毛彩云，吳慕春，陸華忠

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州 510642）

發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況是發(fā)動(dòng)機(jī)性能的綜合體現(xiàn)，是發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)的總和.每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中的壽命消耗歷程就是整體性能的變化過(guò)程，這種變化必然會(huì)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)反映出來(lái)，有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員綜合這些參數(shù)的變化情況可以判斷其性能的優(yōu)劣.但是實(shí)際使用人員的經(jīng)驗(yàn)是參差不齊的，這就使發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)價(jià)增加了隨意性和盲目性.

發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)和工程機(jī)械的動(dòng)力，綜合評(píng)價(jià)其整機(jī)性能時(shí)，要考慮多方面因素，如基本參數(shù)、動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、排放性能指標(biāo)等.由于評(píng)價(jià)目標(biāo)較多，而評(píng)價(jià)目標(biāo)一般不能同時(shí)最優(yōu)，往往相互矛盾，需對(duì)其整機(jī)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀況的評(píng)價(jià)又具有模糊性.

模糊數(shù)學(xué)自1965年創(chuàng)立以來(lái)，由于對(duì)傳統(tǒng)精確數(shù)學(xué)進(jìn)行了延伸和發(fā)展，可以對(duì)某些客觀事物中存在的亦此亦彼的模糊現(xiàn)象進(jìn)行分析，顯示了其廣泛的應(yīng)用前景［1］.近年來(lái)，在汽車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)價(jià)及診斷領(lǐng)域，模糊診斷與評(píng)價(jià)得到了廣泛的應(yīng)有，目前的研究主要集中于模糊模型的建立［2］、發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷［3-4］和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)［5-7］等方面.

本文以發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放性、振動(dòng)、噪聲等性能為研究對(duì)象，基于模糊綜合評(píng)價(jià)方法，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)價(jià)模型，并開(kāi)發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng).為車(chē)輛使用人員、技術(shù)服務(wù)人員等科學(xué)地判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況提供基礎(chǔ).

1 發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)價(jià)模型的建立

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)集

綜合評(píng)價(jià)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞，通常是對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià).本文建立了以發(fā)動(dòng)機(jī)功率，最大扭矩，加速時(shí)間，有效燃油消耗率，HC、NOx、CO排放以及噪聲等為評(píng)價(jià)指標(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)集(圖1).

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)集Fig.1 The evaluation index set of engine performance

發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)判因素集即指標(biāo)空間記為U，U={U1，U2，…，Um}.這里 m=8，U1，U2，…，U8分別為額定功率、最大扭矩、加速時(shí)間、有效燃油消耗率、HC排放、NOx排放、CO排放和噪聲.

若Yi表示Ui的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，則發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)集，表示為:

若Xi表示Ui的測(cè)量值.則將發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)指標(biāo)的檢測(cè)參數(shù)定義為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)集，表示為:

式中:X為檢測(cè)指標(biāo)參數(shù)的集合，X1～Xm為檢測(cè)參數(shù)，m為檢測(cè)參數(shù)的數(shù)目，這里m=8.

1.2 各指標(biāo)權(quán)重的確定

基于模糊集理論，應(yīng)用模糊變換原理，采用成對(duì)比較法及層次分析法(AHP法)，在專(zhuān)家及檢測(cè)人員自身打分的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學(xué)模型，確定各影響因素的權(quán)重.

引入對(duì)比函數(shù)f(x，y)表示對(duì)總體而言x比y的重要程度，若 f(x，y)＞1，說(shuō)明 x比 y重要;f(x，y) ＜1，說(shuō)明y比x重要.具體賦值如表1.

對(duì)于指標(biāo)空間U={U1，U2，…，Um}.若2 個(gè)指標(biāo)兩兩相比較，對(duì)總體目標(biāo)而言的重要性確定下來(lái)，就可以對(duì)每2個(gè)指標(biāo)相比較時(shí)進(jìn)行賦值，各個(gè)指標(biāo)相比較的數(shù)值就可以得到指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣A.

表1 因素對(duì)比賦值表Tab.1 Factor comparison assignment sheet

1.3 評(píng)價(jià)等級(jí)、模糊關(guān)系矩陣的建立

采用V={優(yōu)秀，良好，中等，低劣}來(lái)表示發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)價(jià)的4個(gè)等級(jí).對(duì)各個(gè)性能等級(jí)給出相應(yīng)等級(jí)系數(shù).定義等級(jí)系數(shù)集T={t1，t2，t3，t4}.

