JP2005337925A - 車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置、および、車両走行制御システム作動感度評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の高い悪路走行状態の再現と、実時間スケールによるシミュレーション計算の確保と、の両立を図ることができる車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置を提供すること。悪路走行シミュレーション結果を用い効率的且つ確実にシステム作動感度の適正化を図ることができる車両走行制御システム作動感度評価装置を提供すること。
【解決手段】 車輪回転速度検知手段を有する評価対象の車両走行制御システムのコントロールユニット４に接続し、リアルタイムで計算できる能力を有するリアルタイムシミュレータ２を備えたシミュレーション装置において、前記リアルタイムシミュレータ２は、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいた車輪への外乱入力を車両モデルに加えることで、悪路走行状態を再現した。前記リアルタイムシミュレータ２によるシミュレーションデータと、実際の実車走行時のデータと相関性が検証されているリファレンス用のシミュレーションデータとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価する手段とした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、車両走行制御システムを搭載した車両が段差や砂利路や不整路等のいわゆる悪路を走行する状態をシミュレーションにより再現する車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置、および、悪路走行状態でのシミュレーション結果に基づき車輪回転速度検知手段を有する車両走行制御システムの作動を評価する車両走行制御システム作動感度評価装置に関する。

近年、エレクトロニクスの進歩や社会の安全性・環境に対する要求から、車両制御システムは、加速度的に高機能化、および複雑化が進んでいる。併せて、タイムリーに商品を提供してゆくための開発期間の短縮も課題である。これらを解決する可能性を持った手段として、ＨＩＬＳ（Hardware In the Loop Simulation）があり、評価・検証ツールとして注目されてきている。

ＨＩＬＳとは、評価対象となる制御システムには実物を用い、それ以外の車両要素についてはモデル化し、これらを組み合わせて評価装置を構築することで、実際の制御システムを仮想世界にて評価するツールである。

このツールとしては、例えば、機構解析用シミュレーションソフトウェアに、各種制御システム開発用シミュレーションソフトをアドオンすることで、路面変位に起因する振動や撓み等により発生する車両現象が、制御システムへ与える影響を評価・検証するシミュレーションツール（ソフトウェア）が考えられる（例えば、非特許文献１参照）。
2003.5 MSC.ADAMS Product Catalog

しかしながら、従来技術において、上記ソフトウェアにより構築した車両モデルやシミュレーションパターンを、リアルタイムで計算できる能力を有するシミュレータにダウンロードし、制御システムのコントロールユニットをリアルタイムシミュレータと接続し、ダウンロードしたモデル及びパターンに準じ、計算した結果を実機ＥＣＵ（コントロールユニット）へ入力データとして与え、実際の車両が走る時間スケールでコントロールユニットを動作させ、動作の正しらしさ評価・解析する場合、下記に列挙する問題がある。
(1) 悪路走行時のシステム評価を意図して路面環境モデルを設定した場合、車両モデルに多くの路面環境モデルが加えられることで、大きなサイズのシミュレーションモデルとなり、計算速度不足により、実時間スケール（1msの現象を1msで計算する等）で計算が終わらない。つまり、リアルタイムシミュレータの計算能力上の問題があり、ＨＩＬＳが成り立たない。
(2) 一方、車両モデル等を簡略化し、計算要素を減らすと、実時間スケールによるシミュレーション計算を行うことはできるものの、モデル簡略化によりシミュレーション精度を確保することができず、評価・検証に必要な現象を再現できない。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、精度の高い悪路走行状態の再現と、実時間スケールによるシミュレーション計算の確保と、の両立を図ることができる車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置を提供することを目的とする。また、悪路走行シミュレーション結果を用い効率的且つ確実にシステム作動感度の適正化を図ることができる車両走行制御システム作動感度評価装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置では、車輪回転速度検知手段を有する評価対象の車両走行制御システムのコントロールユニットに接続し、リアルタイムで計算できる能力を有するリアルタイムシミュレータを備えたシミュレーション装置において、
前記リアルタイムシミュレータは、評価対象車両の部品特性をパラメータ化して構築した車両モデルを有し、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいた車輪への外乱入力を前記車両モデルに加えることで、悪路走行状態を再現することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両走行制御システム作動感度評価装置では、実際の実車走行時のデータと相関性が検証されているリファレンス用のシミュレーションデータを予め用意しておき、
前記リアルタイムシミュレータによるシミュレーション結果によるシミュレーションデータと、前記リファレンス用のシミュレーションデータとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価するシステム作動感度評価手段を設けた。

よって、本発明の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置にあっては、リアルタイムシミュレータにおいて、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいた車輪への外乱入力を車両モデルに加えることで、悪路走行状態が再現される。つまり、シミュレーションモデルとして悪路をモデル化した路面環境モデルを用いることなく、悪路走行状態を再現することができるし、加えて、例えば、路面からの入力変位が大きいほど車輪速度の変化幅や変化速度が大きくなるというように、車両モデルに加える車輪への外乱入力を、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいて決めることで、精度良く悪路走行状態を再現することができる。この結果、精度の高い悪路走行状態の再現と、実時間スケールによるシミュレーション計算の確保と、の両立を図ることができる。

本発明の車両走行制御システム作動感度評価装置では、システム作動感度評価手段において、リアルタイムシミュレータによるシミュレーション結果によるシミュレーションデータと、リファレンス用のシミュレーションデータとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度が評価される。ここで、リファレンス用のシミュレーションデータは、実際の実車走行時のデータとの相関性が既に検証されている予め用意された信頼性の高いデータであるため、データ比較によりズレがある場合には、リファレンス用のシミュレーションデータに近づける感度調整方向がシステム作動感度の適正化方向となる。この結果、悪路走行シミュレーション結果を用い効率的且つ確実にシステム作動感度の適正化を図ることができる。

