【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両に搭載されるトルクコンバータの翼形状を設計するトルクコンバータの翼形状設計方法および同設計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の搭載されるトルクコンバータの性能は、車両の燃費や加速性に大きな影響を与えるため、トルクコンバータを高性能化するとともに、その小型化および軽量化を図ることが望まれている。また、上記トルクコンバータは回転を伴う流体機械であり、その内部に形成された流路を通る流体の流れによってその性能が大きく左右されため、この流体の流れを解析することにより、適正形状のトルクコンバータを設計することが行われている。
【０００３】
例えば、トルクコンバータの翼形状を設計する際に、ポンプ、タービンおよびステータの翼面をそれぞれ３０個程度の微小要素に区画してなる設計モデルを作成した後、各微小要素ごとに流路幅方向に作用する遠心力と、圧力勾配との釣合いを解析し、この解析データに基づいて上記遠心力と圧力勾配とを流路全体に亘って釣り合わせるように翼形状を設計することにより、トルクコンバータの性能を向上させる設計方法が考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成よれば、適正な翼形状のデータを演算するため設計変数の数が極めて多いため、上記設計モデルを作成するのにかなりの熟練度と時間とを要するとともに、上記設計変数を求めるための計算が煩雑である。しかも、上記トルクコンバータの性能は、これに接続されるエンジンおよび変速機の特性等の影響を受けるため、これらの特性が変化する度に上記計算をやり直さなければならず、最適な車両性能が得られるトルクコンバータの翼形状を設計することが極めて困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で最適形状のトルクコンバータを迅速かつ適正に設計することができるトルクコンバータの翼形状設計方法および同設計装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、トルクコンバータを設計する際の制約条件と、トルクコンバータ特性の目標値とを入力するとともに、上記制約条件に適合した実体モデルのデータを入力することにより、トルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線に対応する多角形の頂点の座標を設計変数としたトルクコンバータの設計モデルを作成するとともに、上記多角形に沿って伸びるスプライン曲線を作成した後、このスプライン曲線に基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成し、この計算モデルに基づいてトルクコンバータ特性の評価値を演算した後、この評価値の演算データと、上記トルクコンバータ特性の目標値と、予め設定された実験式とに基づいて設計変数の最適解を演算し、この設計変数の最適解によって特定される多角形に沿ったスプライン曲線と、上記制約条件とに応じてトルクコンバータの翼形状を設計するように構成したものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、トルクコンバータを設計する際の制約条件と、トルクコンバータに接続される機器のユニット特性データと、トルクコンバータが搭載される車両の性能目標値とを入力するとともに、上記制約条件に適合した実体モデルのデータを入力することにより、トルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線に対応する多角形の頂点の座標を設計変数としたトルクコンバータの設計モデルを作成するとともに、上記多角形に沿って伸びるスプライン曲線を作成した後、このスプライン曲線に基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成し、この計算モデルに基づいてトルクコンバータ特性を演算した後、このトルクコンバータ特性の演算データと、上記ユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の性能評価値を演算するとともに、この性能評価値の演算データと、上記性能目標値とに基づいて目的関数を演算し、この目標関数と、上記制約条件とに基づいて上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする設計変数の最適解を演算した後、この設計変数の演算データによって特定される多角形に沿ったスプライン曲線と、上記制約条件とに応じてトルクコンバータの翼形状を設計するように構成したものである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、上記請求項２記載のトルクコンバータの翼形状設計方法において、トルクコンバータに接続される機器のユニット特性データとして複数の車種のデータを入力するとともに、この車種に応じて複数の性能目標値を入力し、かつ上記各ユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の性能評価値を各車種ごとに演算し、上記各性能目標値と、これに対応する各性能評価値との偏差の総和に基づいて目標関数を演算するように構成したものである。
【０００９】
請求項４に係る発明は、上記請求項２または３記載のトルクコンバータの翼形状設計方法において、車両の性能目標値および性能評価値をそれぞれ複数設定し、各性能目標値と、これに対応する性能評価値とのずれ量に、予め設定された重み付け係数を乗じることにより、目標関数を演算するように構成したものである。
【００１０】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれかに記載のトルクコンバータの翼形状設計装置において、トルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線に外接する多角形の頂点の座標を設計変数としたトルクコンバータの設計モデルを作成するとともに、上記多角形に内接するスプライン曲線に基づいて計算モデルを作成するように構成したものである。
【００１１】
請求項６に係る発明は、トルクコンバータを設計する際の制約条件、トルクコンバータに接続される機器のユニット特性データおよびトルクコンバータが搭載される車両の性能目標値を入力する入力手段と、上記制約条件に適合した実体モデルの入力データに応じてトルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線に対応する多角形の頂点の座標を設計変数としたトルクコンバータの設計モデルを作成する設計モデル作成手段と、上記多角形に沿って伸びるスプライン曲線を作成するスプライン曲線作成手段と、このスプライン曲線の作成データに基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成する計算モデル作成手段と、この計算モデルの作成データに基づいてトルクコンバータ特性を演算するトルクコンバータ特性演算手段と、このトルクコンバータ特性の演算データ、上記ユニット特性データおよび予め設定された実験式に基づいて車両の性能評価値を演算する性能評価値演算手段と、この性能評価値の演算データと上記性能目標値とに基づいて目的関数を演算する目標関数演算手段と、この目標関数と上記制約条件とに基づいて上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする設計変数の最適解を演算する設計変数演算手段とを設けたものである。
【００１２】
【作用】
上記請求項１記載の発明によれば、予め入力された制約条件に対応する実体モデルの入力データに応じ、トルクコンバータのポンプ、タービンおよびステータの翼面によって構成される流路の中心線に対応するスプライン曲線を作成するための多角形からなる設計モデルが作成されるとともに、この設計モデルおよびこれに対応する上記スプライン曲線に基づいて計算モデルが作成される。そして、上記計算モデルのデータに基づいて作成されたトルクコンバータ特性の評価値が演算され、この評価値の演算データと、トルクコンバータ特性の性能目標値と、予め設定された実験式とに基づいて上記設計モデルの最適形状がシミュレーション解析等により演算され、このデータに応じて特定されるスプライン曲線と、上記制約条件とに基づいて最適形状のトルクコンバータが設計されることになる。
【００１３】
上記請求項２記載の発明によれば、上記計算モデルのデータに基づいて作成されたトルクコンバータ特性のデータ、エンジンおよび変速機等のユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の性能評価値がシミュレーション解析等の手段で演算されるとともに、この性能評価値の演算データと、予め設定された車両の性能目標値と、上記制約条件とに基づいて上記設計モデルの最適形状が逐次二次計画法等により演算され、この演算データに応じて特定されるスプライン曲線と、上記制約条件とに基づいて最適形状のトルクコンバータが設計されることになる。
【００１４】
上記請求項３記載の発明によれば、各車種毎に演算された車両性能が総合的に評価され、この評価結果に基づいてトルクコンバータの翼形状が設計されることにより、トルクコンバータの共通化が図られることになる。
【００１５】
上記請求項４記載の発明によれば、車両の燃費、追従応答性、加速性および出足応答性等からなる複数の車両性能が総合的に評価されて上記設計変数の最適解が迅速かつ適正に演算されることになる。
【００１６】
上記請求項５記載の発明によれば、上記設計モデルの最適形状を逐次二次計画法等により演算する際に、設計モデルによって特定されるスプライン形状が大きく変化することが防止され、上記設計変数の最適解が迅速かつ適正に演算されることになる。
【００１７】
