本发明属于柴油机燃油供给，尤其涉及一种基于amesim的高压共轨泵仿真建模及其优化设计方法。
背景技术：
1、柴油机高压油泵作为高压共轨喷油系统的核心部件之一，是一种能量转换装置，它通过电动或机械驱动，将低压燃油提升到所需的高压状态(通常在100mpa到300mpa之间)，从而为柴油机高压共轨系统提供高压燃油。与机械式燃油供给系统中的单体柱塞泵相比，高压共轨泵在供油流量、供油压力、流量控制精度等多方面都有突出优势。当前，国内高压共轨技术尚不成熟。高压油泵在工作压力、使用寿命和泄漏量等技术参数上，与国际先进水平存在一定差距。国内尚无成熟的船用柴油机高压油泵产品，依赖进口。因此，新产品的研发过程中，需要进行建模和仿真分析。在现有该技术领域中，现有的模型一般为单体泵，仅含有一个柱塞，无法模拟转子泵、多柱塞直列式泵的结构组成和工作过程；现有模型对应的高压泵的工作压力、供油流量等指标的覆盖范围较小，仅适用于乘用车高压共轨系统，对船用大功率柴油机的高压共轨系统适用性较差；现有的高压泵模型很少考虑低压油路部分，多使用恒压源模拟进油压力而忽略了低压泵、电磁计量阀等部件；在高压共轨泵的设计方面，现有技术方法中缺乏针对高压泵关键参数的优化设计方案。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，为满足实际需求，提供一种能够应用于不同结构形式不同设计方案的通用的高压共轨泵模型及其优化设计方法。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
3、一种基于amesim的高压共轨泵仿真建模方法，包括如下步骤：
4、步骤一，用于确定高压共轨泵结构已确定模块属性的步骤，具体是指：根据amesim模块筛选所必要的结构参数类型，获取待模拟高压共轨泵的实际结构参数，结构参数至少包括柱塞数量、凸轮类型及型线、柱塞直径、配流阀、出油阀和进油阀的结构形式；
5、步骤二，根据高压共轨泵实际结构特点，基于amesim数据库建立不同功能部分的基本模型，基本模型至少包括低压油路模型、燃油计量阀模型、凸轮模型、柱塞模型、配流阀模型、出油阀模型、出油口模型；
6、步骤三、步骤三、利用amesim中submodel模式优选模型赋予基本模型所包含的各功能模块，对未涉及的模块使用premier submodel功能赋予amesim优选的模型。
7、本技术模型根据高压共轨泵的基本结构组成进行划分，主要包括低压油路模型、燃油计量阀模型、凸轮模型、柱塞模型、配流阀模型、出油阀模型以及出油口模型，共7个基本模型，在amesim中可视为组件，即每一个基本模型由若干模块组成，例如弹簧模块、质量模块、平板阀模块等；通过amesim功能模块可为每个基本模配置模型数学/物理参数；例如通过spr000单元模型配置线形弹簧参数，通过spr03单元模型配置变刚度理想弹簧参数；
8、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真建模方法的进一步改进或者优选实施方式，步骤二中基本模型基于amesim液压数据库中如下单元模型模块建立，具体是指：
9、基于ps00单元模型配置恒压源，基于hydorf0单元模型配置过滤器，基于hydfpm01p单元模型配置定量泵，基于rv010单元模型配置安全阀，基于hydorf0单元模型配置节流孔，基于前述恒压源、过滤器、定量泵、安全阀和节流孔建立低压油路模型；
10、基于amesim hcd库中的bap016单元模型(带有弹簧的活塞模型)、bap11单元模型(活塞模型)、bao042a单元模型(可选阀孔几何形状的滑阀模型)以及mecmas21单元模型(考虑摩擦和限位的质量块模型)建立燃油计量阀阀体(不含电控)部分；基于amesim机电库中的emltr01单元模型配置燃油计量阀电磁铁，基于基本电子库的ebvs01单元模型配置可变电压源，基于ebzv01单元模型配置地线，基于信号库中cons00单元模型配置定值信号，基于pwm1单元模型配置pwm脉冲宽度调制，基于amesim静电转换库中的escbckal01单元模型配置具有传导和开关损耗的开关压降臂，基于前述电磁铁、电压源、地线、定值信号、pwm脉冲宽度调制和开关压降臂建立燃油计量阀电控部分模型；基于前述燃油计量阀阀体(不含电控)部分和燃油计量阀电控部分建立燃油计量阀amesim模型；
11、基于amesim一维机械库中的cfrol0单元模型、cfflat0单元模型、cfeccf0单元模型配置凸轮组件，基于凸轮组件建立凸轮模型；
12、基于bhc11单元模型配置柱塞余隙容积，基于amesim液压数据库中的baf02或baf004单元模型配置带粘性摩擦与间隙泄露的活塞，基于amesim液压数据库中的bap016单元模块配置作用在配流阀阀芯上的弹簧力和液压力，基于前述柱塞余隙容积、活塞弹簧力和液压力建立柱塞模型；