以下、本発明の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置、および、車両走行制御システム作動感度評価装置を実現する実施例１を、図面に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置を示すハードウェア及びソフトウェアの構成図、図２は実施例１の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置で実行される評価処理の流れ概要図である。

この実施例１は、開発支援のため、既に車両に搭載されているVDC/TCS/ABS制御システム（評価対象となる車両走行制御システムの一例）の実物を用い、それ以外の車両要素についてはモデル化し（例えば、評価対象車両のバーチャル車両モデル等）、評価対象となるVDC/TCS/ABS制御システムの搭載を予定している車両を開発予定車両としてリアルタイムシミュレーション（ＲＴＳ）を実施することにより、開発予定車両に既存のVDC/TCS/ABS制御システムを搭載した場合、悪路走行状態における車輪速を入力情報とする制御システム（例えば、ＡＢＳやＴＣＳ）の作動感度の評価を行った例である。

なお、この文章中で用いる「ＶＤＣ」はビークルダイナミクスコントロールシステム（Vehicle Dynamics Control System）の略称であり、「ＴＣＳ」はトラクションコントロールシステム（Traction Control System）の略称であり、「ＡＢＳ」はアンチロックブレーキシステム（Anti-lock Brake System）の略称である。

車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置は、図１に示すように、パーソナルコンピュータ１（システム作動感度評価手段）、リアルタイムシミュレータ２、入出力ボックス３、VDC/TCS/ABSコントロールユニット４、マスタシリンダ５、VDC/TCS/ABSアクチュエータ６、第１ホイールシリンダ７、第２ホイールシリンダ８、第３ホイールシリンダ９、第４ホイールシリンダ１０、ブレーキ踏力発生装置１１、ブースタ１２、第１ホイールシリンダ圧センサ１３、第２ホイールシリンダ圧センサ１４、第３ホイールシリンダ圧センサ１５、第４ホイールシリンダ圧センサ１６、電源３０、リレーボックス３１、を備えている。

前記パーソナルコンピュータ１には、ソフトウェアとして、評価プログラム、バーチャル車両モデル（ＡＣＳＹＳ）、マトラボ／シムリンク（以下、ＭＡＴＬＡＢ／simulink(登録商標)）、ウィンドウズ（登録商標）等が設定されている。

前記評価プログラムは、図２に示すように、悪路走行状態を再現するため、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいた車輪への外乱入力を開発予定車両のバーチャル車両モデルに加えるリアルタイムシミュレーションを実施し、このリアルタイムシミュレーション実施によりデータベースを蓄積し、データベースが必要量蓄積されると、シミュレーションデータマップ（図９(b)参照）が作成され、作成されたシミュレーションデータマップによる車輪速度変動幅△Ｖと車輪速度変動速度ｆについてのシステム作動範囲と、予め設定されているリファレンスマップ（図９(a)参照）による車輪速度変動幅△Ｖと車輪速度変動速度ｆについてのシステム作動範囲との一致性を比較し、一致性が無い場合には、一致性を高める方向にゲイン感度及び周波数感度の調整を行い、調整後の感度によるシミュレーションを実施する作業をシステム作動範囲の一致性が高くなるまで繰り返し行い、システム作動範囲の一致性が高くなると、評価対象の車両走行制御システムの作動感度が適正であると評価するプログラムである。

前記バーチャル車両モデルは、設計検討項目である部品特性をパラメータ化して構築することでリアルタイムに車両動作を再現する車両モデルである。このバーチャル車両モデルは、例えば、操縦安定性・乗り心地の解析評価用に活用している車両モデル（サスペンション・ステアリング・シャシー等を要素モデルとして設定）に対し、車両運動制御システム開発専用に、エンジン・ドライブトレイン・ブレーキ及びタイヤの各要素モデルを追加し、各要素モデルに必要な特性値を入力することで設定される。なお、バーチャル車両モデルは、各要素モデルをスイッチにより選択可能であり、リアルタイムシミュレーションの実施時に必要なモデル（評価対象のVDC/TCS/ABS制御システムの搭載が予定されている複数の開発予定車両モデル）を得るように各要素モデルが切り替えられる。

前記ＭＡＴＬＡＢ／simulinkは、汎用モデリングプログラムであり、車両のモデリングおよび各種環境設定に用いられる。

前記リアルタイムシミュレータ２は、パーソナルコンピュータ１にＰＰＣで動作する形式によりコンパイルされているバーチャル車両モデルをダウンロードし、刻み時間１msによりリアルタイムでシミュレーションを実施する。

前記入出力ボックス３は、VDC/TCS/ABSコントロールユニット４の起動に必要な車輪速、ヨーレイト、横加速度、操舵角の各センサ信号（バーチャル車両モデルを基にリアルタイムシミュレータ２で計算された値）を、D/Aボードを介しアナログ信号として、または、CANボードを介してCAN信号としてVDC/TCS/ABSコントロールユニット４に入力する。なお、実施例１でのブレーキ液圧系は、実ユニットを使用しているため、圧力は圧力センサ値をそのまま入力する。車輪速、ヨーレイト、横加速度、圧力の各センサ値は１ms毎、操舵角センサ値は10ms毎にVDC/TCS/ABSコントロールユニット４に入力される。また、システムが正常に作動しているかどうかは、警告灯が点灯しているか否かで判断する。