上記請求項６記載の発明によれば、入力手段によって入力された制約条件に対応する実体モデルデータに応じ、トルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線に対応するスプライン曲線を作成するための多角形からなる設計モデルが設計モデル作成手段により作成されるとともに、この設計モデルおよび上記スプライン曲線に基づいてトルクコンバータ特性演算用の計算モデルが計算モデル作成手段により作成される。
【００１８】
そして、上記計算モデルの作成データに基づいてトルクコンバータ特性がトルクコンバータ演算手段により演算され、このトルクコンバータ特性の演算データと、エンジンおよび変速機等のユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の性能評価値が性能評価値演算手段により演算されるとともに、この性能評価値の演算データと、予め設定された車両の性能目標値と、上記制約条件とに基づいて上記設計変数の最適値が設計変数演算手段により演算され、この設計変数の最適値に対応する設計モデルに応じて特定されるスプライン曲線と、上記制約条件とに基づいて最適形状のトルクコンバータが設計されることになる。
【００１９】
【実施例】
図１は本発明に係るトルクコンバータの翼形状設計装置の実施例を示している。この翼形状設計装置は、キーボート等からなる入力手段１と、トルクコンバータの翼形状を設計する際の基準となるトルクコンバータの設計モデルを作成する設計モデル作成手段２と、上記設計モデルに応じて後述するスプライン曲線を作成するスプライン曲線作成手段３と、このスプライン曲線の作成データに基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成する計算モデル作成手段４とを有している。
【００２０】
また、上記翼形状設計装置には、計算モデル作成手段４によって作成された上記計算モデルに基づいてトルクコンバータ特性を演算するトルクコンバータ特性演算手段５と、予め設定された実験式に基づいて車両の性能評価値を演算する性能評価値演算手段６と、この性能評価値の演算データと予め入力された車両の性能目標値とに基づいて目的関数を演算する目標関数演算手段７と、この目標関数と上記入力手段１によって入力された制約条件とに基づいて上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする設計変数の最適解を演算する設計変数演算手段８とが設けられている。
【００２１】
上記入力手段１は、作業者の操作に応じ、トルクコンバータを設計する際の制約条件と、トルクコンバータに接続される各機器のユニット特性データを構成するエンジン特性および変速機の変速スケジュール特性等と、トルクコンバータが搭載される車両の性能目標値、つまり車両が満足すべき燃費、追従応答性、加速性および出足応答性等の目標値と、上記制約条件に基づいて作業者により選定された実体モデルのデータとを入力するものである。
【００２２】
上記制約条件は、トルクコンバータの流路幅方向に作用する遠心力と、圧力勾配との圧力バランスの基準値に関する条件および各翼の形状が幾何学的に成立するために満足すべき条件、例えばトルクコンバータの半径、翼入口角度、翼出口角度、翼形状等を不等式もしくは等式として表したものである。
【００２３】
また、上記車両性能を表す燃費は、例えば１０．１５モード燃費等を基準にして評価されるものであり、追従応答性は、前を走行する車両との間を略一定にして走ることができるかどうかを表す指標であり、加速性能は、停車状態から車速が一定速度に達するまでに要する時間であり、出足応答性は、発進時の力強さを表す指標である。
【００２４】
設計モデル作成手段２は、上記実体モデルのデータに応じ、図２に示すように、ポンプ９、タービン１０およびステータ１１の翼面によって構成されるトルクコンバータの流路の中心線ａに外接する多角形ｂの頂点Ａ〜Ｈの座標を設計変数としてトルクコンバータの設計モデルを作成するものである。そして、１０個の頂点を有する多角形ｂにおいては、この頂点の三次元座標を表すために、３０個の設計変数が設定されることになる。
【００２５】
なお、上記翼面の中心線ａが同一平面上にあると擬制した場合、２０個の設計変数が設定される。また、設計変数には、上記多角形ｂの頂点以外に、トルクコンバータ等の外径寸法、翼入口角度、翼出口角度および翼角度変化率等が含まれ、これらの設計変数はベクトルにより表現される。
【００２６】
上記スプライン曲線作成手段３は、図３に示すように、上記設計モデル作成手段２によって作成された多角形ｂに内接するスプライン曲線ｃを作成するものであり、このスプライン曲線ｃは、区分的に補間多項式を作り、それをつなぎあわせたものである。なお、設計の第１段においては、スプライン曲線ｃが上記実体モデルの中心線ａに対応した形状となる。
【００２７】
また、上記計算モデル作成手段４は、スプライン曲線作成手段３によって作成された上記スプライン曲線ｃのデータに基づき、図４に示すように、トルクコンバータのポンプ９とタービン１０とステータ１１とからなる各翼形状の三次元モデルを作成し、この三次元モデルのデータを上記性能評価値演算手段５に出力するように構成されている。
【００２８】
すなわち、トルクコンバータのポンプ９およびタービン１０について上記スプライン曲線ｃを中心線とするとともに、ステータ１１について上記スプライン曲線ｃの最下点を基準としてその中心線を定め、この中心線を基に、流路面積を与えることにより、各翼面形状を設定した後、上記入力手段１によって入力された実体モデル等に対応する上記翼入口角度および翼出口角度のデータと、翼角度変化率のデータとを与えることにより、上記各翼形状の三次元モデルを作成するようになっている。
【００２９】
上記トルクコンバータ特性演算手段５は、計算モデル演算手段４によって作成された上記三次元モデルのデータに応じ、差分法等の流体計算方法、二次元的な解析手法または実験によって得られた経験値を統合化した計算式により、後述するようにトルクコンバータの効率、トルク比および容量係数等の一次元性能と、トルクコンバータの回転によって生じる流体の流れのバランスを表す指標（圧力バランス）とからなるトルクコンバータ特性を演算するものである。なお、上記翼形状がトルクコンバータ特性に及ぼす影響を効果的に解析するためには、上記二次元的な解析手法または実験によって得られた経験値を統合化した計算式を使用することが望ましい。
【００３０】
また、上記性能評価値演算手段６は、トルクコンバータ作成演算手段５によって演算されたトルクコンバータ特性うちのトルク比および容量係数の演算データと、入力手段１によって入力された上記各機器のユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の燃費、追従応答性、加速性および出足応答性等からなる複数の性能評価値をシミュレーション解析により演算し、この演算データを上記目標関数演算手段７に出力するように構成されている。
【００３１】
目標関数演算手段７は、上記性能評価値の演算データと、上記入力手段１によって入力された性能目標値と応じ、下記の数１に基づいて目的関数Ｚを演算するものである。
【００３２】
【数１】
【００３３】
上記数１において、Ｗｉは各性能目標値ごとに設定される重み付け係数であり、この値が各目標間の重要度に応じて調整されるようになっている。また、上記ｄｉ＋，ｄｉ−は上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を表すスラックス変数からなる偏差変数である。
【００３４】
また、上記設計変数算出手段８は、目標関数演算手段７によって演算された上記目標関数Ｚと、上記入力手段１によって入力された制約条件とに基づいて上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする設計変数を逐次二次計画法からなる非線形計画法または逐次線形計画法等の最適化手法により求めるものである。
【００３５】
すなわち、上記実体モデルのデータに対応する設計変数の初期値に応じて演算された目標関数Ｚの値が予め設定された基準値以下の最小値となったか否かを判別し、上記目的関数Ｚの値が最小値でないことが確認された場合には、上記多角形ｂの頂点の座標データおよび翼角度変化率等からなる設計変数の値を修正した後に、この修正値を上記設計モデル作成手段２に入力した後、上記翼角度変化率等からなる設計変数の修正値を上記設計モデル作成手段２から計算データ作成手段４に入力する。そして、上記のように目的関数Ｚを演算するとともに、この値を上記基準値と比較する作業を繰り返すことにより、上記目標関数Ｚを最小値とする設計変数の最適解を演算するようになっている。
【００３６】
上記構成のトルクコンバータの翼形状設計装置を使用して翼形状を設計する翼形状設計方法の実施例を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。上記設計方法を実行する制御動作がスタートすると、まずステップＳ１において、入力手段１によって入力された上記制約条件、各機器のユニット特性データおよび車両の性能目標値と、上記制約条件に基づいて選定された実体モデルの入力データとからなる各データを読み込む。
【００３７】
次いで、ステップＳ２において、上記実体モデルの入力データに基づき、設計モデル作成手段２により上記多角形ｂからなる設計モデルを作成した後、ステップＳ３において、上記実体モデルと設計モデルとに基づき、スプライン曲線作成手段３によ利、上記多角形ｂに内接するスプライン曲線ｃを作成する。すなわち、上記設計変数の初期値として上記実体モデルのデータを入力することにより、上記スプライン曲線ｃを特定する。
【００３８】
また、ステップＳ４において、上記スプライン曲線ｃの作成データに基づき、計算モデル作成手段４により各翼面の三次元モデルからなる計算モデルを作成した後、ステップＳ５において、上記計算モデルに基づき、上記トルクコンバータ特性演算手段５により、図６に示すように、トルクコンバータの効率、トルク比および容量係数からなる一次元性能と、図７に示すように、トルクコンバータの回転によって生じる流体の流れのバランスを表す圧力バランスとからなるトルクコンバータ特性を演算する。
【００３９】
