CN113642159A - 一种发动机特征工况点聚合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机特征工况点聚合方法。该方法包括如下步骤：获取发动机工况点；将各个发动机工况点以坐标点的形式标示在转速扭矩坐标系中；以一定的横、纵坐标间隔将坐标系划分为若干网格；确定各个网格内的发动机工况点的点数；以网格为基本单元，以点数相同或最为相近为原则，将包含有发动机工况点的网格划分为两块区域，然后将得到的区域继续按相同做法一分为二，以此类推，最终划分出与发动机工况点所需简化个数相同数量的区域；在各个最终划分出的区域内，计算出发动机工况简化点。通过分区简化的方法，能够快速的得到具有代表意义的发动机特征工况点，表征整个区域的发动机工况点，缩短后续对发动机油耗等性能的分析研究周期。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种发动机特征工况点聚合方法。
背景技术
发动机实际运行的工作状况简称为工况，发动机的工况可以用一组表征其某种性能的参数来描述，其中主要的参数是转速和扭矩(或有效功率)，这些参数具体取不同的值即对应不同的发动机工况点。
传统燃油车型的工况油耗很大程度上取决于发动机的万有特性，发动机的万有特性是由成千上百的工况点组成，其开发难度较大且周期较长。但是，在整车的工况油耗开发中，并不是所有的发动机万有特性工况点都会用到，实际上只是跟整车匹配的一部分工况点会用到，即便是这样，专门去设计和优化这部分工况点依然是一项较大的工程。在这种背景下，就衍生出了一些基于整车油耗的发动机特征工况点聚合方法，顾名思义，就是将这部分工况点聚合成少数几个工况点，而这几个工况点能够代表该发动机在当前车上的工作区域，有针对性的对这几个工况点的油耗进行开发及优化，可以有效的降低整车油耗。
现有的发动机特征工况点聚合方法欠缺，而且对于搭载相同发动机的所有车型无简化处理办法，使得整个油耗性能分析工作繁多，效率低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种发动机特征工况点聚合方法，利用距离最短分区简化的方法，得出具有代表行的发动机简化点，同时，能覆盖同一款发动机所搭载所有车型的发动机特征工况点，减少发动机开发标定工作量。
为了解决上述技术问题，本发明的一种发动机特征工况点聚合方法，包括如下步骤：获取发动机工况点，其中，各个所述发动机工况点均包括转速和扭矩信息；建立转速扭矩的坐标系，将各个发动机工况点以坐标点的形式标示在转速扭矩坐标系中；将坐标系划分为若干网格；确定各个网格内的发动机工况点的点数；以网格为基本单元，以点数相同为原则，将包含有发动机工况点的网格划分为两块区域，然后将得到的区域继续按相同的二分法进行划分，以此类推，最终划分出与发动机工况点所需简化个数相同数量的区域；在各个最终划分出的区域内，计算出发动机工况简化点。
在上述发动机特征工况点聚合方法中，通过将各发动机工况点标示在转速扭矩坐标系的各个网格中，然后以网格为基本单元，以点数相同或最为相近为原则进行区域划分，得到点数最为接近若干区域，最后在各个区域内计算出一个具有代表性的发动机工况简化点，表征整个区域的发动机工况点，从而实现对发动机工况点各散点的分区简化，缩短后续对发动机油耗等性能的分析研究周期。
作为本发明发动机特征工况点聚合方法的改进，所述在各个最终划分出的区域内，计算出发动机工况简化点的方法包括：计算出与该区域内所有发动机工况点距离之和最小的中心点，该中心点即为发动机工况简化点。在最终划分出的区域内，利用距离最短的算法来获取发动机工况简化点，进一步提高发动机工况简化点的代表性，使简化研究分析具有更大的实际参考意义。
作为本发明发动机特征工况点聚合方法的进一步改进，所述将得到的区域继续按相同的二分法进行划分包括：将得到的区域按面积大小依次进行划分。按照区域面积大小来决定后续划分的顺序，从大到小依次有序的进行分区，使分区更加合理。
作为本发明发动机特征工况点聚合方法的另一种改进，所述获取发动机工况点采用仿真分析的方法。优选的，该仿真分析方法包括：建立整车仿真模型；将整车相关参数和零部件相关参数输入整车仿真模型；设定循环工况；利用整车仿真模型仿真运行循环工况，仿真分析出发动机工况点。通过仿真分析的方法，可以在发动机等整车部件的早期开发阶段进行分析验证，保证整车动力性和经济性的目标实现。