為表示檢測(cè)參數(shù)對(duì)各性能等級(jí)的隸屬程度，引入左半梯形分布隸屬函數(shù).

式中，a、b為相鄰的2個(gè)等級(jí).

采用圖解法求出各個(gè)指標(biāo)的隸屬度r(圖2).

當(dāng)X/Xb的值落在橫軸的某一位置時(shí)，由折線ABC得到的r為r1，由折線DEF得到的r為r2，由折線CGH得到的r為r3，由折線FJK得到的r為r4.對(duì)每個(gè)指標(biāo)運(yùn)用圖解法，都可以得到4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的4個(gè)隸屬度.8個(gè)指標(biāo)分別得到的4個(gè)隸屬度，轉(zhuǎn)化為二維數(shù)組就可以得到矩陣R.

1.4 綜合評(píng)判

根據(jù)以上建立的〈U，V，R〉評(píng)判空間，再根據(jù)模糊矩陣合成運(yùn)算，得出綜合評(píng)判結(jié)果向量Y，由Y={y1，y2，…，yp}中各分量值的大小即可綜合判定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的優(yōu)劣.本文采用加權(quán)平均型計(jì)算綜合評(píng)判結(jié)果，即

由 Y={y1，y2，…，yp}中各元素值的大小來(lái)綜合評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的優(yōu)劣.

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用Visual Foxpro開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示.本系統(tǒng)建立特定型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)把對(duì)某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)出的參數(shù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)〈U，V，R〉數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，得出一組綜合評(píng)判結(jié)果向量Y，根據(jù)各分量大小就可以對(duì)其性能進(jìn)行綜合判定.因此，實(shí)踐應(yīng)用中，一般只要把對(duì)某一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)出來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)數(shù)據(jù)，輸入到評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，就能得出發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)價(jià)結(jié)論.

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig.3 The sketch of system structure

3 應(yīng)用實(shí)例

以北京吉普汽車(chē)有限公司生產(chǎn)的C498QA直列四缸多點(diǎn)電噴汽油機(jī)為例，應(yīng)用本文的模糊評(píng)價(jià)模型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià).發(fā)動(dòng)機(jī)各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)和檢測(cè)參數(shù)如表2所示.

表2 C498QA主要指標(biāo)參數(shù)Tab.2 The main parameter index of C498QA

加速時(shí)間是轉(zhuǎn)速?gòu)?000 r/min提高到4000 r/min的時(shí)間.環(huán)境指標(biāo)滿(mǎn)足GB18352.2—2001和歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)以歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)為各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，噪聲標(biāo)準(zhǔn)值為60 dB.如表3所示.

表3 C498QA其他指標(biāo)參數(shù)Tab.3 The other parameters of C498QA

將以上參數(shù)輸入評(píng)價(jià)系統(tǒng)交互界面，如圖4所示.點(diǎn)擊“評(píng)價(jià)按鈕”，如發(fā)動(dòng)機(jī)單項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)彈出警告窗口，如圖5所示，點(diǎn)擊“確定”即可得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖6所示.若用戶(hù)需要打印評(píng)價(jià)的結(jié)果，可以單一擊“打印”按鈕.就可以打印出此型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)和檢測(cè)參數(shù)以及各指標(biāo)的達(dá)標(biāo)情況.

圖4 檢測(cè)參數(shù)錄入窗口Fig.4 The data input interface of inspection parameters

圖5 系統(tǒng)警告窗口Fig.5 The warning interface

圖6 評(píng)價(jià)結(jié)果窗口Fig.6 Evaluation result interface

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響因素的分析，對(duì)比各指標(biāo)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響程度，確定了發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、最大扭矩、加速時(shí)間、有效燃油消耗率、HC排放、NOx排放、CO排放及噪聲作為綜合評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的指標(biāo)集.

采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判和決策的方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的綜合評(píng)價(jià).采用模糊數(shù)學(xué)＜U，V，R＞模型，對(duì)指標(biāo)集權(quán)重的分配采用層次分析法(AHP法)，評(píng)判運(yùn)算時(shí)采用加權(quán)平均法，從而得出性能綜合評(píng)價(jià)結(jié)論.

基于普通軟件Visual Foxpro設(shè)計(jì)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)性能輔助診斷系統(tǒng)，實(shí)例分析表明，系統(tǒng)使用方便可靠.

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