基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)及參數(shù)優(yōu)化方法
【專利摘要】一種基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)及參數(shù)優(yōu)化方法，屬于發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是搭建了的缸內(nèi)直噴發(fā)動機高壓共軌系統(tǒng)模型，使高壓共軌系統(tǒng)的共軌壓力在各工作點穩(wěn)定跟蹤上期望共軌壓力的基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)及參數(shù)優(yōu)化方法。本發(fā)明的油箱通過進油管連接在高壓泵上，進油管上安裝有電磁閥，高壓泵通過支油管連接在共軌管上，并且共軌管與支油管的連接部位為阻尼孔，在共軌管上安裝有共軌壓力傳感器，共軌管通過限壓閥、回油管與油箱連通，回油管通過泄壓管與高壓泵連通，在共軌管上安裝有噴油器，噴油器和共軌壓力傳感器通過線路連接在中央處理器上。本發(fā)明以共軌壓力波動最小，上升時間最短為目標函數(shù)，應(yīng)用遺傳算法對共軌系統(tǒng)多個結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，為共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了新思路。
【專利說明】
基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)及參數(shù)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，缸內(nèi)直噴(GDI)技術(shù)在汽車發(fā)動機領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng) 用，相比于常規(guī)的進氣道噴射技術(shù)，缸內(nèi)直噴技術(shù)依靠其高壓共軌燃油供給系統(tǒng)，能夠使燃 油直接噴射到氣缸內(nèi)，避免了濕壁效應(yīng)，從而大大提高了發(fā)動機燃油經(jīng)濟性。高壓共軌技術(shù) 作為缸內(nèi)直噴發(fā)動機的核心技術(shù)，被世界內(nèi)燃機行業(yè)公認為20世紀的三大突破之一。高壓 共軌系統(tǒng)能夠保持高性能穩(wěn)定工作的前提是高壓共軌系統(tǒng)具有穩(wěn)定的共軌壓力，不穩(wěn)定的 共軌壓力將使噴油量無法精準控制，最終使發(fā)動機的性能變壞，嚴重時將損壞發(fā)動機。因此 如何保持共軌壓力穩(wěn)定，減小共軌壓力的波動成了缸內(nèi)直噴發(fā)動機技術(shù)中極為關(guān)鍵的一項 任務(wù)。影響共軌系統(tǒng)壓力波動的因素有許多，這其中高壓共軌系統(tǒng)各器件的結(jié)構(gòu)尺寸是影 響軌壓波動的關(guān)鍵因素，缸內(nèi)直噴發(fā)動機高壓共軌系統(tǒng)是由低壓油路、高壓油栗、共軌管、 電控噴油器等器件組成，在實際共軌系統(tǒng)生產(chǎn)中，這些器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計往往是根據(jù)工 程師們的經(jīng)驗值確定的，然而不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對共軌壓力產(chǎn)生的影響是不同的，考慮到在 實際的生產(chǎn)中，若大批量的生產(chǎn)不同尺寸的實物進行一一測試來確定最優(yōu)的共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 參數(shù)不僅會延長整個發(fā)動機的開發(fā)周期，而且會大大增加發(fā)動機開發(fā)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是搭建了的缸內(nèi)直噴發(fā)動機高壓共軌系統(tǒng)模型，使高壓共軌系統(tǒng)的 共軌壓力在各工作點穩(wěn)定跟蹤上期望共軌壓力的基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)及參數(shù)優(yōu) 化方法。
[0004] 本發(fā)明高壓共軌系統(tǒng)是：油箱通過進油管連接在高壓栗上，進油管上安裝有電磁 閥，高壓栗通過支油管連接在共軌管上，并且共軌管與支油管的連接部位為阻尼孔，在共軌 管上安裝有共軌壓力傳感器，共軌管通過限壓閥、回油管與油箱連通，回油管通過泄壓管與 高壓栗連通，在共軌管上安裝有噴油器，噴油器和共軌壓力傳感器通過線路連接在中央處 理器上。
