量、主喷提前角、喷射轨压、后喷提前角、后喷油量、EGR开度或EGR率等参数，此类参数可灵活调整，以此来满足各单点工况及循环工况的不同要求。对关键因子进行调整与优化的常规方法是依靠经验进行调整，面临大量台架试验考验，同时难以对各关键因子错中复杂的耦合关系有效兼顾。

数学设计试验方法的不断进步，从原理上诠释着多变量耦合关系的解决方案，尤其适合于描述电控柴油机这种多输入多输出多约束条件的复杂关系。以外特性曲线及指定转速、负荷来定义关键因子空间区，对关键因子空间区进行随机填充，实现对关键因子空间区的工况点及关键因子随机连续均匀分布，同时极大减少设计试验次数，是一种高效的关键因子设计试验方法，目前尚无此类报道。

发明内容

本发明目的采用的技术方案是一种电控柴油机参数敏感性分析方法，该方法根据输入的外特性曲线及高低转速、高低负荷定义关键因子空间区的软件CobraPlan，通过CobraPlan对关键因子空间区进行工况及关键因子的随机均匀填充，以此输出关键因子空间填充设计试验方案。

实现本发明目的采用的技术方案是一种电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，该方法包括：

通过CobraPlan识别关键因子空间区；

对关键因子空间区进行随机工况填充，并对各随机工况对应的关键因子随机赋值，实现对关键因子空间区的工况点及关键因子随机连续均匀分布，以此得到关键因子空间填充设计试验方案。

本发明具有以下优点：

(1)根据外特性曲线指定高低转速及高低负荷，即可通过CobraPlan软件定义关键因子空间区，并基于高低转速及高低负荷进行空间随机填充，生成关键因子空间区随机工况点。

(2)通过CobraPlan指定关键因子空间区四顶点关键因子名义值及公差带值，根据空间填充方法可生成关键因子取值范围，对各随机工况点进行关键因子随机赋值。

附图说明

图1为本发明关键因子设计试验生成方法示意图。

图2为四点定义工况区示意图。

图3随机工况生成示意图。

图4关键因子取值示意图。

图5为CobraPlan生成设计试验方案计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，包括：

S100、于CobraPlan中读入外特性曲线，并输入高低转速及高低负荷后，即可组合成ABCD四顶点，由此确定关键因子空间区；根据高低转速生成随机转速，根据高低负荷及随机转速对应与外特性曲线扭矩生成随机扭矩，由此生成基于空间填充的设计试验工况点。

S200、以及根据定义的关键因子及输入的ABCD四顶点各关键因子名义值、公差带值，生成关键因子的取值范围，并结合试验方案总工况数生成连续分布的关键因子值，结合已生成的设计试验工况点，组合成基于空间填充的设计试验方案。

步骤S100中的关键因子空间即为所关注的工况面，如图2所示，基于输入的外特性曲线、高低转速及高低负荷构成。本实施例通过CobraPlan识别关键因子空间区包括以下步骤：

1)读入外特性曲线，外特性各点工况以二维数组FL[i][j]存储；对于输入的外特性曲线，必须以转速升序排列，且必须将高转速、低转速包含在内。

2)输入高低转速hspeed、lspeed，输入高低负荷hload、lload。

3)由hspeed、lspeed、hload、lload构成ABCD四点，分别为A(hspeed,hload)、B(lspeed,hload)、C(lspeed,lload)、D(hspeed,lload)，其中A(hspeed,hload)、B(lspeed,hload)为负荷百分比表现形式，其扭矩表现形式为A(hspeed,tqa)、B(lspeed,tqb)。

4)于外特性曲线上插值计算hspeed及lspeed对应扭矩tqa及tqb。

5)识别二维数组FL[i][j]中转速介于lspeed及hspeed之间的工况点，以二维数组FLp[i][j]存储。

6)连接A点、(FLp[i][1],FLp[i][2]*hload)及B点，得到AB连线。

7)直线连接BC、CD、DA，与AB线一起构成区域即为关键因子空间区。

本发明方法的步骤S100中，对关键因子空间区进行随机工况填充包括以下步骤：

1)以关键因子空间区转速宽度为基础，结合转速随机因子spdr生成随机转速spd，其中转速随机因子取值0～1。具体的随机转速spd生成方法为：先对随机转速因子spdr用随机数函数赋值，再基于关键因子空间区转速宽度计算随机转速spd。

2)以关键因子空间区负荷宽度为基础，结合随机负荷因子loadr生成随机负荷load，其中负荷随机因子取值0～1。具体地，随机负荷load生成方法为：先对随机负荷因子loadr用随机数函数赋值，再基于关键因子空间区负荷宽度计算随机负荷load。

3)查找外特性上紧邻随机转速spd的前后工况点M(lspd,ltq)及N(hspd,htq)，根据M及N插值计算spd对应外特性点O(spd,tqo)。

4)根据tqo计算随机扭矩tq，输出关键因子空间区内随机工况点R(spd,tq)。

输入的设计试验方案工况点数为n，从1～n重复步骤1)～4)，即可生成数目为n的关键因子空间填充设计试验方案。

本发明步骤S200中，关键因子空间的随机工况对应关键因子随机赋值包含以下步骤：

1)输入ABCD四点各关键因子名义值meani及公差带devsi。

2)由B及A两点名义值及公差带值计算上限名义值meantop及上限公差值devstop，由C及D两点名义值及公差带值计算下限名义值meanbottom及下限公差值devsbottom。其中，上限名义值meantop、上限公差值devstop、下限名义值meanbottom及下限公差值devsbottom分别基于上沿名义值宽度、上沿公差值宽度、下沿名义值宽度及下沿公差值宽度计算。

