一种液力变矩器导轮的优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种液力变矩器导轮的优化设计方法，其具体步骤如下：A)设计导轮循环圆，然后结合湍流方程、连续性方程和动量守恒定律建立液力变矩器的流道模型,并对流道模型划分网格得到网格模型，选取确定优化修形参数；B)基于混沌算法优化导轮修形参数，优化包括惩罚项的定义、优化目标函数的确定和混沌变量的构建；C)基于CFD仿真并进行分析，得到液力变矩器优化模型。本发明专利技术能够缩短液力变矩器导轮的研发周期，降低液力变矩器导轮的制造、生产成本；本发明专利技术还可缩小液力变矩器尺寸，应用在一种混动燃油两用高效低噪声汽车自动变速器装置上，具有很大的市场潜在价值。

An optimum design method for the guide wheel of hydraulic torque converter

The invention discloses an optimum design method of a hydraulic torque converter guide wheel. The concrete steps are as follows: A) Designing the guide wheel circulation circle, then combining the turbulence equation, continuity equation and momentum conservation law to establish the flow channel model of the hydraulic torque converter, and dividing the flow channel model into grids to obtain the grid model, selecting and determining the optimum shape modification parameters. Number; B) Optimizing the parameters of guide wheel modification based on chaotic algorithm, including the definition of penalty term, the determination of optimization objective function and the construction of chaotic variables; C) Based on C FD simulation and analysis, the optimization model of hydraulic torque converter is obtained. The invention can shorten the research and development cycle of the hydraulic torque converter guide wheel, reduce the manufacturing and production cost of the hydraulic torque converter guide wheel, and also reduce the size of the hydraulic torque converter, which is applied to a hybrid fuel dual-purpose high-efficiency low-noise automobile automatic transmission device, and has great market potential value.

【技术实现步骤摘要】
一种液力变矩器导轮的优化设计方法
本专利技术属于液力变矩器设计
，尤其是涉及一种液力变矩器导轮的优化设计方法。
技术介绍