前記VDC/TCS/ABSコントロールユニット４は、後述するように実機として搭載されているユニットであって、入出力ボックス３からのセンサ信号を受け、VDC/TCS/ABSアクチュエータ６を駆動制御する。

前記マスタシリンダ５とVDC/TCS/ABSアクチュエータ６と第１ホイールシリンダ７と第２ホイールシリンダ８と第３ホイールシリンダ９と第４ホイールシリンダ１０は、後述するように実機として搭載されている実ブレーキ液圧ユニットである。

前記第１〜第４ホイールシリンダ７，８，９，１０のそれぞれの上流位置には、第１〜第４ホイールシリンダ圧センサ１３，１４，１５，１６が設けられ、それぞれホイールシリンダ圧を検出し、その検出値を入出力ボックス３に送出する。

図３は実車に搭載されたVDC/TCS/ABS制御システムを示す図であり、VDC/TCS/ABSコントロールユニット４、マスタシリンダ５、VDC/TCS/ABSアクチュエータ６、ブースタ１２、右前輪回転センサ１７、左前輪回転センサ１８、右後輪回転センサ１９、左後輪回転センサ２０、圧力センサ２１、ヨーレイト／横Ｇセンサ２２、舵角センサ２３、VDCオフスイッチ２４、VDCオフ表示灯２５、スリップ表示灯２６、ABS警告灯２７、を備えている。

図４はブレーキ液圧制御系を示す図であり、ブレーキペダル２８、ブースタ１２、マスタシリンダ５、VDC/TCS/ABSアクチュエータ６、前輪左ホイールシリンダ７、前輪右ホイールシリンダ８、後輪左ホイールシリンダ９、後輪右ホイールシリンダ１０、を備えている。前記VDC/TCS/ABSアクチュエータ６は、図４に示すように、マスタシリンダ５と各ホイールシリンダ７，８，９，１０との間に装着され、１個のモータ６ａと、１個のポンプ６ｂと、２個のリザーバ６ｃと、２個のインレットバルブ６ｄと、２個のアウトレットバルブ６ｅと、２個のダンパー室６ｆと、４個のアウトレットソレノイドバルブ６ｇと、４個のインレットソレノイドバルブ６ｈと、４個のリターンチェックバルブ６ｉと、２個のフロントVDC切換バルブ６ｊと、２個のチェックバルブ６ｋと、２個のリアVDC切換バルブ６ｍと、２個のチェックバルブ６と、を有する。

このVDC/TCS/ABSアクチュエータ６は、VDC/TCS/ABSコントロールユニット４からの信号により各ソレノイドバルブ６ｇ，６ｈ，６ｊ，６ｍを切り換え、各ホイールシリンダ７，８，９，１０の液圧を制御する。このブレーキ液圧制御は、通常ブレーキモード・保持モード・減圧モード・増圧モードにより行われる。

次に、作用を説明する。
［車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション処理および作動感度評価処理］
図５は実施例１のパーソナルコンピュータ１およびリアルタイムシミュレータ２にて実行される車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション処理および作動感度評価処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１では、作動感度評価処理にてリファレンスとなる車両での悪路シミュレーションマップを準備し、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２では、ステップＳ１での悪路シミュレーションのリファレンスマップの準備に引き続き、バーチャル車両モデルやVDC/TCS/ABSコントロールユニット４の接続等のシミュレーションセットアップを行い、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、ステップＳ２でのシミュレーションセットアップに引き続き、各１輪毎に、車両走行速度別に（例えば、0,20,40,60,80,100,120,150,200km/h）、車輪速度変動幅△Ｖと車輪速度変動速度ｆをパラメータとしてシミュレーションを実施し、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、ステップＳ３での１輪毎、かつ、車両走行速度別によるシミュレーションの実施に引き続き、前輪２輪と後輪２輪毎、かつ、車両走行速度別によるシミュレーションを実施し、ステップＳ５へ移行する。

ステップＳ５では、ステップＳ４での前・後２輪毎、かつ、車両走行速度別によるシミュレーションの実施に引き続き、前後輪の４輪、かつ、車両走行速度別によるシミュレーションを実施し、ステップＳ６へ移行する。

ステップＳ６では、ステップＳ５での４輪、かつ、車両走行速度別によるシミュレーションの実施に引き続き、１輪毎、２輪毎、４輪、かつ、車両走行速度別による全パターンの入力データマップを作成し、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ６での全パターンの入力データマップの作成に引き続き、シミュレーションの実施結果である入力データマップと、ステップＳ１で準備されたリファレンスマップと、の作動範囲の比較を行い、ステップＳ８へ移行する。

ステップＳ８では、ステップＳ７での入力データマップとリファレンスマップとの作動範囲の比較に引き続き、リファレンスマップに対し、システムの作動範囲（車輪速度変動幅△Ｖ及び車輪速度変速速度ｆ）が同じ作動範囲か否かが判断され、YESの場合はステップＳ１７へ移行し、NOの場合はステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９では、ステップＳ８にてシステムの作動範囲が異なるとの判断に基づき、車輪速度変動幅△Ｖ>Ref（リファレンス）、且つ、車輪速度変速速度ｆ>Refであるか否かが判断され、YESの場合にはステップＳ１０へ移行し、NOの場合にはステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１０では、ステップＳ９にてゲイン感度及び周波数感度が高いとの判断に基づき、ゲイン感度及び周波数ピーク域（フィルターで言うゲインとカットオフ周波数に相当）を下げ、ステップＳ３へ戻る。つまり、評価対象となっている車両走行システムのゲイン感度及び周波数ピーク域を変更して再度シミュレーションを実施し、マップの比較による再評価を行う。

