JP2009536737A - 動的車両耐久性試験およびシミュレーション - Google Patents

Abstract

試験用ユニットの特性を判定するための統合試験およびシミュレーションを提供する動的車両試験機。試験用ユニットで発生する変化は、試験用ユニットに適用される試験条件を生成する際に、動的に取得され、考慮され、組み込まれる。加えて、耐久性試験は、試験用物理的試料をその試料のリアルタイムモデルと比較する、そのような技法を使用して行われる。上記試験機は、試験条件を該サブシステムの少なくとも一部に適用するように構成される少なくとも１つの試験リグアクチュエータと、該サブシステムの一部に関する信号を収集するように構成される少なくとも１つのセンサと、データを処理するためのデータプロセッサを含むデータ処理システムと、機械実行可能命令および該サブシステムの一部を含まない該車両を表すシミュレーションモデルに関するデータを保存するように構成されるデータ記憶装置とを備え得る。

Description

本願は、概して、車両耐久性試験および評価に関し、さらに具体的には、試験条件を適用し、車両部品の耐久性特性を判定する際に、試験用車両の経時的変化を考慮する、統合および動的試験方法に関する。

自動車産業では、車両および／またはその構成要素またはサブシステムの特性、設計、および耐久性を評価および検証するために、実験室シミュレーションおよび軌道試験が広く使用される。しかし、軌道試験あるいは従来のシミュレーションには欠点がある。軌道試験は、通常、時間がかかって高価である。場合によっては、車両の１つ以上のサブシステムと車両自体との間の相互作用を判定するために、新規車両の最終決定設計が利用不可能である場合があるため、軌道試験は実用的でなく、または不可能でさえある。

ハードウェアインザループ（ＨＩＬ）と呼ばれる一種のシミュレーショは、車両と回路プロトタイプとの間の相互作用をシミュレートして回路の設計を評価するために、ソフトウェアアルゴリズムおよび数学的車両モデルを使用する。従来のＨＩＬシミュレーションは、軌道試験ほど高価ではないものの、試験用回路と車両モデルとの間の電子気信号を評価するのみであるが、実際の力および運動の存在下で、電子、ソフトウェア、および機械構成要素の組み合わせを集合的に試験しない。

これらの従来技法の１つの短所は、サブシステムに加えられる実際の負荷および変位が車両に依存することである。よって、比較的完全な車両（または同様の車両）が、耐久性試験に使用される負荷時間履歴（つまり、試験条件）を収集するために必要とされる。そのような車両は、特に設計過程の早期では、利用可能ではない場合が多い。さらに、耐久性試験では、試験条件は、指定の反復数で、または構成要素あるいはサブシステムの故障まで、構成要素またはサブシステムに適用される。耐久性試験は、試験用構成要素またはサブシステムの特性が試験過程の間に不変のままであると仮定するため、試験条件および車両モデルは変化しない。しかし、実際には、耐久性試験用構成要素の特性は、経時的に変化し、次に、車両モデルおよび試験パラメータまたは試験条件に影響する。例えば、負荷履歴が反復して適用されると、試験用車両サスペンションは変化してもよい。道路では、これは、車両および道路とのその変化する相互作用のため、サスペンションに加えられる実際の負荷も変化することを意味する。シミュレーションが試験パラメータまたは条件の変化を考慮しなければ、試験結果は信頼できなくなる。

種々の異なる車両におけるメカトロニクスとしても知られる電気機械システムの広がりも、近年増加している。エンジンおよび変速機だけのものではなく、今ではメカトロニックシステムは、ダンパ、ステアリングシステム、スウェイバ、ならびにその他の車両システムに利用可能である。メカトロニクス用途の幅および技術能力が増加するにつれて、設計、較正、およびトラブルシューティングの課題も増加する。

したがって、電子、ソフトウェア、および機械構成要素の組み合わせを集合的に評価するための統合車両シミュレーションおよび試験を提供する必要性がある。さらに、試験用構成要素の特性の変化に動的に対処する車両モデルを提供する必要性がある。

