一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法技术

本发明专利技术公开了一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，包括，设计代理模型的特征变量；构建用于训练代理模型的数据集；分析训练集，选取主要中介特征；采用PCA降维算法对所述主要的中介特征进行降维；建立几何特征和降维后的m维中介特征之间的映射关系；建立用于汽车进排气管优化设计的多级代理模型，通过对辅助汽车进排气管设计优化的代理模型引入中介特征，增加了特征丰富度，有效的提高了代理模型的精度，进而能有效辅助进排气管的优化设计，帮助汽车生产厂商提高生产效率，降低生产成本。产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法


[0001]本专利技术涉及汽车排气管领域，特别是一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法。

技术介绍

[0002]进排气管、进排气道以及进排气门的结构参数和发动机的匹配情况影响着混合气的形成和换气过程。而改善发动机的换气过程和混合气形成过程对于提高发动机的动力性和经济性具有重要作用：
[0003]设计合理的发动机进气系统能够有效的降低进气过程中的进气阻力和各气缸之间的进气不均匀性，并充分利用气体的惯性及压力波动效应；排气系统的合理设计可以降低内燃机排气阻力，减小排气能量损失，提高废气能量利用率。因此进排气系统是发动机中的重要组成部分，并且进排气管的优化设计对发动机的节能减排具有重要的实际意义。
[0004]随着计算机技术的迅速发展，有限元分析(Finite ElementAnalysis,FEA)和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)等已经成为计算机辅助技术(CAE)和计算机辅助设计(CAD)在各个工程领域广泛应用的坚实基础。使用基于数值模拟计算的仿真方法进行发动机设计，可以在所创建的汽油机数值模型当中进行各种各样的仿真试验，从而了解分析各个部件的主要参数和控制系数对发动机性能的影响，为发动机的进排气系统的设计和优化提供指导依据。
[0005]然而，过去传统使用基于求解偏微分方程的数值模拟计算方法，来预测特定的设计方案，可能需要几个小时甚至几天时间,这会影响基于大量算例计算的优化方法的应用落地。但是基于仿真结果的代理模型能够快速响应输入，只需几秒钟的时间便可得出预测结果。这也对代理模型的精度提出了更高的要求。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术所要解决的技术问题是更好的辅助汽车进排气管道的优化设计，提高代理模型的精度。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：
[0010]设计代理模型的特征变量；
[0011]构建用于训练代理模型的数据集；
[0012]分析训练集，选取主要中介特征；
[0013]采用PCA降维算法对所述主要的中介特征进行降维；
[0014]建立几何特征和降维后的m维中介特征之间的映射关系；
[0015]建立用于汽车进排气管优化设计的多级代理模型。
[0016]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：所述特征变量包括空间构型的几何特征GP(Geometry Parameters)和空间构型的中介特征MP(Mediation Parameters)，根据汽车进排气管的空间构型，提取用于表征空间构型的几何特征参数GP1,GP2,
…
,GP
k
，其中k表示几何特征的数量；并提取汽车进排气管空间构型的中介特征MP1,MP2,
…
,MP
h
，其中h表示中介特征的数量，所述几何特征和所述中介特征构成代理模型的特征变量。
[0017]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：所述中介特征为表征气体在管道中流动状态的流场特征，其计算方法为：将进排气管道的中心线h等分，计算每个等分点切线的方向向量作为所述空间构型的流场特征FP1,FP2,
…
,FP
h
。
[0018]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：根据汽车进排气管优化设计的目标变量T，结合仿真工具采集不同进排气管道设计方案的几何特征变量(GP)和优化设计目标T的成对数据以此构建训练数据集Train。
[0019]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：利用基于树模型的特征重要性分析方法，计算每一个中介特征对于目标变量的重要性评分，得到score1,score2,
…
,score
h
；
[0020]选取评分最高的n维中介特征FP
top_1
,FP
top_2
,
…
,FP
top_n
。