ステップＳ１１では、ステップＳ９にて車輪速度変動幅△Ｖ>Ref、且つ、車輪速度変速速度ｆ>Refではないとの判断に基づき、車輪速度変動幅△Ｖ>Ref、且つ、車輪速度変速速度ｆ<Refであるか否かが判断され、YESの場合にはステップＳ１２へ移行し、NOの場合にはステップＳ１３へ移行する。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１にてゲイン感度が高く周波数感度が低いとの判断に基づき、ゲイン感度を下げ周波数ピーク域を上げて、ステップＳ３へ戻る。つまり、評価対象となっている車両走行システムのゲイン感度及び周波数ピーク域を変更して再度シミュレーションを実施し、マップの比較による再評価を行う。

ステップＳ１３では、ステップＳ１１にて車輪速度変動幅△Ｖ>Ref、且つ、車輪速度変速速度ｆ<Refではないとの判断に基づき、車輪速度変動幅△Ｖ<Ref、且つ、車輪速度変速速度ｆ>Refであるか否かが判断され、YESの場合にはステップＳ１４へ移行し、NOの場合にはステップＳ１５へ移行する。

ステップＳ１４では、ステップＳ１３にてゲイン感度が低く周波数感度が高いとの判断に基づき、ゲイン感度を上げ周波数ピーク域を下げ、ステップＳ３へ戻る。つまり、評価対象となっている車両走行システムのゲイン感度及び周波数ピーク域を変更して再度シミュレーションを実施し、マップの比較による再評価を行う。

ステップＳ１５では、ステップＳ１３にて車輪速度変動幅△Ｖ<Ref、且つ、車輪速度変速速度ｆ>Refではないとの判断に基づき、車輪速度変動幅△Ｖ<Ref、且つ、車輪速度変速速度ｆ<Refであると判断し、ステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１６では、ステップＳ１３にてゲイン感度及び周波数感度が低いとの判断に基づき、ゲイン感度及び周波数ピーク域を上げ、ステップＳ３へ戻る。つまり、評価対象となっている車両走行システムのゲイン感度及び周波数ピーク域を変更して再度シミュレーションを実施し、マップの比較による再評価を行う。

ステップＳ１７では、ステップＳ８でのリファレンスマップに対するシステムの作動範囲（車輪速度変動幅△Ｖ及び車輪速度変速速度ｆ）が同じ作動範囲であるとの判断に基づき、車両走行システムのゲイン感度及び周波数ピーク域を変更調整することにより、リファレンスマップとシミュレーションマップとが同一感度となっており、適正化がＯＫとの評価判断を下し、作動感度評価を終える。なお、車両走行システムのゲイン感度及び周波数ピーク域の初期設定値に対するシミュレーションにより、リファレンスマップに対するシステムの作動範囲が同じ作動範囲と判断された場合には、再評価を行うことなくステップＳ１７にて適正化がＯＫとの評価判断が下される。

［悪路走行でのシステム作動評価の必要性］
車両が段差や砂利路や不整路等のいわゆる悪路を走行する場合、路面の凹凸を乗り越える時に、車輪の回転状態が変動する。車輪の回転状態を検知し、車両走行速度（車体速度）等を推定する制御システム（ＡＢＳ，ＴＣＳ，ＶＤＣ，４ＷＤ等）において、この変動は制御システムが認知する車両走行速度や検知した車輪の回転速度を変動させることから、車両走行速度と車輪回転速度の差分により制御作動を開始する制御システムでは、システムが誤作動する要因となる。

例えば、ＡＢＳの場合、車輪速センサからの車輪速情報等に基づいて推定される車両速度を基準とし、車両速度推定値と各車輪速検出値との差が設定しきい値以上の制動スリップ状態にあると、ＡＢＳが作動開始されることになる。よって、例えば、悪路走行時で路面凸部をタイヤが乗り上げるときに車輪速検出値が低くなったり、タイヤの跳ね上がりにより空転気味となって車輪速検出値が高くなったりすると、本来、ＡＢＳの作動状況ではないにもかかわらずＡＢＳが誤作動してしまう。そこで、悪路走行時にＡＢＳが誤作動しないように、車両速度推定値と各車輪速検出値との差に設定しきい値を大きな値とする、つまり、システム作動感度を鈍くすると、悪路走行時におけるＡＢＳの誤作動を防止することができるものの、急制動時や低μ路制動時等で、ＡＢＳの応答の良い作動が求められるときにＡＢＳ作動の応答遅れを生じる。すなわち、システム作動感度（＝許容変動幅）を適正化することは、悪路走行時のＡＢＳ誤作動防止と、急制動時や低μ路制動時等でのＡＢＳの作動応答性の確保と、を両立する上で極めて重要なことになる。

また、ＴＣＳの場合、車輪速センサからの車輪速情報等に基づいて推定される車両速度を基準とし、駆動輪速度検出値と車両速度推定値との差が設定しきい値以上の駆動スリップ状態にあると、ＴＣＳが作動開始されることになる。よって、ＡＢＳの場合と同様に、悪路走行時のＴＣＳ誤作動防止と、発進時や中間加速時等でのＴＣＳの作動応答性の確保と、を両立する上で極めて重要なことになる。