本開示は、上記の必要性のうちの一部または全部に対処する車両シミュレーションの実施形態を説明する。したがって、本発明の一側面は、車両のサブシステムの耐久性特性を試験する方法に関する。この方法に従って、サブシステムの構成要素を除く第１のモデルが実行され、サブシステムの構成要素を含む第２のモデルが実行される。構成要素に関する第１のモデルの出力は、試験リグへの第１の入力および第２のモデルへの第２の入力として提供される。次に、構成要素の物理的試料を含む試験リグは、第１の入力を物理的試料に適用するように操作される。第１の入力の適用に起因する物理的試料の第１の応答が検出され、第２の入力の適用に起因する第２のモデルの第２の応答が検出される。

本発明の別の側面は、車両のサブシステムの耐久性を試験するための試験機に関する。この試験機は、試験条件をサブシステムの少なくとも一部に適用するように構成される少なくとも１つの試験リグアクチュエータと、サブシステムの一部に関する信号を収集するように構成される少なくとも１つのセンサと、データ処理システムとを含む。該システムは、機械実行可能命令およびサブシステムの一部を含まない車両を表すシミュレーションモデルに関するデータを保存するように構成される。データプロセッサによって実行されると、これらの命令は、システムを制御して、ａ）シミュレーションモデルを使用して試験信号を生成するステップと、ｂ）試験信号に基づいて試験条件をサブシステムの一部に適用するように少なくとも１つの試験リグアクチュエータを制御するステップと、ｃ）試験信号に基づいて試験条件に対するサブシステムの一部の応答信号を受信するステップと、ｄ）受信した応答信号に基づいて耐久性試験結果を生成するステップとを行う。

本発明のさらに別の側面は、車両のサブシステムの耐久性特性を試験する方法に関する。この方法に従って、モデルが実行され、モデルは、少なくともサブシステムの構成要素を実行し、結果として、構成要素に関するモデルの出力は、第１の入力として試験リグに提供される。構成要素の物理的試料を含む試験リグは、第１の入力を物理的試料に適用するように操作される。次いで、応答を表す信号を第２の入力としてモデルに提供できるように、第１の入力の適用に起因する物理的試料の応答が検出され、モデルは、実行するときに第２の入力を使用する。

開示された実施形態の前述およびその他の特徴、側面、および利点は、次の詳細な説明および添付図面より、さらに明白となるであろう。

解説の目的で、下記の説明は、自動車、飛行機等の車両、および／または、能動制御サスペンションシステム、能動転動制御システム等のその１つ以上のサブシステムを試験するための試験機の種々の例示的実施形態を説明する。しかし、当業者にとっては、本開示の概念は、これらの具体的詳細なしで実装または実施してもよいことが明白となるであろう。他の例では、不必要に本開示を曖昧にすることを回避するために、周知の構造および装置をブロック図形式で示す。

自動車は、パワートレイン、ドライバインターフェース、気候および娯楽、ネットワークおよびインターフェース、照明、安全、エンジン、制動、ステアリング、シャーシ等の、異なる機能を果たすための種々のサブシステムを含む。各サブシステムはさらに、構成要素、部品、およびその他のサブシステムを含む。例えば、パワートレインサブシステムは、変速機制御装置、無段変速機（ＣＶＴ）制御、自動手動変速機システム、トランスファーケース、全輪駆動（ＡＷＤ）システム、電子安定制御システム（ＥＳＣ）、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）等を含む。シャーシサブシステムは、能動ダンパ、磁気能動ダンパ、車体制御アクチュエータ、負荷平準化、アンチロールバー等を含んでもよい。これらのサブシステムの設計および耐久性は、設計および製造過程の間に試験して検証する必要がある。したがって、本発明の実施形態は、能動または受動サブシステム、そのようなサブシステムの部分、またはそのようなサブシステムの１つ以上の能動または受動構成要素の耐久性試験に関する。

