本发明属于发动机，具体涉及连续可变气门升程机构及其结构优化设计方法。
背景技术：
1、随着全球能源和环境问题日益严峻，针对车辆的油耗和排放的法规也日趋严格。优化车辆的进排气系统以降低发动机的泵气损失和排气损失，对提高发动机的效率具有重要意义。对于汽油发动机，其进气量根据工况变化借助于节气门的开度进行调节。在部分负荷工况下，节气门的节流损失在泵气损失中占据极大的比重。可变气门机构可以通过调节配气相位和气门升程来适应由工况变化带来的进气量变化，从而取代节气门的控制。这样，在部分负荷工况下的进气压力增加，换气所需做功减少，有效地改善了泵气损失。
2、可变气门正时机构只能改变气门的开闭时间，无法改变气门的开启程度，因此在需要改变单位时间内的进气量的情况下，通常采用可变气门升程机构。其中，连续可变气门升程机构可根据发动机工况需求连续地改变气门开启的最大升程。在连续可变气门升程机构中，存在三个相互关联的指标，分别为最大气门升程、零升程和最大设计升程。最大气门升程指的是在凸轮转动一周期间，气门在单次开闭周期中升起的最大高度，这个最大高度能够借助于连续可变气门升程机构进行调节。零升程指的是通过连续可变气门升程机构的圆轴所能调节的最大气门升程的下限为零。最大设计升程指的是通过连续可变气门升程机构的圆轴所能调节的最大气门升程的上限。
3、在对连续可变气门升程机构进行结构设计时，通常是根据布置空间的限制直接对各结构尺寸进行赋值，然后基于各部件的运动关系来计算在赋值尺寸下，连续可变气门升程机构的最大气门升程是否满足设计要求。此外，基于转速传感器量程的限制以及对切换响应性的设计要求，还需要计算连续可变气门升程机构的最大气门升程是否可以随着圆轴转动而在转角限值内实现在零升程与最大设计升程之间的切换。
4、一方面，由于在对各结构尺寸进行赋值时只考虑到连续可变气门升程机构的运动干涉性，因此往往无法保证连续可变气门升程机构的赋值结构恰好满足设计要求。另一方面，由于连续可变气门升程机构的结构复杂，设计参数多达数十个，且各参数对最大气门升程的影响是非线性的并可能存在交互，因此即使对连续可变气门升程机构的各结构尺寸重新进行赋值，各结构尺寸也只能通过凑数取值。综上所述，现有的用于连续可变气门升程机构的结构设计方法的效率较低。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于连续可变气门升程机构的结构优化设计方法，以解决现有的用于连续可变气门升程机构的结构设计方法效率低下的问题。根据本发明的结构优化设计方法以数理统计为基础，采用试验设计的方法对连续可变气门升程机构的可变结构的参数与最大气门升程相关的设计目标量的数学关系进行拟合，以将连续可变气门升程机构的设计问题转变为数学模型的多参数多目标优化问题，从而显著提高结构设计的效率。
2、本发明提出了一种用于连续可变气门升程机构的结构优化设计方法，所述连续可变气门升程机构包括：凸轮轴；凸轮，其固定在所述凸轮轴上以与所述凸轮轴一起旋转；圆轴，其与所述凸轮轴平行设置；偏心轮，其固定在所述圆轴上以与所述圆轴一起旋转，其中，所述偏心轮的旋转轴线与所述圆轴的旋转轴线不同；滚销摆臂，其可旋转地设置在所述偏心轮上；推杆摆臂；其可旋转地设置在所述圆轴上；以及气门摇臂，其包括摇臂支点和设置在摇臂支点处并且抵接所述推杆摆臂的气门滚轮。所述方法包括：步骤s1：根据连续可变气门升程机构的各部件的运动关系，将连续可变气门升程机构的设计要求等效转换为存在有效解的设计目标和试验约束；步骤s2：选取连续可变气门升程机构的设计参数及其取值范围；步骤s3：采用试验设计方法在各设计参数的取值范围中分别随机选定各设计参数的试验值组合以构成多个试验方案；步骤s4：将各试验方案中的各设计参数的试验值组合输入至连续可变气门升程机构的结构计算模型，并且根据结构计算模型的输出来计算各试验方案的试验指标；步骤s5：通过数学建模来量化各设计参数与试验指标之间的关系；步骤s6：基于所述关系，采用多目标优化算法在设计参数的取值范围内进行多目标寻优，得出代表各设计目标之间的矛盾关系的最优解集；步骤s7：基于所述最优解集，构造各设计目标的评价函数，以确定连续可变气门升程机构的最优设计结构；以及步骤s8：将最优设计结构输入所述结构计算模型以得出各设计目标的计算值，以验证各设计结果是否符合设计要求。
3、根据可选的实施方式，连续可变气门升程机构的设计参数包括凸轮侧结构参数、圆轴侧结构参数、偏心轮侧结构参数、滚销摆臂侧结构参数、推杆摆臂侧结构参数和气门摇臂侧结构参数。
4、根据可选的实施方式，在步骤s1中，将连续可变气门升程机构的最大设计升程作为已知量，并且将所述最大设计升程的设计要求以及最大气门升程在零升程与最大设计升程之间切换所需的最大圆轴转角的设计要求转换为设计目标和试验约束。