［悪路走行でのシステム作動評価に伴う課題］
上記のように、悪路走行時にシステムが誤作動しないように、システム作動感度（＝車輪許容変動幅）を最適化する手法としては、開発予定車両の実車に制御システムを搭載し、開発予定車両毎に走行実験を繰り返し、検証を行うことでなされていたが、多大な検証工数を要するし、開発予定車両の完成を待ってからの実験となるため、開発期間の長期化を招く。

これに対し、主に最適化と検証を一つの手段で実行する技術として、リアルタイムシミュレーションがある。これは、シミュレーションで計算した結果を実機ＥＣＵへ入力データとして与え、実際の車両が走る時間スケールで評価するシミュレータである。

しかし、大きなシミュレーションモデルでは、計算速度不足により、実時間スケール（1msの現象を1msで計算する等）で計算が終わらないという能力上の問題点がある。システムが複雑になるほど、車両の走行状態・環境が煩雑になるほど、多くの計算要素が必要となり、一方でシステムの最適化及び検証に必要な要素が増えていることから、一つのシミュレーションモデルで全てを評価するにはモデル規模が大きくならざるを得なく、リアルタイムでシミュレーションを行うには、要素単位のモデルを圧縮する技術や置き換える技術がキーとなる。

ただし、制御システムを造り込み・評価する上で、エンジン・トランスミッション・トランスファ・サスペンション等の走行機能を持つ車両モデルは必須であり、車両モデルを縮小することはできない。すなわち、悪路走行時の制御システム用のリアルタイムシミュレーションを実現するには、車両モデルを縮小することなく、シミュレーション（悪路）の再現と、システム機能・性能評価実現とを両立することが課題となる。

［悪路走行状態のシミュレーション作用］
本発明の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置では、上記課題を解決するために、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいた車輪への外乱入力を前記車両モデルに加えることで、悪路走行状態を再現することで、精度の高い悪路走行状態の再現と、実時間スケールによるシミュレーション計算の確保と、の両立を図った。

まず、本発明でのシミュレーション入力の考え方を図６に基づいて説明する。悪路をシミュレートする手段は、路面外乱−車輪回転変動−システム作動感度との相関性により、その特徴から最終的に評価したい作動感度を見極めるためのシミュレーション入力を、下記の特徴的な考え方に基づき、設定した入力条件に従い、システムの作動領域を評価するための評価条件に基づきシステム作動感度を求める。

この図６において、第一象限には、車両速度に対する路面の入力変位違いでの車輪速度変化幅との相関を示したもので、斜線部がシステムが反応するだろう領域となる。第二象限では、発生した車輪速度変化幅により、システムが各種フィルター等を介して認識する車輪速度と、実際の車両速度との相関を示しており、その２つの差が任意の値以上になると斜線部に示されるシステムが作動する領域が存在する。この斜線部が第一象限の斜線に置き換えられ、路面からの凹凸量とシステム作動範囲との相関を導く。

一方で、第四象限では、車両速度に対する路面からの入力間隔の違いによる車輪速度変化速度との相関を示したもので、斜線部がシステムが反応するだろう領域となる。第三象限では、発生した車輪速度変化速度により、システムが各種フィルター等を介して認識する車輪速度と、実際の車両速度との相関を示しており、その２つの差が第二象限路と同じく任意の値以上になると、斜線部に示されるシステムが作動する領域が存在する。この斜線部が第四象限の斜線に置き換えられ、路面からの凹凸スパンとシステム作動範囲との相関を導く。

この図６により、あり得るだろう路面入力と、それを受けたシステムの作動感度との関連を押さえるため、斜線に示す入力をシミュレーションする。シミュレーションは、入力の基準となる車両走行速度毎に、車輪速度変化量と車輪速度変化速度を、車輪回転信号のノイズとして重畳させ、悪路走行状態をシミュレートする。このシミュレーション条件を、さらに１輪のみが車輪速度変動が起きる場合や２輪同時に車輪速度変動が起きる場合や４輪同時に車輪速度変動が起きる場合を想定し、ノイズ重畳する車輪を組み合わせてシミュレートすることにより、システムが検出している実際の走行速度算出機能をも評価可能となる。

次に、車輪回転信号に重畳するノイズの具体的な入力方法について説明する。
リアルタイムシミュレータ２のバーチャル車両モデルに加える車輪への外乱入力は、図７に示すように、車輪速度変動幅△Ｖと車輪速度変動速度ｆ（入力周波数）をパラメータとし、車輪回転信号のノイズとして重畳させた入力ノイズ波形とし、例えば、図８に示す実際の入力波形例（△Ｖ＝4km/h(P-P) ｆ＝12Hz）のように与える。
そして、入力データマップを作成する上で、上記パラメータは下記の通り標記する。
△Ｖ→周波数（但し、ＭＦ(Magic Formula)のタイヤ動半径を衡に計算する）で標記する。
ｆ→周期（時間）で標記する。
車輪速度変動の考え方は、基本的に車速(周波数：20,50,100,200,1000,2000Hz)を踏襲するが、路面形態より現実的な車速で設定する。
入力周波数の考え方は、現有のＭＦデータ（各種Ｚ方向路面）を衡に、現実的な周波数とする。

そして、リアルタイムシミュレータ２のバーチャル車両モデルに加える車輪への外乱入力は、入力するノイズ波形の連続性により、少なくとも単発入力と連続入力とに分け、単発入力から連続入力までの複数の外乱入力パターンを規定した入力とする。実施例１での複数の外乱入力パターンの規定は、図９に示すように、単発から連続（ランダム）までの車輪速度変動幅△Ｖ（縦軸）と、単発入力から連続入力（共振）までの車輪速度変動速度ｆ（横軸）と、を設定した入力データマップにより行っている。この図９の入力データマップにおいて、楕円にて囲んだ部分が、現実的と思われる範囲である。

