JP2004294327A - パワートレーン系試験装置及び試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パワートレーン系試験装置及び試験方法に関し、様々な路面外乱下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することを目的とする。
【解決手段】供試体としてのパワートレーン系のディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４を、車両のサスペンション特性を模擬するサスアクティブ加振機構２６，２８及び車両のタイヤ特性を模擬するタイヤアクティブ加振機構３０，３２に揺動自在に支持する。サスアクティブ加振機構２６，２８のサスペンション特性およびタイヤアクティブ加振機構３０，３２のタイヤ特性をそれぞれ、コントローラ５０における数式モデルのパラメータの設定変更により可変にする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワートレーン系試験装置及び試験方法に係り、特に、車両のパワートレーン系を試験するうえで好適なパワートレーン系試験装置及び試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両のエンジンとタイヤとの間のパワートレーン系の試験を行う車両用試験装置及び方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この試験装置は、車両に実際に搭載されるエンジンを模擬する電動機と、エンジンの軸振動を模擬する加振機構と、を備えている。加振機構によりエンジンの軸振動が模擬されると、エンジン駆動時に生ずる軸振動が再現される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−８７６９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実車において、パワートレーン系の性能等は、エンジンの振動成分に応じて変動すると共に、サスペンション系やタイヤ等の車両振動系の振動成分に応じても変動する。この点、上記した特許文献１記載の試験装置では、エンジンの軸振動は加振機構により再現されている一方で、サスペンション系やタイヤ側の振動が再現されておらず、車両の振動現象が正確に再現されていない。このため、パワートレーン系の試験が実車からかけ離れた状態で行われており、その性能を適正に評価することができなかった。
【０００５】
一方、かかる不都合を回避するために、車両に実際に搭載されるサスペンションやタイヤを試験装置に装着した上でパワートレーン系の試験を行うことが考えられる。しかしながら、このように実部品を装着する手法においては、サスペンション特性やタイヤ特性を変えて試験を行いたい場合にもその都度実部品を交換することが必要となり、手間がかかる。また、所望のサスペンション特性やタイヤ特性を有する実部品が存在すればよいが、その実部品が設計段階にあって未だ現存しない場合には、車両の振動現象が正確に再現されず、試験自体を適切に行うことができなくなる。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、車両振動系の様々な振動特性下で行うパワートレーン系の試験を簡易に実現することが可能なパワートレーン系試験装置及び試験方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、車両のパワートレーン系を試験するパワートレーン系試験装置であって、
パワートレーン系の供試体を揺動自在に支持すると共に、車両の有する振動系ユニットの振動特性を模擬するアクティブ加振機構と、
前記アクティブ加振機構による振動特性を可変にするコントローラと、
を備えるパワートレーン系試験装置により達成される。
【０００８】
本発明において、パワートレーン系の供試体は、車両の振動系ユニットの振動特性を模擬するアクティブ加振機構により揺動自在に支持されている。この場合には、パワートレーン系に作用する振動が再現される。また、アクティブ加振機構は、コントローラからの指令に従って振動系ユニットの振動特性を模擬する。すなわち、振動系ユニットの振動特性は、コントローラの指令に従ってアクティブ加振機構により可変にされる。このため、パワートレーン系に作用する振動系ユニットの振動特性に応じた振動が様々に再現されるので、パワートレーン系の供試体の試験を車両の様々な振動特性下で行うことができる。また、振動系ユニットの振動特性はコントローラの指令に従って可変にされるので、車両の様々な振動特性下で行う供試体の試験を簡易に実現することができる。
【０００９】