液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮、锁止离合器、单向离合器和减振器组成的，可以实现将液力传动转换为机械刚性传动。液力变矩器目前广泛应用于无级变速器和液力机械式变速器之中。转备有液力变矩器的车辆具有提高低速通过性能、良好应对外载荷变化以及吸收传动系统扭转震动的特点。因为液力变矩器的优良性能，在这几年汽车销量不断提高的同时，装备液力变矩器的自动变速车辆的市场占有率也逐年提升，至今已成为市场主流，因此其应用前景非常广阔。然而在液力机械式自动变速器有着广阔市场的同时，如何改善轿车的自动变速性能，设计出性能良好的偏平液力变矩器，对于提高轿车燃油经济性，减少汽车污染物排放量，节约国家能源，保护生态环境，有着十分积极的作用。近年来，随着研发的进步，在内置减震器的性能不断提高及自动变速箱档位增多的趋势下，且前置发动机的轿车对更小轴线空间的需求，采用扁平化循环圆的液力变矩器已成为解决该类问题的首要选择。而液力变矩器关键部件之一的导轮，由于它的存在，使得液力变矩器具有了变矩的特性。同时有研究表明，导轮内的复杂流动，使其液力损失占全部损失的40％～50％，从而导轮叶片形状不仅影响着液力变矩器循环圆尺寸大小，还直接影响液力变矩器的流场情况及外特性，因此，对导轮叶形的进一步研究具有极其重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种能够缩短液力变矩器的研发周期，降低液力变矩器的制造、生产成本的液力变矩器导轮的优化设计方法，本专利技术采用的技术方案是：一种液力变矩器导轮的优化设计方法，其具体步骤如下：A)设计导轮循环圆，结合湍流方程、连续性方程和动量守恒定律建立液力变矩器的流道模型,并对流道模型划分网格得到网格模型，选取优化修形参数B)采用混沌算法优化导轮修形参数，优化步骤包括惩罚项的定义、优化目标函数和混沌变量的构建；C)基于CFD仿真并进行分析，得到液力变矩器优化模型。上述的液力变矩器导轮的优化设计方法中，步骤A)中选取导轮叶片进口角为优化修形参数。上述的液力变矩器导轮的优化设计方法中，所述步骤B)中的惩罚项是为了实现对优化修形参数的约束，其定义公式如下：式中：j＝1,2…,4；k为导轮叶片进口角修形次数，函数u为导轮叶片进口角，△u为导轮叶片进口角修形量，umin和umax分别为导轮叶片进口角的最小约束值和最大约束值。上述的液力变矩器导轮的优化设计方法中，所述步骤B)中的优化目标函数的公式如下：式中：Id(k)为目标导轮叶片进口角组成的矩阵，Ip(k)为导轮叶片进口角预测值组成的矩阵，Δu(k)为导轮叶片进口角修形量组成的矩阵，Q、R分别为误差权系数矩阵和控制权系数矩阵；σ1和σ2为惩罚因子，取正值，h1(Δu)和h2(Δu)为惩罚项，min(0,h1(Δu))为取小值函数，用于选取0和h1(Δu)中较小的数值；max(0,h2(Δu))为取大值函数，用于取0和h2(Δu)中较大的值。上述的液力变矩器导轮的优化设计方法中，步骤B)中的混沌变量采用Logistic映射构建，其公式如下：wn+1＝μwn(1-wn)，式中：wn∈(0,1)，μ是控制参数，n为混沌变量在(0,1)范围内遍历次数。上述的液力变矩器导轮的优化设计方法中，步骤C)的具体操作步骤如下：a)在(0,1)区间上随机取4个具有微小差异的初值，分别代入混沌变量的计算公式中，则可得到4个混沌变量w1n、w2n、w3n、w4n；b)通过以下公式将混沌变量wjn(j＝1,2,3,4)的变化范围分别调整到待优化修形参数的取值范围：Δun(k+j-1)＝Δumin+xjn(Δumax-Δumin)，式中式中：Δumin为导轮叶片进口角修形量最小约束值，Δumax为导轮叶片进口角修形量最大约束值，函数un为遍历n次时的导轮叶片进口角预测值，xjn为混沌变量遍历n次时的极值差权系数；函数Δun是遍历n次时的导轮叶片进口角修形量预测值，函数un为遍历n次时的导轮叶片进口角预测值；c)通过目标函数公式计算每组Δun(k+j-1)对应的性能指标J,如果J≤J*，则令J*＝J，同时令Δu*(k+j-1)＝Δu(k+j-1)；否则保持不变；其中，J*为当前最优解的目标函数值，Δu*(k+j-1)为当前导轮叶片进口角最佳修形量；d)如果经过步骤c)得到的若干搜索J*都保持不变，则按下面公式：Δu(k+j-1)＝Δu*(k+j-1)+ηjxj进行第2次载波；否则返回步骤c)；式中：ηj为调节参数，xj为为第j个混沌变量的极值差权系数，Δu*(k+j-1)为当前导轮叶片进口角最佳修形量；e)通过目标函数公式计算Δun(k+j-1)所对应的性能指标J，如果J≤J*，则令J*＝J，同时令Δu*(k+j-1)＝Δu(k+j-1)；否则保持不变；f)如果经过步骤e)得到的若干搜索J*都保持不变则终止搜索，此时保留的Δu*(k+j-1)即为要搜索的最优导轮叶片进口角，取其第一个元素和上一个时刻的导轮叶片进口角修形量u(k-1)构成实际导轮叶片进口角；否则返回上述步骤e)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术能够缩短液力变矩器导轮的研发周期，降低液力变矩器导轮的制造、生产成本；本专利技术还可以缩小液力变矩器尺寸，应用在一种混动燃油两用高效低噪声汽车自动变速器装置上，具有很大的市场潜在价值。附图说明图1是本专利技术液力变矩器的优化流程图。