5、根据可选的实施方式，在步骤s2中，根据缸盖布置空间选取各设计参数的取值范围，以防止连续可变气门升程机构的各部件的运动产生干涉。
6、根据可选的实施方式，滚销摆臂包括浮销和滚子，其中，浮销设置在滚销摆臂的一端，滚子设置在滚销摆臂的另一端并且与凸轮接触；以及推杆摆臂包括推杆和下摆臂，其中，推杆设置在推杆摆臂的一端并且抵接沿圆轴的轴向方向延伸的浮销，下摆臂设置在推杆摆臂的另一端并且抵接气门滚轮，下摆臂的抵接气门滚轮的端部具有曲面。在步骤s4中，根据连续可变气门升程机构的各部件的运动关系来创建所述结构计算模型；根据所述圆轴侧结构参数、圆轴侧运动参数和所述偏心轮侧结构参数来计算所述偏心轮的轮心坐标；根据计算出的所述偏心轮的轮心坐标、所述凸轮侧结构参数和所述滚销摆臂侧结构参数来计算所述滚销摆臂的最大摆角；根据计算出的所述滚销摆臂的运动参数、所述滚销摆臂结构侧参数以及所述推杆摆臂侧结构参数来计算所述推杆摆臂的最大摆角、所述推杆的起始角位置和终止角位置；根据设计要求的最大设计升程、所述推杆摆臂侧结构参数和所述气门摇臂侧结构参数来计算所述气门滚轮与所述下摆臂的型线接触的零升程接触角位置和最大设计升程接触角位置。
7、根据可选的实施方式，在步骤s6中，采用基于pareto最优解的多目标优化算法在设计参数的取值范围内进行多目标寻优，得出pareto最优解集。
8、根据可选的实施方式，在步骤s7中，根据所述评价函数将pareto最优解集中的所有设计目标线性加权求和，并且将和值最大的试验方案中的各设计参数的组合确定为连续可变气门升程机构的最优设计结构。
9、根据可选的实施方式，在步骤s8中，在设计结果不满足设计要求的情况下，返回到步骤s7以重新分配权重进行选优。
10、本发明还提出了一种连续可变气门升程机构，所述连续可变气门升程机构的结构参数通过根据本文所述的结构优化设计方法得出。
11、针对连续可变气门升程机构传统设计方法效率低下的问题，本发明提出一种用于连续可变气门升程机构的结构优化设计方法。根据本发明的结构优化设计方法基于试验设计，将连续可变气门升程机构的各结构参数作为试验设计方法中的设计参数，将各设计要求转化为试验设计方法中的试验指标，对构建结构参数与设计要求的数学模型进行拟合，并对数学模型进行多目标优化，以得出满足多个设计要求的连续可变气门升程机构。
12、本发明简化了连续可变气门升程机构的设计方法。在黑箱处理过程中，设计者无需深入理解连续可变气门升程机构的工作原理和结构关系，只需根据布置有连续可变气门升程机构的空间的运动干涉性来确定各结构参数的设计上下限以及设计要求，即可独立完成适配不同发动机机型的连续可变气门升程机构的设计，降低了设计难度。
13、本发明通过应用数理统计中的试验设计的方法，在机构复杂涉及设计参数较极多的情况下，以较低的试验成本完成连续可变气门升程机构的结构设计，使得连续可变气门升程机构可以同时满足多个设计要求，提高了设计效率。
1.一种用于连续可变气门升程机构的结构优化设计方法，所述连续可变气门升程机构包括：
2.根据权利要求1所述的结构优化设计方法，其中，连续可变气门升程机构的设计参数包括凸轮侧结构参数、圆轴侧结构参数、偏心轮侧结构参数、滚销摆臂侧结构参数、推杆摆臂侧结构参数和气门摇臂侧结构参数。
3.根据权利要求1所述的结构优化设计方法，其中，在步骤s1中，将连续可变气门升程机构的最大设计升程作为已知量，并且将所述最大设计升程的设计要求以及最大气门升程在零升程与最大设计升程之间切换所需的最大圆轴转角的设计要求转换为设计目标和试验约束。
4.根据权利要求1所述的结构优化设计方法，其中，在步骤s2中，根据缸盖布置空间选取各设计参数的取值范围，以防止连续可变气门升程机构的各部件的运动产生干涉。
5.根据权利要求2所述的结构优化设计方法，其中，
6.根据权利要求1所述的结构优化设计方法，其中，在步骤s6中，采用基于pareto最优解的多目标优化算法在设计参数的取值范围内进行多目标寻优，得出pareto最优解集。
7.根据权利要求6所述的结构优化设计方法，其中，在步骤s7中，根据所述评价函数将pareto最优解集中的所有设计目标线性加权求和，并且将和值最大的试验方案中的各设计参数的组合确定为连续可变气门升程机构的最优设计结构。
8.根据权利要求1所述的结构优化设计方法，其中，在步骤s8中，在设计结果不满足设计要求的情况下，返回到步骤s7以重新分配权重进行选优。
9.一种连续可变气门升程机构，其中，所述连续可变气门升程机构包括：
10.根据权利要求9所述的连续可变气门升程机构，其中，
