采用遗传算法优化液力变矩器叶栅参数的研究

　　应用于工业车辆的液力变矩器,要求具有高的动力性和良好的经济性,即要求具有较高的效率。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[1]。由于内部流场的复杂性,目前只能以一元束流理论为基础,使液力变矩器的性能简化为只取决于各工作轮叶片的进出口角度。因此为了改善液力变矩器的性能,就要对各工作轮叶片的进出口角度进行优化。

　　对于液力变矩器叶栅参数优化的研究,传统的方法是根据设计要求选择一定条件下的叶栅参数,然后通过多次迭代,逼近真实条件,求得符合性能的最佳叶栅参数[2]。这种方法依赖于初始值的选取,浪费设计人员时间,延长设计周期,为此寻找一种简便而有效的优化方法是十分必要的。遗传算法是一种自适应全局优化概率搜索算法,是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的。它在解空间中寻优的过程中,有自动获取和积累有关空间知识的能力,并能自适应控制搜索过程,搜索能力强,能以较大概率搜索到全局最优解,更适合优化复杂的非线性问题[3,4]。为此,本文以计算工况液力变矩比最大为目标函数,用遗传算法进行了液力变矩器叶栅进出口角优化的研究。

　　1 数学模型的建立

　　液力变矩器的主要性能参数有计算工况最高效率、高效区范围、起动工况变矩比、计算工况的泵轮力矩系数等。为保证良好的经济性,一般以提高计算工况最高效率为目标,将其它的性能要求作为约束条件建立数学模型。

　　1. 1 目标函数

　　计算工况最高效率与计算工况液力变矩比关系,即

式中:为计算工况最高效率为计算工况液力变矩比; i*为计算工况转速比。

　　在计算工况转速比一定的情况下,要使液力变矩器在计算工况时的最高效率最大,除了实现工作液体在工作轮流道内流动的摩擦损失和各工作轮入口冲击损失最小之外,还可以使计算工况液力变矩比达到最大值。因此以一元束流理论、能量守恒定律为理论基础[6],建立了如下优化设计模型

式中为计算工况液力变矩比;BD2为液力变矩器中导轮的出口液流角;q*为计算工况的循环流量系数;f为工作轮轴面流道面积。

　　由于液力变矩器各工作轮叶片角度决定其性能,在各叶片角度中导轮出口角对液力变矩器性能影响最大,另外在计算工况的循环流量系数不断变化的情况下,计算工况最高效率、液力变矩比、泵轮力矩系数均不断变化,因此取决策变量为

　　在决策变量的一定范围内,寻找使计算工况液力变矩比达到最大值的最优解,从而得到满足计算工况最高效率最大的各工作轮叶片角度值。