JP2005525549A - ６軸道路シミュレーター試験システム - Google Patents

Abstract

６軸道路シミュレーター試験システムが開示されており、これは、開発または製造試験条件に関して制御された環境内で路面上での車両の動力学的シミュレーションを可能にする。本システムは、道路プロファイルシミュレーションに基づき、車両のホイールのそれぞれに６軸までの変位を与えながら、車両のホールを回転させるか、またはホイールの回転に抵抗を加える。

Description

本発明は車両試験シミュレーターに関し、さらに詳しくは陸上車両(land vehicle)用の平坦道路シミュレーターに関する。

これまで、自動車試験において有効な道路プロファイルをシミュレートするための手法は、通常、スピンドル連結道路シミュレーターに頼るものであった。スピンドル連結道路シミュレーターは、通常、有効な道路プロファイルを体現するため複数の基準座標系内で表面が平坦な道路面を規定する。これらシミュレーターでは、しばしば、加振機および垂直アクチュエータが車両のスピンドルに直接つながる。スピンドルは道路をシミュレートするため所定の動作範囲を超えて激しく動かされる。スピンドル連結アクチュエータは車両動力学に関するタイヤ載荷の影響を無視するので、それらは、ある運転条件のシミュレーションについて有効でないことがよくある。

一般に使用される他の車両試験装置は、タイヤと接するように移動可能な、連結式の走行する平坦ベルトプラットフォームを具備し、平坦なタイヤ接触面は、効果的な道路プロファイルを体現するための基準座標系を規定する。道路条件をシミュレートするために垂直方向に作用力を加えることは公知である。しかしながら、こうした垂直力の使用は、極端な運転条件を完全にはシミュレートしない。

上記システムは車両シミュレーション技術をかなり進歩させたが、上記問題点を解決するにはさらなる進歩が必要である。

６軸道路シミュレーター試験システムが開示されており、これは、開発または製造試験条件に関して制御された環境内で路面上での車両の動力学的シミュレーションを可能にする。本システムは、道路プロファイルシミュレーションまたはユーザーに基づき、車両のホイールのそれぞれに６軸までの変位を与えながら、車両のホールを回転させるか、またはホイールの回転に抵抗を加える。

本発明のさらなる適用範囲は、以下に述べる詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および具体的実施例は本発明の好ましい実施形態を示してはいるが、それは例証のみを目的とするものであって、本発明の範囲を制限することを意図してはいないことを理解すべきである。

詳細な説明および添付図面から本発明はさらに完全に理解されるであろう。

好ましい実施形態に関する以下の説明は、事実上、代表例に過ぎず、本発明、その応用または用途を限定することは少しも意図していない。図１には、本発明の一実施形態による道路シミュレーター５０の斜視図が示される。道路シミュレーター５０は、車両のタイヤに道路のシミュレーションを入力することにより、車両に関して道路をシミュレートするよう構成されている。本システムによって提供される試験は、車両動力学(vehicle dynamics)、ＮＶＨ（ノイズ、振動、およびハンドリング）、剛性、車両およびサスペンションの固有振動数などを含むことができるが、これらに限定されるものではない。製造試験は、車両の推進(driving)機能および／または制動機能のライン終端(end-of-line)試験を含むことができる。

これらシミュレーションは、四つの別個に制御されるアクチュエータ（タイヤ１本当たり一つ必要）を使用することで達成される。各アクチュエータは、車両のタイヤ速度および６軸変位によりタイヤの変位を変更するため、別個の閉ループ制御装置を使用するよう構成されている。必要とあれば、たとえば個々のアクスルまたはサスペンションアセンブリのような車両のサブアセンブリを試験するために、単一の道路シミュレーターを使用できる。

全ての変位および速度駆動機構はアクチュエータに一体化されている。道路をシミュレートした入力信号はコンピューターにより生成することができ、あるいは試験道路を走行する標本(exemplary)車両内部からの加速度データから採ることができる。このデータの例としては、車両内部からのデータ、サスペンションデータ、タイヤデータなどを含む。上記入力データはいずれも、数学的に実際の道路プロファイルと相互関連させられる。

