一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法、装置和设备与流程

本申请涉及涡旋压缩机技术领域，尤其涉及一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法、装置和设备。

背景技术：

新能源汽车空调涡旋压缩机的热力过程是通过容积变化来实现的，容积的大小取决于构成涡旋盘的型线的类型和参数，涡旋盘的型线设计是影响涡旋压缩机性能的根本因素。

目前涡旋型线的设计是基于特定的几何轮廓曲线，研究其啮合特性和介质压缩机理，并进行参数的设计和单目标优化。目前已经研究出的型线有圆渐开线、正多边形渐开线(偶数多边形)、线段渐开线、半圆渐开线、代数螺线、变径基圆渐开线、包络型线和组合型线等，并且采用正向分析的过程模拟和实测等方法对这些型线的几何特性、力学特性、热力学特性、功耗影响等方面进行了详细的研究，其主要目的是评判所研究型线的优劣，划定型线的适用范围。这些方法是以确定型线类型为前提的，并且是作为单目标优化问题来考虑的，受型线数学特性的限制，只能优化特定型线的结构尺寸参数，无法判断是否存在或找出更优的型线。

技术实现要素：

本申请提供了一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法、装置和设备，用以解决现有的新能源汽车空调涡旋压缩机型线设计方法，存在无法找出最优型线的技术问题。

本申请第一方面提供了一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法，包括：

基于b样条递推公式和预置涡旋型线数学模型，构建型线b样条曲线函数；

基于涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论，建立所述型线b样条曲线函数的第一约束条件；

反求所述型线b样条曲线函数的控制顶点，将所述第一约束条件转换为对所述控制顶点的第二约束条件；

基于所述控制顶点构建基于b样条曲线的目标型线模型；

基于粒子群算法对所述目标型线模型进行多目标优化，所述多目标包括压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露；

输出所述粒子群算法收敛时的优化结果，得到优化的型线模型。

可选的，所述预置涡旋型线数学模型为：

s(ψ)＝c0+c1ψ+c2ψ²+…+cnψⁿ，

其中，s(ψ)为函数类涡旋型线广义泛函方程，c0，c1，c2，cn均为待定系数，ψ为切向角参数。

可选的，所述基于涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论，建立所述型线b样条曲线函数的第一约束条件，包括：

基于动静涡旋盘始终保持成对啮合约束、共轭点啮合时两个几何中心距离不变约束和任一啮合点切向量与几何中心连线垂直约束，建立所述型线b样条曲线函数的第一约束条件；

所述型线b样条曲线函数的第一约束条件为：

其中，x1、y1为涡旋型线的笛卡尔坐标，为位置参数型线坐标平面中型线相对于原始位置转过的角度；t为曲线参数型线展开角。

可选的，所述反求所述型线b样条曲线函数的控制顶点，将所述第一约束条件转换为对所述控制顶点的第二约束条件，包括：

基于b样条方法反求所述型线b样条曲线函数的控制顶点，将所述第一约束条件转换为对所述控制顶点的第二约束条件。

可选的，所述b样条递推公式为：

其中，di(i＝0,1,…,n)是控制多边形的顶点，ni,k(u)(i＝0,1,…,n)为k阶b样条基函数，k取3，u为节点矢量的费递增参数，u∈[0,1]。

本申请第二方面提供了一种新能源汽车空调压缩机型线优化装置，包括：

函数构建单元，用于基于b样条递推公式和预置涡旋型线数学模型，构建型线b样条曲线函数；

约束单元，用于基于涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论，建立所述型线b样条曲线函数的第一约束条件；

反求控制顶点单元，用于反求所述型线b样条曲线函数的控制顶点，将所述第一约束条件转换为对所述控制顶点的第二约束条件；

模型构建单元，用于基于所述控制顶点构建基于b样条曲线的目标型线模型；

多目标优化单元，用于基于粒子群算法对所述目标型线模型进行多目标优化，所述多目标包括压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露；