サブシステムのうちの一部は、車両の走行条件を能動的に監視し、サブシステムの動作および／または特性を動的に調整して、さらに良好な制御または快適性を提供する、電子制御ユニット（ＥＣＵ）を使用する。図１ａおよび１ｂは、自動車の模範的な能動ロール制御システムを示す。実施例の能動ロール制御システムは、モータポンプアセンブリ１０２、バルブブロック１０４、ステアリング角センサ１０６、横加速度計１０８、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１０、油圧パイプ１１２、および線形アクチュエータ１１４を含む。図１ｂは、車両のサスペンションの他の構成要素とともに、そのような能動システムを描写する。よって、マクファーソン・ストラット、スプリング１２２、アクチュエータ１２４、スタビライザバー１２６、クロスオーバーバルブコネクタ１２８、ブッシング１３０、および制御アーム１３２は、模範的サスペンションシステムの構成要素として描写される。図２ａに図示されるように、自動車に能動ロール制御システムがなければ、ターンするときにコーナリング力が自動車の有意な車体の傾きを引き起こし得る。一方で、図２ｂに示されるように、自動車が能動ロール制御システムを装備していれば、自動車がターンしているとＥＣＵ１１０が判定すると、それはアクチュエータ１２４を制御してスタビライザバー１２６を偏向させ、ターンしているときの自動車２００の車体の傾きを最小限にする。

能動サブシステムの別の例は、能動制御サスペンションシステムである。能動制御サスペンションシステムは、ＥＣＵ、調整可能ショックおよびスプリング、各車輪における、および車全体を通した一連のセンサ、および各ショックおよびスプリング上にあるアクチュエータまたはサーボを含んでもよい。自動車が道のくぼみの上を走行すると、センサが偏揺れ、および車体の横断運動を捕らえて、道のくぼみによる過剰な鉛直移動を感知する。ＥＣＵは、感知したデータを収集、分析、および解釈して、ショックおよびスプリング上にあるアクチュエータを制御して「強化」する。このことを達成するために、エンジン駆動油ポンプは、アクチュエータに追加流体を送り、これは、スプリング張力を増加させることにより、車体ロール、偏揺れ、およびスプリング振動を低減する。

図３は、能動制御サスペンションシステムの電子、ソフトウェア、および機械構成要素の組み合わせを試験する模範的統合動的試験機のブロック図を描写する。模範的試験機は、試験用車両の少なくとも１つの車軸に、シミュレートされた道路および車両動的入力に基づく実際的な負荷を与える。

模範的試験機は、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１、アクチュエータ制御装置３０５、およびアクチュエータ３０９を含む。能動制御サスペンションシステムは、ＥＣＵ３５０および車両サスペンション３５１を含む。試験は、完全または不完全車両３５２により、または全く車両なしで行ってもよい。シミュレーション３０１は、図示されるように、試験用構成要素の一部であるＥＣＵ３５０と通信してもよい。他の例では、試験されている構成要素は、ＥＣＵを含まなくてもよく、またはシミュレーション３０１は、ＥＣＵ３５０と通信しなくてもよい。したがって、下記の「リアルタイム車両シミュレーションモデル」という語句の使用は、シミュレーションがＥＣＵ３５０と相互作用する図３の配設を指すために一例として使用される。しかし、本発明の実施形態は、シミュレーション３０１が必ずしもＥＣＵと相互作用しない、より従来的なコンピュータによるシミュレーションであってもよいことを検討する。

リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１は、車両に関するシミュレーションモデルに基づく選択された試験条件下で、車両の動作のリアルタイムシミュレーションを行う。シミュレーションモデルの構造および使用は、サスペンション３５１が完全または不完全車両により、または全く車両なしで試験されるかどうかに依存する。シミュレーションモデルに含まれるその他の情報は、エンジンモデル、ドライブトレインモデル、タイヤモデル、またはサスペンションに関連するその他任意の構成要素に関する情報を含む。存在しない車両またはサスペンションの物理的部品は、モデル化されて、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１に組み込まれる。シミュレーションモデルは、実車両またはサスペンションの所望の性質を構成するために、パラメータまたはその他のデータを使用する。モデリング技法は、広く使用され、当業者に周知である。シミュレーションモデルを構築するためのツールを供給する会社は、Ｔｅｓｉｓ、ｄＳＰＡＣＥ、ＡＭＥＳｉｍ、Ｓｉｍｕｌｉｎｋを含む。ＨＩＬを提供する会社は、ｄＳＰＡＣＥ、ＥＴＡＳ、Ｏｐａｌ ＲＴ、Ａ＆Ｄ等を含む。模範的車両モデルは、エンジン、パワートレイン、サスペンション、車輪およびタイヤ、車両力学、空気力学、運転者行動パターン、道路状況、ブレーキ、車体質量、重心、乗客負荷、貨物負荷、車体寸法、熱動的効果、クラッチ／トルク変換装置等のうちの少なくとも１つを含む。

リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１は、道路プロファイル、走行コース、運転者の入力、表面画定、運転者モデル、試験シナリオ、速度、方向、運転操作、制動等に関するデータを含む、試験条件データベースにアクセスする。一実施形態では、道路プロファイルは、移動した距離、車両のターン等と対比した道路表面上昇の地図を含む。加えて、利用可能な情報は、道路経路および道路表面の属性などの完全環境情報を含んでもよい。よって、ｘ、ｙ、ｚ位置座標を含んでもよいだけでなく、例えば、摩擦（例えば、滑りやすい道路）および道路表面の種類（例えば、砂利）等の属性も含んでもよい。運転者の入力は、試験機の操作者によって事前に保存または入力してもよい。操作者は、任意の順序に従ってもよく（開ループ運転）、または操作者は、試験機のディスプレイ上で見えるような現在の車両経路に応じて入力を調整してもよい（閉ループ運転）。入力は、ブレーキ圧力、スロットル位置、および場合によりハンドル位置を備える。サスペンションＥＣＵ３５０が提供され、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１によって送信される入力信号に基づいて車両サスペンション３５１を制御する。

模範的リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１は、データを処理するための１つ以上のデータプロセッサ、命令およびシミュレーションモデルに関するデータを保存するように構成されるデータ記憶装置、試験条件データベース等を含む、コンピュータ等のデータ処理システムを使用して実施される。命令は、データプロセッサによって実行されると、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１を制御して、ＥＣＵ３５０およびアクチュエータ制御装置３０５との通信等の命令によって指定される機能を果たす。

動作中、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１は、シミュレーションモデルおよび試験条件データベースに保存されるデータに基づいて、アクチュエータ制御装置３０５への制御信号を生成し、アクチュエータ３０９によるサスペンション３５１および車両３５２への試験条件の適用を開始する。アクチュエータ３０９によって適用される模範的試験条件は、種々の力またはモーメントのうちのいずれかを含んでもよい。これらの力およびモーメントは、多数の異なる基準面のうちのいずれかに対して相互直交であり、かつ画定されてもよい。

さらに、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１は、ＥＣＵ３５０に、シミュレーションモデルを使用した特定試験条件下での車両の動作に関する情報を提供する。例えば、シミュレーションモデルは、ファイルから、または操作者から直接のいずれかより、車両力学および運転者の入力をシミュレートする。リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１は、車両速度およびシャーシが加速からサスペンションに課す負荷を算出する。運転者の入力は、スロットル位置、ブレーキ圧力、および任意でハンドル変位から成る。

一実施形態では、シミュレーションモデルは、スロットル位置に比例する力を仮定するパワートレインモデルを含む。シフトスケジュールによる力の途絶は、道路と同様である、加速過渡による体積力アクチュエータコマンドの変化をもたらす。運転者のブレーキ入力は、車両速度の減少および減速による体積力の変化を生じさせる、車両力学モデルにおける制動力をもたらす。加速は、サスペンションへの慣性負荷伝達を決定する。傾斜に対する道路負荷、空気抵抗、および転がり損失は、車両慣性およびパワートレイン出力と組み合わせられて、道路経路に沿った車両変位、速度、および加速を決定する。道路鉛直変位は、実道路の場合のように適用される。経路加速は、サスペンションへの慣性負荷伝達を決定する。ステアリング入力もまた、考慮してもよい。ステアリング入力は、シミュレートされた車両に対する横および偏揺れ速度変化をもたらす。タイヤモデルは、スリップ角および垂直力の関数として横力を生成するために使用することが可能である。簡単にするために、道路プロファイルを車両が取る経路に重ね合わせ、道路平面のｘ−ｙ記述の必要を排除してもよい。ステアリング入力は、試験用サスペンションコーナへの垂直力の変化をもたらす。

リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１によって提供される情報に基づいて、ＥＣＵ３５０は、サスペンション３５１の特性を変えるコマンドを送信し、それは次に、車両３５２の結果として生じる車体およびサスペンション負荷／位置を変える。センサ（図示せず）は、サスペンション３５１および車両３５２の適切な部分に提供され、アクチュエータ３０９によって適用される試験条件に対する応答に関する信号、およびＥＣＵ３５０によって開始される物理的特性の変化を取得する。応答信号の例は、ステアリングシステムの偏角、キャンバ角、鉛直力、およびアライニングトルク等を含む。

さらに、ＥＣＵ３５０によって送信されるコマンドも、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１に利用可能となる。車両３５２および／またはサスペンション３５１の応答信号、およびＥＣＵ３５０によって送信されるコマンドに基づいて、リアルタイム車両シミュレーションモデル３０１は、実際またはシミュレーション負荷によるソフトウェア、電子および物理的特性の集合的評価を行うことが可能である。試験の間に収集されるデータはさらに、試験用車両に基づくサスペンション特性化および／または測定、ＥＣＵ３５０、サスペンション３５１および／または車両３５２の設計、試験用サスペンションに基づく車両性能特性化および／または測定、耐久性試験、モデル同定および検証、アルゴリズムおよび制御戦略開発、アルゴリズム検証、ＥＣＵ較正、回帰試験、複数システム統合等を含む、能動制御サスペンションシステムの評価を行うために使用される。「耐久性試験」の傘下で、そのような試験は、構成要素特性化、構成要素検証、および構成要素開発等の多数の目的に役立つことが可能である。一実施形態では、試験レポートは、上記に挙げた情報を含んで生成される。上記のステップは、試験の間に反復される。

図４は、サスペンションシステムの特性を試験するための統合動的試験機の模範的ハードウェア構造を示す。ポスタ４０１および支持板４０２が提供され、車両の車輪またはその他のサブシステムを支持する。支持フレーム４１０は、車両の車体の下からの支持を提供する。各ポスタ４０１は、車両の各車輪に鉛直力を加え、および／または各支持板４０２を鉛直方向に移動するためのアクチュエータを含む。２つの追加アクチュエータ４１５および４１６は、支持フレーム４１０に取着され、横力、縦力、ロールまたはピッチ運動または力のうちの少なくとも１つを試験用車両に提供する。追加アクチュエータを提供して、付加的次元での付加的力または運動を加えてもよい。アクチュエータは、シミュレーションモデル３０１およびアクチュエータ制御装置３０５によって制御され、シミュレーションモデル３０１によって指定される１つ以上の試験条件に従って、試験用サスペンションシステムおよび／または車両に力および／運動を加える。設計選好に応じて、異なる種類または組み合わせのアクチュエータを、ポスタ４０１、支持板４０２、および支持フレーム４１０に提供して、異なる次元で試験用サブシステムおよび／または車両を移動させる、またはそれに力を加えることが可能であることが理解される。

図５は、本開示による動的試験機５００の別の模範的ハードウェア構造を示す。統合試験機５００は、ポスタ５０１、基部５０２、および加重制御アーム５０３を含む。制御アーム５０３は、一方の端ではヒンジで動き、他方の端に取り付けられるサスペンション５５０を有する。サスペンション５５０は、加重制御アーム５０３によって鉛直方向に誘導される。車輪５５１およびタイヤ５５２を含む車輪モジュールは、サスペンション５５０に取着される。体積力アクチュエータ５０４が提供され、サスペンション５５０上の静重量、制動および／または加速による力の移動、およびコーナリングによる力の移動に対応して、サスペンション５５０の車体側へ力を加える。一実施形態では、体積力アクチュエータ５０４は、両端にスイベルを有し、加重制御アーム５０３に接続される。道路アクチュエータ５０５は、タイヤ５５２の下に位置し、サスペンション５５０に道路変位入力または力を供給する。