[0005] 本發(fā)明的工作過程是:首先油箱中的燃油通過電磁閥進入高壓栗，燃油經(jīng)過高壓 栗被加壓至50~120kg/cm2,通過阻尼孔流入共軌管，共軌管的末端裝有共軌壓力保護裝置 限壓閥，當共軌管內(nèi)壓力大于預(yù)設(shè)保護壓力時，限壓閥開啟，燃油通過限壓閥流回油箱中， 共軌管連接噴油器，為其提供高壓燃油;共軌壓力傳感器實時監(jiān)測共軌壓力的變化，并反饋 給中央處理器，由中央處理器計算輸出占空比控制信號作為電磁閥的電氣輸入，經(jīng)電磁閥 中的電氣回路，將其轉(zhuǎn)化為幅值12 V的P麗模擬電壓信號；當電磁閥中的線圈兩端電壓為零 時，在彈簧彈簧力的作用，銜鐵不發(fā)生位移，此時電磁閥處于常開狀態(tài)；當電磁閥中的線圈 兩端電壓為12V時，就使得線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流形成電磁力，與彈簧上的彈簧力共同作用在銜 鐵之上，使銜鐵發(fā)生位移，關(guān)閉電磁閥通路。
[0006]本發(fā)明高壓共軌系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法是： a、 阻尼孔流入共軌管的燃油流量公式：
其中，為阻尼孔直徑，單位為-爲.)為經(jīng)過阻尼孔截面兩端的燃油壓強之 差，單位為bar; 為流量系數(shù)； b、 目標函數(shù):共軌壓力波動盡可能小即
式中|?^代表期望的共軌壓力，if表示總的采樣點個數(shù)，|^f代表第i時刻的共軌管 壓力； 由共軌管的燃油體積彈性模量公式可知它是關(guān)于阻尼孔直徑和共軌管體積Γ的一 個函數(shù)，因此，1?可以表示為1?二勸，因此式(3)表示為
其次為了適應(yīng)不同的發(fā)動機工況需求，共軌壓力的建立時間應(yīng)盡可能小即 Mm f.Mr ) = ty (5) 式中&表示上升時間，上升時間和阻尼孔直徑和共軌管體積f相關(guān)，因此式(5)表 示為： Min f：(g2{d,V)) = gJ.d,V) (6) 軌壓波動的數(shù)量級是而軌壓建立時間的數(shù)量級是icpi，因此目標函數(shù)確 定為：
C、約束條件:根據(jù)實際的高壓共軌系統(tǒng)對流體流動，共軌管體積，阻尼孔直徑進行約束 表2共軌系統(tǒng)的約束條件
適應(yīng)度函數(shù)最終的表達形式為
其中^為懲罰因子，當共軌壓力的平均波動小于5bar，且上升時間小于0.2ms時， d、優(yōu)化算法:選用遺傳算法對共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，步驟主要包括： ① 程序初始化，確定變量個數(shù)，種群規(guī)模，種群代數(shù)，復(fù)制概率，交叉概率，變異概率，進 化終止準則，隨機產(chǎn)生初始種群； ② 計算每代種群的平均軌壓波動和上升時間； ③ 判斷是否符合約束條件，并計算相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)； ④ 遺傳操作，復(fù)制操作選用了最佳個體保留法，交叉操作選擇了雙點交叉，變異操作 選擇了均勻變異法； ⑤ 判斷是否符合終止準則，終止準則為達到最大種群代數(shù)，若種群達到終止要求運算 終止，否則繼續(xù)迭代;通過遺傳算法的不斷迭代，最終得到最佳的共軌管體積以及阻尼孔直 徑。
[0007]本發(fā)明的高壓共軌系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法中遺傳算法的多變量參數(shù)設(shè)置為： 表3多變量遺傳算法參數(shù)設(shè)置
[0008]本發(fā)明為了降低缸內(nèi)直噴發(fā)動機尚壓共軌系統(tǒng)的共軌壓力波動，提升缸內(nèi)直噴發(fā) 動機性能，減少高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化過程中消耗的資源、時間。