JP2005091144A - 台上試験方法および台上試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ロードシミュレータ１に特別な機構を付加することもなく、長周期の加速度がかかる状況を含めた実際の走行状況を再現する台上試験方法および台上試験装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 目標波に従って車両３を加振して、車両３の耐久試験を台上で行う台上試験方法において、目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換し、車両傾斜信号により車両３を傾斜させることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の耐久試験を台上で行う台上試験方法および台上試験装置に関するものである。

車両が走行している時、車体、サスペンションに加わる力は、非常に複雑である。この複雑な力を再現して車両に負荷する装置として、特許文献１に示されるロードシミュレータが提供されている。
このロードシミュレータは、各車軸の端部を支持して車両を水平に保ち、支持部に油圧シリンダなどにより、3方向の軸力と3方向のモーメント負荷を与えるように加振するものである。目的とする走行状況を再現するように加振することで、台上試験が行われる。
しかしながら、このロードシミュレータでは、スペースの関係もあり、油圧シリンダのストロークが長くできないので、発進・減速、コーナリング等の長周期に加速度がかかる状況（低周波の加振）は再現できなかった。
このような、長周期の加速度を再現する手段として、車両を固定して、ロードシミュレータにより車軸に負荷をかける方法、ロードシミュレータとは別に、車両を掴んで低周波の加振を行う方法、あるいは、アクチュエータ（液圧式、空圧式、電磁式など）のストロークを長尺とする方法が提案されている。

特表２００２−５４３４１７号公報（段落［０００６］〜［００１１］，及び図１〜図３）

しかしながら、車両を固定して試験する方法では、車両を固定する機構が余分に必要であるし、固定した部分で車両に対して実際の走行では生じない応力が発生するので車体評価に使えないという問題がある。
また、ロードシミュレータとは別に、車両を掴んで低周波の加振を行う方法では、同じく、別途車両を掴んで加振する機構が必要であるし、掴まれた車両部分に実際の走行では生じない応力が発生するので車体評価に使えないという問題がある。
さらに、アクチュエータ（液圧式、空圧式、電磁式など）のストロークを長尺とする方法では、ロードシミュレータが大型化して、その設置スペースを広く確保する必要がある。また、長尺の加振機には、大量の油が必要となったり、加振機ロッドの剛性が小さくなったりといったシステム上の問題もある。

本発明は、上記問題点に鑑み、ロードシミュレータに特別な機構を付加することもなく、長周期の加速度がかかる状況を含めた実際の走行状況を再現する台上試験方法および台上試験装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の台上試験方法および台上試験装置は以下の手段を採用する。
本発明にかかる台上試験方法では、目標波に従って車両を加振して、該車両の耐久試験を台上で行う台上試験方法において、前記目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換し、該車両傾斜信号により車両を傾斜させることを特徴とする。

このように、発進時、制動時、コーナリング時には、車両に、長周期で一定方向に水平方向の加速度がかかる。この長周期の加速度が、目標波の低周波成分を構成することになる。
そして、目標波の低周波成分を、車両傾斜信号に変換して、その信号に応じて車両を傾斜させると、車両にかかる重力の傾斜角度分の分力が、傾斜した下側の方向に作用することになる。この傾斜した下側の方向にかかる重力の分力が、長周期の加速度を再現することになる。したがって、ロードシミュレータに特別な機構を付加することもなく、発進時、制動時、コーナリング時等の長周期の加速度がかかる状況から路面の凸凹による短周期の振動力がかかる状況までを含めた実際の走行状況を再現した台上試験が行える。

本発明にかかる台上試験装置では、目標波に従って車両をアクチュエータによって加振して、車両の耐久試験を台上で行う台上試験装置において、前記目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換する車両傾斜信号変換部と、該車両傾斜信号変換部からの車両傾斜信号に基づき車両を傾斜させる傾斜信号を前記アクチュエータに与える車両傾斜指令部と、を備えていることを特徴とする。