図４に示される実施形態と同様に、道路アクチュエータ５０５および体積力アクチュエータ５０４は、シミュレーションモデル３０１およびアクチュエータ制御装置３０５によって制御され、シミュレーションモデル３０１によって指定される１つ以上の試験条件に従って、試験用サスペンションシステムおよび／または車両に力および／運動を加える。試験条件に対するサスペンション５５０の応答は、適切に位置付けられたセンサによって収集され、さらなる処理のためにリアルタイム車両シミュレーションモデル３０１へ送信される。

本開示による動的試験機は、車両のプロトタイプがまだ利用可能でない場合でさえも、車両のサブシステムに対する耐久性試験を行うのに有用であり、動的修正を組み込んで、試験用サブシステムの物理的特性の変化を反映する。

図６ａに示されるように、試験されるサブシステムを組み込んだ車両は、サブシステム１およびサブシステム２から成る。一実施形態では、サブシステム２は、耐久性試験を受けるサスペンションであり、サブシステム１は、サブシステム２以外の車両上の全てである。図６ｂに示されるように、耐久性試験を行う模範的動的試験機は、リアルタイム車両モデルシミュレータ６０１および試験リグアクチュエータ６０３を含む。サブシステム２は、車両サスペンション等の試験用物理的部品である。シミュレータ６０１は、試験用サブシステム２を除く車両の特性を表すシミュレーションモデル６１１を含む。試験用サスペンションの特性は、モデルから除去される。試験機の物理的構造は、図４または５に示されるものと同様であるか、または試験を行うのに適していることが当業者に周知であるその他任意の構造であってよい。

動作中、シミュレータ６０１は、シミュレーションモデル６１１および試験条件データベースに保存されるデータを使用して、第１の１式の試験信号を生成する。モデル６１１は、例えば、タイヤ連結モデルまたはスピンドル連結モデルであってよい。試験条件データベースは、前述のものと同様である。第１の１式の試験信号に基づいて、試験リグアクチュエータ６０３は、試験条件をサブシステム２に適用する。サブシステム２が車両サスペンションであれば、適用試験条件は、例えば、車両サスペンションに加えられる変位または負荷の形であってよい。サブシステム２がＥＣＵ（図示せず）を有する能動システムである場合、試験信号または試験条件の一部も同様にＥＣＵに提供してもよい。

一般に、アクチュエータ６０３は、サブシステム２に負荷を加えることが可能な任意の種類の機械であってもよい。したがって、加えられた負荷は、モーメントおよび力であってよいが、熱負荷またはその他の環境変動（例えば、湿度）も含んでもよい。

補完的変位または負荷等の、サブシステム２および適用試験条件に対するその応答に関する信号は、収集され、シミュレータ６０１へ送信される。サブシステム２の受信した応答に基づいて、シミュレータ６０１は、サブシステム２の影響および／またはあらゆる変化を考慮することによって新規の１式の試験信号を生成するため、試験用物理的サブシステム２で発生する場合のある、あらゆる変化は、試験条件の生成に組み込まれる。それに応じて、試験リグアクチュエータ６０３は、新規の１式の試験信号に従って、新規試験条件をサブシステム２に適用する。上記のステップは、試験の間に反復される。

一実施例では、サブシステム２の受信した応答に反応して、シミュレータ６０１は、試験用サブシステム２の応答をシミュレーションモデルに組み込むことによって、シミュレーションモデル６１１を修正するため、こうしてシミュレーションモデルは、試験用物理的サブシステム２で発生する場合のある、あらゆる変化を考慮し、修正したシミュレーションモデルに基づいてサブシステム２を試験するために適切な試験条件および／または負荷履歴を生成する。サブシステム２の応答は、試験用サブシステム２の除去された特性の代わりに、シミュレーションモデルへの入力として使用してもよい。改良された耐久性試験方法は、開ループまたは閉ループいずれかの運転者による実試験軌道の場合のように行われる。試験リグアクチュエータは、シミュレーションと連動して、実道路で発生する負荷と同様の方法で、負荷を試験用車両サブシステムに加える。よって、試験用部品（例えば、サブシステム２）が車の属性および特性（例えば、シミュレーションモデル６１１）に及ぼす影響を表す、車両レベル評価が達成される。例えば、サスペンションに力または変位を加えることによって、傾斜角またはロール角等の車両の車体の属性をモデルから抽出してもよい。よって、測定されている結果は、試験用部品の直接応答、または車両モデル内の属性値であってもよい。