上記図６に示すトルクコンバータの効率は、トルクコンバータの入力トルクに入力回転数を乗じた値と、トルクコンバータの出力トルクに出力回転数を乗じた値との比を、トルクコンバータの入出力回転速度比（ｎｏ／ｎｉ）に応じて示したものである。また、上記トルク比は、トルクコンバータの出力トルクと入力トルクとの比であり、かつ上記容量係数は、トルクコンバータに入力されるエンジントルクを算出するための係数であって、トルクコンバータの入力回転数に基づいて設定される値である。
【００４０】
また、図７に示す圧力バランスは、各翼面によって構成された流路１２の微小要素１３に作用する流路幅方向の遠心力Ｆｓと、圧力勾配Ｆｃとの釣合いを表すものであり、トルクコンバータの性能を向上させるためには、上記圧力勾配Ｆｃとの間に大きな釣合いが発生しないようにすることが望ましい。すなわち、計算式により上記トルクコンバータ特性の一次性能を求める際に、剥離などの現象を避けるため、上記圧力バランスにおける遠心力Ｆｓと、圧力勾配Ｆｃとの不釣合を一定範囲内に抑えるように設計する。
【００４１】
次いで、ステップＳ６において、上記トルクコンバータ特性の演算データと、上記各機器のユニット特性データ、つまりエンジン特性および変速機の変速スケジュール特性等と、予め設定された実験式とに基づき、車両の燃費、追従応答性、加速性および出足応答性等からなる性能評価値を上記評価値演算手段６により演算する。上記各評価値は、それぞれ個別に想定された所定の走行条件のもとでシミュレーション解析された後、走行時間に対する燃料消費量、車速、エンジン回転数、加速怒涛の指標が計量されることにより求められる。
【００４２】
そして、ステップＳ７において、上記入力手段１によって入力された車両の性能目標値と、上記性能評価値の演算データとに基づき、上記目標関数演算手段７により、目標関数Ｚを演算する。なお、この目標関数Ｚを演算する場合において、上記車両の追従応答性、加速性および出足応答性は、乗員の感覚に基づいて評価される性能であるため、この評価値を予め設定された実験式等に基づいて客観的に数値化する必要がある。
【００４３】
また、ステップＳ８において、上記目標関数Ｚが予め設定された基準値Ｒ以下であるか否かを判定し、ＮＯと判定された場合には、ステップＳ９において、上記目標関数Ｚを基準値Ｒ以下とする方向に設計変数を修正した後、上記ステップＳ２に戻り、上記ステップＳ８でＹＥＳと判定されるまで上記作業を繰り返す。
【００４４】
これによって図８に示すように、上記実験モデルに基づいて演算された初期評価値に対し、目標値に適合した各性能の最適評価値が得られる設計変数の最適解が求められ、この設計変数の最適解に基づいてトルクコンバータの翼形状を設計することができる。また、上記のようにして設計されたトルクコンバータの設計データを、新たなトルクコンバータの翼形状をする際の初期モデルとして使用することができる。
【００４５】
このように上記制約条件に適合した実体モデルの入力データに基づき、トルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線ａに当接する多角形ｂの頂点の座標を設計変数としたトルクコンバータの設計モデルを作成した後、上記実体モデルのデータに応じて上記多角形に沿って伸びるスプライン曲線ｃを作成し、このスプライン曲線ｃに基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成するように構成したため、ポンプ、タービンおよびステータの翼面をそれぞれ３０個程度の微小要素に区画してなる設計モデルを作成するように構成されたものに比べ、上記設計モデルおよび計算モデルを迅速かつ正確に作成することができる。
【００４６】
そして、上記設計モデルを特定する設計変数の数を大幅に低減することができるため、コンピュータを使用して予め入力された車両の性能目標値に適合した性能評価値が得られる上記設計変数の最適解を容易に求めることができ、この設計変数の最適解によって特定される多角形ｂに沿ったスプライン曲線ｃと、予め入力された上記制約条件とに基づいて最適形状のトルクコンバータを容易に設計することができる。
【００４７】
また、上記のように設計変数によって特定される多角形ｂに内接するスプライン曲線ｃに基づいて計算モデルを作成するように構成した場合には、この計算モデルに応じて演算された性能評価値と、予め入力された車両の性能目標値とに基づいて目的関数Ｚを演算し、この目標関数Ｚと、上記制約条件とに基づき、上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする上記設計変数の最適解を逐次二次計画法等により演算する際に、上記設計モデルによって特定されるスプライン形状が大きく変化することを防止し、上記設計変数の最適解を簡単かつ適正に演算することができる。
【００４８】
すなわち、図９に示すように、上記流路の中心線に内接する多角形ｂ´を形成し、この多角形ｂ´に外接するようにスプライン曲線ｃ´を作成することも考えられるが、このように構成した場合には、上記設計変数を修正することにより、多角形ｂ´の一点Ｇ´を変位と、スプライン曲線ｃ´の全体形状が大きく変化することになるため、上記設計変数の最適解を演算することが困難となる。
【００４９】
これに対して図１０に示すように、上記流路の中心線に外接する多角形ｂを形成し、この多角形ｂに内接するようにスプライン曲線ｃを作成するように構成した場合には、上記多角形ｂの一点Ｇを変位させてもスプライン曲線ｃの全体形状が大きく変化することがないため、上記設計変数の最適解を簡単かつ適正に演算することができる。
【００５０】
また、上記実施例では、車両の性能目標値および性能評価値をそれぞれ複数設定し、各性能目標値に対する各性能評価値のずれ量に、予め設定された重み付け係数Ｗｉを乗じることにより、目標関数Ｚを演算するように構成したため、上記重み付け係数Ｗｉを適正に設定することにより、車両性能のトレードオフを適正に実行することができる。
【００５１】
例えば、燃費性能を重視した車両に搭載されるトルクコンバータを設計する場合には、上記燃費性能に対応する重み付け係数Ｗｉの値を、他に比べて大きな値に設定することにより、車両の燃費性能を効果的に向上させることができるトルクコンバータの翼形状を求めることができる。
【００５２】
また、上記のように目標関数Ｚと、上記制約条件とに基づき、上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする上記設計モデルの最適形状を逐次二次計画法により演算するように構成した場合には、設計モデルおよび計算モデルの計算式や、上記性能評価値算出用の計算式に内在する数量誤差に対するロバスト性を確保することができるとともに、少ない演算回数で上記設計変数の最適解を求めることができる。
【００５３】
すなわち、上記逐次二次計画法による設計変数の最適解を探索する場合には、図１１に示すように、設計変数の初期値に対応する目転関数Ｚの初期点Ｐ１から設計変数の最適解に対応する極値Ｐｎに漸近するように目的関数Ｚが効果的に求められることになる。上記逐次二次計画法により目的関数Ｚを演算する実験を行ったところ、図１２に示すように、５回目の演算により上記目的関数Ｚが極値に収束したことが確認された。
【００５４】
なお、個別に算出された性能評価値と、これに対応する性能目標値との偏差を加算して上記目的関数Ｚを演算する際に、上記性能評価値が性能目標値を越えている場合に、この偏差に対応する重み付け係数Ｗｉの値を０に設定するように構成してもよい。この構成によれば、例えば車両の燃費性能が目標値を越えている場合に、この性能を維持しつつ、他の性能を向上させることができる設計変数の最適解が求められることになる。
【００５５】
また、上記実施例では、特定の車両に搭載されるトルクコンバータの翼形状の設計方法および同設計装置について説明したが、複数種の車両に共通して使用されるトルクコンバータの翼形状の設計方法および同設計装置についても、本発明を適用することができる。
【００５６】
すなわち、図５に示すフローチャートのステップＳ１において、トルクコンバータに接続される機器のユニット特性データとして複数の車種のデータを入力するとともに、この車種に応じて複数の性能目標値を入力し、かつステップＳ６において、上記各ユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の性能評価値を各車種ごとに演算した後、ステップＳ７において、上記各性能目標値と、これに対応する各性能評価値との偏差の総和に基づいて目標関数Ｚを演算するように構成してもよい。
【００５７】
上記のように構成した場合には、各車種毎に演算された車両性能を総合的に評価し、この評価結果に基づいてトルクコンバータの翼形状を設計することにより、各車種にそれぞれ適合する翼形状を設計することができる。したがって、各車種毎に最適形状の翼形状を設計した後、これらを総合して設計をやり直すという煩雑な作業を要することなく、トルクコンバータを容易かつ適正に共通化することができる。
【００５８】
また、各車種毎に演算された車両性能を総合的に評価する際において、上記重み付け係数Ｗｉを各車種毎にそれぞれことなる値に設定ように構成した場合には、各車両の特性を生かしつつ上記トルクコンバータの共通化を図ることができる。例えば通常乗用車については、燃費を向上させるためにこれに対応する重み付け係数Ｗｉを大きな値に設定し、かつスポーティカー等の特殊乗用車については、加速性能を向上させるためにこれに対応する重み付け係数Ｗｉを大きな値に設定する等により、各車両の特性をそれぞれ満足し得るトルクコンバータの設計が可能となる。
【００５９】
なお、上記重み付け係数Ｗｉを各車種についてそれぞれ均等に設定するように構成してもよく、このように構成した場合には、例えば全ての車種について燃費を重視したり、走行性を重視したりすることにより、時代のニーズに適合したトルクコンバータの設計が可能となる。
【００６０】