3)根据上限名义值meantop及下限名义值meanbottom计算随机名义值mean，根据上限公差值devstop及下限公差值devsbottom计算随机公差值devs，由此得到关键因子随机值区间为(mean-devs,mean+devs)。其中，随机名义值mean及随机公差值devs分别基于名义值宽度及公差值宽度计算。

4)结合输入的设计试验工况点数，在区间(mean-devs,mean+devs)内生成连续均匀分布随机值nivvalue，即为关键因子赋值。

电控柴油机关键因子空间填充设计试验方案的具体执行过程如图5所示，以下对程序流程图作进一步的说明：

1)程序开始，变量初始化；

2)读入外特性数据，输入关键因子参数名及设计试验方案工况点数，若外特性数据非转速升序排列或者设计试验方案工况点数小于最小工况点数要求，报错提示；

3)输入高转速hspeed、低转速lspeed、高负荷hload及低负荷lload；

4)构建A(hspeed,hload)、B(lspeed,hload)、C(lspeed,lload)、D(hspeed,lload)四顶点

5)关键因子参数名赋值给ABCD各点

6)输入ABCD各点关键因子名义值及公差带值

7)统计外特性点位于lspeed及hspeed之间工况点FLi(spdi,tqi)

8)计算关键因子空间区上边沿各点工况hFLi(spdi,tqi*hload)，连接此部分工况点得到AB连线，AB线、BC线、CD线及DA线包围区域即为关键因子空间

9)计算随机转速spd

10)计算随机负荷

11)查找外特性上紧邻spd的前后工况点M(lspd,ltq)及N(hspd,htq)，插值计算spd对应外特性点O(spd,tqo)

12)计算随机扭矩

13)读入ABCD四点的各关键因子名义值及公差带值

14)计算meantop、meanbottom、devtop、devbottom

15)计算means、devs、nivvalue

16)输出随机工况点R(spd，tq，nivvalue)

将上述CobraPlan生成的设计试验方案于试验台架采集数据后，即可展开对关键因子分析，寻找最佳关键因子组合，既可极大减少设计试验次数，同时关键因子随机组合亦能提高其组合的可信度。

Claims (10)

1.一种电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于，包括：

通过CobraPlan识别关键因子空间区；

对关键因子空间区进行随机工况填充，并对各随机工况对应的关键因子随机赋值，实现对关键因子空间区的工况点及关键因子随机连续均匀分布，以此得到关键因子空间填充设计试验方案。

2.根据权利要求1所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于所述通过CobraPlan识别关键因子空间区包括：

1)读入外特性曲线，外特性各点工况以二维数组FL[i][j]存储；

2)输入高低转速hspeed、lspeed，输入高低负荷hload、lload；

3)由hspeed、lspeed、hload、lload构成ABCD四点，分别为

A(hspeed,hload)、B(lspeed,hload)、C(lspeed,lload)、D(hspeed,lload)

4)于外特性曲线上插值计算hspeed及lspeed对应扭矩tqa及tqb；

5)识别二维数组FL[i][j]中转速介于lspeed及hspeed之间的工况点，以二维数组FLp[i][j]存储；

6)连接A点、(FLp[i][1],FLp[i][2]*hload)及B点，得到AB连线；

7)直线连接BC、CD、DA，与AB线一起构成区域即为关键因子空间区。

3.根据权利要求2所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于：步骤1)中输入的外特性曲线以转速升序排列。

4.根据权利要求3所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于：步骤3)中A(hspeed,hload)、B(lspeed,hload)为负荷百分比表现形式，其扭矩表现形式为A(hspeed,tqa)、B(lspeed,tqb)。

5.根据权利要求1所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于所述对关键因子空间区进行随机工况填充包括以下步骤：

1)以关键因子空间区转速宽度为基础，生成随机转速spd；

2)以关键因子空间区负荷宽度为基础，生成随机负荷load；

3)查找外特性上紧邻随机转速spd的前后工况点M(lspd,ltq)及N(hspd,htq)，根据M及N插值计算spd对应外特性点O(spd,tqo)；

4)根据tqo计算随机扭矩tq，输出关键因子空间区内随机工况点R(spd,tq)。

6.根据权利要求5所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于所述步骤1)中随机转速spd生成方法为：先对随机转速因子spdr用随机数函数赋值，再基于关键因子空间区转速宽度计算随机转速spd。

7.根据权利要求5所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于所述步骤2)中随机负荷load生成方法为：先对随机负荷因子loadr用随机数函数赋值，再基于关键因子空间区负荷宽度计算随机负荷load。

8.根据权利要求1所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于所述各随机工况对应关键因子随机赋值包含以下步骤：

1)输入ABCD四点各关键因子名义值meani及公差带devsi；

2)由B及A两点名义值及公差带值计算上限名义值meantop及上限公差值devstop，由C及D两点名义值及公差带值计算下限名义值meanbottom及下限公差值devsbottom；

3)根据上限名义值meantop及下限名义值meanbottom计算随机名义值mean，根据上限公差值devstop及下限公差值devsbottom计算随机公差值devs，由此得到关键因子随机值区间为(mean-devs,mean+devs)；

4)结合输入的设计试验工况点数，在区间(mean-devs,mean+devs)内生成连续均匀分布随机值nivvalue，即为关键因子赋值。

9.根据权利要求8所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于所述步骤2)中上限名义值meantop、上限公差值devstop、下限名义值meanbottom及下限公差值devsbottom分别基于上沿名义值宽度、上沿公差值宽度、下沿名义值宽度及下沿公差值宽度计算。

10.根据权利要求8所述电控柴油机关键因子空间填充设计试验方法，其特征在于所述步骤3)中随机名义值mean及随机公差值devs分别基于名义值宽度及公差值宽度计算。