输出单元，用于输出所述粒子群算法收敛时的优化结果，得到优化的型线模型。

可选的，所述约束单元具体用于：

基于动静涡旋盘始终保持成对啮合约束、共轭点啮合时两个几何中心距离不变约束和任一啮合点切向量与几何中心连线垂直约束，建立所述型线b样条曲线函数的第一约束条件；

所述型线b样条曲线函数的第一约束条件为：

其中，x1、y1为涡旋型线的笛卡尔坐标，为位置参数型线坐标平面中型线相对于原始位置转过的角度；t为曲线参数型线展开角。

可选的，所述反求控制顶点单元具体用于：

基于b样条方法反求所述型线b样条曲线函数的控制顶点，将所述第一约束条件转换为对所述控制顶点的第二约束条件。

本申请第三方面提供了一种新能源汽车空调压缩机型线优化设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的任意一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的任意一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请中提供的一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法，包括：基于b样条递推公式和预置涡旋型线数学模型，构建型线b样条曲线函数；基于涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论，建立型线b样条曲线函数的第一约束条件；反求型线b样条曲线函数的控制顶点，将第一约束条件转换为对控制顶点的第二约束条件；基于控制顶点构建基于b样条曲线的目标型线模型；基于粒子群算法对目标型线模型进行多目标优化，多目标包括压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露；输出粒子群算法收敛时的优化结果，得到优化的型线模型。本申请提供的新能源汽车空调压缩机型线优化方法，构建基于b样条的型线b样条曲线函数，建立约束条件并反求型线的控制顶点，得到关于控制顶点的b样条曲线的目标型线模型，通过设置压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露的多目标，基于粒子群算法求解目标型线模型来优化控制顶点，在粒子群算法收敛时输出全局最优解，得到全局最优解对应的优化型线模型，避免了现有技术以确定型线类型为前提，进行单目标优化，收到型线数学特性限制，无法判断是否存在或找出更优的型线的缺陷，解决了现有的新能源汽车空调涡旋压缩机型线设计方法，存在无法找出最优型线的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法的流程示意图；

图2为本请实施例中提供的一种新能源汽车空调压缩机型线优化装置的结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的型线的控制顶点示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供了一种新能源汽车空调压缩机型线优化方法的一个实施例，包括：

步骤101、基于b样条递推公式和预置涡旋型线数学模型，构建型线b样条曲线函数。

需要说明的是，本申请实施例结合b样条曲线和通用的广义型线设计方法，通过反求控制顶点并优化控制顶点，来得到面向新能源汽车空调压缩机的型线。首先，基于b样条递推公式和预置涡旋型线数学模型，构建b样条曲线函数，b样条递推公式为：

其中，di(i＝0,1,…,n)是控制多边形的顶点，也称德布尔点，ni,k(u)(i＝0,1,…,n)为k阶b样条基函数，k取3，u为节点矢量的费递增参数，u∈[0,1]。

预置涡旋型线数学模型为：

s(ψ)＝c0+c1ψ+c2ψ²+…+cnψⁿ，

其中，s(ψ)为函数类涡旋型线广义泛函方程，c0，c1，c2，cn均为待定系数，ψ为切向角参数。

构建的b样条曲线表达式为由型线函数生成的曲线离散得到的点列。

步骤102、基于涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论，建立型线b样条曲线函数的第一约束条件。

需要说明的是，本申请实施例中，需要对构建好的b样条曲线函数设置约束条件，b样条曲线函数的约束条件可以基于涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论进行设置，具体的，涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论可以是动静涡旋盘始终保持成对啮合约束、共轭点啮合时两个几何中心距离不变约束和任一啮合点切向量与几何中心连线垂直约束，建立好的第一约束条件可以是：

x1、y1为涡旋型线的笛卡尔坐标表达式，为型线坐标平面中型线相对于原始位置转过的角度，为位置参数；t为型线展开角，为曲线参数。

步骤103、反求型线b样条曲线函数的控制顶点，将第一约束条件转换为对控制顶点的第二约束条件。

需要说明的是，本申请实施例中的控制顶点即为型线曲线对应的控制特征多边形的顶点，如图3所示，p0p3对应的弧线与p1、p2所成的多边形p0p3p2p1为特征多边形，顶点p1、p2为控制多边形p0p3p2p1的顶点，即控制顶点。反求型线b样条曲线函数的控制顶点的方法有多种，本申请实施例中采用b样条方法反求型线b样条曲线函数的控制顶点，其一般过程为：a)根据型值点的分布趋势，构造非均匀节点矢量；b)应用计算得到的节点是梁构造非均匀b样条基；c)构建控制点反算的系数矩阵；d)建立控制点反算方程组，求解控制点列。

步骤104、基于控制顶点构建基于b样条曲线的目标型线模型。

需要说明的是，在反求出控制顶点之后，构建基于b样条曲线的目标型线模型，其过程为：

反求控制点方程组如下：

由三次准均匀b样条曲线的几何特性，可以得到：

补充端点条件：给定首末端点切矢或首末端点取自由端条件。三次准均匀b样条曲线的首、末端点切矢为：

则反求公式为：

当给定首、末端点切矢时；

首端：b1＝3,c1＝0,d1＝p0+3p0；

末端：an＝0,bn＝3,dn＝3pn-p′n；

反求公式写作方程形式为bv-p＝0，罚函数

步骤105、基于粒子群算法对目标型线模型进行多目标优化，多目标包括压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露。

需要说明的是，本申请实施例中对目标型线模型进行多个目标的优化，包括压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露，由设计需求出发，通过调整控制顶点进而调整型线形状，并根据优化目标与粒子群算法优化控制顶点得到满足设计需求的更优型线，从根本上增加设计的主观能动性。

行程容积也称吸气容积，行程容积越大，压缩机单次循环压缩的工质越多；容积利用率为吸气容积与型线投影面积之比，容积利用率越高，压缩效率越高；涡旋压缩机涡旋盘的使用寿命也决定了压缩机的使用寿命，因此在设计时应充分核涡旋盘的刚度强度；泄露是影响涡旋压缩机效能的一大因素，而涡旋压缩机中的泄露以轴向泄露为主，因为相同行程容积的情况下应该尽量选用泄露线更短的型线。