本發(fā)明提出了一種基 于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)多結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，首先搭建了的缸內(nèi)直噴發(fā)動機高壓共軌 系統(tǒng)模型，并通過控制管理系統(tǒng)使高壓共軌系統(tǒng)的共軌壓力在各工作點穩(wěn)定跟蹤上期望共 軌壓力，然后分析了高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對高壓共軌系統(tǒng)軌壓特性的影響，同時考慮到 高壓共軌系統(tǒng)各個結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的耦合作用，而目前國內(nèi)對高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析及優(yōu) 化研究大多數(shù)集中于對單個結(jié)構(gòu)進行分析優(yōu)化，因此本發(fā)明以共軌壓力波動最小，上升時 間最短為目標函數(shù)，應(yīng)用遺傳算法對共軌系統(tǒng)多個結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，為共軌系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了新思路。有益效果是： (1)相比于實際高壓共軌系統(tǒng)生產(chǎn)中各器件結(jié)構(gòu)尺寸靠經(jīng)驗值選定，本發(fā)明通過優(yōu)化 調(diào)整共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠達到有效降低軌壓波動的目的。
[0009] (2)在高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方面，本發(fā)明建立了高壓共軌系統(tǒng)的仿真模型， 由于可以通過反復(fù)調(diào)節(jié)高壓共軌系統(tǒng)模型參數(shù)來尋找最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，因此大大降低了高 壓共軌系統(tǒng)的開發(fā)周期和成本。在優(yōu)化策略選擇上，本發(fā)明利用遺傳算法，以共軌壓力波動 最小及軌壓建立時間最短為目標函數(shù)對高壓共軌系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。這種優(yōu)化策略相 比于試湊法，大大減少了工作量。
[0010] (3)目前國內(nèi)對高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究大多數(shù)集中于對單個結(jié)構(gòu)進行優(yōu) 化，本發(fā)明考慮到共軌系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的耦合作用，提出了共軌系統(tǒng)多變量結(jié)構(gòu)參數(shù) 優(yōu)化設(shè)計方法，為共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了新思路。
[0011] (4)本發(fā)明首先通過控制管理系統(tǒng)能夠使高壓共軌系統(tǒng)的共軌壓力穩(wěn)定在期望 值，然后利用遺傳算法對共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，這種優(yōu)化策略為汽車其他結(jié)構(gòu)參 數(shù)的優(yōu)化提供了一種通用框架。
【附圖說明】
[0012] 圖1缸內(nèi)直噴發(fā)動機高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖； 圖2不同阻尼孔直徑下高壓共軌系統(tǒng)共軌壓力； 圖3不同阻尼孔直徑下高壓共軌系統(tǒng)共軌壓力平均值； 圖4不同共軌管體積下高壓共軌系統(tǒng)共軌壓力； 圖5不同共軌管體積下高壓共軌系統(tǒng)共軌壓力平均值； 圖6基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)控制及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化框圖； 圖7基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化過程； 圖8基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化過程局部放大圖； 圖9基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果； 圖中標號說明：1 一油箱;2-電磁閥；3-高壓栗;4一阻尼孔;5-共軌壓力傳感器;6- 共軌管;7-限壓閥；8-噴油器;9 一中央處理器(E⑶）；10-線圈；11 一銜鐵;12-彈簧。