在上述采用仿真分析的方法获取发动机工况点的技术方案中，所述获取发动机工况点的仿真分析对象为搭载相同发动机的多个车型，分别仿真分析出各个车型的发动机工况点，然后将各个车型的所有发动机工况点进行汇总集合，得到所要获取的发动机工况点。通过对同一款发动机所搭载的不同车型依次进行仿真计算，分别得到各个车型的发动机工况点信息，然后汇总所有发动机工况点，进行聚合简化得到若干个发动机工况简化点，即该款发动机的特征工况点，从而建立整车油耗和发动机工况点的关系，在发动机开发阶段，可以缩短不同车型的发动机万有特性标定周期，减少同一款发动机某些特征工况点的反复开发，节省试验和开发成本和时间。
在上述多车型仿真分析的技术方案中，所述发动机工况点还包括在循环工况内的采样时刻信息，所述将各个车型的所有发动机工况点进行汇总集合的方法包括：建立时间轴，以仿真时的循环工况周期为时间轴的基本单元；依次在各个基本单元内，根据采样时刻信息放入各个车型的所有发动机工况点；建立一个虚拟车型模型，以相同的循环工况和采样频率对其进行连续仿真分析，得到对应的多个循环工况周期内不同时刻的虚拟发动机工况点；将虚拟发动机工况点放入时间轴中，与所有车型的发动机工况点进行差异对比，若二者的差异小于设定要求，则对虚拟车型模型进行单循环工况的仿真，得到的发动机工况点即为各个车型的所有发动机工况点的汇总集合，若二者的差异不小于设定要求，则修改虚拟车型模型，重新仿真分析、对比。通过多车型虚拟合并建模技术，将一台发动机所搭载的所有车型，虚拟成一个车型，通过多次的模型参数调整和差异对比分析，使该虚拟车型的发动机工况点能够代替原所有车型的工况点，为后续的简化分析提供可靠的数据支撑。
综上所述，采用上述发动机特征工况点聚合方法，通过距离最短分区简化的过程，能够快速的得到具有表征意义的发动机特征工况点，进行早期开发研究，同时可以简化对搭载相同发动机的各不同的车型分析研究，缩短开发周期，节省开发成本。
附图说明
在附图中：
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的网格划分结构示意图。
图3为本发明的网格点计数结构示意图。
图4为本发明的区域划分结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本发明的发动机特征工况点聚合方法运用距离最短分区简化方法将发动机工况点集合聚合简化，得到若干个发动机工况简化点，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤一：获取发动机工况点，其中，各个所述发动机工况点均包括转速和扭矩信息。在发动机工作的时候，按照设定的采样频率采集各个时刻发动机的转速、扭矩信息，得到多个发动机工况点。
可选的，采用仿真分析的方法获取发动机工况点，在开发阶段即可进行分析研究。具体的，仿真分析方法包括以下步骤：
S01：建立整车仿真模型。该模型中包含整车模块、发动机模块、发电机模块、车载电器负载模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块、驾驶员模块、ECU电控模块以及车载信息显示模块。其中，用机械进行连接和能量传导的模块依次为发动机模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块，而ECU电控模块及车载信息显示模块与其他机械模块的交互是通过电子信号进行传输。
S02：将整车相关参数和零部件相关参数输入整车仿真模型。仿真计算所需的整车相关参数包括对应车型的整车重量及阻力，零部件相关参数包括发动机万有特性、变速器速比及传动效率和车轮滚动半径。
S03：设定循环工况。我国乘用车经济性能测试法规循环工况主要有3种：NEDC工况、WLTC工况和CLTC工况。
S04：利用整车仿真模型仿真运行循环工况，仿真分析出发动机工况点。在整车运行的过程中，按照设定的采样频率，采集发动机工况点。
进一步的，所述获取发动机工况点的仿真分析对象为单个车型，直接仿真分析出该车型的发动机工况点，即为所要获取的发动机工况点。
