(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とするトルクコンバータの翼形状設計方法。
【請求項２】
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ことを特徴とするトルクコンバータの翼形状設計方法。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項２記載のトルクコンバータの翼形状設計方法。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項２または３記載のトルクコンバータの翼形状設計方法。
【請求項５】
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ことを特徴とする請求項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方法。
【請求項６】
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ことを特徴とするトルクコンバータの翼形状設計装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
0003582134.tif 000002
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003582134.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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