專利名稱：車輛驅(qū)動(dòng)器的數(shù)值分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)單元中的流體的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及用于迅速進(jìn)行數(shù)值分析的技術(shù)。
背景技術(shù)：
日本專利申請(qǐng)公開No. 4-15761 (JP-A-4-15761)、國(guó)際公開 W02004/061723A1 以及日本專利申請(qǐng)公開2002-117018 (JP-A-2002-117018)等等描述了與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。其中，JP-A-4-15761描述了使用CAE/CAD/CAM系統(tǒng)的分析方法，該方法基于其中熱通量和模具溫度每時(shí)每刻改變的冷循環(huán)結(jié)構(gòu)的三維分析模型來對(duì)熱通量進(jìn)行積分并獲得該冷循環(huán)結(jié)構(gòu)的溫度改變。例如，上述分析方法可被應(yīng)用于注模的冷循環(huán)的CAE分析等等。在JP-A-4-15761中描述的分析方法考慮了熱傳遞和自由表面這兩個(gè)因素，自由表面是熔融樹脂等等相對(duì)于空氣的表面邊界。這里，可以對(duì)包括冷卻介質(zhì)和在殼體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)體的車輛驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行CAE分析(數(shù)值分析)，該冷卻介質(zhì)是填充所述殼體內(nèi)部的一部分并接觸所述運(yùn)動(dòng)體的至少一部分的流體。對(duì)于該車輛驅(qū)動(dòng)單元，由于冷卻介質(zhì)沒有填充滿整個(gè)殼體內(nèi)部，因而具有不受殼體的內(nèi)壁限制的自由表面。通過運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng),冷卻介質(zhì)被攪動(dòng)等等。因此，當(dāng)對(duì)其中來自運(yùn)動(dòng)體的熱被耗散到殼體外部的車輛驅(qū)動(dòng)單元中的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)和熱傳遞進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，需要考慮三個(gè)要素，即，自由表面、熱傳遞以及運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)(例如，齒輪的旋轉(zhuǎn)移動(dòng))。因此，正如在JP-A-4-15761中描述的僅僅考慮自由表面和熱傳遞這兩個(gè)要素的分析方法一樣，不能進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果，在車輛驅(qū)動(dòng)單元中，電子計(jì)算器上的數(shù)值分析的計(jì)算載荷變得巨大，因此執(zhí)行數(shù)值分析所需的時(shí)間變得極長(zhǎng)。認(rèn)為這是因?yàn)橥ㄟ^運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)而被攪動(dòng)等的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)在該系統(tǒng)的短的經(jīng)過時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但冷卻介質(zhì)的溫度卻要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即，二者的時(shí)標(biāo)(timescale)彼此極其不同。并且，如圖8中的最后一行所示，通常已經(jīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的油流動(dòng)進(jìn)行了 CAE分析(數(shù)值分析)。然而，雖然CAE確實(shí)考慮了自由表面和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，但卻沒有考慮熱傳遞。同樣，作為在其他技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)進(jìn)行的CAE分析，存在對(duì)車輛風(fēng)流動(dòng)的CAE分析，該分析用于評(píng)估例如對(duì)車輛車輪制動(dòng)的制動(dòng)器的冷卻性能。然而，如圖8中的第一行所示，對(duì)于對(duì)車輛風(fēng)流動(dòng)的CAE分析，雖然考慮了車輪和制動(dòng)盤的熱傳遞和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，但卻不需要考慮流體的自由表面。也就是，如圖8所示，相關(guān)的CAE分析沒有將流體的自由表面、熱傳遞以及運(yùn)動(dòng)體的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)這三個(gè)要素都考慮為要分析的現(xiàn)象。