入力形態は、図１０に示すように、入力するノイズ波形の連続性により、例えば、(1)単発入力と(2)連続入力と(3)不連続入力とに分けている。
(1)単発入力は、段差（突起）やマンホール路やくぼみ路やわだち路等の走行路面で発生し、図１０の右部に示す路面形状イメージとなる。
(2)連続入力は、不整路（波状路、栗石路、砂利路等）による走行路面で発生し、図１０の右部に示す路面形状イメージとなる。
(3)不連続入力は、不整路−良路を繰り返すような走行路面で発生し、図１０の右部に示す路面形状イメージとなる。

また、走行シーンとしては、例えば、図１１に示すように、１輪のみが車輪速度変動が起きる走行シーンとして(1)の片輪入力があり、２輪同時に車輪速度変動が起きる走行シーンとして(2)の前輪入力や(3)の前輪／後輪位相差入力（特に、突起の場合）がある。さらに、４輪同時に車輪速度変動が起きる走行シーンとして砂利路等の不整路走行時の各輪位相差入力がある。

したがって、悪路走行シミュレーション時には、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６へと進む流れとなり、ステップＳ６では、１輪毎の車両走行速度別、２輪毎の車両走行速度別、４輪の車両走行速度別による全パターンの入力データマップが作成される。

［車両走行制御システムの作動感度評価作用］
上記悪路走行シミュレーションをした結果を、車輪速度を変化させる前の車両速度毎にマップ化したものの一例が、図１２(b)に示すシミュレーション結果のマップでなる。この入力データマップを用い、システム作動感度のを評価する。

入力データマップは、横軸が車輪速度変動幅△Ｖであり、縦軸が車輪速度変化速度ｆであり、システム作動感度との相関は、例えば、
・変動幅：大、且つ、周波数：低 → 大きな段差を乗り越えるときのような、低周波の 大入力での感度
・変動幅：小、且つ、周波数：高 → 砂利等を早い速度で通過するような、連続した悪 路での感度

基本的には、ローパスフィルターと同様な概念でシステム感度は成り立ち、低周波でもゲインが大きければノイズはパスされ、周波数ピークを持つバンド帯が有れば、ゲインが小さくてもノイズはパスされることで、そのノイズを受け作動する傾向を持つ。ただし、システム上のフィルタリングは、車両の状態を検出しながらフィルターを切り換えたり、パラメータを換えたりしており、単純なフィルターではないため、入力する車輪の組み合わせを規定し、複雑化する入力に対して、システム感度を評価するリファレンスとして実車走行データと相関がとれているシミュレーション結果のマップ（システムが作動する周波数帯やゲインの補正値が見極められている結果）との比較を行うことで、効率的かつ確実にノイズの影響（含む感度）を判断する。

すなわち、評価対象のシステム作動感度の設定が適正な場合（初期設定の場合も変更調整による設定の場合も含む）、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ６からステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ１７へと進む流れとなり、ステップＳ１７では、適正化のＯＫ判断が出される。

△Ｖ>Ref、且つ、ｆ>Refの場合は、ステップＳ６からステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１０へと進み、ステップＳ１０ではゲイン感度及び周波数ピーク域を下げ、ステップＳ３へ戻り、再評価がなされる。この動作を１回もしくは複数回繰り返すことで、ステップＳ８で作動領域が一致していると判断されると、ステップＳ１７へと進み、適正化のＯＫ判断が出される。例えば、図１２(b)に示すシミュレーション結果のマップの場合、図１２(a)に示すリファレンス車両のマップに比べ、ゲイン感度及び周波数感度が高いため（×の作動領域が大）、ゲイン感度及び周波数ピーク域を下げることで、作動感度が適正化される。

△Ｖ>Ref、且つ、ｆ<Refの場合は、ステップＳ６からステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１１→ステップＳ１２へと進み、ステップＳ１２ではゲイン感度を下げ周波数ピーク域を上げ、ステップＳ３へ戻り、再評価がなされる。この動作を１回もしくは複数回繰り返すことで、ステップＳ８で作動領域が一致していると判断されると、ステップＳ１７へと進み、適正化のＯＫ判断が出される。

△Ｖ<Ref、且つ、ｆ>Refの場合は、ステップＳ６からステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１１→ステップＳ１３→ステップＳ１４へと進み、ステップＳ１４ではゲイン感度を上げ周波数ピーク域を下げ、ステップＳ３へ戻り、再評価がなされる。この動作を１回もしくは複数回繰り返すことで、ステップＳ８で作動領域が一致していると判断されると、ステップＳ１７へと進み、適正化のＯＫ判断が出される。

△Ｖ<Ref、且つ、ｆ<Refの場合は、ステップＳ６からステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１１→ステップＳ１３→ステップＳ１５→ステップＳ１６へと進み、ステップＳ１６ではゲイン感度及び周波数ピーク域を上げ、ステップＳ３へ戻り、再評価がなされる。この動作を１回もしくは複数回繰り返すことで、ステップＳ８で作動領域が一致していると判断されると、ステップＳ１７へと進み、適正化のＯＫ判断が出される。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 車輪回転速度検知手段を有する評価対象の車両走行制御システムのコントロールユニット４に接続し、リアルタイムで計算できる能力を有するリアルタイムシミュレータ２を備えたシミュレーション装置において、前記リアルタイムシミュレータ２は、評価対象車両の部品特性をパラメータ化して構築した車両モデルを有し、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいた車輪への外乱入力を前記車両モデルに加えることで、悪路走行状態を再現するため、精度の高い悪路走行状態の再現と、実時間スケールによるシミュレーション計算の確保と、の両立を図ることができる。