このように、車両傾斜信号変換部で、目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換する。車両傾斜指令部は、この車両傾斜信号に応じて車両を傾斜させる。このように、車両を傾斜すると、車両にかかる重力の傾斜角度分の分力が、傾斜した下側の方向に作用することになる。この傾斜した下側の方向にかかる重力の分力が、長周期の加速度を再現することになる。したがって、ロードシミュレータに特別な機構を付加することもなく、発進時、制動時、コーナリング時等の長周期の加速度がかかる状況から路面の凸凹による短周期の振動力がかかる状況までを含めた実際の走行状況を再現した台上試験が行える。

請求項１に記載の発明によれば、目標波の低周波成分を、車両傾斜信号に変換して、その信号に応じて車両を傾斜させて、長周期の加速度を再現しているので、ロードシミュレータに特別な機構を付加することもなく、発進時、制動時、コーナリング時等の長周期の加速度がかかる状況から路面の凸凹による短周期の振動力がかかる状況までを含めた実際の走行状況を再現した台上試験が行える。

請求項２に記載の発明によれば、車両傾斜信号変換部で、目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換し、この車両傾斜信号に応じて車両を傾斜させて、長周期の加速度を再現しているので、ロードシミュレータに特別な機構を付加することもなく、発進時、制動時、コーナリング時等の長周期の加速度がかかる状況から路面の凸凹による短周期の振動力がかかる状況までを含めた実際の走行状況を再現した台上試験が行える。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
図１は、車両を装着して台上試験を行っているロードシミュレータを示す概略斜視図である。
ロードシミュレータ１は、車両３の各車軸の端部を加振するため、４セット設けられている。これらのロードシミュレータ１は、勝手違いはあるものの同じ機器構成を有するので、１セットについて構成を概略説明する。
ロードシミュレータ１は、外部から振動を受けないように、防振部材５の上に配置されている。ロードシミュレータ１は、車軸に取り付けるハウジング７と、ハウジング７に加振力を付与する６組の加振機構９，１１，１３，１５，１７，１９とを主たる構成としている。

ハウジング７には、その中央部に、車軸の長手方向に沿って円形の孔２１が貫通して設けられている。孔２１が、車軸に嵌合して一体的に取り付けられる。ハウジング７の外周の両側部と下部には、略直方体をした突出部２３，２５、２７が設けられている。
各加振機構９，１１，１３，１５，１７，１９は、それぞれ支柱２９と、アクチュエータ３１と、作動リンク３３と、操作リンク３５とを備えている。加振機構９について構造を説明すると、支柱２９は、細長い略直方体で構成され、その下端は防振部材５の上に固定されている。作動リンク３３は、２枚の略直角三角形状の板を連結したもので、直角部が下に位置している。作動リンク３３の直角部と支柱２９の上端は、三角形の面内に沿って揺動可能に取り付けられている。

作動リンク３３の上方頂点部は、操作リンク３５の一端部に取り付けられた球面軸受けによって連結され揺動可能となっている。作動リンク３３の残りの頂点部にアクチュエータ３１の上端部が取り付けられている。アクチュエータ３１の下端は、防振部材５の上に置かれた台に球面軸受けにて取り付けられている。操作リンク３５の一方の端部は、ハウジング７の突出部２５の車軸に対して反対側の面（正面）に球面軸受け３７を介して取り付けられている。

各加振機構９，１１，１３，１５，１７，１９は、操作リンク３５のハウジング７への取付け位置が異なっている。すなわち、加振機構１１の操作リンク３５は、突出部２７の正面に球面軸受け３７を介して取り付けられている。加振機構１３の操作リンク３５は、突出部２３の正面に球面軸受け３７を介して取り付けられている。加振機構１５の操作リンク３５は、突出部２５の下面に球面軸受け３７を介して取り付けられている。加振機構１７の操作リンク３５は、突出部２３の下面に球面軸受け３７を介して取り付けられている。加振機構１９の操作リンク３５は、突出部２５の側面に球面軸受け３７を介して取り付けられている。
加振機構１５，１７は、ハウジング７を上下方向に加振するものである。
本実施形態においては、加振機構１５，１７のアクチュエータ３１は、車両３を傾斜させる分だけストロークを長くしている。