并且，假設(shè)當(dāng)填充中空管內(nèi)部的一部分的液體從該中空管的一端流動(dòng)到另一端時(shí)對(duì)該液體的溫度改變進(jìn)行CAE分析，考慮自由表面、熱傳遞以及流速這三個(gè)要素。然而，雖然在中空管內(nèi)部的液體的流速此時(shí)沒有隨時(shí)間改變，即使在車輛驅(qū)動(dòng)單元中冷卻介質(zhì)的自由表面是穩(wěn)定的，冷卻介質(zhì)內(nèi)的流速也會(huì)因運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)而隨時(shí)間改變，因此對(duì)中空管的CAE分析不能應(yīng)用于車輛驅(qū)動(dòng)單元。 因此，當(dāng)對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)單元中的冷卻介質(zhì)流或熱傳遞進(jìn)行CAE分析時(shí)，發(fā)明人提出了一種未公開的CAE分析方法(即，數(shù)值分析方法)，通過該方法，可以與對(duì)冷卻介質(zhì)的溫度場(chǎng)的數(shù)值分析分離地進(jìn)行對(duì)冷卻介質(zhì)的流場(chǎng)的數(shù)值分析，以縮短進(jìn)行CAE分析所需的時(shí)間。例如，使用會(huì)通過導(dǎo)電產(chǎn)生熱并且圍繞軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子作為運(yùn)動(dòng)物體，并使用接觸轉(zhuǎn)子的一部分的冷卻油作為冷卻介質(zhì)，該數(shù)值分析方法與考慮熱傳遞的溫度場(chǎng)分離地對(duì)考慮冷卻油的自由表面和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析，如圖9所示。在圖9中，在步驟[1]，即，第一步驟中，進(jìn)行僅對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值分析，直到流場(chǎng)變?yōu)闇?zhǔn)穩(wěn)定。然后，在步驟，S卩，第二步驟中，保持在步驟[I]結(jié)束后的流場(chǎng)并且進(jìn)行僅對(duì)溫度場(chǎng)的數(shù)值分析，直到溫度場(chǎng)達(dá)到熱平衡。最終，在步驟[3]，S卩，第三步驟中，共同進(jìn)行對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值分析和對(duì)溫度場(chǎng)的數(shù)值分析。這里，上述術(shù)語“準(zhǔn)穩(wěn)定”表示這樣的事實(shí)在微觀層面，冷卻介質(zhì)的流在被攪動(dòng)時(shí)不是穩(wěn)定的而是隨時(shí)間改變，但在宏觀層面，液體表面是穩(wěn)定的并且基本上不隨時(shí)間改變一旦根據(jù)圖9中的步驟執(zhí)行數(shù)值分析，在步驟[2]中，隨著數(shù)值分析的計(jì)算循環(huán)次數(shù)的增加(即，隨著數(shù)值分析中設(shè)定時(shí)間的經(jīng)過)，溫度場(chǎng)中耗散的總熱量相對(duì)于產(chǎn)生的熱的量變大，如圖10所示，因此在步驟[2]中溫度場(chǎng)不能達(dá)到熱平衡。認(rèn)為這歸因于以下事實(shí)即使在流場(chǎng)和溫度場(chǎng)之間存在相關(guān)性，在數(shù)值分析中也單獨(dú)分析流場(chǎng)和溫度場(chǎng)。也就是，冷卻油的溫度的改變將導(dǎo)致冷卻油的粘度的改變，而冷卻油的粘度的改變將導(dǎo)致冷卻油的流動(dòng)的改變，冷卻油的流動(dòng)的改變將改變熱在冷卻油與殼體或轉(zhuǎn)子之間傳遞的容易性。結(jié)果，在簡(jiǎn)單地單獨(dú)進(jìn)行對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值分析和對(duì)溫度場(chǎng)的數(shù)值分析時(shí)，不能獲得恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這些問題，本發(fā)明提供了一種車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，與從開始就同時(shí)對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)相比，該數(shù)值分析方法在對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)單元中的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)能夠縮短進(jìn)行數(shù)值分析所花費(fèi)的時(shí)間。本發(fā)明的第一方面涉及一種車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，所述車輛驅(qū)動(dòng)單元具有冷卻介質(zhì)和在殼體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)體，所述冷卻介質(zhì)是填充所述殼體內(nèi)部的一部分并接觸所述運(yùn)動(dòng)體的至少一部分的流體，并且其中所述流體介質(zhì)的溫度隨所述運(yùn)動(dòng)體持續(xù)運(yùn)動(dòng)而升高，所述數(shù)值分析方法對(duì)所述冷卻介質(zhì)的溫度場(chǎng)和所述冷卻介質(zhì)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析。