(2) 前記リアルタイムシミュレータ２の車両モデルに加える車輪への外乱入力は、車輪速度変動幅△Ｖと車輪速度変動速度ｆをパラメータとし、車輪回転信号のノイズとして重畳させた入力ノイズ波形であるため、路面環境モデルを有さずに精度の高い悪路走行状態の再現ことができる。

(3) 前記リアルタイムシミュレータ２の車両モデルに加える車輪への外乱入力は、入力するノイズ波形の連続性により、少なくとも単発入力と連続入力とに分け、単発入力から連続入力までの複数の外乱入力パターンを規定した入力とするため、段差やマンホール路やくぼみ路やわだち路や不整路（波状路や栗石路や砂利路等）等の悪路走行として実際に遭遇する走行路面状況を再現することができる。

(4) 前記リアルタイムシミュレータの車両モデルに加える車輪への外乱入力は、単発入力から連続入力までの車輪速度変動幅と、単発入力から連続入力までの車輪速度変動速度と、を縦軸と横軸に設定した入力データマップを用いた入力とするため、悪路走行として現実的にあり得る走行状況を確実に含む入力条件が設定された入力データマップを用いながら悪路走行状態を再現することができる。

実施例１の車両走行制御システム作動感度評価装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(5) 実際の実車走行時のデータと相関性が検証されているリファレンス用のシミュレーションデータを予め用意しておき、前記リアルタイムシミュレータ２によるシミュレーション結果によるシミュレーションデータと、前記リファレンス用のシミュレーションデータとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価するシステム作動感度評価手段を設けたため、悪路走行シミュレーション結果を用い効率的且つ確実にシステム作動感度の適正化を図ることができる。

(6) 前記リアルタイムシミュレータ２は、悪路走行シーンとして想定されるパターンでのデータを得る入力データマップを用いたシミュレーションを実施し、前記シミュレーションデータは、前記リアルタイムシミュレータ２によるシミュレーションを実施結果であるシステム作動・非作動のデータを入力データマップに書き込んで作成したシミュレーションデータマップであり、前記リファレンス用のシミュレーションデータは、入力データマップに予め作動・非作動のデータを書き込んでおいたリファレンスマップであり、前記システム作動感度評価手段は、シミュレーションデータマップとリファレンスマップとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価するため、信頼性の高い悪路走行シミュレーション結果を用い、精度良くシステム作動感度の適正化を図ることができる。

(7) 前記リアルタイムシミュレータ２は、ドライバー操作情報として複数の車両走行速度を設定し、設定した各車両走行速度毎にリアルタイムシミュレーションを実施し、前記システム作動感度評価手段は、前記リアルタイムシミュレータ２によるシミュレーション実施結果のシミュレーションデータマップと、リファレンスマップとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価するため、路面外乱−車輪回転変動−システム作動感度との相関性に影響する車両走行速度と関連させながら、精度良くシステム作動感度の適正化を図ることができる。

(8) 前記システム作動感度評価手段は、前記シミュレーションデータマップの車輪速度変動幅と車輪速度変動速度についてのシステム作動範囲と、リファレンスマップの車輪速度変動幅と車輪速度変動速度についてのシステム作動範囲と、の一致性を比較し、一致性が無い場合には、一致性を高める方向に評価対象の車両走行制御システムのゲイン感度及び周波数感度の調整を行い、調整後の感度によるシミュレーションを実施する作業をシステム作動範囲の一致性が高くなるまで繰り返し行い、システム作動範囲の一致性が高くなると、評価対象の車両走行制御システムの作動感度が適正であると評価するため、単なるシステム作動感度の評価にとどまらず、システム作動感度評価処理を繰り返すことで、開発予定車両に搭載される車両走行制御システムの適正な作動感度を自動的に得ることができる。

以上、本発明の車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置および車両走行制御システム作動感度評価装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、リファレンス用のシミュレーションデータを予め用意しておく例を示したが、リファレンス用のシミュレーションデータを、既に実績があるVDC/TCS/ABS制御システムと既存の車両モデルとのシミュレーションの実施により得るようにしても良い。

本発明の実施例１では、車両走行制御システムとして、VDC/TCS/ABS制御システムの例を示したが、他に前後輪の車輪速差等により駆動力配分を制御する４ＷＤシステム等、車輪速センサからの車輪速情報を入力情報に含む車載の様々な車両走行制御システムに適用することができる。

また、実施例１では、開発予定車両に既存のVDC/TCS/ABS制御システムを搭載する開発プロセスで用いる車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置および車両走行制御システム作動感度評価装置の例を示したが、開発予定車両に新規開発の車両走行制御システムを搭載する開発プロセスで用いる評価装置としても適用することができるし、既存車両に新規開発の車両走行制御システムを搭載する開発プロセスで用いる評価装置としても適用することができる。