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明高壓共軌系統(tǒng):缸內(nèi)直噴發(fā)動機高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，油箱 1通過進油管13連接在高壓栗3上，進油管13上安裝有電磁閥2,高壓栗3通過支油管14連接 在共軌管6上，并且共軌管6與支油管14的連接部位為阻尼孔4,在共軌管6上安裝有共軌壓 力傳感器5,共軌管6通過限壓閥7、回油管16與油箱1連通，回油管16通過泄壓管15與高壓栗 3連通，在共軌管6上安裝有噴油器8,噴油器8和共軌壓力傳感器5通過線路連接在中央處理 器9上。
[0014] 本發(fā)明的工作過程是:首先油箱1中的燃油通過電磁閥2進入高壓栗3,燃油經(jīng)過高 壓栗3被加壓至50~120kg/cm2,通過阻尼孔4流入共軌管6,共軌管6的末端裝有共軌壓力保 護裝置限壓閥7,當共軌管內(nèi)壓力大于預(yù)設(shè)保護壓力時，限壓閥7開啟，燃油通過限壓閥7流 回油箱1中，共軌管6連接噴油器8，為其提供高壓燃油;共軌壓力傳感器5實時監(jiān)測共軌壓力 的變化，并反饋給中央處理器9,由中央處理器9計算輸出占空比控制信號作為電磁閥3的電 氣輸入，經(jīng)電磁閥3中的電氣回路，將其轉(zhuǎn)化為幅值12V的PWM模擬電壓信號；當電磁閥3中的 線圈10兩端電壓為零時，在彈簧12彈簧力的作用，銜鐵11不發(fā)生位移，此時電磁閥3處于常 開狀態(tài)；當電磁閥3中的線圈10兩端電壓為12V時，就使得線圈10產(chǎn)生感應(yīng)電流形成電磁力， 與彈簧12上的彈簧力共同作用在銜鐵11之上，使銜鐵11發(fā)生位移，關(guān)閉電磁閥3通路。這樣 隨著銜鐵11的運動，實現(xiàn)對電磁閥通斷控制，進而實現(xiàn)調(diào)節(jié)共軌管內(nèi)燃油壓力的目的。
[0015] 本發(fā)明為實現(xiàn)對GDI高壓共軌系統(tǒng)多結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，首先在高保真發(fā)動機仿真模 型GT-suite中建立了缸內(nèi)直噴發(fā)動機高壓共軌系統(tǒng)模型，該模型主要是由油箱，低壓栗，電 磁閥，高壓栗，阻尼孔，共軌管，噴油器，以及控制管理系統(tǒng)組成。以某款缸內(nèi)直噴發(fā)動機的 高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為所建立的高壓共軌系統(tǒng)模型匹配參數(shù)，其部分參數(shù)如表1所示， 并且通過實驗測定此款高壓共軌系統(tǒng)的平均軌壓波動為：2.7494 bar上升時間為： 0.18957ms〇
[0016] 表1共軌系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)參數(shù)
[0017] 在進行直噴發(fā)動機高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化時，本發(fā)明首先利用控制管理系統(tǒng) 使高壓共軌系統(tǒng)共軌壓力在各個工作點能夠穩(wěn)定的跟蹤上期望軌壓。在此基礎(chǔ)上，為降低 共軌壓力波動，加快共軌壓力的響應(yīng)時間，利用優(yōu)化算法對高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu) 化。為實現(xiàn)對共軌壓力的控制，本發(fā)明對共軌壓力控制管理系統(tǒng)進行以下設(shè)計:控制管理系 統(tǒng)由前饋控制器以及一個反饋控制器構(gòu)成，前饋控制器是一個關(guān)于電磁閥3的占空比控制 信號map表，其中map表的輸入為當前共軌壓力以及噴油器的噴油量。反饋選用的是神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)PID控制器，當高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化時，前饋控制器能夠快速給出一個合適的 電磁閥期望開度，同時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器能夠根據(jù)當前共軌壓力與期望共軌壓力的偏差 實時調(diào)節(jié)PID參數(shù)，整個控制系統(tǒng)通過控制位于高壓栗前端的電磁閥開斷，保證所建立的高 壓共軌系統(tǒng)模型中的共軌壓力在各工作點穩(wěn)定跟蹤上期望共軌壓力。