該車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法包括第一分析步驟在所述運(yùn)動(dòng)體正在運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析但不進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析；以及第二分析步驟在所述第一分析步驟結(jié)束之后，在所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下既進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析也進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析。因此，在車輛驅(qū)動(dòng)單元中，溫度場(chǎng)的收斂性高于流場(chǎng)的收斂性，而溫度場(chǎng)的穩(wěn)定性低于流場(chǎng)的穩(wěn)定性。然而，在一起進(jìn)行流場(chǎng)的數(shù)值分析和溫度場(chǎng)的數(shù)值分析二者之前，在對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析之前在第一分析步驟中對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果，與從開始就一起進(jìn)行流場(chǎng)的數(shù)值分析和溫度場(chǎng)的數(shù)值分析時(shí)相比，可以減小數(shù)值分析的計(jì)算載荷，因此能夠縮短進(jìn)行數(shù)值分析所花費(fèi)的時(shí)間。也就是，在獲得考慮了流場(chǎng)和溫度場(chǎng)之間的相關(guān)性的適當(dāng)分析結(jié)果的同時(shí)，可以適當(dāng)?shù)赜?jì)算車輛驅(qū)動(dòng)單元的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)。這里，車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法還可包括第三分析步驟在所述第二分析步驟結(jié)束之后，在所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析但不進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析；以及第四分析步驟在所述第三分析步驟結(jié)束之后，在所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下既進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析也進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析。因此，在第三分析步驟結(jié)束之后能夠使流場(chǎng)的收斂性和溫度場(chǎng)的收斂性更彼此接近。因此，與不提供第三分析步驟以及對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)二者一起都進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)相比，可以減小數(shù)值分析的計(jì)算載荷，這能夠縮短進(jìn)行數(shù)值分析所花費(fèi)的時(shí)間。此外，可以以預(yù)設(shè)的運(yùn)算比率交替執(zhí)行所述第一分析步驟和所述第二分析步驟，在所述預(yù)設(shè)的運(yùn)算比率下，所述第一分析步驟的運(yùn)算次數(shù)大于所述第二分析步驟的運(yùn)算次數(shù)。此外，當(dāng)在所述第一分析步驟或所述第二分析步驟中所述流場(chǎng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，所述第一分析步驟或所述第二分析步驟可以結(jié)束且所述第三分析步驟可以開始。因此，與在第三分析步驟開始之前總是一起進(jìn)行流場(chǎng)的數(shù)值分析和溫度場(chǎng)的數(shù)值分析二者時(shí)相比，減小了在第三分析步驟開始之前使流場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的計(jì)算載荷，從而可以縮短進(jìn)行數(shù)值分析所需的時(shí)間。并且，溫度場(chǎng)隨時(shí)間的改變是漸變的，因而即使以運(yùn)算比率交替執(zhí)行第一分析步驟和第二分析步驟，與總是一起進(jìn)行流場(chǎng)的數(shù)值分析和溫度場(chǎng)的數(shù)值分析時(shí)相比，即，與僅僅執(zhí)行第二分析步驟時(shí)相比，分析結(jié)果也不會(huì)存在大的差異。此外，可以基于所述車輛驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)而設(shè)定所述運(yùn)算比率。