実施例１の車両走行制御システム作動感度評価装置を示す全体システム図である。 実施例１の車両走行制御システム作動感度評価装置での処理流れの概要を示す図である。 実車に搭載されたビークルダイナミクスコントロールシステムを示す図である。 実車に搭載されたビークルダイナミクスコントロールシステムのブレーキ液圧系を示す図である。 実施例１のパーソナルコンピュータおよびリアルタイムシミュレータにて実行される車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション処理および作動感度評価処理の流れを示すフローチャートである。 本発明でのシミュレーション入力の考え方を説明するための路面外乱−車輪回転変動−システム作動感度の相関特性図である。 実施例１での悪路走行を模擬する入力条件のパラメータを説明する図である。 実施例１での悪路走行を模擬する入力ノイズ波形例を示す図である。 実施例１での悪路走行を模擬する入力データマップを示す図である。 実施例１での悪路走行における入力形態と走行路面と路面形状イメージとを示す図である。 実施例１での悪路走行における走行シーンの例を示す図である。 実施例１でのシステム作動感度を評価する場合に用いる比較のためのリファレンス車両のマップとシミュレーション結果のマップとの一例を示す図である。

符号の説明

１ パーソナルコンピュータ
２ リアルタイムシミュレータ
３ 入出力ボックス
４ VDC/TCS/ABSコントロールユニット
５ マスタシリンダ
６ VDC/TCS/ABSアクチュエータ
７ 第１ホイールシリンダ
８ 第２ホイールシリンダ
９ 第３ホイールシリンダ
１０ 第４ホイールシリンダ
１１ ブレーキ踏力発生装置
１２ ブースタ
１３ 第１ホイールシリンダ圧センサ
１４ 第２ホイールシリンダ圧センサ
１５ 第３ホイールシリンダ圧センサ
１６ 第４ホイールシリンダ圧センサ

Claims (8)

1. 車輪回転速度検知手段を有する評価対象の車両走行制御システムのコントロールユニットに接続し、リアルタイムで計算できる能力を有するリアルタイムシミュレータを備えたシミュレーション装置において、
   前記リアルタイムシミュレータは、評価対象車両の部品特性をパラメータ化して構築した車両モデルを有し、路面外乱と車輪回転変動との相関性に基づいた車輪への外乱入力を前記車両モデルに加えることで、悪路走行状態を再現することを特徴とする車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置。
2. 請求項１に記載された車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置において、
   前記リアルタイムシミュレータの車両モデルに加える車輪への外乱入力は、車輪速度変動幅と車輪速度変動速度をパラメータとし、車輪回転信号のノイズとして重畳させた入力ノイズ波形であることを特徴とする車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置。
3. 請求項２に記載された車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置において、
   前記リアルタイムシミュレータの車両モデルに加える車輪への外乱入力は、入力するノイズ波形の連続性により、少なくとも単発入力と連続入力とに分け、単発入力から連続入力までの複数の外乱入力パターンを規定した入力とすることを特徴とする車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置。
4. 請求項２，３の何れか１項に記載された車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置において、
   前記リアルタイムシミュレータの車両モデルに加える車輪への外乱入力は、単発入力から連続入力までの車輪速度変動幅と、単発入力から連続入力までの車輪速度変動速度と、を縦軸と横軸に設定した入力データマップを用いた入力とすることを特徴とする車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載された車両走行制御システムの悪路走行シミュレーション装置において、
   実際の実車走行時のデータと相関性が検証されているリファレンス用のシミュレーションデータを予め用意しておき、
   前記リアルタイムシミュレータによるシミュレーション結果によるシミュレーションデータと、前記リファレンス用のシミュレーションデータとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価するシステム作動感度評価手段を設けたことを特徴とする車両走行制御システム作動感度評価装置。
6. 請求項５に記載された車両走行制御システム作動感度評価装置において、
   前記リアルタイムシミュレータは、悪路走行シーンとして想定されるパターンでのデータを得る入力データマップを用いたシミュレーションを実施し、
   前記シミュレーションデータは、前記リアルタイムシミュレータによるシミュレーションを実施結果であるシステム作動・非作動のデータを入力データマップに書き込んで作成したシミュレーションデータマップであり、
   前記リファレンス用のシミュレーションデータは、入力データマップに予め作動・非作動のデータを書き込んでおいたリファレンスマップであり、
   前記システム作動感度評価手段は、シミュレーションデータマップとリファレンスマップとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価することを特徴とする車両走行制御システム作動感度評価装置。
7. 請求項６に記載された車両走行制御システム作動感度評価装置において、
   前記リアルタイムシミュレータは、ドライバー操作情報として複数の車両走行速度を設定し、設定した各車両走行速度毎にリアルタイムシミュレーションを実施し、
   前記システム作動感度評価手段は、前記リアルタイムシミュレータによるシミュレーション実施結果のシミュレーションデータマップと、リファレンスマップとを比較することで、評価対象の車両走行制御システムの作動感度を評価することを特徴とする車両走行制御システム作動感度評価装置。
8. 請求項６，７の何れか１項に記載された車両走行制御システム作動感度評価装置において、
   前記システム作動感度評価手段は、前記シミュレーションデータマップの車輪速度変動幅と車輪速度変動速度についてのシステム作動範囲と、リファレンスマップの車輪速度変動幅と車輪速度変動速度についてのシステム作動範囲と、の一致性を比較し、一致性が無い場合には、一致性を高める方向に評価対象の車両走行制御システムのゲイン感度及び周波数感度の調整を行い、調整後の感度によるシミュレーションを実施する作業をシステム作動範囲の一致性が高くなるまで繰り返し行い、システム作動範囲の一致性が高くなると、評価対象の車両走行制御システムの作動感度が適正であると評価することを特徴とする車両走行制御システム作動感度評価装置。
   

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