別個のアクチュエータのそれぞれは、静粛動作のため、関係付けられた水冷式駆動モーター５２を有する。これは、フレキシブルカップリング５４によって駆動シャフトに接続されている。フレキシブルカップリング５４は、モーター５２が本システムのベース５６に搭載されることを可能にする。一方、アクチュエータは支持部材によって懸架される。さらに各アクチュエータは、車両のタイヤを駆動するか、あるいはその回転に抵抗するための被駆動ベルト５８を有する。被駆動ベルト５９は（ここで詳述するように）、四つのドラム６０、およびベルト５８のホイール接触面の真下に配置された流体式(hydrodynamic)支持面６２によって支持されている。ドラムおよびベルトは、スチールまたは強化ポリマーなどのいくつかの他の素材から構成できる。

図２は、本発明の内容による単一の道路シミュレーターアクチュエータ５０の斜視図である。道路シミュレーター５０は、６個までの変位軸と共に、車両タイヤ速度の閉ループ制御装置を含む。これらフィードバック制御装置は、システム制御装置に組み込むことができ、また個々のアクチュエータに直接組み込むことができる。本試験システムは、電気／電子機器、データ取得システム、およびソフトウエアを備えた制御装置を使用する。この制御装置は、たとえばイーサネット（登録商標）のような代表的ネットワーク手段を用いてアクセス可能であり、しかもアクチュエータ個々を別個に制御するよう機能する。

制御装置６１は、被駆動ベルトおよび／または車両のホイールの速度を計測するためセンサーを利用する。ホイールまたはベルトの回転速度の計測には、たとえば磁気拘束(magnetorestrictive)式、光学式、磁気式、および容量式センサーのようなセンサーを使用できることが予見される。さらに、利用可能な場合、本システムは、試験車両のアンチロック制動システムまたはトラクション制御システムからのデータを、ホイール速度を計測するのに利用できる。

各道路シミュレーターアクチュエータ５０は、５０ｋｇを超える支持能力を持つ。車両が乗用車またはトラックである場合、道路シミュレーターアクチュエータは１５００ＫＧを超える支持能力を持つことができる。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って＋５０ｍｍよりも大きな変位を提供できることに加え、各アクチュエータは、５度よりも大きな角度変位（ＲＸ軸、ＲＹ軸、およびＲＺ軸）を提供することができる。図２２から最もよくわかるように、道路シミュレーターアクチュエータ５０に組み込まれた複数の液圧式アクチュエータ６４は、道路シミュレーターアクチュエータの支持能力の約２５ＨＺに達する振動数で３５Ｇの加速度を付与することができる。

車両が乗用車またはトラックである場合、道路シミュレーターアクチュエータのベルトは４００ｍｍ幅のスチールであり、これは、約７０００Ｎまでの牽引力を車両のホイールに加えることができ、しかも約１８０ＫＰＨまでの路上速度をシミュレートすることができる。制御装置に組み込まれたソフトウエアは、各コーナーユニットの長さに沿って、かつコーナーユニット上のどこででも、タイヤ中心線のプログラミングを可能にする。

各道路シミュレーターアクチュエータ５０は約２５０ＫＧの重さを量る。各道路シミュレーターアクチュエータに設けられているのは、液圧式（自動式）または手動式ベルト張力調節装置６６である。このシステムは、たとえば車重または車両速度のような可変車両パラメーターに依存して、ベルト張力の自動調節を可能にする。さらにそれは、ベルトの迅速な取り外しを可能にする。アキュムレータを含む関係付けられた液圧式システム（図示せず）は、各道路シミュレーターアクチュエータのベースに組み込まれている。

図３は、図２に示す道路シミュレーターによって与えられる６自由軸の定義を示す。

図４ないし図６には、本発明の内容による道路シミュレーターアクチュエータの前部および上面斜視図を示す。アクチュエータは、概して、上面、側面、前面および背面を有する台形構造体である。上面に組み込まれているのがスチールベルトである。前面に示されているのは、内部ドラムおよび支持面用の支持構造体であり、これはスチールベルトを支持する。さらに、前面に示されているのはベルトテンション機構である。ベルトテンションシステムはアクチュエータを備え、これがベルトを支持する支持面に力を加える。ベルトに作用する張力は、液圧式または空気圧式自動ベルトテンショナー６６を用いて、制御装置によって自動的に調節可能である。