因此，即使作為數(shù)值分析對(duì)象的車輛驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)不同，仍能充分縮短進(jìn)行數(shù)值分析所需的時(shí)間。此外，當(dāng)在所述第三分析步驟中所述溫度場(chǎng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，所述第三分析步驟可以結(jié)束且所述第四分析步驟可以開始?？梢栽诘谒姆治霾襟E的開始點(diǎn)便提供與在第四分析步驟中最終獲得的溫度場(chǎng)的解充分接近的解，因此可以減小從第四分析步驟開始到第四分析步驟結(jié)束所需的計(jì)算載荷，這能夠縮短進(jìn)行數(shù)值分析所花費(fèi)的時(shí)間。此外，所述車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法還可以包括初始溫度分析步驟在假設(shè)所述運(yùn)動(dòng)體靜止的狀態(tài)下，進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析但不進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析。此外，在所述初始溫度分析步驟結(jié)束之后所述第一分析步驟開始。因此，在是靜態(tài)(其中假設(shè)在初始溫度分析步驟中運(yùn)動(dòng)體靜止)的簡(jiǎn)化狀態(tài)下溫度場(chǎng)的解變?yōu)樵谀撤N程度上較接近最終獲得的解之后，基于該溫度場(chǎng)開始第一分析步驟。因此，與不提供初始溫度分析步驟時(shí)相比，可以減小此后數(shù)值分析的運(yùn)算載荷，因此可以縮短進(jìn)行數(shù)值分析所花費(fèi)的時(shí)間。此外，在初始溫度分析步驟中，假設(shè)運(yùn)動(dòng)體處于靜態(tài)，所以僅進(jìn)行對(duì)溫度場(chǎng)的數(shù)值分析。因此，初始溫度分析步驟將不會(huì)顯著增加運(yùn)算載荷。此外，當(dāng)在所述初始溫度分析步驟中所述溫度場(chǎng)的解已經(jīng)收斂時(shí)，所述初始溫度分析步驟可以結(jié)束且所述第一分析步驟可以開始。因此，與在溫度場(chǎng)的解已經(jīng)在初始溫度分析步驟中收斂之前開始第一分析步驟時(shí)相比，可進(jìn)一步減小在第一分析步驟中和此后的數(shù)值分析的計(jì)算載荷，因而可以更大地縮短進(jìn)行數(shù)值分析所花費(fèi)的時(shí)間。此外，所述冷卻介質(zhì)可以為冷卻油。因此在通過冷卻油冷卻在車輛驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)體時(shí)，可以使用本發(fā)明來對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析。此外，所述運(yùn)動(dòng)體可以為產(chǎn)生熱并圍繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件。因此，可以在具有旋轉(zhuǎn)部件的車輛驅(qū)動(dòng)單元中使用本發(fā)明來對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析。順便而言，旋轉(zhuǎn)部件的一個(gè)實(shí)例為電動(dòng)機(jī)的具有電磁線圈的轉(zhuǎn)子。此外，所述運(yùn)動(dòng)體可以為相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)。因此，可以在具有齒輪對(duì)的車輛驅(qū)動(dòng)單元中使用本發(fā)明來對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析。順便而言，通過齒輪對(duì)，通過相互嚙合的齒之間的摩擦接觸產(chǎn)生熱,并且該熱例如通過冷卻介質(zhì)而被耗散到殼體外部。


將參考附圖在對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)重要性，其中，相似的標(biāo)號(hào)表示相似的要素，其中圖I為優(yōu)選執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值分析方法的電子計(jì)算器的電氣結(jié)構(gòu)的實(shí)例的框圖；圖2是作為根據(jù)由圖I中示出的電子計(jì)算器執(zhí)行的數(shù)值分析方法的數(shù)值分析(CAE分析)對(duì)象的車輛驅(qū)動(dòng)單元(即，電動(dòng)機(jī))的主要部分的截面的實(shí)例的視圖；