[0018] 除此之外，本發(fā)明在進行高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化時，還有考慮以下因素： 優(yōu)化變量:優(yōu)化變量是優(yōu)化算法的基礎(chǔ)，是設(shè)計最后所需確定的參數(shù)，在選擇對哪些高 壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計時，本發(fā)明從直接和共軌管相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)入手，對共 軌管體積以及阻尼孔直徑進行了分析。
[0019] 由共軌管的燃油體積彈性模量公式可知，共軌管內(nèi)軌壓變化滿足如下關(guān)系式(1)。

?是共軌壓力變化量，為彈性體積模量系數(shù)，%^及1$為流入及流
出共軌管的燃油流量，單位為m 3 /V; Γ為共軌管體積，單位為街3。由式（1)可知，共軌管壓 與共軌管的體積g有關(guān)，共軌管體積腎越大，共軌管緩沖共軌壓力波動的能力 ?? ? 越強，共軌壓力波動
[0021] 本發(fā)明高壓共軌系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法是： a、阻尼孔是連接高壓栗和共軌管的機構(gòu)，它的主要作用是當高壓燃油由高壓栗通過阻 尼孔進入共軌管時，使燃油壓力的急劇變化通過阻尼孔平緩下來。公式(2)為經(jīng)過阻尼孔流 入共軌管的燃油流量公式：
其中，^為阻尼孔直徑，單位為- 為經(jīng)過阻尼孔截面兩端的燃油壓強之 差，單位為為流量系數(shù)；由式(2)可知，阻尼孔直徑^越大，單位時間內(nèi)由高壓栗流 入共軌管的燃油流量越大，由（1)可知，@ρι^越大引起的共軌壓力變化越大。
[0022] 為了進一步分析阻尼孔直徑以及共軌管體積對共軌系統(tǒng)軌壓特性的影響，分別選 取阻尼孔直徑為〇· 75mm，1 · 0mm，1 · 5mm;共軌管體積為6 · 785cm3，12 · 063cm3，18 · 850cm3 進行 仿真實驗，實驗結(jié)果如下圖2，圖3，圖4，圖5所示。
[0023] 如圖2所示，隨著阻尼孔直徑的增大，高壓共軌系統(tǒng)共軌壓力的波動越來越大，如 圖3所示，隨著阻尼孔直徑的增大，共軌壓力的建立時間越來越短。由圖4可知，隨著共軌管 體積的增大，高壓共軌系統(tǒng)共軌壓力波動越來越小，由圖5可知，隨著共軌管體積的增大，共 軌壓力的建立時間越來越長。
[0024] 顯然，由以上分析可知，無論是阻尼孔直徑還是共軌管體積，其不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對 整個共軌系統(tǒng)的共軌壓力波動以及上升時間產(chǎn)生不同的影響，同時考慮到高壓共軌系統(tǒng)各 個結(jié)構(gòu)相互耦合是高壓共軌系統(tǒng)的一個特點，目前國內(nèi)對高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究大 多數(shù)集中于對單個結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，未考慮各結(jié)構(gòu)間對共軌壓力的耦合效應(yīng)。本發(fā)明考慮到 共軌管體積和阻尼孔直徑對共軌系統(tǒng)軌壓的影響存在耦合關(guān)系，因此，對阻尼孔直徑以及 共軌管體積進行多變量結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
[0025] b、目標函數(shù):對于目標函數(shù)的選取我們主要從改善噴油質(zhì)量，提升發(fā)動機性能的 角度考慮，要求共軌壓力波動盡可能小即
式中代表期望的共軌壓力，：^表示總的采樣點個數(shù)，代表第i時刻的共軌管壓 力； 由共軌管的燃油體積彈性模量公式可知它是關(guān)于阻尼孔直徑和共軌管體積F的一 個函數(shù)，因此，:可以表示為二氣獄,:_，因此式(3)表示為 其次為了適應(yīng)不同的發(fā)動機工況需求，共軌壓力的建立時間應(yīng)盡可能小即

式中；^表示上升時間，上升時間和阻尼孔直徑?：/和共軌管體積賞相關(guān)，因此式(5)表 示為：
本發(fā)明是個多目標函數(shù)的優(yōu)化問題，考慮到軌壓波動的數(shù)量級是:(1飲-通51:):而軌壓建 立時間的數(shù)量級是Κ廠2，因此目標函數(shù)確定為：
[0026] c、約束條件：為保證高壓共軌系統(tǒng)的安全工作以及高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性， 必須根據(jù)實際的高壓共軌系統(tǒng)對流體流動，共軌管體積，阻尼孔直徑等進行約束，如表2所 不。
[0027]表2共軌系統(tǒng)的約束條件