図７ないし図９は、図２に示すアクチュエータの後部斜視図である。道路シミュレーターアクチュエータは、サスペンションバーによってベース上に懸架された状態で示されている。このサスペンションバーは、アクチュエータをベース上に保持するよう機能しながらアクチュエータが浮動するのを可能にする。サスペンションバーと被駆動ベルトとの間には、多数の液圧式アクチュエータが配置されている。図７に最もよく示すように、駆動シャフトはアクチュエータに配置された駆動フレームに接続されている。駆動シャフトはさらに、フレキシブルカップリングを介して駆動モーターに接続されている。

図１０はアクチュエータの上面図である。図示されているのは連続したループベルト５８であり、これは、タイヤから見て、路面をシミュレートするよう機能する。さらに、試験条件がそれを要するのであれば、ベルトはタイヤに抗力を付与できるよう構成される。ベルトは金属素材、例えば織物状スチールまたはシート状スチールから形成でき、あるいは合成素材から製造できることが予見される。さらに、ベルトは３次元面を持つことができ、これはタイヤの面と相互作用する。この面が砂利道または一続きの凹凸区間(rumble strips)を模すことができることが予見される。

図１１ないし図１４はシミュレーターの内部図である。図示されているのは二つの支持ドラム６０であり、これはベルト５８を支持する役割を果たす。二つのさらなるドラム６０’は図示されていない。第１のさらなるドラムはベルトを支持する役割を果たし、一方、第２のさらなるドラムは駆動ドラムである。駆動ドラムは、駆動シャフトを介してフレキシブルカップリング５４に接続される。さらに、液圧式アクチュエータ６４が図示されており、これは、支持アーム７０と道路シミュレーターアクチュエータとの間に配置されている。これら液圧式アクチュエータ６４は、道路シミュレーターアクチュエータの流体式支持面６２を介して力を加えることにより、車両のタイヤに力を加える役割を果たす。

図１１は道路シミュレーターアクチュエータの前面透視内部図である。図示されているのは自動ベルトテンショナー６６であり、これは一つの支持ドラム６０に力を加える。自動ベルトテンショナー６６は、被駆動ベルトの張力を自動的に調節するよう機能する。ベルトテンショナー６６は、その上、駆動ベルトの支持ドラムからの分離を可能にするよう構成されている。

図１５、図１６、および図２２はアクチュエータのサスペンションアーム７０を示す。このサスペンションアームは、道路シミュレーターアクチュエータ５０を支持する役割を果たし、かつ制御およびフィードバック信号用の管路として機能する。さらに、液圧流体および空気圧流体は、道路シミュレーターアクチュエータのベース内の液圧式アキュムレータから供給可能である。

図１７は制御装置に接続された遠隔操作デバイスを示す。

本発明の説明は、事実上、例証に過ぎず、したがって本発明の要旨から逸脱しない変形が本発明の範囲内にあることを意図している。そうした変形を、本発明の精神および範囲からの逸脱と見なすべきではない。

本発明の一実施形態による道路シミュレーターの斜視図である。 本発明の内容による単一の道路シミュレーターアクチュエータの斜視図である。 図２に示す道路シミュレーターによってもたらされる６自由軸の定義を示す図である。 図２に示すアクチュエータの前部斜視図である。 図２に示すアクチュエータの上面斜視図である。 図２のアクチュエータに接続された制御コンソールの図である。 図２に示すアクチュエータの後部斜視図である。 図２に示すアクチュエータの後部斜視図である。 図２に示すアクチュエータの後部斜視図である。 図２に示すアクチュエータの上面図である。 図２に示すシミュレーターの内部図である。 閉ループ制御装置を備えた液圧式アクチュエータの拡大図である。 閉ループ制御装置を備えた液圧式アクチュエータの拡大図である。 閉ループ制御装置を備えた液圧式アクチュエータの拡大図である。 サスペンションアームの図である。 サスペンションアームの図である。 制御装置に接続された遠隔操作デバイスの図である。 本発明の内容によるシステムの後部斜視図である。 図１８に示すシステムの側面図である。 図１８に示すシステムの上面図である。 本発明の内容によるシミュレーターの上部構造体を示す図である。 本発明の内容による基礎構造体を示す図である。 図１８に示すシミュレーターの後部斜視図である。 図１８に示すシミュレーターの後部斜視図である。 図１８に示すシミュレーターの後部斜視図である。 図１８に示すシミュレーターの後部斜視図である。 アクチュエータ上部構造体の背面図である。