また、上記実施例では、トルクコンバータ特性演算手段５によって演算されたトルクコンバータ特性の演算データと、トルクコンバータに接続される各機器のユニット特性データと、予め設定された実験式に基づいて車両の性能評価値を演算した後、この性能評価値の演算データと、予め入力された車両の性能目標値とに基づいて目的関数Ｚを演算し、この目標関数Ｚと、所定の制約条件とに基づいて上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする設計変数の最適解を演算するように構成した例について説明したが、上記車両性能に関係なく、トルクコンバータ単体でその性能を評価して最適形状のトルクコンバータを設計するうように構成してもよい。
【００６１】
すなわち、トルクコンバータの設計制約条件と、トルクコンバータの効率等からなるトルクコンバータ特性の性能目標値を入力した後、実体モデルの入力データに基づいて上記多角形ｂに対応するトルクコンバータの設計モデルを作成するとともに、上記多角形ｂに沿って伸びるスプライン曲線ｃを作成し、このスプライン線ｃに基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成するようにしてよい。
【００６２】
そして、上記計算モデルに基づいてトルクコンバータ特性の評価値を演算し、この評価値の演算データと、上記性能目標値と、予め設定された実験式とに基づいて設計変数の最適解を演算することにより、この設計変数の最適解によって特定される多角形ｂに当接するスプライン曲線ｃと、上記制約条件とに応じてトルクコンバータの翼形状が設計されることになる。
【００６３】
このように構成した場合には、遠心力Ｆｓと、圧力勾配Ｆｃとの釣合いを表す圧力バランス等を最適値とする設計変数の最適解を演算し、この最適解に基づいて上記実体モデルの翼形状を変形することにより、上記トルクコンバータ特性の性能評価値を目標性能に一致させることができる最適形状のトルクコンバータを容易に設計することができる。
【００６４】
また、上記のようにトルクコンバータ単体でその性能を評価して最適形状のトルクコンバータを設計した後、このトルクコンバータを実体モデルとしてそのデータを入力することにより、優れた車両の性能が得られるように、図１に示す設計装置および図５に示す設計方法を使用してトルクコンバータを設計するように構成してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明は、制約条件に適合した実体モデルの入力データに応じ、トルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線に当接する多角形の頂点の座標を設計変数としたトルクコンバータの設計モデルを作成するとともに、上記多角形に沿って伸びるスプライン曲線を作成した後、このスプライン曲線に基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成するように構成したため、上記設計モデルおよび計算モデルを迅速かつ正確に作成することができる。
【００６６】
そして、上記設計モデルを特定する設計変数の数を大幅に低減することができるため、コンピュータを使用して上記設計変数の最適解を容易に求めることができる。したがって、上記設計変数によって特定される多角形に沿ったスプライン曲線と、上記制約条件とに基づいてトルクコンバータの翼形状を簡単かつ適正に設計できるという利点がある。
【００６７】
また、請求項２に係る発明は、トルクコンバータ特性の演算データと、上記ユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の性能評価値を演算した後、この性能評価値の演算データと、上記性能目標値とに基づいて目的関数を演算するとともに、この目標関数と、上記制約条件とに基づいて上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする設計変数の最適解を演算した後、この設計変数の演算データによって特定される多角形に沿ったスプライン曲線と、上記制約条件とに応じてトルクコンバータの翼形状を設計するように構成したため、最適な車両性能を得ることができるトルクコンバータを簡単かつ適正に設計することができる。
【００６８】
また、請求項３に係る発明は、トルクコンバータに接続される機器のユニット特性データとして複数の車種のデータを入力するとともに、この車種に応じて複数の性能目標値を入力し、かつ上記各ユニット特性データと、予め設定された実験式とに基づいて車両の性能評価値を各車種ごとに演算した後、この各性能評価値の演算データと、これに対応する各性能目標値との偏差の総和に基づいて目標関数を演算するように構成したため、各車種毎に演算された車両性能を総合的に評価し、この評価結果に基づいて最適形状のトルクコンバータの翼形状を設計することにより、各車種にそれぞれ適合する翼形状を設計することができる。
【００６９】
したがって、各車種毎に最適形状の翼形状を設計した後、これらを総合して設計をやり直すという煩雑な作業を要することなく、トルクコンバータを容易かつ適正に共通化できるという利点がある。
【００７０】
また、請求項４に係る発明は、車両の性能目標値および性能評価値をそれぞれ複数設定し、各性能目標値と、これに対応する性能評価値とのずれ量に予め設定された重み付け係数を乗じることにより、目標関数を演算するように構成したため、上記重み付け係数を適正に設定することにより、車両性能のトレードオフを適正に実行し、例えば、燃費性能を重視した車両に搭載されるトルクコンバータを設計する場合に、上記燃費性能に対応する重み付け係数の値を、他に比べて大きな値に設定することにより、車両の燃費性能を効果的に向上させることができるトルクコンバータの翼形状を効果的に設計できるという利点がある。
【００７１】
また、請求項５に係る発明は、設計変数によって特定される多角形に内接するスプライン曲線に基づいて計算モデルを作成するように構成したため、この計算モデルに応じて演算された性能評価値と、予め入力された上記性能目標値とに基づいて目的関数を演算し、この目標関数と、上記制約条件とに基づき、上記性能目標値に対する性能評価値のずれ量を最小にする上記設計モデルの最適形状を逐次二次計画法等により演算する際に、上記設計モデルによって特定されるスプライン形状が大きく変化することを防止し、上記設計変数の最適解を迅速かつ適正に演算できるという利点がある。
【００７２】
また、請求項６に係る発明は、制約条件に適合した実体モデルの入力データに応じ、トルクコンバータの翼面によって構成される流路の中心線に当接する多角形の頂点の座標を設計変数としたトルクコンバータの設計モデルを作成する設計モデル作成手段と、上記多角形に沿って伸びるスプライン曲線を作成するスプライン曲線作成手段と、このスプライン曲線に基づいてトルクコンバータの特性を演算するための計算モデルを作成する計算モデル作成手段と、この計算モデルの作成データ等に基づいて上記設計変数の最適解を求めるトルクコンバータ特性演算手段、性能評価値演算手段、目的関数演算手段および設計変数演算手段とを設けたため、コンピュータを使用して上記設計変数の最適解を容易に求めることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトルクコンバータの翼形状設計装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】設計モデルの一例を示す説明図である。
【図３】多角形に当接するスプライン曲線の一例を示す説明図である。
【図４】翼形状の三次元モデルの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係るトルクコンバータの翼形状設計方法の実施例を示すフローチャートである。
【図６】トルクコンバータ特性の一例を示すグラフである。
【図７】流路幅方向の遠心力と、圧力勾配との釣合い状態を示す説明図である。
【図８】車両の性能評価値を示すグラフである。
【図９】多角形に外接するスプライン曲線を示す説明図である。
【図１０】多角形に内接するスプライン曲線を示す説明図である。
【図１１】目標関数の極値を探索状態を示す概念図である。
【図１２】目的関数を演算する実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 入力手段
２ 設計モデル作成手段
３ スプライン曲線作成手段
４ 計算モデル作成手段
５ トルクコンバータ特性演算手段
６ 性能評価値演算手段
７ 目的関数演算手段
８ 設計変数演算手段
ａ 中心線
ｂ 多角形
ｃ スプライン曲線
Ｚ 目標関数[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method and a device for designing a blade shape of a torque converter for designing a blade shape of a torque converter mounted on a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Since the performance of a torque converter mounted on a vehicle has a great effect on the fuel efficiency and acceleration of the vehicle, it is desired to improve the performance of the torque converter and to reduce its size and weight. In addition, the torque converter is a fluid machine that rotates, and its performance is greatly affected by the flow of a fluid passing through a flow path formed therein. Therefore, by analyzing the flow of the fluid, a torque of an appropriate shape is obtained. Converter design has been done.
