JP2005214822A - ブレーキダイナモメータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキの諸現象を把握するため使用されるブレーキ試験装置は、車速，加減速度の高いレース用のものは存在していない。
【解決手段】駆動モータとブレーキ供試体はフランジ形軸トルクメータを介して連結すると共に、駆動モータを制御する制御部に電気慣性制御機能を持たる。この電気慣性制御機能を有する制御部と駆動モータとを１セットとし、これを複数組を独立して設けることにより高速車用のブレーキ試験を可能とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブレーキダイナモメータに係わり、特にサーキット走行シミュレーション用のブレーキダイナモメータに関するものである。

モータースポーツへの注目度が高まるとともに、レース用マシンの性能を評価する試験機やシミュレーション装置のニーズが増加している。シミュレーションには、実験を用いて試験するリアルシミュレーションがあるが、車速，加減速度の高いレース用をこのリアルシミュレーションによって行う場合、容量，車速，加減速度の３要素を如何に実現するかがポイントとなる。

一般乗用車用のブレーキ性能試験装置としては特許文献１のものが公知になっている。
特開２００２−４８６８６号公報

ブレーキ試験は、ブレーキを取り巻く諸現象を把握するために実施され、種々の試験パターンにおけるブレーキの効き具合や劣化度合い、及び鳴き音や異音、振動の発生状況等について定量的な評価を行うための試験である。
ところで、一般車両用のブレーキ性能試験については、特許文献のような任意のパターンによる性能試験を実施していたが、実際の路上を走行するような試験は行っていない。特に、速度が２５０ｋｍ／ｈ以上で走行するレース用のように、その車速，加減速度の高いブレーキの性能試験を行うものについては限界に近い高精度な試験装置が要求されたが、そのような装置はなかった。

そこで本発明が目的とするところは、ブレーキ制動時における負荷変化をリアルタイムに制御し、例えば、テストコースの走行再現によるブレーキ性能試験を主目的としたサーキット走行シミュレーション用ブレーキダイナモメータを提供することにある。

本発明の第１は、コンピュータを有した運転制御・計測部と、この運転制御・計測部より実走行データを変換したデータを含む制御信号を制御部に出力し、この制御部を介して駆動モータ及びこの駆動モータに連接されたブレーキ供試体を制御しながら試験するブレーキダイナモメータにおいて、
前記駆動モータとブレーキ供試体はトルクメータを介して連結すると共に、前記制御部に電気慣性機能を持たせ、この電気慣性機能を有する制御部と駆動モータとを対とした複数組を別設したことを特徴としたものである。

本発明の第２は、前記制御部と駆動モータの複数組は、車両の左右前輪の組み合わせか前後輪の任意の組み合わせ若しくは４輪用の組み合わせとし、実車相当の試験を行うことを特徴としたものである。

本発明の第３は、前記コンピュータの表示部に少なくとも走行コースの表示領域を設け、この走行コースに現在の走行時点をポイント表示したことを特徴としたものである。

本発明の第４は、前記コンピュータの表示部には、自動運転中に出力される速度、風速を含む制御出力波形を表示し、この制御出力波形に現在出力をポイント表示したことを特徴としたものである。

本発明の第５は、前記コンピュータの表示部には、走行コースの表示領域、自動運転中に出力される速度、風速を含む制御出力波形の表示領域、計測項目名称・現在の計測値を含むディジタル値及びディジタル表示項目をバーグラフで表示する領域を設けたことを特徴としたものである。

本発明の第６は、前記ブレーキに空気を吹き付けるための空調設備を設け、前記運転制御・計測部からの制御信号によりこの空調設備を介してブレーキの一次空気を制御することを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、独立した機械装置を少なくとも２セット設置し、これを制御的に結合させて構成したことにより、車速、加減速度の高いレース用ブレーキの試験が可能となり、しかも、デュアルブレーキダイナモメータとして試験したり、シングル×２セットとして試験することが可能となることにより、設備の応用範囲が広くなるものである。
また、駆動モータとブレーキ供試体とをトルクメータを介して連結したことにより、従来使用されるフライホイールを省くことを可能としたため設備の設置スペースが小さくなり試験装置の配置の自由度が向上するものである。また、テストコース等での実走行データあるいは任意の設定データを使用し、環境条件を設定した走行シミュレーションが可能となるものである。

