汽車早已成為人們?nèi)粘３鲂械慕煌üぞ撸�但是隨著汽車數(shù)量的增多對環(huán)境造成了不小的影響，發(fā)動機作為汽車的核心部件，其未來的研發(fā)與發(fā)展必須走節(jié)能減排的路線。

　　《汽車生活》天津市汽車科技期刊，創(chuàng)刊于2002年，由天津市人民出版社主辦。堅持以“汽車生活服務(wù)信息提供商”為辦刊宗旨，以時尚話題、特色資訊、精美包裝、精準發(fā)行為核心競爭力，全面倡導(dǎo)時尚、健康、快樂的現(xiàn)代汽車生活方式，努力打造成為四川汽車生活第一服務(wù)平臺。主要欄目有：新車前線、本期視點、試車體現(xiàn)、品頭論足、車界精英、名人與車、游遍天下、車史回眸等。

　　隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，汽車產(chǎn)量逐年增加，我國汽車越來越多，車型也越來越復(fù)雜。尤其是高科技的飛速發(fā)展，汽車行業(yè)的競爭已從單一的性能競爭轉(zhuǎn)向性能、環(huán)保、節(jié)能等多元綜合競爭。僅就汽車發(fā)動機而言，為應(yīng)對世界能源危機和減少對環(huán)境污染，其研究開發(fā)工作已側(cè)重于降低油耗、減少排放、輕質(zhì)及減少磨損等方面，在這些研究中優(yōu)化技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用。

　　發(fā)動機是一部由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的是將某一種型式的能量轉(zhuǎn)換為機械能的復(fù)雜機器。其作用是將液體或氣體燃燒的化學(xué)能通過燃燒后轉(zhuǎn)化為熱能，再把熱能通過膨脹轉(zhuǎn)化為機械能并對外輸出動力。而汽車發(fā)動機是汽車的動力裝置。由機體、曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、冷卻系、潤滑系、燃料系和點火系(柴油機沒有點火系)等組成。按燃料分發(fā)動機有汽油和柴油發(fā)動機兩種。按工作方式有二沖程和四沖程兩種，一般發(fā)動機為四沖程發(fā)動機。

　　隨著世界能源問題和環(huán)境污染問題的日趨嚴重，飛機及汽車作為污染環(huán)境和消耗能源的大戶，備受人們的關(guān)注。發(fā)動機燃燒過程直接影響節(jié)能和環(huán)保，對發(fā)動機燃燒過程優(yōu)化的研究越來越受到重視。

　　發(fā)動機設(shè)計以結(jié)構(gòu)、熱力、燃燒、強度、振動、流體、傳熱等多個學(xué)科為基礎(chǔ)，可變因素多，隨機性大，是一個可變互耦系統(tǒng)的優(yōu)化問題。多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化通過充 分利用各個學(xué)科之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解，因而在發(fā)動機傳統(tǒng)設(shè)計流程圖上有很大的應(yīng)用優(yōu)勢。

　　發(fā)動機的優(yōu)化涉及到多個目標，與單目標優(yōu)化問題不同的是這些目標函數(shù)往往耦合在一起，且每一個目標具有不同的物理意義和量綱。它們的關(guān)聯(lián)性和沖突性使得對其優(yōu)化變得十分困難。多目標優(yōu)化方法可以分為如下兩大類并且已在發(fā)動機的優(yōu)化設(shè)計中得到了應(yīng)用。

　　1.基于偏好的多目標優(yōu)化方法

　　此方法根據(jù)工程實際的具體情況，首先選擇一個偏好向量，然后利用偏好向量構(gòu)造復(fù)合函數(shù)，使用單目標優(yōu)化算法優(yōu)化該復(fù)合函數(shù)以找到單個協(xié)議最優(yōu)解。如利用線性組合法對發(fā)動機的懸置系統(tǒng)進行多目標優(yōu)化;利用加權(quán)法對液體火箭發(fā)動機的減損和延壽控制進行多目標優(yōu)化。

　　2.基于非劣解集的多目標優(yōu)化方法

　　此方法首先需要找到盡可能多的協(xié)議解，然后根據(jù)工程實際情況，獲得決策解。相比基于偏好的多目標方法，該方法更系統(tǒng)、實用和客觀。如通過多目標遺傳算 法，以單位推力、耗油率等為目標函數(shù)對航空發(fā)動機總體性能進行優(yōu)化;基于多目標遺傳算法對固體火箭發(fā)動機的性能和成本進行優(yōu)化。