[0003]
For example, when designing the blade shape of the torque converter, after creating a design model in which each of the pump, turbine and stator blade surfaces is partitioned into about 30 microelements, the flow path width direction is set for each microelement. By analyzing the balance between the centrifugal force acting on the pressure gradient and the pressure gradient, and designing the wing shape so as to balance the centrifugal force and the pressure gradient over the entire flow path based on the analysis data, the torque converter A design method for improving the performance of the device has been considered.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above configuration, since the number of design variables for calculating the data of the appropriate wing shape is extremely large, considerable skill and time are required to create the design model, and the design variables are determined. Calculation is complicated. Moreover, since the performance of the torque converter is affected by the characteristics of the engine and the transmission connected thereto, the above calculation must be repeated every time these characteristics change, and optimum vehicle performance is obtained. There is a problem that it is extremely difficult to design the blade shape of the torque converter to be used.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a wing shape design method and a torque converter design apparatus for a torque converter that can quickly and appropriately design a torque converter having an optimum shape with a simple configuration. It is intended to be.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is to input a constraint condition when designing a torque converter and a target value of a torque converter characteristic, and to input data of a real model that meets the constraint condition, thereby enabling a torque converter to be designed. After creating a torque converter design model with the coordinates of the vertices of the polygon corresponding to the center line of the flow path formed by the wing surface as design variables, and creating a spline curve extending along the polygon, A calculation model for calculating the characteristics of the torque converter based on the spline curve is created, and an evaluation value of the torque converter characteristics is calculated based on the calculation model. Calculate the optimal solution of the design variable based on the target value and the empirical formula set in advance, and calculate the optimal solution of this design variable. A spline curve along the polygon specified I, which is constituted so as to design the blade shape of the torque converter in accordance with the above constraints.
[0007]
The invention according to claim 2 is characterized by inputting constraint conditions when designing a torque converter, unit characteristic data of equipment connected to the torque converter, and a performance target value of a vehicle on which the torque converter is mounted. Creates a torque converter design model using the coordinates of the vertices of the polygon corresponding to the center line of the flow path formed by the torque converter wing surface as design variables by inputting the data of the real model conforming to the constraint conditions And, after creating a spline curve extending along the polygon, a calculation model for calculating the characteristics of the torque converter based on the spline curve was created, and the torque converter characteristics were calculated based on the calculation model. Then, the calculated data of the torque converter characteristics and the unit characteristic data are set in advance. A performance evaluation value of the vehicle is calculated based on the empirical formula, and an objective function is calculated based on the calculation data of the performance evaluation value and the performance target value, and based on the target function and the constraint condition. After calculating the optimal solution of the design variable that minimizes the deviation of the performance evaluation value from the performance target value, the spline curve along the polygon specified by the calculation data of the design variable and the constraint The configuration is such that the blade shape of the torque converter is designed accordingly.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the method for designing a wing shape of a torque converter according to the second aspect, data of a plurality of types of vehicles is input as unit characteristic data of equipment connected to the torque converter, and the data is input in accordance with the type of vehicle. A plurality of performance target values are input, and a performance evaluation value of the vehicle is calculated for each vehicle type based on the unit characteristic data and a preset empirical formula, and the performance target values and corresponding values are calculated. The target function is calculated based on the sum of deviations from the performance evaluation values.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the torque converter blade shape designing method according to the second or third aspect, a plurality of vehicle performance target values and a plurality of performance evaluation values are set, and each of the performance target values and the corresponding performance target values. The target function is calculated by multiplying the amount of deviation from the performance evaluation value by a preset weighting coefficient.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, in the torque converter blade shape designing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, a polygonal vertex circumscribing a center line of a flow path formed by the torque converter blade surface. And a calculation model based on a spline curve inscribed in the polygon.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an input means for inputting constraint conditions when designing a torque converter, unit characteristic data of equipment connected to the torque converter, and a performance target value of a vehicle on which the torque converter is mounted. A design model that creates a torque converter design model using the coordinates of the vertices of the polygon corresponding to the center line of the flow path formed by the wing surface of the torque converter according to the input data of the real model that meets the conditions as design variables Creation means, spline curve creation means for creating a spline curve extending along the polygon, and calculation model creation means for creating a calculation model for calculating characteristics of the torque converter based on the creation data of the spline curve. , A torque converter that calculates the torque converter characteristics based on the data created by this calculation model. Means for calculating vehicle performance evaluation values based on calculated data of the torque converter characteristics, the unit characteristic data, and a preset empirical formula; and calculated data of the performance evaluation values. Target function calculating means for calculating an objective function based on the target function and the performance target value; and optimization of a design variable for minimizing a deviation of a performance evaluation value from the performance target value based on the target function and the constraint condition. Design variable calculating means for calculating a solution.
[0012]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, according to the input data of the substantial model corresponding to the constraint condition input in advance, it corresponds to the center line of the flow path formed by the pump, turbine and stator blade surfaces of the torque converter. A design model composed of polygons for creating a spline curve is created, and a calculation model is created based on the design model and the corresponding spline curve. Then, an evaluation value of the torque converter characteristic created based on the data of the calculation model is calculated, and based on the calculated data of the evaluation value, the performance target value of the torque converter characteristic, and a preset empirical formula. The optimal shape of the design model is calculated by a simulation analysis or the like, and the torque converter having the optimal shape is designed based on the spline curve specified according to the data and the constraint conditions.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, the vehicle is based on torque converter characteristic data created based on the calculation model data, unit characteristic data of an engine, a transmission, and the like, and a preset empirical formula. The performance evaluation value is calculated by means such as simulation analysis, and the optimum shape of the design model is calculated based on the calculation data of the performance evaluation value, the preset performance target value of the vehicle, and the constraint conditions. A torque converter having an optimal shape is designed based on a spline curve specified by the sequential data, which is calculated by a sequential quadratic programming method, and the above-described constraints.
[0014]
According to the third aspect of the present invention, the vehicle performance calculated for each vehicle type is comprehensively evaluated, and the wing shape of the torque converter is designed based on the evaluation result, so that the torque converter can be shared. Will be achieved.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, a plurality of vehicle performances including the fuel efficiency, the following response, the acceleration, the starting response, and the like of the vehicle are comprehensively evaluated, and the optimal solution of the design variable is quickly and appropriately determined. It will be calculated.