符号の説明

５０ 道路シミュレーター
５２ 水冷式駆動モーター
５４ カップリング
５６ ベース
５８ ベルト
６０ ドラム
６１ 制御装置
６２ 流体式支持面
６４ 液圧式アクチュエータ
６６ ベルト張力調節装置
７０ 支持アーム

Claims (18)

1. 車両をその上に受けるよう構成されたシミュレーターで、自動車の路上試験をシミュレートするためのシステムであって、
   路面上を運転される情報源車両からの所望の応答を表すデータ一式を蓄積するための電子メモリーと、
   少なくとも一つの道路シミュレーターアクチュエータと、を具備し、
   前記道路シミュレーターアクチュエータは、前記車両のホイールを駆動するよう構成された被駆動ベルトを有すると共に、前記データに応じて前記ベルトに６軸力まで加えることができる複数の液圧式アクチュエータをさらに有することを特徴とするシステム。
2. 前記車両の重量の少なくとも１／４を支持するよう構成されたベースをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記道路シミュレーターアクチュエータは、車両動力学、ノイズ、振動、ハンドリング、剛性、車両およびサスペンションの固有振動数の少なくとも一つを制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記車両のタイヤ速度、および６軸までの変位によりタイヤの変位を変更するための閉ループ制御装置をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. コンピューターが作り出した道路をシミュレートする入力信号をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 試験道路を走行する標本車両内部からの加速度データから取り出される前記道路をシミュレートする入力信号をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記入力信号は実際の道路プロファイルと数学的に関連させられることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
8. 前記道路シミュレーターアクチュエータは関連付けられた水冷式駆動モーターを有し、この水冷式駆動モーターはフレキシブルカップリングによって駆動シャフトに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 前記フレキシブルカップルは、前記モーターが前記道路シミュレーターアクチュエータのベースへ搭載されることを可能にし、一方、前記アクチュエータは支持部材で支持されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 各アクチュエータは、前記車両のタイヤを駆動しかつ前記車両のタイヤの回転に抵抗する被駆動スチールベルトを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
11. 各４００ｍｍ幅スチールベルトは、車両のホイールに約７０００Ｎまでの牽引力を与えることができ、かつ約１８０ＫＰＨまでの路上速度をシミュレートすることができることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
12. 前記被駆動ベルトは四つのドラムによって支持されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 前記道路シミュレーターアクチュエータは約１５００ＫＧまでの支持能力を有し、かつ前記道路シミュレーターアクチュエータは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って＋５０ｍｍよりも大きな変位を提供するよう構成され、前記道路シミュレーターアクチュエータは５度よりも大きな角度変位を提供することができることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
14. 前記液圧式アクチュエータは、約２５ｈｚに達する振動数で、３５Ｇの加速度を提供することができることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
15. 前記液圧式アクチュエータは、前記支持アームと道路シミュレーターアクチュエータの流体式支持面との間に配置されており、かつ前記液圧式アクチュエータは、前記道路シミュレーターアクチュエータの内面を介して力を加えることにより、前記車両のタイヤに力を与えるよう作用することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
16. 前記自動ベルトテンショナーは少なくとも一つの支持ドラムに力を加え、かつ前記自動ベルトテンショナーは前記被駆動ベルトの張力を、ベルト速度、ベルト張力あるいはホイール速度の少なくとも一つの関数として自動調節するよう作用することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 車両をその上に受けるよう構成されたシミュレーターで、自動車の路上試験をシミュレートするためのシステムであって、
    路面上を運転される情報源車両からの所望の応答を表すデータ一式を蓄積するための電子メモリーと、
    複数の道路シミュレーターアクチュエータと、を具備し、
    各道路シミュレーターアクチュエータは、前記車両のホイールを駆動するよう構成された被駆動ベルトを有すると共に、前記データに応じて前記ホイールに６軸力まで加えることができる複数のアクチュエータをさらに有することを特徴とするシステム。
18. 前記車両のタイヤ速度を変更し、かつ６軸までの変位によって前記タイヤの変位を変更するよう構成された制御装置をさらに具備することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
    
    

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