圖3是作為根據(jù)由圖I中示出的電子計(jì)算器執(zhí)行的數(shù)值分析方法的數(shù)值分析對(duì)象的與在圖2中示出的車輛驅(qū)動(dòng)單元不同的車輛驅(qū)動(dòng)單元(即，差動(dòng)齒輪單元)的主要部分的截面的實(shí)例的視圖；圖4為示例了在圖I中的電子計(jì)算器中提供的控制功能的主要部分的功能方塊線圖；圖5為在其中由圖2中示出的車輛驅(qū)動(dòng)單元作為數(shù)值分析對(duì)象的實(shí)例中由圖I的電子計(jì)算器進(jìn)行的數(shù)值分析的流程的示意圖；圖6為當(dāng)在由圖I中的電子計(jì)算器進(jìn)行的數(shù)值分析中導(dǎo)出溫度場(chǎng)的控制方程式(governing equation)時(shí)用于解釋目的的表示溫度場(chǎng)的封閉空間的視圖；圖7為示例了圖I中的電子計(jì)算器的控制操作(即，執(zhí)行圖5中示出的對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的數(shù)值分析的控制操作)的主要部分的流程圖；圖8為設(shè)置在圖表中的在各技術(shù)領(lǐng)域中常規(guī)執(zhí)行的CAE分析中所考慮的現(xiàn)象的圖；圖9為在發(fā)明人得到在本申請(qǐng)中描述的本發(fā)明的構(gòu)思之前進(jìn)行的對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)單元的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的CAE分析的流程的示意圖；以及圖10為在圖9示出的步驟[2]中比較產(chǎn)生的熱量與耗散的總熱量的圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖I為很好地執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值分析方法的電子計(jì)算器10的電氣結(jié)構(gòu)的實(shí)例的框圖。如圖I所示，電子計(jì)算器10為計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括CPU (中央處理單元)12、RAM 14、ROM 16、讀-寫裝置18、調(diào)解這些裝置的組成部件之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的總線20、用于顯示CPU 12的計(jì)算結(jié)果等等的諸如液晶顯示器的顯示單元22、以及諸如鍵盤和鼠標(biāo)等等的輸入裝置24，其中讀-寫裝置18從諸如CD-ROM或磁盤的記錄介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)和程序等等或者將數(shù)據(jù)和程序等等寫入到記錄介質(zhì)上。CPU 12是所謂的計(jì)算機(jī)控制部，其在使用RAM 14的臨時(shí)存儲(chǔ)功能的同時(shí)基于在ROM 16等等的一部分中預(yù)先存儲(chǔ)的程序而處理并控制電子信息。例如，CPU I根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)值分析程序而執(zhí)行所謂的CAE (計(jì)算機(jī)輔助工程)，從輸入裝置24接收初始條件的輸入(例如，CAE分析的初始解),并在顯示單元22上顯示CAE分析的初始解。此外,可以通過讀-寫裝置18從其上記錄有程序的諸如CD-ROM的記錄介質(zhì)預(yù)先寫入并存儲(chǔ)諸如數(shù)值分析程序的程序。圖2是作為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值分析方法的數(shù)值分析(CAE分析)對(duì)象的車輛驅(qū)動(dòng)單元30的主要部分的截面的實(shí)例的視圖。該車輛驅(qū)動(dòng)單元30為被連接到混合動(dòng)力車輛的驅(qū)動(dòng)輪的電動(dòng)機(jī)(即，馬達(dá))。如圖2所示,車輛驅(qū)動(dòng)單元30包括被固定到車體的殼體32、作為在殼體32內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)體的馬達(dá)轉(zhuǎn)子34、以及作為冷卻介質(zhì)的冷卻油36，該冷卻介質(zhì)是填充殼體32的內(nèi)部的一部分并接觸馬達(dá)轉(zhuǎn)子34的至少一部分的流體。冷卻油36為用作用于抑制馬達(dá)轉(zhuǎn)子34的溫度升高的冷卻介質(zhì)的液體。該冷卻油36沒有填滿殼體32的整個(gè)內(nèi)部，因此冷卻油36具有不受殼體32的內(nèi)壁38限制的自由表面40。馬達(dá)轉(zhuǎn)子34為旋轉(zhuǎn)部件，其具有電磁線圈并由此通過被通電而產(chǎn)生熱，并如圖2的箭頭AROl所示圍繞軸旋轉(zhuǎn)。該馬達(dá)轉(zhuǎn)子34的一部分被浸入冷卻油36中，因此馬達(dá)轉(zhuǎn)子34的旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)冷卻油36。 此外，對(duì)于車輛驅(qū)動(dòng)單元30，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子34被通電以便將旋轉(zhuǎn)(S卩，操作)時(shí)，冷卻油36的溫度因馬達(dá)轉(zhuǎn)子34產(chǎn)生的熱而升高。換言之，冷卻油36的溫度隨馬達(dá)轉(zhuǎn)子34持續(xù)旋轉(zhuǎn)(SP，操作)而升高。圖3是作為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值分析方法的數(shù)值分析對(duì)象的車輛驅(qū)動(dòng)單元50的主要部分的截面的實(shí)例的視圖，該車輛驅(qū)動(dòng)單元50不同于在圖2中示出的車輛驅(qū)動(dòng)單元30。車輛驅(qū)動(dòng)單元50為設(shè)置在車輛的傳動(dòng)軸(propeller shaft)和驅(qū)動(dòng)輪之間的差動(dòng)齒輪單元。