توسعه مدل فرآیند درون استوانه‌ای موتور بنزینی مجهز به سامانه زمانبندی متغیر دریچه هوا با استفاده از شبکه عصبی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

استفاده از روش­های مدل­مبنا در طراحی و توسعه محصولات قوای محرکه خودرو رو به گسترش است. بهره­گیری از روش­های مدل مبنی در طراحی سامانه­ های کنترلی، بهینه­ سازی، زینه­بندی و تحلیل حساسیت موتور، مستلزم در اختیار داشتن مدل­ های دقیق و در عین حال سریع است. در این مقاله، مدل فرآیند درون­ سیلندری موتور بنزینی تنفس طبیعی مجهز به سامانه زمانبندی متغیر پیوسته دریچه هوا با هدف استفاده در مدل مقدار میانگین توسعه­ یافته و نیز فرآیند زینه­ بندیِ مدل مبنای موتور، توسعه داده شده است. مدل فرآیند درون­ سیلندری، مدل ترمو-سیالاتی استاتیکی است که با دریافت شرایط مرزی حاکم بر سیلندر، مقادیر شاخص­های عملکردی و آلایندگی سیکل موتور را پیش­ بینی می­نماید. با توجه به زمان حل نسبتاً بالای مدل­های ترمو-سیالاتی موتور، استفاده مستقیم از این مدل­ ها در شبیه­ سازی­ های کنترلی موتور -بواسطه زمان حل نسبتاً زیاد-، پاسخگوی نیاز مدل­ سازی کنترلی نخواهد بود. از این­ رو، در این مقاله ابتدا مدل ترمودینامیکی موتور در یک نرم­ افزار تجاری تحلیل سیکل­ های موتور توسعه داده شده و پس از صحه­ گذاری، نتایج مدل در ازای ورودی­ های مختلف در قالب داده­های ورودی-خروجی آماده شده است. به منظور افزایش غنای داده­ ها، از روش سُبُل به­ منظور تولید داده­ های ورودی به مدل ترمودینامیکی استفاده شده است. در ادامه مجموعه داده­ های تولید شده، به شبکه عصبی چندلایه آموزش داده شده است. با توجه به روند تغییرات پارامترهای خروجی، از دو شبکه عصبی مجزا به ­منظور پیش ­بینی پارامترها استفاده شده است. به منظور صحت سنجی مدل،‌ نتایج حاصل از مدل با مقادیر تجربی در شرایط عملکردی تمام­ بار و میان­ بار مقایسه شده است. مقایسه نتایج حاصل از مدل­ توسعه­ یافته با مقادیر تجربی نشان می­دهد، مدل شبکه عصبی می­تواند شاخص­های عملکردی و آلایندگی موتور را در ازای ورودی­های مختلف در شرایط تمام­بار و میان ­بار موتور را با دقت مناسب و در زمان بسیار کوتاه پیش­بینی نماید و از این­رو می­تواند در مدل­ های مقدار میانگین توسعه یافته و نیز زینه­ بندی مدل مبنا مورد استفاده قرار گیرد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of an in-cylinder processes model of a CVVT gasoline engine using artificial neural network

نویسندگان [English]

  • Kamyar Nikzadfar 1
  • Mahdi Garivani 1
  • Ahmad Sheikhrezaee 2
1
2
چکیده [English]

Today, employing model based design approach in powertrain development is being paid more attention. Precise, meanwhile fast to run models are required for applying model based techniques in powertrain control design and engine calibration. In this paper, an in-cylinder process model of a CVVT gasoline engine is developed to be employed in extended mean valve control oriented model and also model based calibration procedure. In-cylinder models are static thermos-fluid models, which predict the performance and emission index of engines based on boundary conditions of cylinder. Due to computations burden of thermos-fluid models, they are not fast enough to be used in control models. In this paper a validated thermodynamic model of engine is developed using a commercial engine analyzing software. The developed model is employed for generation input-output data sets which are used for training an artificial multi-layer neural network. In order to increase the richness of data, the Sobol method is employed to generate input data to thermodynamic model. Based on output trend, the output data are divided to two clusters and two corresponding distinct neural networks are employed. In order to validate the modeling performance the neural network results are compared to experimental results in both full and part load conditions. Comparison of neural network results with experimental results shows that the developed model is able to predict the engine emission and performance indices with required accuracy and fast enough in both full-load and part-load conditions and might be employed in extended mean value models as well as model based engine calibration with required performance.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • In-cylinder process model
  • Extend mean value model
  • CVVT
  • Artificial neural network