另外，所述获取发动机工况点的仿真分析对象也可以为搭载相同发动机的多个车型，分别仿真分析出各个车型的发动机工况点，然后将各个车型的所有发动机工况点进行汇总集合，得到所要获取的发动机工况点，进行后续的分析，既可以覆盖搭载相同发动机的所有车型，简化分析工作量。
具体的，实现搭载相同发动机的多个车型的所有发动机工况点进行汇总集合的第一种方式为：直接集合发动机工况点的方法。利用上述的额仿真分析方法：将搭载同一款发动机的各个车型的整车相关参数和零部件相关参数分别输入整车仿真模型；设定循环工况，仿真分析出各个车型的发动机工况点。然后将各个车型的所有发动机工况点都以转速和扭矩信息来表征，在同一转速扭矩坐标系标示出来，汇总在一起，得到的发动机工况点集合即为所要获取的发动机工况点。这样发动机工况点集合将包含所有车型的所有发动机工况点，对这个汇总的集合进行简化，以及后续的分析。
第二种方式为：多车型虚拟合并的方法。以搭载相同发动机的A\B\C三款车的WLTC工况合并建模举例说明。首先，分别基于1800秒的WLTC工况分别计出A\B\C三款车的发动机转速和扭矩，并且按时间进行衔接，合并成一个5400(3×1800)秒随时间变化的发动机转速、扭矩的计算结果。同时，建立一个虚拟车模型，基于三个连续的WLTC(同样也是5400秒)工况计算出该虚拟车的发动机转速、扭矩。然后，将虚拟车的发动机转速、扭矩和A\B\C车合并后的发动机转速和扭矩进行差异对比，如果差异＜1％，该差异基于统计学的差异分析，该虚拟车建模完成；如果差异＞1％，需要对该虚拟车模型进行修正。修正完成后用新修正的虚拟车模型再次进行发动机转速和扭矩的计算，然后和A\B\C合并车的转速、扭矩进行差异对比，如此循环，直到差异＜1％。最后对虚拟车模型进行仿真计算，得到所要获取的发动机工况点。通过多车型虚拟合并建模技术，将一台发动机所搭载的所有车型，虚拟成一个车型，该车型的发动机工况点能够代替原所有车型的工况点，从而简化分析过程，缩短多车型的设计研发周期。
步骤二：建立转速扭矩的坐标系，将各个发动机工况点以坐标点的形式标示在转速扭矩坐标系中。优选的，建立横坐标为转速，纵坐标为扭矩的坐标系。
步骤三：如图2所示，以一定的横、纵坐标间隔将坐标系划分为若干网格。横坐标间隔的可取值范围为100-500r/min，纵坐标间隔的可取值范围为5-20N·m。
步骤四：确定各个网格内的发动机工况点的点数。如图3所示，对各个网格内的发动机工况点进行计数。
步骤五：以网格为基本单元，以点数相同为原则，将包含有发动机工况点的网格划分为两块区域，然后将得到的区域继续按相同的二分法进行划分，可选的，将得到的区域按面积大小依次进行划分，优先划分得到的区域中面积较大的区域，以此类推，最终划分出与发动机工况点所需简化个数相同数量的区域。其中，点数相同指的是在进行划分的过程，使每次划分的到的两个区域中的发动机工况点点数相同，如果区域内的点数按照网格不能平分时，使分得的两个区域点数差最小视为点数相同。另外，发动机工况点的所需简化个数为预先设定的值，根据分析的具体情况，设定所需简化点个数即特征工况点的个数。
步骤六：如图4所示，在各个最终划分出的区域内，计算出发动机工况简化点。
可选的，计算出各个最终划分出的区域内与所有发动机工况点距离之和最小的中心点，该中心点即为发动机工况简化点。计算出各区域中心点的坐标值(转速、扭矩)的具体算法是基于距离最短原则，不断迭代求取，使得中心点与该区域内所有发动机工况点集合距离之和最小。
计算公式：
式中：a为聚合经验系数，取值范围为300-500；
Tk及nk为该区域内的任意一个发动机工况点集合的扭矩和转速，单位分别为N·m和r/min；
T中心及n中心为该区域内的中心点的扭矩和转速，单位分别为N·m和r/min；
Z为该区域内的中心点与该区域内所有发动机工况点集合距离之和，最终使的z取值最小时候的T中心、n中心对应的点即为该区域中心点，也即发动机工况简化点或特征工况点。
可选的，步骤七：根据发动机工况简化点，对整车油耗进行优化。