如圖3所示，車輛驅(qū)動(dòng)單元50包括被固定到車體的殼體52、作為在殼體52內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)體的差分環(huán)形齒輪54、與差分環(huán)形齒輪54嚙合的差分驅(qū)動(dòng)副齒輪(pinion)56、以及作為冷卻介質(zhì)的冷卻油58，該冷卻介質(zhì)是填充殼體52的內(nèi)部的一部分并接觸差分環(huán)形齒輪54的至少一部分的流體。差分環(huán)形齒輪54被耦合到驅(qū)動(dòng)輪，差分驅(qū)動(dòng)副齒輪56被耦合到傳動(dòng)軸。差分環(huán)形齒輪54和驅(qū)動(dòng)副齒輪56 —起形成彼此嚙合的齒輪對(duì)。當(dāng)這些齒輪以其齒表面彼此摩擦接觸的方式旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些齒輪發(fā)熱。例如，如果差分驅(qū)動(dòng)副齒輪56沿圖3的箭頭AR02的方向旋轉(zhuǎn)，差分環(huán)形齒輪54將沿箭頭AR03的方向旋轉(zhuǎn)。由于差分環(huán)形齒輪54的一部分被浸入冷卻油58，差分環(huán)形齒輪54的旋轉(zhuǎn)將攪動(dòng)冷卻油58。冷卻油58為用作用于抑制差分環(huán)形齒輪54和差分驅(qū)動(dòng)副齒輪56的溫度升高的冷卻介質(zhì)的液體。該冷卻油58還用作差分環(huán)形齒輪54和差分驅(qū)動(dòng)副齒輪56的潤(rùn)滑油。冷卻油58沒有填滿殼體52的整個(gè)內(nèi)部，因此冷卻油58具有不受殼體52的內(nèi)壁60限制的自由表面62。并且，在車輛驅(qū)動(dòng)單元50中，當(dāng)差分環(huán)形齒輪54和差分驅(qū)動(dòng)副齒輪56在彼此嚙合的同時(shí)都旋轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻油58的溫度因在齒表面處的摩擦產(chǎn)生的熱而升高。圖4為示例了在電子計(jì)算器10中提供的控制功能的主要部分的功能塊線圖，圖5為在其中由圖2中示出的車輛驅(qū)動(dòng)單元30作為數(shù)值分析對(duì)象的實(shí)例中由電子計(jì)算器10進(jìn)行的數(shù)值分析的流程的示意圖。下文中，在車輛驅(qū)動(dòng)單元30中，將描述對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)單元30中的溫度場(chǎng)FLT (或更具體而言，冷卻油36的溫度場(chǎng)FLT)和冷卻油(S卩，冷卻介質(zhì))36的流場(chǎng)FLF，進(jìn)行數(shù)值分析的控制。初始地，車輛控制單元30為用于描述圖4中示出的控制功能的一個(gè)實(shí)例。然而，除車輛驅(qū)動(dòng)單元30之外的另一車輛驅(qū)動(dòng)單元(例如，車輛驅(qū)動(dòng)單元50)同樣可作為數(shù)值分析的對(duì)象。如圖4所示，電子計(jì)算器10 (或更具體而言，CPU 12)包括初始溫度分析裝置80、第一分析裝置84、第二分析裝置86、第三分析裝置88以及第三分析裝置90。
初始溫度分析裝置80執(zhí)行本發(fā)明的初始溫度分析步驟100，即，進(jìn)行對(duì)溫度場(chǎng)FLT的數(shù)值分析而不進(jìn)行對(duì)流場(chǎng)FLF的數(shù)值分析。在該情況下，對(duì)于圖5示出的數(shù)值分析，最終執(zhí)行其中馬達(dá)轉(zhuǎn)子34 (即，運(yùn)動(dòng)體)正在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的數(shù)值分析。然而，初始溫度分析裝置80假設(shè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子34是靜止的，并由此進(jìn)行其中假設(shè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子34靜止的狀態(tài)(即，靜態(tài))下的溫度場(chǎng)FLT的數(shù)值分析。圖5中的步驟I對(duì)應(yīng)于由初始溫度分析裝置80執(zhí)行的初始溫度分析步驟100。在圖5的步驟I中，假設(shè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子34靜止而進(jìn)行數(shù)值分析，但在將在稍后描述的步驟II到IV中，解除該假設(shè)，并假設(shè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子34正在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)(即，處于動(dòng)態(tài))而進(jìn)行數(shù)值分析。
