液力变矩器叶栅角度参数优化及算法

　　到精确的计算值,一维束流理论具有计算量少且可实现编程自动优化的特点.将一维速流理论优化得到的各轮进出口角度值通过CFD验证,并进行CFD计算,得到一维束流理论计算需要的冲击、摩擦参数再次进行优化,进而增加其优化的可信性.无论进行液力变矩器原始开发或者改型设计,都可缩短设计时间.仿真设计流程见图1^[1].

　　1　数学模型建立

　　1.1　液力变矩器优化模型

　　应用于车辆的液力变矩器,要求具有高的动力性和良好的经济性.而液力变矩器的性能主要取决于各工作轮叶片进出口角度和内部流场的变化.可在CFD计算前,基于一维速流理论先对各工作轮的进出口角度进行优化^[1].

　　根据一维速流理论中的能量守恒定律建立能量平衡方程,在已知各参数的情况下求得流量值,再根据液力变矩器扭矩方程求得在特定流量下的各轮传递的扭矩值[2],然后通过数据处理得到某一速比下的液力变矩器性能.基于以描述,液力变矩器性能计算流程如图2.

　　1.2　目标函数^[3]

　　从经济性考虑,以高效率区域面积frange最大值为目标函数.

式中:ih为高效区低速比;il为高效区高速比;f为各速比效率;i为各速比;在这,要确定参数为高效率区域低值速比il,高值速比ih,示意图见图3.

　　图中:il为高效区低速比;it为计算速比;ih为高效区高速比;fl为高效区低速比效率;ft为计算速比效率;fh为高效区高速比效率.

　　1.3　约束条件

　　1.3.1　边界约束条件

　　根据速流理论对于各轮进出口角的取值范围为0~180°,并可进一步约束以适应制造工艺性的限制.进行优化时,采用对原型液力变矩器的各个进出口角度加减15°作为其优化范围.

　　1.3.2　经济性约束条件

　　经济性指标包括高效率区域面积及计算工况效率.对计算工况效率ft进行约束^[3].

　　同时为了更好地控制高效率区域曲线的姿态,对高效率区域低值效率fa以及高效率区域高值效率fc进行约束.具体示意见图3.

式中:p_ft为设定的fc最小值;p_fa为设定的fa最小值;p_fc为设定的fc最小值.

　　1.3.3　动力性约束条件

　　对启动工况变矩比K0进行约束[3]

式中,p_K0为设定的K0最小值.

　　从与发动机匹配角度可对计算工况泵轮扭矩系数λ*B进行约束

式中:p_λ*B_s为设定的λ*B最小值;p_λ*B_b为设定的λ*B最大值。

　　2　优化策略