図２には、本実施形態の台上試験装置の概略構成が模式的に示されている。
台上試験装置は、制御部４１と、ロードシミュレータ１と、計測部４３とを主たる構成としている。
制御部４１は、ディジタル制御装置４５と、サーボ制御装置４７と、を備えている。
ディジタル制御装置４５は、パソコンで構成されている。ディジタル制御装置４５は、入力された目標波を、ロードシミュレータ１の各アクチュエータ３１の加振波に変換して、サーボ制御装置４７に送るものである。

ディジタル制御装置４５は、図示しない車両傾斜信号変換部を備えている。車両傾斜信号変換部は、目標波から分離された低周波成分を車両傾斜信号に変換する。その後、車両３傾斜信号と、分離された高周波成分を振動変位指令とを加算して、各アクチュエータ３１への加振波を作成し、サーボ制御装置４７に送る。加振波をサーボ制御装置４７へ送る部分が本発明の車両傾斜指令部を構成している。

サーボ制御装置４７は、ディジタル制御装置４５から送られたロードシミュレータ１の各アクチュエータ３１の加振波に基づいて、信号路５０を経由して各アクチュエータ３１へ加振指令を送り、各アクチュエータ３１を加振する。この時、加振波の一部を構成している車両傾斜信号に基づき車両３を傾斜させる処理も行うことになる。

計測部４３には、各アクチュエータ３１の位置を検知する変位センサー４９と、車両３の車軸に取り付けられた車軸にかかる荷重（３方向の軸力と３方向のモーメント）を測定する６分力計５１と、車両３の傾斜を測定する傾斜センサー５３と、車両３にかかる加速度を測定する加速度センサー５５とを使用している。
これらの測定結果は、サーボ制御装置４７に送られ、記録されるとともに、フィードバック制御に利用される。

なお、傾斜センサー５３は、車両３の傾斜を測定するものであるが、変位センサー４９のデータを利用してアクチュエータ３１のストロークの差から車両３の傾斜を算出してもよいので、必ずしも必要でない。同様に、加速度センサー５５も必ずしも必要ではない。

図３〜図５に、車両３を傾斜させた時の状態を模式的に示している。図３は、車両３を傾斜させて発進時の状態を再現しようとするものである。発進時（加速時）には、車両３のサスペンションには、後輪側に圧縮の力が、前輪側に引っ張りの力がかかっている。台上試験で、車両３の前部が高くなるように傾斜させると、車両３の長手方向後部に向けて、重力加速度の分力が発生する。この車両３後方へ向かう重力加速度が後輪のサスペンションに対しては圧縮の力を、前輪のサスペンションに対しては引っ張りの力を発生させる。したがって、発進時の加速度に見合う大きさだけ傾斜させれば発進時の加速度のかかる状態を再現できることになる。

図４は、停止時（減速時）の状態を再現しようとするものである。停止時には、発進時と反対の関係になり、前輪側に圧縮の力が、後輪側に引っ張りの力がかかっている。したがって、発進時とは反対に、車両３の前部が低くなるように傾斜させれば減速時の加速度のかかる状態を再現できることになる。

図５は、右折するコーナリング時の状態を再現しようとするものである。図５は、車両３を前方から見た状態を示している。コーナリング時には、遠心力が作用する。遠心力は、右折の場合には、進行方向に向かって左側に向かう方向に発生する。車両３の進行方向に向かって左側（図５では右側）の車輪を低くして、左側の車輪に重力加速度がかかるようにすれば右折するコーナリング時の状態を再現できることになる。

以上説明した本実施形態にかかる台上試験装置は、以下のように台上試験を行う。
図６に、ディジタル制御装置４５で、各アクチュエータ３１へ与える加振波を作成するフローが示されている。
台上試験により再現したい目標波が提供される（Ｓ１）と、まず、高周波成分と低周波成分に分離する（Ｓ２）。すなわち、目標波から、発進、停止、コーナリングなどの水平方向加速度成分を取り出す。なお、ここで低周波と見る境界周波数は、０．１Ｈｚとしている。しかし、これに限定されるものではなく、例えば、０．５Ｈｚ程度までは低周波に含めても差し支えない。
そして、分離された低周波成分、すなわち水平方向加速度成分を車両傾斜信号に変換する（Ｓ３）。
ついで、この車両傾斜信号を、アクチュエータの変位指令へ変換する（Ｓ４）。
そして、この変換された車体傾斜信号をローパスフィルタに通し、高周波成分を変換した振動変位指令（Ｓ５）をハイパスフィルタに通したものを、周波数別加算器にて足し合わせて（Ｓ６）目標波を形成する（Ｓ７）。
形成された目標波を、逆評価関数を使って（Ｓ８）、加振波に変換する（Ｓ９）。