對于幾何約束條件，我們在變量賦值時可以進行變量范圍的約束，對于目標約束條件， 本發(fā)明采用懲罰函數(shù)策略，將約束條件轉(zhuǎn)化成優(yōu)化目標函數(shù)中的懲罰項，從而將一個有約 束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成無約束的優(yōu)化問題，對于最小化的非線性問題，通常采用加法形式構(gòu) 造目標函數(shù)，懲罰項由懲罰因子和對違反約束的懲罰構(gòu)成，因此適應(yīng)度函數(shù)最終的表達形 式為

其中·^為懲罰因子，當共軌壓力的平均波動小于5bar，且上升時間小于0.2ms時， ，否則Ifj·駕·錄。
[0028] d、優(yōu)化算法:遺傳算法作為一種智能尋優(yōu)算法，已經(jīng)成為一種解決復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化 問題的通用框架，相比于其他傳統(tǒng)的優(yōu)化算法，遺傳算法具有自適應(yīng)、自組織、具有易于并 行化，不易陷入局部最優(yōu)等特點，因此本發(fā)明選用遺傳算法對共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。 具體的步驟主要包括： ① 程序初始化，確定變量個數(shù)，種群規(guī)模，種群代數(shù)，復(fù)制概率，交叉概率，變異概率，進 化終止準則，隨機產(chǎn)生初始種群； ② 計算每代種群的平均軌壓波動和上升時間； ③ 判斷是否符合約束條件，并計算相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)； ④ 遺傳操作，復(fù)制操作選用了最佳個體保留法，交叉操作選擇了雙點交叉，變異操作 選擇了均勻變異法； ⑤ 判斷是否符合終止準則，終止準則為達到最大種群代數(shù)，若種群達到終止要求運算 終止，否則繼續(xù)迭代;通過遺傳算法的不斷迭代，最終得到最佳的共軌管體積以及阻尼孔直 徑。
[0029] 整個基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)控制及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化框圖如圖6所示，圖中，我 們給定一個期望共軌壓力控制管理系統(tǒng)采集當前的共軌壓力以及噴油量通過控制位 于高壓栗前端的電磁閥開斷，總能使共軌壓力在各工作點穩(wěn)定跟蹤上期望共軌壓力，遺傳 算法通過給阻尼孔直徑以及共軌管體積賦值，并采集得到當前的共軌壓力波動以及上升時 間等信息作為評價參數(shù)表現(xiàn)優(yōu)劣的標準，通過遺傳算法的不斷迭代，最終可以得到最佳的 共軌管體積以及阻尼孔直徑。具體的多變量遺傳算法參數(shù)設(shè)置如表3所示。
[0030] 本發(fā)明所述的高壓共軌系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法中遺傳算法的多變量參數(shù)設(shè)置為： 表3多變量遺傳算法參數(shù)設(shè)置
[0031] 基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)多結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化實驗過程如圖7所示，通過圖7可以 看出隨著種群代數(shù)的增加，每代種群適應(yīng)度函數(shù)的最小值和平均值逐漸的減小，前4組平均 數(shù)值大，是由于此時的共軌管體積與阻尼孔直徑搭配不合理導(dǎo)致軌壓壓力平均波動或上升 時間不滿足約束條件造成的。圖8更好的顯示了 5代以后種群收斂過程。圖9給出了最終的優(yōu) 化結(jié)果:阻尼孔直徑為0.9083mm，共軌管體積取18.5812cm3。
[0032] 表4給出了阻尼孔直徑以及共軌管體積優(yōu)化前后的對比，通過表4可以看出，優(yōu)化 后的阻尼孔直徑由1mm變?yōu)?.9083mm，共軌管體積由12.036 cm3變?yōu)?8.5812 cm3,共軌壓力 波動由 2.7494bar 減小至 1.9338bar，減少了 29.7%。
[0033] 表4阻尼孔與共軌管優(yōu)化前后結(jié)果
【主權(quán)項】