　　在發(fā)動機的生產(chǎn)及實際使用中，總是存在著材料特性、制造、裝配及載荷等方面的誤差或不確定性。雖然在多數(shù)情況中，誤差或不確定性很小，但這些誤差或不確定性結(jié)合在一起可能對發(fā)動機的性能和可靠性產(chǎn)生很大的影響。對于此類不確定性問題的優(yōu)化，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法已無法解決，而必須求助于不確定性優(yōu)化方法。

　　隨著發(fā)動機質(zhì)量越來越輕，而其功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，振動和噪聲問題越來越突出。振動不僅影響到發(fā)動機自身的強度和性能，而且會給車輛整體壽命和乘客舒適 性造成很大的影響。除了對發(fā)動機本身結(jié)構(gòu)進行改進外，對發(fā)動機的減振系統(tǒng)進行優(yōu)化也是一條提高車輛整體振動性能的有效途徑。傳統(tǒng)的彈性減振系統(tǒng)已無法滿足 舒適性要求，未來的趨勢是半主動減振和主動減振控制系統(tǒng)，即能根據(jù)發(fā)動機激勵、路況、車輛行駛狀態(tài)和載荷等自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，優(yōu)化車輛動力學(xué)特性，實現(xiàn)主 動減振。車用發(fā)動機的減振系統(tǒng)是一復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因其自身的非線性映射能力在未來發(fā)動機減振系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計中具有很大的潛力。另外，由于發(fā) 動機動力系統(tǒng)的復(fù)雜性，在模型、載荷、激勵等方面都具有很大的不確定性，減振系統(tǒng)的優(yōu)化不可避免地應(yīng)考慮系統(tǒng)不確定性的影響，可以利用模糊集或區(qū)間數(shù)學(xué)理 論結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行不確定性優(yōu)化，以提高減振系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。

　　發(fā)動機的燃燒和排放系統(tǒng)直接影響到 發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性、噪聲、排放等重要指標，影響到汽車的節(jié)能與環(huán)保性能。對燃燒與排放系統(tǒng)的優(yōu)化可從兩個方面進行。一方面是燃料噴射系統(tǒng)的優(yōu)化，可通過 電控單元精確控制各氣缸的燃油噴射量，自由控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩，使得發(fā)動機具有良好的啟動性能和最佳的輸出響應(yīng)特性，并使得氣缸達到最佳混合氣狀態(tài)，提高燃 油熱效率，降低噪聲;另一方面是優(yōu)化進氣管系的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改進發(fā)動機燃燒室，優(yōu)化壓縮比。未來的燃燒與排放系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)當綜合考慮噴射系統(tǒng)和發(fā)動機結(jié) 構(gòu)，同時注重結(jié)構(gòu)、燃燒、流體、噪聲等不同專業(yè)領(lǐng)域的性能提高，進行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計。

　　汽油發(fā)動機的熱效率為 20 %～30 % ,柴油發(fā)動機為 30 %～40 %。如能廣泛地使用柴油機 ,將會節(jié)約大量燃料。柴油機的優(yōu)點還在于它可以使用純度比較低、價格比汽油便宜的柴油作燃料。據(jù)統(tǒng)計 ,將汽油機轉(zhuǎn)換為柴油機 ,每升燃料的行程里程平均可增加 35 % ,同樣質(zhì)量和功率相同的柴油機與汽油機相比 ,油耗可降 15 %～ 25 %。因此 ,各汽車制造商都積極地增加柴油車的比重 ,目前絕大多數(shù)商用車都裝備柴油機 ,而各汽車廠商提供的裝有柴油機的轎車、行車也日益增多 ,如寶馬、奔馳、奧迪、豐田、本田、馬自達等都在全力開發(fā)并推出環(huán)保型柴油車。在歐洲 ,轎車柴油化的比例已高達 40 % ,且有不斷上升之勢。

　　綜上所述，優(yōu)化技術(shù)在發(fā)動機的設(shè)計 制造中占有非常重要的地位。包括常規(guī)優(yōu)化方法和智能優(yōu)化方法在內(nèi)的優(yōu)化技術(shù)已被應(yīng)用于發(fā)動機設(shè)計。考慮到能源的短缺和環(huán)境問題的重要性，未來的車用發(fā)動機 優(yōu)化設(shè)計的研究將是以節(jié)能和環(huán)保為重點的綜合最優(yōu)，應(yīng)當建立并應(yīng)用多種不確定多目標多學(xué)科優(yōu)化理論方法、策略及算法;并應(yīng)大力開發(fā)在一個優(yōu)化平臺上集成各 個學(xué)科設(shè)計要求的多學(xué)科多目標優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)將具有更高的優(yōu)化效率和較好的開放性，可以更好地適應(yīng)未來汽車個性化設(shè)計的趨勢。

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