一方で、試験をする車両３を持ち込み、車両３の各車軸にロードシミュレータ１を取り付け図１に示すような状態とする。
ディジタル制御装置４５で作成した加振波を、サーボ制御装置４７に伝送し、サーボ制御装置４７から、ロードシミュレータ１の各アクチュエータ３１へ制御信号を伝送して、台上試験を実施する。

このとき、ディジタル制御装置４５で作成した加振波のなかには、車両傾斜信号が含まれており、その車両傾斜信号にしたがって、加振機構１５，１７のアクチュエータ３１を作動させて車両３を傾斜させつつ試験が行われる。

以下、本実施形態の作用・効果を説明する。
与えられた目標波の低周波成分を、車両傾斜信号に変換して、その信号に応じて車両３を傾斜させると、車両３にかかる重力の傾斜角度分の分力が、傾斜した下側の方向に作用することになる。この傾斜した下側の方向にかかる重力の分力が、長周期の加速度を再現することになる。したがって、ロードシミュレータ１に特別な機構を付加することなく、発進時、制動時、コーナリング時等の長周期の加速度がかかる状況から路面の凸凹による短周期の振動力がかかる状況までを含めた実際の走行状況を再現した台上試験が行える。

また、ディジタル制御装置４５の車両傾斜信号変換部で、目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換する。サーボ制御装置４７は、この車両傾斜信号に応じて車両３を傾斜させる。このように、車両３を傾斜すると、車両３にかかる重力の傾斜角度分の分力が、傾斜した下側の方向に作用することになる。この傾斜した下側の方向にかかる重力の分力が、長周期の加速度を再現することになる。したがって、ロードシミュレータ１に特別な機構を付加することもなく、発進時、制動時、コーナリング時等の長周期の加速度がかかる状況から路面の凸凹による短周期の振動力がかかる状況までを含めた実際の走行状況を再現した台上試験が行える。

なお、本実施形態では、目標波の低周波成分である水平加速度による力を、車両３を傾斜させて重力を利用して再現しているが、これに加えて、電磁力または遠心力を利用して水平加速度による値からの一部を補ってもよい。遠心力を利用する場合には、車両３とロードシミュレータ１を、試験装置である遠心載荷装置上に設置し、遠心載荷装置を回転して遠心力を作用させる。
このように、重力に加えて、電磁力または遠心力を利用すると、車両３の傾斜角を電磁力または遠心力に相当する部分だけ小さくできるので、傾斜可能な角度までに再現できる水平加速度の範囲を広くできる。

本発明の第一実施形態の台上試験装置のロードシミュレータを示す概略斜視図である。 本発明の第一実施形態の台上試験装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の第一実施形態の台上試験装置で、車両を傾斜させた時の状態を模式的に示す説明図である。 本発明の第一実施形態の台上試験装置で、車両を傾斜させた時の状態を模式的に示す説明図である。 本発明の第一実施形態の台上試験装置で、車両を傾斜させた時の状態を模式的に示す説明図である。 本発明の第一実施形態の台上試験装置の加振波作成フローを示す説明図である。

符号の説明

１ ロードシミュレータ
３ 車両
４５ ディジタル制御装置
４７ サーボ制御装置

Claims (2)

1. 目標波に従って車両を加振して、該車両の耐久試験を台上で行う台上試験方法において、前記目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換し、該車両傾斜信号により車両を傾斜させることを特徴とする台上試験方法。
2. 目標波に従って車両をアクチュエータによって加振して、車両の耐久試験を台上で行う台上試験装置において、
   前記目標波の低周波成分を車両傾斜信号に変換する車両傾斜信号変換部と、
   該車両傾斜信号変換部からの車両傾斜信号に基づき車両を傾斜させる傾斜信号を前記アクチュエータに与える車両傾斜指令部と、を備えていることを特徴とする台上試験装置。

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