この場合、請求項２に記載する如く、請求項１記載のパワートレーン系試験装置において、前記アクティブ加振機構は、車両のサスペンション特性を模擬することとすれば、パワートレーン系に作用するサスペンション特性に応じた振動が様々に再現されるので、様々なサスペンション特性下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載する如く、請求項１又は２記載のパワートレーン系試験装置において、前記アクティブ加振機構は、車両タイヤのバネ・ダンピング特性を模擬することとすれば、パワートレーン系に作用する車両タイヤのバネ・ダンピング特性に応じた振動が様々に再現されるので、様々なタイヤ特性下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することができる。
【００１１】
尚、請求項４に記載する如く、請求項１乃至３の何れか一項記載のパワートレーン系試験装置において、車両に作用する路面外乱を模擬する外乱加振機構と、前記外乱加振機構による前記路面外乱を可変にする外乱コントローラと、を備えることとすれば、路面外乱が様々に再現されるので、様々な路面外乱下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することができる。
【００１２】
また、上記の目的は、請求項５に記載する如く、車両のパワートレーン系を試験する際、該パワートレーン系の供試体を揺動自在に支持すると共に車両の有する振動系ユニットの振動特性を模擬するアクティブ加振機構による振動特性を、コントローラの指令に従って可変にするパワートレーン系試験方法により達成される。
【００１３】
本発明において、パワートレーン系の供試体は、振動特性が可変にされる車両の振動系ユニットにより揺動自在に支持されている。このため、パワートレーン系に作用する振動系ユニットの振動特性に応じた振動が様々に再現されるので、パワートレーン系の供試体の試験を車両の様々な振動特性下で行うことができる。また、振動系ユニットの振動特性はコントローラの指令に従って可変にされるので、車両の様々な振動特性下で行う供試体の試験を簡易に実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である車両に搭載されるべきパワートレーン系を試験するシステムの構成図を示す。図１に示す如く、本実施例の試験システムは、車両動力を発生するエンジンを模擬するエンジン用モータ１０と、車両の走行状態、具体的には車両の駆動タイヤの回転を模擬する右タイヤ用モータ１２及び左タイヤ用モータ１４と、を備えている。エンジン用モータ１０は、支持部材１６により地面に設置固定されており、エンジン負荷が実際に生じているように駆動される。また、右タイヤ用モータ１２は支持部材１８により、また、左タイヤ用モータ１４は支持部材２０により、それぞれ地面に設置固定されており、車両の走行負荷が実際に生じているように駆動される。
【００１５】
エンジン用モータ１０とタイヤ用モータ１２，１４との間には、ディファレンシャルギヤ２２が介在されている。ディファレンシャルギヤ２２とタイヤ用モータ１２，１４とは、車幅方向へ向けて延在するドライブシャフト２４を介して互いに連結されている。ディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４は共に、車両のパワートレーン系を構成しており、本実施例の試験システムにおける供試体である。ディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４は、エンジン用モータ１０の駆動及びタイヤ用モータ１２，１４の駆動に従ってそれぞれ作動する。
【００１６】
本実施例の試験システムは、また、車両のサスペンション系のサスペンション特性を模擬する右サスペンション基本ユニット２６及び左サスペンション基本ユニット２８と、車両の駆動タイヤのバネ特性およびダンピング特性を模擬する右タイヤ特性基本ユニット３０及び左タイヤ特性基本ユニット３２と、を備えている。サスペンション基本ユニット２６，２８及びタイヤ特性基本ユニット３０，３２はそれぞれ、バネ部３４及びダンピング部３６を有している。
【００１７】
サスペンション基本ユニット２６，２８は、一端がドライブシャフト２４に接続され、他端が固定された構成を有している。また、タイヤ特性基本ユニット３０，３２は、一端がドライブシャフト２４に接続され、他端が後述の路面外乱加振機構に接続された構成を有している。上記したドライブシャフト２４は、サスペンション基本ユニット２６，２８及びタイヤ特性基本ユニット３０，３２により、車体前後方向および上下方向に揺動自在に支持されている。エンジン用モータ１０の駆動時及びタイヤ用モータ１２，１４の駆動時、サスペンション基本ユニット２６，２８はそれぞれ車両のサスペンション特性が生ずるように、また、タイヤ特性基本ユニット３０，３２はそれぞれ駆動タイヤの空気圧や偏平率に応じたタイヤ特性が生ずるように、それぞれ作動する。
【００１８】
また、サスペンション基本ユニット２６，２８及びタイヤ特性基本ユニット３０，３２はそれぞれ、バネ部３４のバネ特性を可変にする機能を有すると共に、ダンピング部３６のダンピング特性を例えば流体の粘性抵抗や摩擦抵抗の変化により可変にする機能を有している。すなわち、サスペンション基本ユニット２６，２８及びタイヤ特性基本ユニット３０，３２はそれぞれ、ドライブシャフト２４を揺動自在に支持する受動的な振動吸収機能を有すると共に、バネおよびダンピングの振動特性を変更できる能動的な加振機能を有している。以下、サスペンション基本ユニット２６，２８をサスアクティブ加振機構２６，２８と、また、タイヤ特性基本ユニット３０，３２をタイヤアクティブ加振機構３０，３２と、それぞれ称す。