更に本発明は、ブレーキの走行データから走行コースを演算して描画するコース自動描画機能や自動運転中に描画したコース図上に現在地点を表示する表示エリア（現在地点表示機能）を設けると共に、走行抵抗や補助減速成分の補正，ブレーキ制動時の慣性負荷変化も含めたブレーキの仕事量を表示したことにより、リアルにシミュレーションすることができるものである。
また、電気慣性制御により、走行による燃料消費やピットイン時の燃料補給，ブレーキ制動時における１輪当たりの慣性負荷変化をリアルタイムで補償することが可能である等の利点を有するものである。

図１は本発明のシステム構成図を示したもので、ここでは左右前輪若しくは前後輪の任意の組み合わせに基づく２輪タイプについて示している。１は運転制御・計測部で、この運転制御・計測部はコンピュータ２や計測盤３等よりなって試験に必要な各種試験条件の設定、テストコースを走行した実走行データ，あるいは任意の設定データを使用して温度，湿度，風速等の環境条件の設定、データ変換やこれら設定及び変換等に基づく各制御出力の発生、及び試験結果情報の収集等を行う。４（４ａ，４ｂ）は回生機能を有するインバータ等の制御部が組み込まれた制御盤、５は空調設備で、高速試験用においてはブレーキ制動による発熱量が大きく連続運転での熱負荷が安定しないことから、本発明においては空調設備５を設置し、一次空気を空調してブレーキに吹き付けるよう構成されている。６（６ａ，６ｂ）は駆動モータで、各駆動モータ６ａ，６ｂの出力軸にはそれぞれトルクメータ７（７ａ，７ｂ）を介してブレーキ供試体８（８ａ，８ｂ）が連結されている。９は排気ファン等の排気設備である。

特に、レース用のような高速車においては、走行路の傾斜や曲がり時における各ブレーキ（車輪）の荷重配分が異なってくる。このため本発明ではブレーキを駆動するモータにそれぞれ対応した制御部（制御盤）を個々に設け、個々のブレーキに対して独立した電気慣性制御ができるように構成している。すなわち、図１では制御盤４ａと駆動モータ６ａが、制御盤４ｂと駆動モータ６ｂが組み合わされて独立系のシステム構成とされている。
なお、図１では２組セットの構成となっているが、これは４台の機械装置を実車と同一状態に配置して４輪タイプにも適用するためであって、車１台分を同時試験したい場合には、４セット構成システムとしてもよいことは勿論である。

一般乗用車試験での加減速試験では通常０．６〜１Ｇ程度までしか行われないが、サーキット用となると３Ｇ程度の試験が必要となる。そこで高加減速対応のために、ブレーキ供試体８はトルクメータ７を介し駆動モータ６に軸連結してフライホイールを除去した構成とすと共に、トルクメータ７は高剛性フランジ形軸トルクメータが採用されて機械装置の剛性を高めている。
また、フライホイールを除去したことにより、車両の慣性補償は全電気慣性制御で対応するよう駆動モータ慣性量の最適値が予め求められている。

電気慣性制御方式には種々あるが、高精度で高速応答が可能で、目標速度に対して偏差が発生しなく、且つ、慣性設定許容範囲が広いことから図２で示すような駆動力オブザーバ制御方式（特開平１１−１０８８０２号）が採用される。
駆動力オブザーバ制御方式についての詳細は特開平１１−１０８８０２号公報を参照するとして、図２で示す駆動力オブザーバによりブレーキ側からの制動力を演算し、
車両減速力＝主ブレーキ力＋補助減速成分＋走行抵抗（機械装置のメカロス含む）により減速力を求める。この減速力により設定された慣性を減速する論理減速度を演算し、論理減速度を積分して論理速度を求め、設定した論理速度になるように駆動モータ６の速度を制御する。

コンピュータ２では収集した実走行データから実際のブレーキ力を求め、自動運転や計画データ保管及びデータ処理などを行う。
すなわち、ブレーキ力の抽出については、
４輪のブレーキ力＝車両質量×車体減速度−（走行抵抗＋補助減速成分）
１輪当たりのブレーキ力＝４輪のブレーキ力×制動力配分
の演算で求める。