13、基于amesim一维机械库中的mecmas21单元模块配置考虑摩擦和限位的配流阀质量块，基于amesim液压数据库中的bap31单元模块配置平板阀，基于amesim液压数据库中的bap016单元模块配置作用在配流阀阀芯上的弹簧力和液压力，基于前述质量块、平板阀、弹簧力和液压力建立配流阀模型；
14、基于amesim液压数据库中的bhc11单元模块配置出油阀余隙容积，基于amesim液压数据库中的bap24、bap22和bap28单元模块配置阀门、基于amesim一维机械库中的mecmas21单元模块配置出油阀质量块，基于amesim一维机械库中的spr000a单元模块配置理想线形弹簧，基于前述出油阀余隙容积、阀门、出油阀质量块、理想线形弹簧建立出油阀模型。
15、基于amesim液压库中的hydorf0单元模块配置节流孔，基于amesim液压数据库中的bhc11单元模块配置轨腔容积，基于amesim液压库中的hl0001单元模块配置连接节流孔和油箱，基于前述节流孔、轨腔容积和接节流孔和油箱建立出油口模型。
16、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真建模方法的进一步改进或者优选实施方式，步骤三还包括：在amesim submodel模式中，先将上述推荐的子模型赋予基本模型中包含的各模块，对于上述未提及的模块，可使用premier submodel功能赋予amesim推荐的子模型，也可根据用户经验、模型简化程度以及产品结构形式确定模块的子模型；步骤三中的内容为amesim建模流程之一，是对步骤二中所建模型的进一步细化，用于确定模型中各模块的物理模型(物理假设)以及对应的数学表达式，缺乏该步骤则无法进行下一步；步骤三中推荐的子模型从高压共轨泵典型结构形式中总结得出，适用于大部分高压共轨泵的amesim建模过程，一定程度上在保证模型可信度的前提下，减小了高压共轨泵amesim建模过程中筛选各模块子模型的工作量，提高了高压共轨泵amesim建模效率；步骤三用于确定模型中各模块的物理模型(物理假设)以及对应的数学表达式，步骤三中推荐的子模型从高压共轨泵典型结构形式中总结得出，适用于大部分高压共轨泵的amesim建模过程，一定程度上在保证模型可信度的前提下，减小了高压共轨泵amesim建模过程中筛选各模块子模型的工作量，提高了高压共轨泵amesim建模效率。
17、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法的进一步改进或者优选实施方式，包括如下步骤：
18、步骤四，根据待优化设计的高压共轨泵的实际参数，利用amesim的parameter组件定义全局参数，配置基本模型参数；
19、步骤五，利用amesim的simulation组件配置仿真运行时间和步数，执行单次或批处理仿真计算，确定高压泵供油特性及各参数对供油特性的影响指标；
20、步骤六，基于amesim的simulation组件对需要分析的项目进行后处理确定必要的关键参数；
21、步骤七，基于amesim的parameter组件对高压泵模型的关键参数进行优化设计，设置优化参数的上下限，选用优化目标和算法，并进行优化计算。
22、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法的进一步改进或者优选实施方式，步骤五具体包括：利用amesim的simulation组件配置前述建立的柴油机高压共轨泵仿真模型的运行时间和步数，执行单次或批处理仿真计算，得出高压泵供油特性，包括供油压力、供油流量、压力波动、建压时间，并确定柱塞直径、柱塞间隙、进出油阀弹簧刚度和预紧力等高压泵设计参数对上述供油特性的影响规律(如柱塞直径大小对供油压力大小、供油流量大小、压力波动幅值大小影响)，筛选出对高压泵供油特性影响显著的影响指标；前述仿真内容为高压泵建压过程，即在高压泵的工作下，轨压为0到设计值并维持稳定的过程；
23、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法的进一步改进或者优选实施方式，包括如下步骤：基本模型参数至少包括定量泵排量、凸轮几何参数、柱塞直径；后处理确定的关键参数至少包括输出压力、输出流量、平均输出压力、平均输出流量、压力波动幅值、流量波动幅值。
24、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法的进一步改进或者优选实施方式，步骤六包括：
25、需要分析的项目包括高压泵模型的输出压力、输出流量、平均输出压力、平均输出流量、压力波动幅值、流量波动幅值；
26、后处理包括：通过直接提取获得述瞬时输出压力、瞬时输出流量曲线为高压共轨泵模型出油口节流孔处的压力和流量；
27、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法的进一步改进或者优选实施方式，步骤七中的优化设计具体是基于parameter组件中的study parameters功能模块来完成。