[0016]
According to the fifth aspect of the present invention, when the optimal shape of the design model is calculated by the sequential quadratic programming or the like, the spline shape specified by the design model is prevented from largely changing, and the design variable Is quickly and properly calculated.
[0017]
According to the sixth aspect of the present invention, a spline curve corresponding to the center line of the flow path formed by the wing surface of the torque converter is created according to the substantial model data corresponding to the constraint condition input by the input means. A design model consisting of polygons for the calculation is created by the design model creation means, and a calculation model for calculating the torque converter characteristics is created by the calculation model creation means based on the design model and the spline curve.
[0018]
Then, the torque converter characteristics are calculated by the torque converter calculating means based on the created data of the calculation model, and the calculated data of the torque converter characteristics, the unit characteristic data of the engine and the transmission, and the empirical formula set in advance The performance evaluation value of the vehicle is calculated by the performance evaluation value calculating means on the basis of the above, and the design variable is calculated based on the calculation data of the performance evaluation value, the preset performance target value of the vehicle, and the constraint condition. Is calculated by the design variable calculation means, and a torque converter having an optimum shape is designed based on the spline curve specified according to the design model corresponding to the optimum value of the design variable and the above-described constraint. become.
[0019]
【Example】
FIG. 1 shows an embodiment of a wing shape designing apparatus for a torque converter according to the present invention. This wing shape design apparatus includes an input means 1 composed of a keyboard and the like, a design model creation means 2 for creating a design model of a torque converter serving as a reference when designing a wing shape of a torque converter, and The apparatus includes a spline curve creating means 3 for creating a spline curve described later, and a calculation model creating means 4 for creating a calculation model for calculating the characteristics of the torque converter based on the spline curve creation data.
[0020]
Further, the wing shape design device includes a torque converter characteristic calculating unit 5 for calculating a torque converter characteristic based on the calculation model created by the calculation model creating unit 4 and a vehicle based on a preset empirical formula. Performance evaluation value calculation means 6 for calculating a performance evaluation value; target function calculation means 7 for calculating an objective function based on the calculation data of the performance evaluation value and a performance target value of a vehicle which is input in advance; A design variable calculation means for calculating an optimum solution of a design variable for minimizing a deviation amount of the performance evaluation value from the performance target value based on the constraint condition input by the input means;
[0021]
The input means 1 includes a constraint condition when designing a torque converter in accordance with an operation of an operator, an engine characteristic and a shift schedule characteristic of a transmission which constitute unit characteristic data of each device connected to the torque converter, and the like. , A performance target value of the vehicle on which the torque converter is mounted, that is, target values such as fuel efficiency, follow-up responsiveness, acceleration performance, and start-up responsiveness to be satisfied by the vehicle, and an entity selected by the operator based on the above-described constraints. This is for inputting model data.
[0022]
The above-mentioned constraint conditions are a centrifugal force acting in the flow channel width direction of the torque converter, a condition relating to a reference value of a pressure balance with a pressure gradient, and a condition to be satisfied in order that the shape of each blade is geometrically established, for example, The radius, the blade inlet angle, the blade outlet angle, the blade shape, and the like of the torque converter are expressed as inequalities or equations.
[0023]
In addition, the fuel efficiency representing the vehicle performance is evaluated based on, for example, 10.15 mode fuel efficiency, and the following response can be made with a substantially constant distance from a preceding vehicle. The acceleration performance is the time required for the vehicle speed to reach a certain speed from the stop state, and the starting response is an index representing the strength at the start.
[0024]
According to the data of the real model, the design model creating means 2 circumscribes a center line a of the flow path of the torque converter constituted by the pump 9, turbine 10 and stator 11 blade surfaces as shown in FIG. The design model of the torque converter is created using the coordinates of the vertices A to H of the square b as design variables. In the polygon b having ten vertices, thirty design variables are set to represent the three-dimensional coordinates of the vertices.
[0025]
When it is assumed that the center line a of the wing surface is on the same plane, 20 design variables are set. The design variables include, in addition to the apex of the polygon b, the outer diameter of the torque converter, the blade inlet angle, the blade outlet angle, the blade angle change rate, and the like. These design variables are represented by vectors. You.
[0026]
As shown in FIG. 3, the spline curve creating means 3 creates a spline curve c inscribed in the polygon b created by the design model creating means 2, and the spline curve c is divided into pieces. Interpolation polynomials are created and connected. In the first stage of the design, the spline curve c has a shape corresponding to the center line a of the real model.
[0027]
Further, based on the data of the spline curve c created by the spline curve creating means 3, the calculation model creating means 4 includes a torque converter pump 9, a turbine 10, and a stator 11 as shown in FIG. A three-dimensional model of the wing shape is created, and the data of the three-dimensional model is output to the performance evaluation value calculation means 5.
[0028]
That is, the spline curve c is set as the center line for the pump 9 and the turbine 10 of the torque converter, and the center line of the stator 11 is determined based on the lowest point of the spline curve c. After setting each wing surface shape by giving a road area, the data of the wing entrance angle and the wing exit angle corresponding to the real model and the like input by the input means 1 and the data of the wing angle change rate are obtained. By giving them, a three-dimensional model of each of the wing shapes is created.
[0029]
According to the data of the three-dimensional model created by the calculation model calculating means 4, the torque converter characteristic calculating means 5 calculates an empirical value obtained by a fluid calculation method such as a difference method, a two-dimensional analysis method or an experiment. According to the integrated calculation formula, as will be described later, one-dimensional performance such as torque converter efficiency, torque ratio and capacity coefficient, and an index (pressure balance) indicating the balance of fluid flow generated by rotation of the torque converter. This is for calculating the converter characteristics. In order to effectively analyze the influence of the blade shape on the torque converter characteristics, it is desirable to use a calculation formula integrating the experience values obtained by the two-dimensional analysis method or experiment.
[0030]
The performance evaluation value calculation means 6 calculates the torque ratio and the capacity coefficient of the torque converter characteristics calculated by the torque converter creation calculation means 5 and the unit characteristic data of each device input by the input means 1. And a plurality of performance evaluation values, including fuel efficiency, following response, acceleration, starting response, etc., of the vehicle are calculated by simulation analysis based on a preset empirical formula, and the target function calculating means. 7.
[0031]
The target function calculating means 7 calculates the objective function Z based on the following equation 1 in accordance with the performance evaluation value calculation data and the performance target value input by the input means 1.
[0032]
(Equation 1)
[0033]
In the above formula 1, Wi is a weighting coefficient set for each performance target value, and this value is adjusted according to the importance between the targets. In addition, the above di + , Di − Is a deviation variable consisting of a slacks variable that represents the deviation of the performance evaluation value from the performance target value.
[0034]
The design variable calculation means 8 calculates a deviation amount of the performance evaluation value from the performance target value based on the target function Z calculated by the target function calculation means 7 and the constraint condition input by the input means 1. Is determined by an optimization method such as a nonlinear programming method using a sequential quadratic programming method or a sequential linear programming method.
[0035]
That is, it is determined whether or not the value of the target function Z calculated according to the initial value of the design variable corresponding to the data of the real model has become a minimum value equal to or less than a preset reference value, and the objective function Z is determined. Is not the minimum value, the coordinates of the vertices of the polygon b and the value of the design variable consisting of the wing angle change rate and the like are corrected, and this corrected value is then changed to the design model creation means. After that, the correction values of the design variables including the blade angle change rate and the like are input from the design model creation means 2 to the calculation data creation means 4. By repeating the operation of calculating the objective function Z as described above and comparing this value with the reference value, the optimal solution of the design variable that minimizes the target function Z is calculated. I have.
[0036]
An embodiment of a blade shape designing method for designing a blade shape using the torque converter blade shape designing apparatus having the above configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG. When the control operation for executing the above-described design method starts, first, in step S1, a selection is made based on the above-mentioned constraints, unit characteristic data of each device, performance target values of the vehicle, and the above-mentioned constraints, input by the input means 1. Read each data consisting of the input data of the real model.
