[发明专利]一种基于数字孪生技术的汽车发动机管控方法

说明书

本发明涉及了一种基于数字孪生技术的汽车发动机管控方法，将所述汽车发动机作为实际工作环境中的物理发动机，先基于数字孪生技术在仿真平台上搭建与物理发动机相匹配的数字化孪生的虚拟发动机模型，配置该模型的仿真工作环境，再通过数字主线接收物理发动机运行产生的物理数据和虚拟发动机模型运行产生的虚拟数据并将大量异构的物理数据和虚拟数据进行数据分析融合处理，还根据处理结果更新虚拟发动机模型并基于物理发动机标定性能和汽车当前状态结合在线仿真技术获得最新模型下相应的最优控制策略，根据最优控制策略通过发动机管理系统对物理发动机进行控制并实时反馈更新虚拟发动机模型及最优控制策略，形成动态滚动数据交换实现动态最优控制。

技术领域

本发明涉及汽车发动机管控技术领域，具体涉及一种基于数字孪生技术的汽车发动机管控方法。

背景技术

汽车中的发动机是将其他形式的能量转化为机械能的机器，它把液体或者气体的化学能通过燃烧和膨胀转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力，发动机是汽车的动力装置，是整个汽车的心脏部分。随着环保政策、能源政策限制力度的加大，大力应用电子控制技术，开发汽车发动机管理系统越来越成为汽车领域研究的关键课题。虽然现有技术会通过汽车发动机管理系统(简称EMS)通过电子控制手段对发动机点火、喷油、空气与燃油的比率、排放废气等进行优化控制，使发动机工作在更优工况，进而进一步提高安全性能、节能性能，还能降低废气排放，但是因为汽车发动机工作状态复杂多变，传统发动机管理系统难以跟上发动机动态时变的运行状态及性能，更无法针对性地更新控制策略以匹配时变的发动机，且其对汽车发动机的全生命周期也无法有效管控。

在智能制造和人工智能技术快速发展的工业背景下，数字孪生技术作为支撑未来物理-虚拟世界之间虚实交融的最有潜力的手段，越来越得到广泛的关注。所谓数字孪生是一个集成的多物理、多尺度、多概率性的在建系统高保真仿真模型，由数字主线(digitalthread)驱动，借助高精度模型、传感器信息和输入数据来映射和预测实际物理孪生实体全生命周期的运行情况和性能，它能够实现了在全生命周期内，虚拟数字空间与现实物理空间的联系，保证虚拟数字空间与现实物理空间的协调一致，从而具有保证全生命周期内实时精确地对汽车发动机动态管控的技术基础。并且目前数字孪生技术在汽车发动机管控技术领域的应用极为有限，但是其具有很大的应用前景，值得研究。

发明内容

本发明针对现有技术中汽车发动机通过发动机管理系统EMS进行管控时工作效率低、难以跟上发动机动态时变的运行状态及性能、无法针对性地更新控制策略以匹配时变的发动机造成管控不及时以及不能提前发现和预警一些潜在危险等问题，提供了一种基于数字孪生技术的汽车发动机管控方法，该方法创新性地引入了数字孪生技术，并通过搭建与物理发动机完全一致的虚拟发动机模型后分别在实际工作环境和仿真工作环境中同步监测两个发动机的运行数据，并对二者的运行数据进行数据分析融合处理后依此动态更新虚拟发动机模型，基于最新模型获得最优控制策略，实现动态管理控制物理发动机的运行状态，有效提升了汽车发动机的工作性能与工作效率。

本发明的技术方案如下：

一种基于数字孪生技术的汽车发动机管控方法，所述汽车发动机作为实际工作环境中的物理发动机，先基于数字孪生技术在仿真平台上搭建与物理发动机相匹配的数字化孪生的虚拟发动机模型，配置虚拟发动机模型的仿真工作环境使其与物理发动机的实际工作环境保持一致，再通过数字主线接收由数据采集设备采集的物理发动机运行产生的物理数据和所述虚拟发动机模型运行产生的虚拟数据并将大量异构的物理数据和虚拟数据进行数据分析融合处理，还根据处理结果更新虚拟发动机模型并基于物理发动机标定性能和汽车当前状态结合在线仿真技术获得最新模型下相应的最优控制策略，根据最优控制策略通过发动机管理系统对所述物理发动机进行控制，所述物理发动机变化的物理数据及依变化同步配置的虚拟发动机模型的虚拟数据均再次上传至数字主线，所述数字主线再次进行数据分析融合处理并根据最新处理结果更新虚拟发动机模型，再次获得最优控制策略，形成动态滚动数据交换，实现动态最优控制。