一种发动机轻量化设计方法及发动机

本发明涉及发动机结构优化领域，特别涉及一种发动机轻量化设计方法及发动机。

背景技术：

1、发动机轻量化设计可以有效降低整车的重量，提高车辆的燃油经济性和性能，同时减少对环境的污染。随着新能源汽车的发展，发动机轻量化设计将成为未来发动机设计的重要趋势。

2、目前的发动机轻量化设计仅是集中于某一单一部件的材料替换、结构优化设计及某些部件进行一体化等手段，并没有对发动机的整体与部件进行综合性评估。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种发动机轻量化设计方法及发动机，能够根据发动机发动机动力性能(功率密度等)、轻量化成本、附属性能(散热性能、噪声性能)三个评价指标构建场景应用综合评价矩阵，适用于不同应用场景下的发动机各个部件的轻量化设计。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种发动机轻量化设计方法，包括如下步骤：

4、s01：发动机需要轻量化的组件包括发动机机体组、曲轴飞轮组和活塞连杆组，采取主观与客观评价法分别确定发动机机体组、曲轴飞轮组和活塞连杆组的轻量化评价参数取值范围；所述发动机机体组、曲轴飞轮组和活塞连杆组中包括至少包括一个部件，采取主观与客观评价法确定每个部件的轻量化评价参数bi，i为第i个发动机轻量化部件；

5、s02：发动机轻量化评价指标为动力性能评价指标u1、轻量化成本评价指标u2和附属性能评价指标u3；根据发动机轻量化评价指标确定对应的发动机轻量化指标参数；根据发动机轻量化指标参数与系数，确定不同应用场景下的轻量化评价指标权重，构建发动机场景综合评价矩阵a；

6、s03：确定发动机的轻量化的评判参数，根据发动机轻量化评价指标对不同部件的评判参数进行单因素评判，建立第i部件的发动机轻量化评价指标的单因素评判综合评判矩阵；

7、s04：将发动机场景综合评价矩阵a与第i部件的发动机轻量化评价指标的单因素评判综合评判矩阵采用模糊综合评价分析，得到第i部件的模糊综合评价矩阵；根据第i部件的模糊综合评价矩阵，确定发动机部件轻量化权重矩阵；

8、s05：基于不同应用场景下的发动机部件轻量化权重，确定发动机轻量化部件优化潜力值，评估不同应用场景下发动机部件轻量化的选取。

9、进一步，根据发动机轻量化评价指标确定对应的发动机轻量化指标参数，具体为：

10、动力性能评价指标u1对应的发动机轻量化指标参数为动力指标参数nr；轻量化成本评价指标u2对应的发动机轻量化指标参数为经济指标参数ct；附属性能评价指标u3对应的发动机轻量化指标参数为附属性能指标参数fd；

11、动力指标参数nr按照重要性分为ns、nm、nl，其中ns代表重要性低，nm代表重要性中等，nl代表重要性高；经济成本参数ct按照重要性分为cl、ch，其中cl代表重要性低，ch代表重要性高。

12、进一步，根据发动机轻量化指标参数与系数，确定不同应用场景下的轻量化评价指标权重，构建发动机场景综合评价矩阵a，具体为：

13、根据评价指标参数，确定动力性能权重为轻量化成本权重为附属性能权重为其中n为动力系数；c为经济系数；f为附属性能系数；

14、根据动力指标参数nr、经济指标参数ct、附属性能指标参数fd计算不同场景下发动机动力性能权重、轻量化成本权重和附属性能权重：将不同场景下发动机动力性能权重、轻量化成本权重和附属性能权重构建为发动机工况综合评价矩阵a。

15、进一步，确定发动机的轻量化的评判参数，根据发动机轻量化评价指标对不同部件的评判参数进行单因素评判，建立第i部件的发动机轻量化评价指标的单因素评判综合评判矩阵，具体为：

16、发动机的轻量化的评判参数包括材料选择评判参数v1、结构设计评判参数v2和制造工艺评判参数v3；

17、根据发动机轻量化评价指标与轻量化部件的关系，得到单个评价指标对轻量化的评判参数的影响权重，

18、将第i部件的动力性能评价指标u1、轻量化成本评价指标u2和附属性能评价指标u3分别对材料选择评判参数v1、结构设计评判参数v2和表示制造工艺评判参数v3的影响权重，构建第i部件的发动机轻量化评价指标的单因素评判综合评判矩阵ri。

19、进一步，将发动机场景综合评价矩阵a与第i部件的发动机轻量化评价指标的单因素评判综合评判矩阵采用模糊综合评价分析，得到第i部件的模糊综合评价矩阵，具体为：

20、将发动机工况综合评价矩阵与发动机各个部件的综合评判矩阵采用模糊综合评价的取小上界和型合成算子ο：m(^,⊕)进行计算，得到第i部件的模糊综合评价矩阵ei，表示为ei＝aοri。

21、进一步，根据第i部件的模糊综合评价矩阵，确定发动机部件轻量化权重矩阵，具体为：

22、根据第i部件的模糊综合评价矩阵，计算第i部件在第j种场景下的模糊综合评价结果矩阵mi(j)＝ei*[1；1；1]；j为发动机的不同应用场景；

23、根据第i部件在第j种场景下的模糊综合评价结果矩阵mi(j)，确定第i部件在第j种场景下的发动机部件权重矩阵h(i，j)，具体如下：

24、

25、其中n为发动机轻量化部件总数。

26、进一步，基于不同应用场景下的发动机部件轻量化权重，确定发动机轻量化部件优化潜力值，具体为：

27、基于第i部件在第j种场景下的发动机部件权重矩阵h(i，j)，确定第i部件在第j场景的误差式中z为总的场景数；

28、基于第i部件在第j场景的误差e(i，j)，计算第i部件在第j场景的优化潜力值

29、进一步，在第j场景下，第i部件的优化潜力值i(i，j)按照由大到小进行排序，对排序靠前的部件进行轻量化处理。

30、进一步，所述发动机组轻量化评价参数取值范围为0.3-0.4；所述曲轴飞轮组轻量化参数取值范围0.3～0.4；所述活塞连杆组轻量化参数取值范围0.25～0.3。

31、一种发动机，利用发动机轻量化设计方法对部件轻量化处理。

32、本发明的有益效果在于：

33、1.本发明所述的发动机轻量化设计方法及发动机，能够根据发动机发动机动力性能(功率密度等)、轻量化成本、附属性能(散热性能、噪声性能)三个发动机轻量化评价指标构建场景应用综合评价矩阵，适用于不同应用场景下的发动机各个部件的轻量化设计。

34、2.本发明所述的发动机轻量化设计方法及发动机，根据不同评价指标(发动机动力性能、轻量化成本、附属性能)对发动机的轻量化的评判参数进行单因素评判，建立不同轻量化部件的单因素评判矩阵，考虑了材料选择、结构设计和制造工艺这三个层面，解决轻量化问题，设计出更可行的轻量化方案。

35、3.本发明所述的发动机轻量化设计方法及发动机，采用模糊综合评估分析法，综合考虑发动机性能、轻量化成本以及附加属性，利用模糊综合评价方法，为各发动机部件分配轻量化权重，从而实现最佳的轻量化设计，考虑了材料选择、结构设计和制造工艺这三个层面，为每个部件分配不同的轻量化权重，实现了部件层面的优化，而不是简单地减轻整机质量，可以更高效地实现轻量化目标。