满足国Ⅳ标准的电控摩托车匹配技术研究

摘要

随着我国摩托车保有量的不断提升，摩托车污染物的排放总量不断升高，对我国生态环境和经济的可持续发展造成了巨大影响。为此，我国在参照全球技术法规和欧盟法规的基础上，结合我国摩托车行业发展现状颁布了摩托车国Ⅳ标准，针对标准中的排放限值和耐久里程要求，本文提出了一种仿真与试验相结合的新的电控摩托车匹配方法，并对消声器进行了使用耐久性研究。 本文以某国产摩托车单缸发动机为研究对象，详细分析了摩托车国Ⅳ标准与旧标准的区别以及新的技术要求。通过阅读大量文献，研究了国内外发动机及整车匹配标定技术、计算机仿真和人工神经网络优化的应用，另外对消声器的设计和疲劳耐久分析也进行了研究。 建立发动机仿真模型并进行校准。仿真得到的喷油脉宽和最佳点火提前角数据将用于后续研究。利用计算机仿真和正交试验设计，探究点火提前角、配气相位等参数对排放性能的影响，为发动机电控参数优化提供参考依据。利用BP神经网络建立预测模型，对仿真得到的最佳点火提前角和喷油脉宽MAP进行优化，结果将其用于接下来与试验结果的对比。 在发动机试验台架上进行该摩托车单缸发动机的电控参数匹配标定试验，得到发动机喷油脉宽和最佳点火提前角MAP，将试验数据与计算机仿真和优化的结果进行对比，证明仿真优化后的结果有效且精确度较高。进行整车Ⅰ型排放试验，试验证明了标定后的整车排放性能满足摩托车国Ⅳ标准的排放限值。 为满足新标准中耐久里程的要求，对摩托车消声器进行疲劳耐久分析。建立消声器的有限元模型并完成模型的网格划分等前处理工作。为保证所建模型的置信度，把自由模态分析结果与模态敲击试验测试结果进行对比。同时对消声器流体的背压和温度场进行分析以保证消声器符合正常的设计要求。最后使用ABAQUS软件和FE-SAFE软件进行消声器的热应力及疲劳耐久分析，施加载荷包括实车噪声振动试验得到的振动加速度和热应力分析结果。 研究证明利用计算机仿真能够有效地辅助摩托车发动机匹配标定，同时有限元分析表明消声器疲劳寿命满足耐久要求。因此这种仿真优化与试验结合，同时配合消声器疲劳分析的方法，能够有效缓解传统的匹配标定试验和耐久试验耗时长、成本高的问题，开发出的摩托车满足国Ⅳ标准。

目录

声明

第1章 引言

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 摩托车国Ⅳ排放标准的分析

1.3 国内外研究现状

1.3.1 摩托车国家标准及相关技术研究现状

1.3.2 计算机仿真技术研究现状

1.3.3 发动机及整车匹配试验研究现状

1.3.4 人工神经网络优化研究现状

1.3.5 消声器疲劳分析研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 发动机的建模及仿真

2.1 GT-SUITE软件介绍

2.2 发动机模型的建立及验证

2.2.1 发动机仿真模型的建立

2.2.2 发动机仿真模型的验证

2.3 最佳点火提前角和喷油脉宽的仿真

2.3.1 最佳点火提前角的仿真

2.3.2 喷油脉宽的仿真

2.4 基于仿真结果的各电控参数对发动机性能的影响分析

2.4.1 点火提前角对排放性能的影响

2.4.2 配气相位对排放性能的影响

2.4.3 基于正交试验法研究缸内参数对排放影响及结果分析

2.5 本章小结

第3章 基于神经网络的仿真结果优化

3.1 人工神经网络的介绍

3.1.1 人工神经网络的概念

3.1.2 人工神经网络模型

3.1.3 人工神经网络的类型

3.1.4 人工神经网络的学习方法

3.2 BP神经网络

3.2.1 BP网络算法基本原理

3.2.2 BP神经网络的泛化能力

3.3 神经网络模型参数确定

3.3.1 确定输入层和输出层节点数

3.3.2 确定隐藏层数及节点数

3.3.3 样本归一化

3.3.4 神经网络模型结构参数

3.4 神经网络模型的训练与校准

3.4.1 模型的建立

3.4.2 最佳点火提前角MAP优化及检验

3.4.3 喷油脉宽MAP优化及检验

3.5 本章小结

第4章 发动机匹配标定试验及整车排放试验

4.1 匹配标定的概念和方法

4.1.1 匹配标定的概念

4.1.2 匹配标定的基本方法

4.2 发动机标定试验及数据分析

4.2.1 发动机标定试验设计

4.2.2 发动机喷油脉宽标定

4.2.3 发动机点火提前角的标定

4.2.4 其他标定

4.3 整车排放试验及数据分析

4.4 本章小结

第5章 消声器的疲劳耐久分析

5.1 疲劳耐久理论分析

5.1.1 消声器的失效形式

5.1.2 Palmgren-Miner累计损伤理论

5.2 有限元模型的建立

5.2.1 建模过程

5.2.2 模型参数设定

5.2.3 模型的网格划分

5.3 消声器模型的置信度检验

5.3.1 消声器的自由模态分析

5.3.2 消声器的模态敲击试验

5.3.3 试验结果与分析结果对比

5.4 消声器的流体分析

5.4.1 流体分析模型的建立

5.4.2 流体动力学计算结果分析

5.5 摩托车实车振动试验

5.5.1 试验目的及意义

5.5.2 试验场地及设备

5.5.3 试验结果

5.6 消声器的疲劳耐久性分析

5.6.1 消声器的热应力分析

5.6.2 疲劳耐久分析

5.7 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文