該溫度場(chǎng)FLT的控制方程式是由下式(I)表達(dá)的通常公知的能量轉(zhuǎn)換方程式，但將通過恒定的假設(shè)加以簡(jiǎn)化。存在如下三種恒定的假設(shè)。假設(shè)(I):通過單一且均勻的物性(physicality)考慮作為溫度場(chǎng)FLT的整個(gè)系統(tǒng)。假設(shè)(2):系統(tǒng)內(nèi)的溫度為不具有分布的質(zhì)量系統(tǒng)。假設(shè)(3):忽略由流速引起的內(nèi)能的平流(advection)。順便而言，在下式(I)中，“t”為系統(tǒng)內(nèi)的時(shí)間，S卩，數(shù)值分析的設(shè)定時(shí)間，“et。/’為每單位體積的內(nèi)能(例如，單位為J/m3)，“矢量V”為流速，“ρ”為系統(tǒng)內(nèi)的壓力，“keff”為有效熱導(dǎo)率，“T”為溫度，例如，圖2中的冷卻油36的溫度，“h”為焓，“矢量j”為位置矢量，“張量τ rff”為剪切張量，“qh”為每單位體積產(chǎn)生的熱量(例如，單位為W/m3)。[式I]
■ +▽· [Hetot + P)] =▽ ^krff VT — ￡hj j； + 1Teff, 7) + qh .
■ ■雪滅 ■CD
. "從假設(shè)(I)和(2)，形成該系統(tǒng)的流體為單相、未壓縮且均勻的物性，因此式(I)可被重寫為下式(2)。然后，在式(2)中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行體積積分，將式(2)變換為總能量的隨時(shí)間改變方程式。更具體而言，如圖6的視圖所示，在系統(tǒng)為其中系統(tǒng)是封閉的并且表面形狀不隨時(shí)間改變的封閉空間的假設(shè)下，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行體積積分。也就是，如果對(duì)式(2)的左側(cè)進(jìn)行體積積分，并且結(jié)果由下式(3)表達(dá)，則式(2)可變換為式(4)。于是，在封閉空間的表面處，例如，在冷卻油36的接觸圖2中的內(nèi)壁38的表面處，流速V等于零(即，流速v=0)，因此在式(4)右側(cè)的第二項(xiàng)為零，如下式(5)所示，且可以從式(4)得到作為總能量的隨時(shí)間改變方程的式(6)。順便而言，在式(2)到(6)中，“Etot”為在對(duì)^^進(jìn)行體積積分之后獲得的結(jié)果，即，總能量(例如，單位為“J”)，“V”為圖6中的封閉空間的體積，例如，圖2中的冷卻油36的體積，“S”為封閉空間的表面積，例如，圖2中的冷卻油36的表面積，“Qh”為在對(duì)qh進(jìn)行體積積分之后獲得的結(jié)果，例如，產(chǎn)生的總熱量(例如，單位為“W”)，例如，就圖2而言，由馬達(dá)轉(zhuǎn)子34產(chǎn)生的熱量。例如，由馬達(dá)轉(zhuǎn)子34產(chǎn)生的熱量可以給出為約302W的恒定值。[式2]
權(quán)利要求
1.一種車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，所述車輛驅(qū)動(dòng)單元具有冷卻介質(zhì)和在殼體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)體,所述冷卻介質(zhì)是填充所述殼體內(nèi)部的一部分并接觸所述運(yùn)動(dòng)體的至少一部分的流體，并且其中所述流體介質(zhì)的溫度隨所述運(yùn)動(dòng)體持續(xù)運(yùn)動(dòng)而升高，所述數(shù)值分析方法對(duì)所述冷卻介質(zhì)的溫度場(chǎng)和所述冷卻介質(zhì)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析，所述車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法的特征在于，包括 第一分析步驟(104):在所述運(yùn)動(dòng)體正在運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析但不進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析；以及 第二分析步驟(106):在所述第一分析步驟(104)結(jié)束之后，在所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下既進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析也進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，還包括 第三分析步驟(108):在所述第二分析步驟(106)結(jié)束之后，在所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行對(duì) 所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析但不進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析；以及 第四分析步驟(110):在所述第三分析步驟(108)結(jié)束之后，在所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下既進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析也進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，以預(yù)設(shè)的運(yùn)算比率交替執(zhí)行所述第一分析步驟(104)和所述第二分析步驟(106)，在所述預(yù)設(shè)的運(yùn)算比率下，所述第一分析步驟(104)的運(yùn)算次數(shù)大于所述第二分析步驟(106)的運(yùn)算次數(shù)；并且， 當(dāng)在所述第一分析步驟(104)或所述第二分析步驟(106)中所述流場(chǎng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，所述第一分析步驟(104)或所述第二分析步驟(106 )結(jié)束且所述第三分析步驟(108 )開始。