このコンピュータ２では、自動運転機能、モニタ機能等を有すると共に、試験に必要な各種試験条件の設定も行われる。
自動運転機能には、実走行データから速度、液圧、減速度データの抽出を行ってダイナモメータでの試験可能なパターンで運転制御を実行するが、そのためには、ブレーキ力の抽出や制御出力等がある。この制御出力データには、モータ回転、トルク、液圧、風速の制御出力があって、全ての制御出力データは、実走行データから抽出された或る周期毎のデータを制御盤４及び空調設備５に出力される。

また、モニタ機能は、図３で示すようにモニタウィンド（表示部）１０にバーグラフ表示領域１１、ディジタル値表示領域１２、制御設定波形表示領域１３及び走行コース表示領域１４の４種類の表示領域を有し、この４種類を１枚のウィンド１０に表示する。
バーグラフモニタは、縦軸にディジタル表示項目の順序で計測項目が並び、横軸には計測値レベルが０〜１００％としてスケール表示される。
ディジタルモニタは、例えば７つのグループ枠内に７つの計測項目を表示し、表示する情報は駆動モータ６ａ６ｂ毎の各回転速度やトルク、ブレーキ８ａ，８ｂの各油圧や摩擦係数のように計測項目名称、計測値の現在値及びその単位となり、任意の周期によってディジタル値の更新がなされる。このディジタル値項目のうち、任意項目のものがバーグラフの表示項目に設定されてバーグラフ表示領域１１に表示される。

制御設定波形モニタは、自動運転中に出力されるデータを波形表示するもので、実走行データを変換した速度、風速、トルク、圧力等の複数の制御出力波形を表示することができ、それらは運転状況とリアルタイムにリンクしており、現在出力中のポイントには縦のライン等によるポイント表示１３ａがなされる。
走行コースモニタは、現在自動運転中のコースを表示して、そのコース図上に現在の走行地点がポイント１４ａのように表示される。表示領域１４で表示されるコースは、変換された実走行データをもとに計算し描画されたもので、任意の周期で表示更新される。

コンピュータ２では、走行抵抗及び補助減速成分の設定やエンジンブレーキ力設定が行われる。
走行抵抗及び補助減速成分の設定については、この走行抵抗及び補助減速成分とも車速に対する実数データ入力法又は全面投影面積法により設定する。
図４は走行抵抗設定の画面例を示したもので、コンピュータ表示部の画面左側に車速に対する走行抵抗の表が表示され、その右画面には表に対するグラフが表示される。
図５は補助減速成分の設定画面例を示したもので、走行抵抗設定画面例と同様にコンピュータ表示部の画面左側にエンジン回転数に対する補助減速トルク値の表が表示され、その右画面には表に対するグラフが表示される。
エンジンブレーキ力設定は、計算式（ＡＢＣ法）とマップ入力方式を使って設定する。すなわち、計算式の場合
エンジントルク（Nm）＝Ａ＋ＢＶ＋ＣＶ²
を用いて設定し、マップ入力の場合はエンジン回転とエンジントルク（Nm）を任意の複数組入力する。また、エンジン回転ピッチの変更が可能であることから、任意の回転間隔でエンジンブレーキ力の設定をキーボード等の入力部を介して行なう。

図６（ａ）はテストコース１週分の自動運転の指令データ例を示したもので、実走行データをコンピュータ２において変換した制御出力である。同図（ｂ）はテストコースを示し、Ａ〜Ｉはブレーキングポイントである。すなわち、図６（ａ）における横軸Ａ〜Ｉは図６（ｂ）のブレーキングポイントＡ〜Ｉに対応し、また、線イ，ロはそれぞれ駆動モータ６ａ，６ｂ用の車速＃１（ｋｍ／ｈ），車速＃２（ｋｍ／ｈ）、線ハは補助減速力（Ｎｍ）、線ニ、ホはそれぞれブレーキ供試体８ａ及び８ｂ用の風速＃１（ｍ／ｓ），風速＃２（ｍ／ｓ）、線ヘは走行抵抗（Ｎ）、線トは液圧（ＭＰａ）、線チ、リはそれぞれブレーキ供試体８ａ及び８ｂ用のブレーキトルク＃１（Ｎｍ），＃２（Ｎｍ）である。この運転指令が制御盤４ａ，４ｂに供給されて駆動モータ６ａ，６ｂを制御し、また、空調設備５を介してブレーキ供試体８ａ，８ｂに吹き付ける空気量が制御される。