[0037]
Next, in step S2, a design model composed of the polygon b is created by the design model creation means 2 based on the input data of the actual model, and in step S3, a spline curve is created based on the actual model and the design model. The creation means 3 creates a spline curve c inscribed in the polygon b. That is, the spline curve c is specified by inputting the data of the real model as the initial value of the design variable.
[0038]
Also, in step S4, a calculation model including a three-dimensional model of each wing surface is created by the calculation model creation means 4 based on the creation data of the spline curve c, and in step S5, the torque is calculated based on the calculation model. The converter characteristic calculating means 5 balances the one-dimensional performance including the efficiency, torque ratio and capacity coefficient of the torque converter as shown in FIG. 6, and the flow of the fluid generated by the rotation of the torque converter as shown in FIG. Calculate the torque converter characteristic comprising the represented pressure balance.
[0039]
The efficiency of the torque converter shown in FIG. 6 is obtained by calculating the ratio between the value obtained by multiplying the input torque of the torque converter by the input speed and the value obtained by multiplying the output torque of the torque converter by the output speed. This is shown according to the speed ratio (no / ni). The torque ratio is a ratio between the output torque of the torque converter and the input torque, and the capacity coefficient is a coefficient for calculating the engine torque input to the torque converter, This value is set based on the number.
[0040]
The pressure balance shown in FIG. 7 represents the balance between the centrifugal force Fs acting on the microelement 13 of the flow path 12 formed by each wing surface in the width direction of the flow path and the pressure gradient Fc. In order to improve the performance of the converter, it is desirable not to cause a large balance with the pressure gradient Fc. That is, when calculating the primary performance of the torque converter characteristics by the calculation formula, in order to avoid a phenomenon such as separation, the design is made so that the unbalance between the centrifugal force Fs and the pressure gradient Fc in the pressure balance is kept within a certain range. .
[0041]
Next, in step S6, based on the calculated data of the torque converter characteristics and the unit characteristic data of each device, that is, the engine characteristics and the shift schedule characteristics of the transmission, etc., and the fuel efficiency of the vehicle, The performance evaluation value including the following response, acceleration, and starting response is calculated by the evaluation value calculator 6. Each of the above evaluation values is obtained by performing a simulation analysis under predetermined traveling conditions individually assumed, and then weighing an index of fuel consumption, a vehicle speed, an engine speed, and an acceleration wave with respect to a traveling time. Can be
[0042]
In step S7, a target function Z is calculated by the target function calculating means 7 based on the vehicle performance target value input by the input means 1 and the calculation data of the performance evaluation value. When the target function Z is calculated, the following response, acceleration, and starting response of the vehicle are performances evaluated based on the occupant's feeling. It is necessary to objectively digitize based on equations and the like.
[0043]
In step S8, it is determined whether or not the target function Z is equal to or less than a predetermined reference value R. If the determination is NO, in step S9, the target function Z is set to be equal to or less than the reference value R. After the design variables are corrected in the direction, the process returns to step S2, and the above operation is repeated until YES is determined in step S8.
[0044]
As a result, as shown in FIG. 8, an optimal solution of a design variable that obtains an optimum evaluation value of each performance suitable for the target value is obtained for the initial evaluation value calculated based on the above experimental model. The blade shape of the torque converter can be designed based on the optimal solution of Further, the design data of the torque converter designed as described above can be used as an initial model when a blade shape of a new torque converter is formed.
[0045]
As described above, based on the input data of the real model conforming to the above constraint conditions, the torque converter of the torque converter using the coordinates of the vertex of the polygon b abutting on the center line a of the flow path formed by the wing surface of the torque converter as a design variable After the design model is created, a spline curve c extending along the polygon is created according to the data of the physical model, and a calculation model for calculating the characteristics of the torque converter is created based on the spline curve c. As a result, the above-described design model and calculation model can be quickly and accurately compared to a configuration in which a pump, turbine, and stator blade surface are each partitioned into about 30 microelements to create a design model. Can be created.
[0046]
Then, since the number of design variables for specifying the design model can be significantly reduced, a performance evaluation value suitable for the performance target value of the vehicle input in advance using a computer is obtained. A solution can be easily obtained, and a torque converter having an optimal shape can be easily designed based on the spline curve c along the polygon b specified by the optimal solution of the design variable and the above-mentioned constraint conditions input in advance. can do.
[0047]
Further, when the calculation model is created based on the spline curve c inscribed in the polygon b specified by the design variable as described above, the performance evaluation value calculated according to this calculation model and Calculating an objective function Z based on a previously input vehicle performance target value and minimizing a deviation amount of a performance evaluation value from the performance target value based on the target function Z and the constraint condition. When calculating the optimal solution of the design variables by the sequential quadratic programming, etc., it is necessary to prevent the spline shape specified by the design model from largely changing, and to easily and properly calculate the optimal solution of the design variables. Can be.
[0048]
That is, as shown in FIG. 9, it is conceivable to form a polygon b 'inscribed in the center line of the flow path and create a spline curve c' so as to circumscribe this polygon b '. In such a configuration, by modifying the above design variables, one point G ′ of the polygon b ′ is displaced and the entire shape of the spline curve c ′ is largely changed. It is difficult to calculate the solution.
[0049]
On the other hand, as shown in FIG. 10, when a polygon b circumscribing the center line of the flow path is formed, and a spline curve c is formed so as to inscribe the polygon b, Even if the one point G of the polygon b is displaced, the overall shape of the spline curve c does not greatly change, so that the optimal solution of the design variable can be easily and appropriately calculated.
[0050]
In the above embodiment, a plurality of performance target values and a plurality of performance evaluation values are set for the vehicle, and a deviation of each performance evaluation value from each performance target value is multiplied by a preset weighting coefficient Wi to obtain a target function. Since Z is calculated, the trade-off of vehicle performance can be executed properly by appropriately setting the weighting coefficient Wi.
[0051]
For example, when designing a torque converter mounted on a vehicle with an emphasis on fuel economy performance, the value of the weighting coefficient Wi corresponding to the above fuel economy performance is set to a larger value than the others, so that the fuel economy performance of the vehicle is improved. Of the torque converter that can effectively improve the torque profile can be obtained.
[0052]
Further, based on the target function Z and the constraint conditions as described above, the optimum shape of the design model that minimizes the deviation of the performance evaluation value from the performance target value is calculated by the sequential quadratic programming method. When configured, it is possible to secure robustness against the quantity error inherent in the calculation formulas of the design model and the calculation model and the calculation formula for calculating the performance evaluation value, and to optimize the design variables with a small number of calculations. You can find a solution.
[0053]
That is, when searching for the optimal solution of the design variable by the above-described sequential quadratic programming, as shown in FIG. 11, the initial point P of the turn function Z corresponding to the initial value of the design variable is obtained. 1 , The objective function Z is effectively determined so as to approach the extreme value Pn corresponding to the optimal solution of the design variable. When an experiment for calculating the objective function Z by the above-described sequential quadratic programming was performed, it was confirmed that the objective function Z converged to an extreme value by the fifth calculation as shown in FIG.
[0054]
When the objective function Z is calculated by adding the deviation between the individually calculated performance evaluation value and the corresponding performance target value, when the performance evaluation value exceeds the performance target value, The value of the weighting coefficient Wi corresponding to this deviation may be set to 0. According to this configuration, for example, when the fuel efficiency of the vehicle exceeds the target value, an optimal solution of a design variable that can improve other performance while maintaining this performance is required.
[0055]
Further, in the above-described embodiment, the wing shape design method and the design device of the torque converter mounted on a specific vehicle have been described. However, the wing shape design method of the torque converter commonly used for a plurality of types of vehicles is described. The present invention can be applied to the same design device.
[0056]
That is, in step S1 of the flowchart shown in FIG. 5, data of a plurality of vehicle types is input as unit characteristic data of devices connected to the torque converter, and a plurality of performance target values are input in accordance with the vehicle type. In step S6, a vehicle performance evaluation value is calculated for each vehicle model based on the unit characteristic data and a preset empirical formula, and then in step S7, the performance target values and the corresponding The target function Z may be calculated based on the sum of deviations from the performance evaluation value.