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，基于所述車輛驅(qū)動(dòng)單元(30，50)的結(jié)構(gòu)而設(shè)定所述運(yùn)算比率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中任一項(xiàng)的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，當(dāng)在所述第三分析步驟(108)中所述溫度場(chǎng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，所述第三分析步驟(108)結(jié)束且所述第四分析步驟(110)開始。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項(xiàng)的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，還包括初始溫度分析步驟(100):在假設(shè)所述運(yùn)動(dòng)體靜止的狀態(tài)下，進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析但不進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析，其中，在所述初始溫度分析步驟(100)結(jié)束之后所述第一分析步驟(104)開始。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，當(dāng)在所述初始溫度分析步驟(100)中所述溫度場(chǎng)的解已經(jīng)收斂時(shí)，所述初始溫度分析步驟(100)結(jié)束且所述第一分析步驟(104)開始。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7中任一項(xiàng)的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)為冷卻油(36, 58)ο
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8中任一項(xiàng)的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)體為產(chǎn)生熱并圍繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件(34)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到8中任一項(xiàng)的車輛驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)值分析方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)體為相互嚙合的一對(duì)齒輪(54，56)中的一個(gè)。
全文摘要
第一分析步驟(104)為在馬達(dá)轉(zhuǎn)子正在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下進(jìn)行對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值分析但不進(jìn)行對(duì)溫度場(chǎng)的數(shù)值分析的步驟。第二分析步驟(106)為在所述第一分析步驟(104)結(jié)束之后既進(jìn)行對(duì)所述流場(chǎng)的數(shù)值分析也進(jìn)行對(duì)所述溫度場(chǎng)的數(shù)值分析的步驟。因此，在一起進(jìn)行對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值分析和對(duì)溫度場(chǎng)的數(shù)值分析之前，在對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析之前首先在第一分析步驟(104)中對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果，與從一開始就執(zhí)行第二分析步驟(106)而不進(jìn)行第一分析步驟(104)時(shí)相比，可以減小電子計(jì)算器上的數(shù)值分析的計(jì)算載荷，這能夠縮短進(jìn)行數(shù)值分析所花費(fèi)的時(shí)間。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102648469SQ201080054867
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者田村浩志 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社