【００１９】
本実施例の試験システムは、また、車両の走行する路面から車両に作用する路面外乱を模擬する路面外乱加振機構３８，４０を備えている。路面外乱加振機構３８は、一端が右タイヤアクティブ加振機構３０に接続され、他端が地面に設置固定された構成を有している。また、路面外乱加振機構４０は、一端が左タイヤアクティブ加振機構３２に接続され、他端が地面に設置固定された構成を有している。路面外乱加振機構３８，４０はそれぞれ、車両に路面外乱が作用する際における路面状況が再現されるようにタイヤアクティブ加振機構３０，３２に対して加振される。各路面外乱加振機構３８，４０は、発生すべき路面外乱を可変にする機能を有している。
【００２０】
本実施例のシステムは、更に、マイクロコンピュータを主体とした電子制御回路により構成された、データベースを内蔵するコントローラ５０を備えている。データベースには、予めＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）等により車体運動を数値化した数式モデル及び路面外乱を数値化した数式モデルが格納されている。これらの各数式モデルには、回転速度やトルク等のエンジン負荷をパラメータとするエンジン負荷モデル、タイヤ回転数等の走行負荷をパラメータとする走行負荷モデル、車両のサスペンション系のバネ特性及びダンピング特性をパラメータとするサスペンションモデル、駆動タイヤのバネ特性及びダンピング特性をパラメータとするタイヤモデル、及び、車両の走行する路面の摩擦係数や登坂路の有無等をパラメータとする路面外乱モデルが存在する。
【００２１】
コントローラ５０には、上記したエンジン用モータ１０、タイヤ用モータ１２，１４、サスアクティブ加振機構２６，２８、タイヤアクティブ加振機構３０，３２、及び、路面外乱加振機構３８，４０が接続されている。コントローラ５０は、数式モデルに基づいて、入力設定された試験条件に従って、エンジン用モータ１０を駆動することによりエンジンを模擬させ、タイヤ用モータ１２，１４を駆動することにより走行状態を模擬させ、路面外乱加振機構３８，４０を駆動することにより路面外乱を模擬させると共に、サスアクティブ加振機構２６，２８のバネ特性及びダンピング特性を特定の状態に模擬させる。
【００２２】
コントローラ５０は、車両の有するパワートレーン系の試験による応答、具体的には、エンジン負荷や走行状態，路面外乱等が模擬された状況下でのドライブシャフト２４に生ずる回転速度及びトルク等を計測する計測器を有しており、計測器による計測データを入力データと対応させて記録する。これらのデータは、各エンジン負荷等ごとに、また、サスペンション特性ごと，タイヤ特性ごとに記録される。
【００２３】
図２は、本実施例の試験システムの試験手順を示すフローチャートを示す。以下、図２を参照して、本実施例の試験手順について説明する。
【００２４】
本実施例の試験システムにおいて、まず試験の前段階として、各部位において実現すべきモデルのパラメータ設定がコントローラ５０で行われる（ステップ１００）。かかる処理が行われると、コントローラ５０は、実現すべきエンジン負荷モデル、走行負荷モデル、サスペンションモデル、タイヤモデル、及び路面外乱モデルを定義する。また、パワートレーン系の供試体であるディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４を、エンジン用モータ１０、タイヤ用モータ１２，１４、サスアクティブ加振機構２６，２８、及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２に連結して固定する処理が実行される（ステップ１０２）。
【００２５】
次に、実際の試験段階として、コントローラ５０の指令により、エンジン用モータ１０、タイヤ用モータ１２，１４、サスアクティブ加振機構２６，２８、及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２の各アクチュエータを、上記ステップ１００で設定したモデルが実現されるようにリアルタイム制御する処理が実行される（ステップ１０４）。かかる処理が実行されると、試験システムにおいてエンジン負荷や走行負荷，路面外乱，サスペンション特性及びタイヤ特性が模擬されることとなる。試験中にはディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４の供試体の応答を計測する処理が実行される。（ステップ１０６）。
【００２６】
そして、モデルごとに供試体の応答計測が繰り返されると、その後、評価結果が解析・分析される（ステップ１０８）。その後は、試験システムに用いられた供試体を修正又は交換し（ステップ１１０）、再度、モデルのパラメータを任意調整したうえで、試験を繰り返す処理が実行される。