図７は試験時の操作フローを示したものである。
ステップＳ１で試験装置を起動した後に、テストコースを走行して得た実走行データあるいは任意の設定データの変換が行われたかを判断し（Ｓ２）、未変換時にはＳ３でコンピュータ２の表示部に実走行データ変換設定画面を表示してこの画面上で変換処理を行う。
実走行データが例えば図６（ａ）のような自動運転の出力信号に変換されると、Ｓ４で走行試験ラップファイルが設定されたか否かが判断される。このラップファイルは、テストコースを回る周回毎に変化するブレーキ温度等の条件を設定するもので、コンピュータ表示部の走行試験ラップ設定画面で設定／ファイル登録を行う（Ｓ５）。

ステップＳ６では走行抵抗ファイルは設定済みであるか否かを判断し、未設定時にはＳ７で図４で示すような走行設定画面上で設定／ファイル登録を行う。Ｓ８では補助減速成分設定ファイルは設定済みであるか否かを判断し、未設定時にはＳ９において図５で示す補助減速成分設定画面で設定／ファイル登録を行う。
Ｓ１０ではすべての車両諸元ファイルは設定済みか否かを判断し、未設定時にはＳ１１で車両諸元画面を表示しながら設定／ファイル登録を行う。その他、試験項目や試験設備に必要な項目の設定登録を行った後に、Ｓ１２で試験操作画面を表示させて試験条件ファイルの選択を行なって試験準備完了とする。

準備完了後は、Ｓ１３において試験操作画面からスタートボタンを押すことにより試験を開始してＳ１４より自動運転に入る。この自動運転中に計測データのサンプリングが行なれて時々刻々運転制御・計測部１の記憶部に収集され、所望の試験が終了するとＳ１５で試験完了となる。

本発明の実施形態を示すシステム構成図。 電気慣性の制御ブロック図。 自動運転時のモニタ画面図。 走行抵抗設定画面図。 補助減速成分設定画面図。 自動運転の指令データ例で、（ａ）は制御出力、（ｂ）はコースにおけるブレーキングポイト図。 試験時の操作フロー図。

符号の説明

１…運転制御・計測部
２…コンピュータ
３…計測盤
４…制御盤
５…空調設備
６…駆動モータ
７…トルクメータ
８…ブレーキ供試体
９…排気設備
１０…表示部
１１…バーグラフ表示領域
１２…ディジタル値表示領域
１３…制御設定表示領域
１４…走行コース表示領域

Claims (6)

1. コンピュータを有した運転制御・計測部と、この運転制御・計測部より実走行データを変換したデータを含む制御信号を制御部に出力し、この制御部を介して駆動モータ及びこの駆動モータに連接されたブレーキ供試体を制御しながら試験するブレーキダイナモメータにおいて、
   前記駆動モータとブレーキ供試体はトルクメータを介して連結すると共に、前記制御部に電気慣性制御機能を持たせ、この電気慣性制御機能を有する制御部と駆動モータとを対とした複数組を別設したことを特徴としたブレーキダイナモメータ。
2. 前記制御部と駆動モータの複数組は、車両の左右前輪の組み合わせか前後輪の任意の組み合わせ若しくは４輪用の組み合わせとし、実車相当の試験を行うことを特徴とした請求項１記載のブレーキダイナモメータ。
3. 前記コンピュータの表示部に少なくとも走行コースの表示領域を設け、この走行コースに現在の走行時点をポイント表示したことを特徴とした請求項１又は２記載のブレーキダイナモメータ。
4. 前記コンピュータの表示部には、自動運転中に出力される速度、風速を含む制御出力波形を表示し、この制御出力波形に現在出力をポイント表示したことを特徴とした請求項１又は２記載のブレーキダイナモメータ。
5. 前記コンピュータの表示部には、走行コースの表示領域、自動運転中に出力される速度、風速を含む制御出力波形の表示領域、計測項目名称・現在の計測値を含むディジタル値及びディジタル表示項目をバーグラフで表示する領域を設けたことを特徴とした請求項１又は２記載のブレーキダイナモメータ。
6. 前記ブレーキに空気を吹き付けるための空調設備を設け、前記運転制御・計測部からの制御信号によりこの空調設備を介してブレーキの一次空気を制御することを特徴とした請求項１乃至５記載のブレーキダイナモメータ。