1. 一種基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)，其特征在于:油箱（1)通過進油管（13)連接在高 壓累(3)上，進油管（13)上安裝有電磁閥（2)，高壓累(3)通過支油管（14)連接在共軌管(6) 上，并且共軌管(6)與支油管（14)的連接部位為阻尼孔(4)，在共軌管(6)上安裝有共軌壓力 傳感器巧），共軌管(6)通過限壓閥（7)、回油管（16)與油箱（1)連通，回油管（16)通過泄壓管 (15)與高壓累(3)連通，在共軌管(6)上安裝有噴油器(8)，噴油器(8)和共軌壓力傳感器巧） 通過線路連接在中央處理器(9)上。2. 權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)的工作過程，其特征在于:首先油箱 (1)中的燃油通過電磁閥（2)進入高壓累（3)，燃油經(jīng)過高壓累（3)被加壓至50~120kg/cm2， 通過阻尼孔(4)流入共軌管(6)，共軌管(6)的末端裝有共軌壓力保護裝置限壓閥（7)，當共 軌管內(nèi)壓力大于預(yù)設(shè)保護壓力時，限壓閥（7)開啟，燃油通過限壓閥（7)流回油箱（1)中，共 軌管(6)連接噴油器(8)，為其提供高壓燃油；共軌壓力傳感器(5)實時監(jiān)測共軌壓力的變 化，并反饋給中央處理器(9)，由中央處理器(9)計算輸出占空比控制信號作為電磁閥（3)的 電氣輸入，經(jīng)電磁閥（3)中的電氣回路，將其轉(zhuǎn)化為幅值12V的PWM模擬電壓信號；當電磁閥 (3)中的線圈（10)兩端電壓為零時，在彈黃（12)彈黃力的作用，銜鐵（11)不發(fā)生位移，此時 電磁閥（3)處于常開狀態(tài)；當電磁閥（3)中的線圈（10)兩端電壓為12V時，就使得線圈（10)產(chǎn) 生感應(yīng)電流形成電磁力，與彈黃（12)上的彈黃力共同作用在銜鐵（11)之上，使銜鐵（11)發(fā) 生位移，關(guān)閉電磁閥（3)通路。3. 權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于： a、 阻尼孔流入共軌管的燃油流量公式：其中，^為阻尼孔直徑，單位為-巧》為經(jīng)過阻尼孔截面兩端的燃油壓強之差， 單位為bar; 為流量系數(shù)； b、 目標函數(shù):共軌壓力波動盡可能小即式中代表期望的共軌壓力，旅表示總的采樣點個數(shù)，lit代表第i時刻的共軌管壓 力； 由共軌管的燃油體積彈性模量公式可知它是關(guān)于阻尼孔直徑。^和共軌管體積F的一 個函數(shù)，因此，窮紐可W表示為1? =豁0?嚴，因此式(3咸示為其次為了適應(yīng)不同的發(fā)動機工況需求，共軌壓力的建立時間應(yīng)盡可能小即式中表示上升時?'司，上升時?'司和阻尼手L直:徑??Ι和共軌管體巧衣相關(guān)，因此式(5)表 示為：軌壓波動的數(shù)量級是《祕。-城1)而軌壓建立時間的數(shù)量級是|替-氣因此目標函數(shù)確 定為：C、約束條件:根據(jù)實際的高壓共軌系統(tǒng)對流體流動，共軌管體積，阻尼孔直徑進行約束 表2共軌系統(tǒng)的約束條件其中^.為懲罰因子，當共軌壓力的平均波動小于化ar，且上升時間小于0.2ms時， 雞C:二替:，否則勝C ;至城； d、優(yōu)化算法:選用遺傳算法對共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，步驟主要包括： ① 程序初始化，確定變量個數(shù)，種群規(guī)模，種群代數(shù)，復(fù)制概率，交叉概率，變異概率，進 化終止準則，隨機產(chǎn)生初始種群； ② 計算每代種群的平均軌壓波動和上升時間； ③ 判斷是否符合約束條件，并計算相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)； ④ 遺傳操作，復(fù)制操作選用了最佳個體保留法，交叉操作選擇了雙點交叉，變異操作 選擇了均勻變異法； ⑤判斷是否符合終止準則，終止準則為達到最大種群代數(shù)，若種群達到終止要求運算 終止，否則繼續(xù)迭代;通過遺傳算法的不斷迭代，最終得到最佳的共軌管體積W及阻尼孔直 徑。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于遺傳算法的高壓共軌系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于： 遺傳算法的多變量參數(shù)設(shè)置為： 表3多變量遺傳算法參數(shù)設(shè)置
【文檔編號】F02D41/38GK106089524SQ201610414131
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月14日 公開號201610414131.3, CN 106089524 A, CN 106089524A, CN 201610414131, CN-A-106089524, CN106089524 A, CN106089524A, CN201610414131, CN201610414131.3
【發(fā)明人】胡云峰, 王長勇, 朱大吉, 陳虹
【申請人】吉林大學(xué)