粒子群优化算法是一种随机的、并行的优化算法，其算法简单，容易实现，收敛速度较快，在解决多目标问题上独具优势：粒子群优化算法可以采用高效的群集来并行地对非劣解进行搜索，而且在每次的迭代中，粒子群优化算法可以产生多个非劣解；其次，粒子群优化算法的记忆功能使粒子群跟踪群体中的最好解和自身最优解来对搜索空间进行搜索，这样就使得粒子群算法具有很高的计算效率和执行速度。更重要的是，再次优化问题中的目标b样条的控制点为离散点，而粒子群算法不要求被优化函数具有可微、可导、连续等性质，不依赖文体函数特征和解的形式。

步骤106、输出粒子群算法收敛时的优化结果，得到优化的型线模型。

需要说明的是，四个优化目标分别为去为行程容积最大、容积效率最高、泄露线最短且强度刚度足够。则优化后的型线在吸气腔处具有更大的曲率，压缩腔处比原型线压缩腔处更窄，型线总长度缩短，壁厚既能满足强度刚度条件又具有较高的容积比。

本申请实施例中提供的新能源汽车空调压缩机型线优化方法，构建基于b样条的型线b样条曲线函数，建立约束条件并反求型线的控制顶点，得到关于控制顶点的b样条曲线的目标型线模型，通过设置压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露的多目标，基于粒子群算法求解目标型线模型来优化控制顶点，在粒子群算法收敛时输出全局最优解，得到全局最优解对应的优化型线模型，避免了现有技术以确定型线类型为前提，进行单目标优化，收到型线数学特性限制，无法判断是否存在或找出更优的型线的缺陷，解决了现有的新能源汽车空调涡旋压缩机型线设计方法，存在无法找出最优型线的技术问题。

需要指出的是，现有技术中的劣势在于型线与性能目标之间存在着单一的映射关系，过述了作为涡旋型线的共轭型线的特点，引出了节曲线的概念，推导了所谓通用型线的控制方程，指出了常用分依赖于型线方程的具体表达形式，具体的模型对应着具体的型线，造成各种型线的建模过程过于复杂而且各自相异。因而设计柔性比较差，针对性过强，推导得出的结论不具备通用性和普遍性，同时计算效率较低。

本申请实施例通过建立涡旋型线的数学模型和约束条件，并反求型线的控制顶点，在约束条件下利用粒子群算法对控制顶点进行全局优化，从而提高设计柔性，从根本上解除制约因素，提高性能，使型线优化不再受限于已知型线类型的局部子集内，能从全局的范围内优选型线。

同时，现有技术只针对行程容积进行了单目标优化，并且在处理非线性优化时收敛速度慢；而本申请实施例通过粒子群算法对根据型线方程反求得到的控制顶点进行多目标优化，从而得到满足设计需求、综合性能更佳的型线。

为了便于理解，请参阅图2，本申请中提供了一种新能源汽车空调压缩机型线优化装置的实施例，包括：

函数构建单元201，用于基于b样条递推公式和预置涡旋型线数学模型，构建型线b样条曲线函数。

约束单元202，用于基于涡旋型线设计准则、几何原理和空间啮合理论，建立型线b样条曲线函数的第一约束条件。

反求控制顶点单元203，用于反求型线b样条曲线函数的控制顶点，将第一约束条件转换为对控制顶点的第二约束条件。

模型构建单元204，用于基于控制顶点构建基于b样条曲线的目标型线模型。

多目标优化单元205，用于基于粒子群算法对目标型线模型进行多目标优化，多目标包括压缩机的行程容积、体积利用率、强度刚度稳定性和轴向泄露。

输出单元206，用于输出粒子群算法收敛时的优化结果，得到优化的型线模型。

约束单元202具体用于：

基于动静涡旋盘始终保持成对啮合约束、共轭点啮合时两个几何中心距离不变约束和任一啮合点切向量与几何中心连线垂直约束，建立型线b样条曲线函数的第一约束条件；

型线b样条曲线函数的第一约束条件为：

其中，x1、y1为涡旋型线的笛卡尔坐标，为位置参数型线坐标平面中型线相对于原始位置转过的角度；t为曲线参数型线展开角。

反求控制顶点单元203具体用于：

基于b样条方法反求所述型线b样条曲线函数的控制顶点，将所述第一约束条件转换为对所述控制顶点的第二约束条件。

本申请中还提供了一种新能源汽车空调压缩机型线优化设备的实施例，设备包括处理器以及存储器：

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给所述处理器；

处理器用于根据所述程序代码中的指令执行前述的新能源汽车空调压缩机型线优化方法实施例中的新能源汽车空调压缩机型线优化方法。

本申请中还提供了一种计算机可读存储介质的实施例，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行前述的新能源汽车空调压缩机型线优化方法实施例中的新能源汽车空调压缩机型线优化方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-onlymemory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccessmemory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。