[0057]
In the case of the configuration described above, the vehicle performance calculated for each vehicle type is comprehensively evaluated, and the wing shape of the torque converter is designed based on the evaluation result, so that the wings suitable for each vehicle type are respectively designed. Shape can be designed. Therefore, it is possible to easily and properly share the torque converter without having to perform the complicated work of designing the optimum wing shape for each vehicle type and then redesigning the wing shapes.
[0058]
When comprehensively evaluating the vehicle performance calculated for each vehicle type, if the weighting coefficient Wi is set to a different value for each vehicle type, the characteristics of each vehicle can be utilized. The torque converter can be shared. For example, for a normal passenger car, the corresponding weighting coefficient Wi is set to a large value to improve fuel efficiency, and for a special passenger car such as a sporty car, the corresponding weighting coefficient Wi is set to improve acceleration performance. By setting to a large value or the like, it becomes possible to design a torque converter that can satisfy the characteristics of each vehicle.
[0059]
The weighting coefficient Wi may be configured to be set equally for each vehicle type. In such a case, for example, fuel efficiency is emphasized for all vehicle types, and driving performance is emphasized. This makes it possible to design a torque converter that meets the needs of the times.
[0060]
Further, in the above embodiment, the calculation data of the torque converter characteristics calculated by the torque converter characteristic calculation means 5, the unit characteristic data of each device connected to the torque converter, and the vehicle empirical formula based on a preset empirical formula. After calculating the performance evaluation value, an objective function Z is calculated based on the calculation data of the performance evaluation value and the performance target value of the vehicle input in advance, and based on the target function Z and predetermined constraint conditions. Although the example in which the optimal solution of the design variable that minimizes the deviation of the performance evaluation value from the performance target value is calculated has been described, the performance of the torque converter alone is evaluated regardless of the vehicle performance. To design a torque converter having an optimal shape.
[0061]
That is, after inputting the torque converter design constraint conditions and the performance target value of the torque converter characteristics including the torque converter efficiency and the like, the design model of the torque converter corresponding to the polygon b is determined based on the input data of the actual model. At the same time, a spline curve c extending along the polygon b may be created, and a calculation model for calculating the characteristics of the torque converter may be created based on the spline curve c.
[0062]
Then, an evaluation value of the torque converter characteristic is calculated based on the calculation model, and an optimum solution of the design variable is calculated based on the calculation data of the evaluation value, the performance target value, and a preset empirical formula. As a result, the blade shape of the torque converter is designed in accordance with the spline curve c abutting on the polygon b specified by the optimal solution of the design variable and the above-described constraint.
[0063]
In the case of such a configuration, an optimal solution of a design variable having an optimal value such as a pressure balance indicating a balance between the centrifugal force Fs and the pressure gradient Fc is calculated, and based on the optimal solution, the blade of the above-mentioned real model is calculated. By deforming the shape, it is possible to easily design a torque converter having an optimum shape that allows the performance evaluation value of the torque converter characteristics to match the target performance.
[0064]
In addition, as described above, after evaluating the performance of the torque converter alone and designing a torque converter having an optimal shape, by inputting the data using the torque converter as a substantial model, excellent vehicle performance can be obtained. Alternatively, the torque converter may be designed using the design apparatus shown in FIG. 1 and the design method shown in FIG.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the coordinates of the vertices of the polygon abutting on the center line of the flow path formed by the wing surface of the torque converter in accordance with the input data of the substantial model conforming to the constraint conditions And a spline curve extending along the polygon is created, and then a calculation model for calculating the characteristics of the torque converter based on the spline curve is created. , The design model and the calculation model can be quickly and accurately created.
[0066]
Since the number of design variables for specifying the design model can be significantly reduced, an optimal solution of the design variables can be easily obtained using a computer. Therefore, there is an advantage that the blade shape of the torque converter can be simply and appropriately designed based on the spline curve along the polygon specified by the design variable and the constraint.
[0067]
Further, the invention according to claim 2 calculates the performance evaluation value of the vehicle based on the calculation data of the torque converter characteristics, the unit characteristic data, and a preset empirical formula, and then calculates the performance evaluation value. An objective function is calculated based on the data and the performance target value, and an optimal solution of a design variable that minimizes a deviation amount of the performance evaluation value from the performance target value based on the target function and the constraint condition. Is calculated, and the wing shape of the torque converter is designed in accordance with the spline curve along the polygon specified by the calculation data of the design variable and the above-described constraint, so that optimum vehicle performance is obtained. Can be designed simply and appropriately.
[0068]
In addition, the invention according to claim 3 is to input data of a plurality of vehicle types as unit characteristic data of equipment connected to the torque converter, and to input a plurality of performance target values according to the vehicle type, and After calculating the performance evaluation value of each vehicle based on the characteristic data and a preset empirical formula, the calculated data of each performance evaluation value and the deviation of each corresponding performance target value from the calculated data are calculated. Since the target function is calculated based on the sum, the vehicle performance calculated for each vehicle type is comprehensively evaluated, and the blade shape of the torque converter having the optimum shape is designed based on the evaluation result. It is possible to design a wing shape suitable for each vehicle type.
[0069]
Therefore, there is an advantage that the torque converter can be easily and appropriately shared without a complicated operation of designing the wing shape having the optimum shape for each vehicle type and redesigning the wing shape in a comprehensive manner.
[0070]
Further, the invention according to claim 4 sets a plurality of performance target values and performance evaluation values of the vehicle, respectively, and assigns a weighting coefficient preset to a deviation amount between each performance target value and the corresponding performance evaluation value. By multiplying, the target function is calculated, so that by appropriately setting the weighting coefficient, a trade-off of vehicle performance is appropriately performed, for example, a torque converter mounted on a vehicle that emphasizes fuel efficiency performance. When designing a vehicle, by setting the value of the weighting coefficient corresponding to the above fuel consumption performance to a value larger than the others, the blade shape of the torque converter that can effectively improve the fuel consumption performance of the vehicle is effective. There is an advantage that it can be designed in a flexible manner.
[0071]
Further, since the invention according to claim 5 is configured to create a calculation model based on a spline curve inscribed in a polygon specified by a design variable, a performance evaluation value calculated according to the calculation model, An objective function is calculated based on the performance target value input in advance, and based on the target function and the constraint conditions, an optimization of the design model that minimizes a deviation amount of the performance evaluation value from the performance target value. When the shape is calculated by the sequential quadratic programming or the like, there is an advantage that the spline shape specified by the design model is prevented from largely changing, and the optimal solution of the design variable can be calculated quickly and appropriately.
[0072]
Further, according to the invention according to claim 6, the coordinates of the vertices of the polygon abutting on the center line of the flow path formed by the wing surface of the torque converter are defined as design variables in accordance with the input data of the real model that meets the constraint conditions. Model creation means for creating a design model of a torque converter, a spline curve creation means for creating a spline curve extending along the polygon, and a calculation model for calculating characteristics of the torque converter based on the spline curve. And a torque converter characteristic calculating means, a performance evaluation value calculating means, an objective function calculating means, and a design variable calculating means for obtaining an optimal solution of the design variables based on the calculation model generating data and the like. The advantage is that the optimal solution of the above design variables can be easily obtained using a computer. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a torque converter blade shape designing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a design model.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a spline curve that contacts a polygon.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a three-dimensional model of a wing shape.
FIG. 5 is a flowchart showing an embodiment of a method for designing a blade shape of a torque converter according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing an example of a torque converter characteristic.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of balance between a centrifugal force in a flow channel width direction and a pressure gradient.
FIG. 8 is a graph showing performance evaluation values of a vehicle.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a spline curve circumscribing a polygon.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a spline curve inscribed in a polygon.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a state of searching for an extremum of a target function.
FIG. 12 is a graph showing an experimental result of calculating an objective function.
[Explanation of symbols]
1 Input means
2 Design model creation means
3 Spline curve creation means
4 Calculation model creation means
5 Torque converter characteristic calculation means
6 Performance evaluation value calculation means
7 Objective function calculation means
8 Design variable calculation means
a center line
b polygon
c spline curve
Z objective function