【００２７】
このように、本実施例の試験システムによれば、供試体としてのパワートレーン系の実部品を装着する一方、エンジンやタイヤ，サスペンション等の他の実部品を装着することなく、実車を走行させた場合の試験と同等の試験を実現することができる。このため、サスペンション等の車両の実部品が存在しない場合にもパワートレーン系の性能試験，耐久試験等を行うことができると共に、パワートレーン系の性能や耐久性等の評価を簡易かつ低コストで得ることができる。また、試験における様々な使用条件ないし車体条件は、コントローラ５０における数式モデルのパラメータ設定を変更するだけで再現される。このため、様々な使用条件ないし車体条件に対する供試体の試験を簡易に行うことができる。
【００２８】
図３は、本実施例のパワートレーン系を模式的に表した図を示す。ところで、パワートレーン系のディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４の性能や耐久性等は、エンジンの回転速度やトルク及びタイヤの走行状態に応じて変動すると共に、車両の有するサスペンション系の特性およびタイヤの空気圧や偏平率等の特性に応じても変動する。この点、試験システムにおいてサスペンション系及びタイヤ側の振動が再現されないと、車両の振動現象が正確に再現されないため、試験自体が実車からかけ離れた状態で行われることとなり、その性能等を適正に評価することができなくなる。
【００２９】
これに対して、本実施例の試験システムにおいて、上記の如く、供試体であるドライブシャフト２４は、サスアクティブ加振機構２６，２８及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２の双方により、車体前後方向および上下方向に揺動自在に支持されている。すなわち、サスアクティブ加振機構２６，２８及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２はそれぞれ、ドライブシャフト２４を揺動自在に支持している。また、サスアクティブ加振機構２６，２８及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２のバネ特性及びダンピング特性はそれぞれ、コントローラ５０の指令に従って自在に変更可能である。
【００３０】
従って、本実施例の試験システムにおいては、エンジン負荷や走行負荷，路面外乱が模擬されている状態で、サスペンション系やタイヤに生じ得る振動がサスアクティブ加振機構２６，２８及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２により再現される。この場合には、サスペンション系の自由度およびタイヤ系の自由度に起因して発生する、ディファレンシャルギヤ２２のボックス内部のアライメント変化に起因するかみ合い誤差が正確に再現されると共に、ドライブシャフト２４の回転方向へのねじり振動だけでなく、車体前後方向および上下方向への曲げ振動が正確に再現される。
【００３１】
このため、本実施例の試験システムによれば、パワートレーン系の試験を車両の振動現象を再現して実車に近い状態で行うことができ、これにより、供試体であるディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４の性能や耐久性等を適正に評価することが可能となっている。
【００３２】
また、本実施例の試験システムは、サスペンション特性を実現するうえで、その特性を有するサスペンションの実部品を装着するものではなく、そのサスペンション特性をコントローラ５０の指令に従って模擬するサスアクティブ加振機構２６，２８を装着するものである。また、タイヤ特性を実現するうえで、その特性を有するタイヤの実部品を装着するものではなく、そのタイヤ特性をコントローラ５０の指令に従って模擬するタイヤアクティブ加振機構３０，３２を装着するものである。また、サスアクティブ加振機構２６，２８及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２のバネ特性及びダンピング特性はそれぞれ、コントローラ５０の指令に従って可変にされる。
【００３３】
このため、本実施例の試験システムによれば、車両のサスペンション特性及びタイヤ特性に応じた振動現象を様々に再現することができるので、車両に生じ得る様々な振動特性下において、供試体であるパワートレーン系のディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４の試験を行うことができ、その評価を得ることができる。また、様々なサスペンション特性及びタイヤ特性を実現するうえで、サスペンション系やタイヤの実部品を特性に合わせてその都度交換することは不要であり、作業工数は削減される。
【００３４】