完成聚合后的工况点即是发动机特征工况点，这些点具有代表性，车辆常运行的就是这些个特征工况点。这样就建立了整车油耗和发动机工况点的关系，在发动机开发阶段，针对这些点，在发动机台架上进行专项开发和优化，将整车油耗优化工作提前至发动机开发阶段，降低开发风险并且减少发动机开发标定工作量，且提升了整车油耗性能。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取发动机工况点，其中，各个所述发动机工况点均包括转速和扭矩信息；
建立转速扭矩的坐标系，将各个发动机工况点以坐标点的形式标示在转速扭矩坐标系中；
将坐标系划分为若干网格；
确定各个网格内的发动机工况点的点数；
以网格为基本单元，以点数相同为原则，将包含有发动机工况点的网格划分为两块区域，然后将得到的区域继续按相同的二分法进行划分，以此类推，最终划分出与发动机工况点所需简化个数相同数量的区域；
在各个最终划分出的区域内，计算出发动机工况简化点。
2.根据权利要求1所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述在各个最终划分出的区域内，计算出发动机工况简化点的方法包括：计算出与该区域内所有发动机工况点距离之和最小的中心点，该中心点即为发动机工况简化点。
3.根据权利要求1所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述将得到的区域继续按相同的二分法进行划分包括：将得到的区域按面积大小依次进行划分。
4.根据权利要求1所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述将坐标系划分为若干网格的方法包括：以一定的横、纵坐标间隔进行划分，横坐标间隔的可取值范围为100-500r/min，纵坐标间隔的可取值范围为5-20N·m。
5.根据权利要求1所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述获取发动机工况点采用仿真分析的方法。
6.根据权利要求1或5所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述获取发动机工况点的方法包括：
建立整车仿真模型；
将整车相关参数和零部件相关参数输入整车仿真模型；
设定循环工况；
利用整车仿真模型仿真运行循环工况，仿真分析出发动机工况点。
7.根据权利要求6所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述获取发动机工况点的仿真分析对象为单个车型，直接仿真分析出该车型的发动机工况点，即为所要获取的发动机工况点。
8.根据权利要求6所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述获取发动机工况点的仿真分析对象为搭载相同发动机的多个车型，分别仿真分析出各个车型的发动机工况点，然后将各个车型的所有发动机工况点进行汇总集合，得到所要获取的发动机工况点。
9.根据权利要求8所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述将各个车型的所有发动机工况点进行汇总集合的方法包括：将各个车型的所有发动机工况点均标示在相同的转速扭矩坐标系中，直接汇总在一起。
10.根据权利要求8所述的一种发动机特征工况点聚合方法，其特征在于，所述发动机工况点还包括在循环工况内的采样时刻信息，所述将各个车型的所有发动机工况点进行汇总集合的方法包括：建立时间轴，以仿真时的循环工况周期为时间轴的基本单元；依次在各个基本单元内，根据采样时刻信息放入各个车型的所有发动机工况点；建立一个虚拟车型模型，以相同的循环工况和采样频率对其进行连续仿真分析，得到对应的多个循环工况周期内不同时刻的虚拟发动机工况点；将虚拟发动机工况点放入时间轴中，与所有车型的发动机工况点进行差异对比，若二者的差异小于设定要求，则对虚拟车型模型进行单循环工况的仿真，得到的发动机工况点即为各个车型的所有发动机工况点的汇总集合，若二者的差异不小于设定要求，则修改虚拟车型模型，重新仿真分析、对比。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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