[0021]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：基于树模型的特征重要性的一般计算方法为：特征的全局重要度通过特征在单棵树中的重要度的平均值来衡量
[0022][0023][0024]其中，M表示树模型的数量，表示特征l在单棵树T
p
上的特征重要度，L为树的叶子节点数量，L
‑
1即为树的非叶子节点数量，v
t
是和节点t相关联的特征，是节点t分裂之后平方损失的减小值。
[0025]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：使用PCA(Principal Component Analysis)降维算法对所述主要的中介特征FP
top_1
,FP
top_2
,
…
,FP
top_n
进行降维，得到降维后的中介特征FP'1,FP'2,
…
,FP'
m
，其中m表示降维后的中介特征维数。
[0026]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：所述PCA降维算法的计算流程为：
[0027]首先对所有样本进行中心化：
[0028][0029]X＝[x'(1) x'(2)
ꢀ…ꢀ
x'(h)][0030]其中表示第j样本的流场特征变量的值
[0031]然后计算样本的协方差矩阵XX
T
；
[0032]对协方差矩阵XX
T
做特征值分解：
[0033]XX
T
＝QΣQ
‑1[0034]其中Q＝[p'
1 p'2ꢀ…ꢀ
p'
N
]是由协方差矩阵的特征向量组成的矩阵，Σ是一个对角矩阵，对角线上的元素就是协方差矩阵的特征值λ1,λ2,
…
,λ
n
；
[0035]取最大的m个特征值所对应的特征向量p1,p2,
…
,p
m
。
[0036]作为本专利技术所述一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法的一种优选方案，其中：以汽车进排气管道的几何特征GP1,GP2,...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：设计代理模型的特征变量；构建用于训练代理模型的数据集；分析训练集，选取主要中介特征；采用PCA降维算法对所述主要的中介特征进行降维；建立几何特征和降维后的m维中介特征之间的映射关系；建立用于汽车进排气管优化设计的多级代理模型。2.如权利要求1所述的一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：所述特征变量包括空间构型的几何特征GP(Geometry Parameters)和空间构型的中介特征MP(Mediation Parameters)，根据汽车进排气管的空间构型，提取用于表征空间构型的几何特征参数GP1,GP2,
…
,GP
k
，其中k表示几何特征的数量；并提取汽车进排气管空间构型的中介特征MP1,MP2,
…
,MP
h
，其中h表示中介特征的数量，所述几何特征和所述中介特征构成代理模型的特征变量。3.如权利要求2所述的一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：所述中介特征为表征气体在管道中流动状态的流场特征，其计算方法为：将进排气管道的中心线h等分，计算每个等分点切线的方向向量作为所述空间构型的流场特征FP1,FP2,
…
,FP
h
。4.如权利要求1所述的一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：根据汽车进排气管优化设计的目标变量T，结合仿真工具采集不同进排气管道设计方案的几何特征变量(GP)和优化设计目标T的成对数据以此构建训练数据集Train。5.如权利要求4所述的一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：利用基于树模型的特征重要性分析方法，计算每一个中介特征对于目标变量的重要性评分，得到score1,score2,
…
,score
h
；选取评分最高的n维中介特征FP
top_1
,FP
top_2
,
…
,FP
top_n
。6.如权利要求5所述的一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：基于树模型的特征重要性的一般计算方法为：特征的全局重要度通过特征在单棵树中的重要度的平均值来衡量要度的平均值来衡量其中，M表示树模型的数量，表示特征l在单棵树T
p
上的特征重要度，L为树的叶子节点数量，L
‑
1即为树的非叶子节点数量，v
t
是和节点t相关联的特征，是节点t分裂之后平方损失的减小值。7.如权利要求6所述的一种辅助汽车进排气管优化设计的模型设计方法，其特征在于：使用PCA(Principal Component Analysis)降维...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱悦，
申请(专利权)人：邱悦，
类型：发明
国别省市：