従って、本実施例の試験システムによれば、車両の様々な振動特性（具体的には、サスペンション特性およびタイヤ特性）下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することが可能となっている。この点、パワートレーン系の試験が車両のサスペンション特性およびタイヤ特性を考慮することなく行われるものとすると、完成車の段階で不具合が発生することが多く、その不具合を修正するために多大な労力および時間が費やされることとなるが、本実施例においては、その試験がサスペンション特性およびタイヤ特性を考慮して行われるので、完成車の段階でかかるパワートレーン系での不具合が発生することは少なく、車両の開発期間の大幅な短縮を図ることが可能となっている。
【００３５】
更に、本実施例の試験システムにおいては、路面外乱加振機構３８，４０により路面から車両に加わる路面外乱が模擬・再現される。路面外乱加振機構３８，４０により再現すべき路面外乱は、コントローラ５０の指令に従って可変にされる。このため、本実施例の試験システムによれば、路面外乱を様々に再現することができるので、車両に生じ得る様々な路面外乱下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することが可能となっている。
【００３６】
尚、上記の実施例においては、ディファレンシャルギヤ２２及びドライブシャフト２４が特許請求の範囲に記載した「供試体」に、車両の有するサスペンションおよびタイヤが特許請求の範囲に記載した「振動系ユニット」に、サスアクティブ加振機構２６，２８及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２が特許請求の範囲に記載した「アクティブ加振機構」に、コントローラ５０が特許請求の範囲に記載した「コントローラ」及び「外乱コントローラ」に、路面外乱加振機構３８，４０が特許請求の範囲に記載した「外乱加振機構」に、それぞれ相当している。
【００３７】
ところで、上記の実施例においては、サスアクティブ加振機構２６，２８及びタイヤアクティブ加振機構３０，３２のバネ特性及びダンピング特性を、その特性を変更する機構を設けた上で実際のサスペンションやバネ，ダンパを用いて実現することとしてもよいし、また、モータ等のアクチュエータを用いて変更可能に実現することとしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１及び５記載の発明によれば、車両の様々な振動特性下で行うパワートレーン系の試験を簡易に実現することができる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、様々なサスペンション特性下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することができる。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、様々なタイヤ特性下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することができる。
【００４１】
また、請求項４記載の発明によれば、様々な路面外乱下で行うパワートレーン系の供試体の試験を簡易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である車両に搭載されるべきパワートレーン系を試験するシステムの構成図である。
【図２】本実施例の試験システムの試験手順を示すフローチャートである。
【図３】本実施例のパワートレーン系を模式的に表した図である。
【符号の説明】
２２ ディファレンシャルギヤ
２４ ドライブシャフト
２６，２８ サスアクティブ加振機構（サスペンション基本ユニット）
３０，３２ タイヤアクティブ加振機構（タイヤ特性基本ユニット）
３８，４０ 路面外乱加振機構
５０ コントローラ

Claims (5)

1. 車両のパワートレーン系を試験するパワートレーン系試験装置であって、
   パワートレーン系の供試体を揺動自在に支持すると共に、車両の有する振動系ユニットの振動特性を模擬するアクティブ加振機構と、
   前記アクティブ加振機構による振動特性を可変にするコントローラと、
   を備えることを特徴とするパワートレーン系試験装置。
2. 前記アクティブ加振機構は、車両のサスペンション特性を模擬することを特徴とする請求項１記載のパワートレーン系試験装置。
3. 前記アクティブ加振機構は、車両タイヤのバネ・ダンピング特性を模擬することを特徴とする請求項１又は２記載のパワートレーン系試験装置。
4. 車両に作用する路面外乱を模擬する外乱加振機構と、
   前記外乱加振機構による前記路面外乱を可変にする外乱コントローラと、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のパワートレーン系試験装置。
5. 車両のパワートレーン系を試験する際、該パワートレーン系の供試体を揺動自在に支持すると共に車両の有する振動系ユニットの振動特性を模擬するアクティブ加振機構による振動特性を、コントローラの指令に従って可変にすることを特徴とするパワートレーン系試験方法。

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