图2是本专利技术混沌优化方法求解流程图。图3是本专利技术导轮叶片叶形图。图4是本专利技术导轮扁平化液力变矩器网格模型。图5是本专利技术液力变矩器优化后传递效率对比结果图。图6是本专利技术液力变矩器优化后变矩比对比结果图。图7是本专利技术液力变矩器优化后容量系数对比结果图。图8是本专利技术液力变矩器优化后循环流量对比结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。本专利技术采用优化方案如图1所示，具体步骤如下：A)设计导轮循环圆，结合湍流方程、连续性方程和动量守恒定律建立液力变矩器的流道模型,并对流道模型划分网格得到网格模型，选取确定优化修形参数；所述的修形参数选取的是导轮叶片进口角。B)采用混沌算法优化导轮的修形参数，为了实现对优化修形参数的约束，首先确定惩罚项，其定义公式如下：式中：j＝1,2…,4；j＝1,2…,4；k为导轮叶片进口角修形次数，函数u为导轮叶片进口角，△u为导轮叶片进口角修形量，umin和umax分别为导轮叶片进口角的最小约束值和最大约束值。然后，确定优化目标函数，其构建公式如下：式中：Id(k)为目标导轮叶片进口角组成的矩阵，Ip(k)为导轮叶片进口角预测值组成的矩阵，ΔU(k)为导轮叶片进口角修形量组成的矩阵，Q、R分别为误差权系数矩阵和控制权系数矩阵；σ1和σ2为惩罚因子，取较大的正值，h1(Δu)和h2(Δu)为惩罚项，min(0,h1(Δu))为取小值函数，用于选取0和h1(Δu)中较小的数值；max(0,h2(Δu))为取大值函数，用于取0和h2(Δu)中较大的值。最后采用Logistic映射构建混沌变量，其构建公式如下：wn+1＝μwn(1-wn)wn∈(0,1)式(4)式中:μ是控制参数，n为混沌变量在(0,1)范围内遍历次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液力变矩器导轮的优化设计方法，其具体步骤如下：A)设计导轮循环圆，然后结合湍流方程、连续性方程和动量守恒定律建立液力变矩器的流道模型,并对流道模型划分网格得到网格模型，选取优化修形参数；B)采用混沌算法优化导轮修形参数，优化步骤包括惩罚项的定义、优化目标函数的确定和混沌变量的构建；C)基于CFD仿真并进行分析，得到液力变矩器优化模型。

【技术特征摘要】
1.一种液力变矩器导轮的优化设计方法，其具体步骤如下：A)设计导轮循环圆，然后结合湍流方程、连续性方程和动量守恒定律建立液力变矩器的流道模型,并对流道模型划分网格得到网格模型，选取优化修形参数；B)采用混沌算法优化导轮修形参数，优化步骤包括惩罚项的定义、优化目标函数的确定和混沌变量的构建；C)基于CFD仿真并进行分析，得到液力变矩器优化模型。2.根据权利要求1所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，步骤A)中选取导轮叶片进口角为优化修形参数。3.根据权利要求1所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，所述步骤B)中的惩罚项是为了实现对优化修形参数的约束，其定义公式如下：式中：j＝1,2…,4；k为导轮叶片进口角修形次数，函数u为导轮叶片进口角，△u为导轮叶片进口角修形量，umin和umax分别为导轮叶片进口角的最小约束值和最大约束值。4.根据权利要求3所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，步骤B)中的优化目标函数的公式如下：式中：Id(k)为目标导轮叶片进口角组成的矩阵，Ip(k)为导轮叶片进口角预测值组成的矩阵，Δu(k)为导轮叶片进口角修形量组成的矩阵，Q、R分别为误差权系数矩阵和控制权系数矩阵；σ1和σ2为惩罚因子，取正值，h1(Δu)和h2(Δu)为惩罚项，min(0,h1(Δu))为取小值函数，用于选取0和h1(Δu)中较小的数值；max(0,h2(Δu))为取大值函数，用于取0和h2(Δu)中较大的值。5.根据权利要求4所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，步骤B)中的混沌变量采用Logistic映射构建，其公式如下：wn+1＝μwn(1-wn),式中：wn∈(0,1)，μ是控制参数，n为混沌变量在(0,1)范围内遍历次数。6.根据权利要求5所述的液力变矩器导轮的优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金刚，郑剑云，李泉，林慧明，付兵，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43