28、对前述基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法的进一步改进或者优选实施方式，基于amesim的parameter组件定义全局参数，全局参数包括柱塞直径、柱塞间隙、柱塞与柱塞套的接触长度、进油阀阀芯质量、出油阀阀芯质量、进油阀弹簧刚度、进油阀弹簧预紧力、出油阀弹簧刚度、出油阀弹簧预紧力、进油阀阀板直径、出油阀阀孔直径、柱塞腔死容积、出油阀油腔容积、出油口节流孔直径等，可根据设计优化对象增减相应参数；
29、基本模型参数包括：低压油路模型的定量泵排量、安全阀排放压力、节流孔直径、节流孔流量系数；燃油计量阀模型的活塞直径、活塞杆径、开孔截面类型、开孔几何参数、阀芯质量、活塞弹簧刚度、活塞弹簧预紧力以及电磁铁通电占空比；凸轮模型的恒速源转速、凸轮几何参数；柱塞模型的柱塞直径、柱塞间隙、柱塞与柱塞套的接触长度以及柱塞腔死容积；进油阀/配流阀模型的阀芯质量、阀芯限位、挡板阀挡板直径、挡板阀进油孔直径；出油阀模型的阀芯质量、阀芯限位、阀芯几何结构参数、弹簧刚度、弹簧预紧力以及出油阀油腔容积；出油口模型的轨腔容积、节流孔直径、液压管直径和长度。
30、其有益效果在于：
31、本发明的基于amesim的高压共轨泵仿真建模及其优化设计方法，能够考虑具有不同柱塞数量的高压共轨泵模型，覆盖了不同结构形式的高压共轨泵，扩大了适用范围；建立了可调整进油阀、出油阀的结构形式，使得高压泵模型更符合样机实际结构形式；其基本模型创建了低压油路部分，对于集成有低压油泵的高压共轨泵具有更好的适应性，有利于探究高压泵低压流动特性；本技术利用液压腔室模拟柱塞死容积(余隙容积)，通过设置液压腔室容积来探究柱塞死容积(余隙容积)对高压泵输出压力和输出流量特性的影响规律；也能通过设置液压腔室的容积探究轨腔容积对高压泵输出压力和输出流量特性的影响规律；能够定量地、直观地查看高压泵模型的特性曲线、压力波动和流量波动情况。本发明给出高压泵优化设计过程中的优化准则，优化设计中的优化对象和优化准则可高度自定，模型中各模块的中间输出量均可作为优化准则。
1.一种基于amesim的高压共轨泵仿真建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于amesim的高压共轨泵仿真建模方法，其特征在于，所述步骤二中基本模型基于amesim液压数据库中如下单元模型模块建立，具体是指：
3.根据权利要求1所述的基于amesim的高压共轨泵仿真建模方法，其特征在于，所述步骤三还包括：在amesim submodel模式中，先将上述推荐的子模型赋予基本模型中包含的各模块，对于未提及的模块使用premier submodel功能赋予amesim推荐的子模型，或者根据用户经验、模型简化程度以及产品结构形式确定模块的子模型。
4.根据权利要求1所述的基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法，其特征在于，所述步骤五具体包括：利用amesim的simulation组件配置前述建立的柴油机高压共轨泵仿真模型的运行时间和步数，执行单次或批处理仿真计算，得出高压泵设计参数对上述供油特性的影响规律，筛选出对高压泵供油特性影响显著的影响指标。
6.根据权利要求4所述的基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：所述基本模型参数至少包括定量泵排量、凸轮几何参数、柱塞直径；所述后处理确定的关键参数至少包括输出压力、输出流量、平均输出压力、平均输出流量、压力波动幅值、流量波动幅值。
7.根据权利要求4所述的基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法，其特征在于，所述步骤六包括：所述需要分析的项目包括高压泵模型的输出压力、输出流量、平均输出压力、平均输出流量、压力波动幅值、流量波动幅值；所述后处理包括：通过直接提取获得述瞬时输出压力、瞬时输出流量曲线为高压共轨泵模型出油口节流孔处的压力和流量；基于amesim信号库中的移动平均函数模块输出平均输出压力、平均输出流量曲线并分别为平滑处理后的输出压力和输出流量曲线；基于amesim信号库中的极值峰值函数模块设在输出压力稳定之后输出压力波动幅值和流量波动幅值。
8.根据权利要求4所述的基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法，其特征在于，所述步骤七中的优化设计具体是基于parameter组件中的study parameters功能模块来完成。
9.根据权利要求4所述的基于amesim的高压共轨泵仿真优化设计方法，其特征在于，基于amesim的parameter组件定义全局参数，所述全局参数包括柱塞直径、柱塞间隙、柱塞与柱塞套的接触长度、进油阀阀芯质量、出油阀阀芯质量、进油阀弹簧刚度、进油阀弹簧预紧力、出油阀弹簧刚度、出油阀弹簧预紧力、进油阀阀板直径、出油阀阀孔直径、柱塞腔死容积、出油阀油腔容积、出油口节流孔直径等，可根据设计优化对象增减相应参数；