図６ｂに示される動的試験機は、最小限のコマンド追跡誤差を使用して設計するべきであることが注目される。言い換えれば、特定試験条件を適用するシミュレータ６０１によって生成されるコマンドと、サブシステム２に対する試験条件の実際の適用との間の期間は、可能な限り短く、好ましくは１０ｍｓ未満に保つ必要がある。この期間は、試験されているサブシステムの種類によって異なってもよい。例えば、ロールオーバー補償システムの試験は、乗客安全サブシステムを試験する場合よりも長い応答期間を可能にしてもよい。追跡誤差を低減するための可能な技法は、逆装置パラメトリックモデルおよび逆装置システム同定モデルを含む。

耐久性試験を行うために模範的動的試験機を使用すると、完全車両による道路データを収集する必要がないため、そうでなければ可能なものよりも早期の試験が可能となる。さらに、試験用物理的車両構成要素またはサブシステムがフィードバックを通してシミュレーションモデルと相互作用するため、車両構成要素またはサブシステムの特性の変化は、実道路で発生するように、適用負荷または試験条件の変化をもたらす。

図７ａは、車両のサブシステム７０３に対して耐久性試験を行う動的試験機の別の実施形態のブロック図である。図７に示されるように、模範的試験機は、シミュレータ７０１および試験リグアクチュエータ７０２を含む。サブシステム７０３は、車両サスペンション等の試験用物理的部品である。シミュレータ７０１は、サブシステム７０３を組み込んだ車両の特性を表すミュレーションモデル、または図６ａおよび６ｂと相対的なシミュレーションモデルを含む。シミュレータ７０１は、サブシステム７０３に対応する参照システムの事前に保存したシミュレーションモデル７０４にアクセスする。参照サブシステムのシミュレーションモデル７０４は、理想サブシステムの挙動と同一となるように事前に検証される。試験機の物理的構造は、図４または５に示されるものと同様であるか、または試験を行うのに適していることが当業者に周知であるその他任意の構造であってもよい。

動作中、シミュレータ７０１は、試験条件データベースに基づいて第１の１式の試験信号を生成して、試験条件をサブシステム７０３に適用するように試験リグアクチュエータ７０２を制御する。試験データベースは、前述のものと同様である。サブシステム７０３が車両サスペンションであれば、適用試験条件は、車両サスペンションに加えられる変位または負荷の形である。シミュレータ７０１はさらに、第１の１式の試験信号に基づく同じ試験条件を参照サブシステムのシミュレーションモデルに適用することによって、参照サブシステムのシミュレートされた応答を生成する。

補完的変位または負荷等の、サブシステム７０３および適用試験条件に対するその応答に関する信号は、収集され、シミュレータ７０１へ送信される。次いで、シミュレータ７０１は、シミュレーションモデル７０４を使用して、サブシステム７０３の応答または挙動およびシミュレーション応答を比較する。サブシステム７０３およびシミュレーションモデル７０４の挙動または応答の差異を評価して、試験の安定性を判定し、および／または故障または試験事故を早期検出する。サブシステム７０３の受信した応答と参照サブシステムのシミュレートされた応答との間の比較に基づいて、シミュレータ７０１は、試験結果を生成する。上記のステップは、試験の間に反復される。

結果として、耐久性試験は、完全車両による実道路データを収集する必要なく行うことが可能であり、それによって従来可能なものよりも早期の試験が可能となる。また、車両構成要素は試験リグフィードバックを通して車両モデルと相互作用するため、車両構成要素特性の変化は、現実世界での場合のように、加えられた負荷の変化をもたらす。よって、耐久性結果は、従来の耐久性試験のものよりも現実的である。

図７ｂは、本願で説明される耐久性試験システムおよび方法の追加利点に関する模範的フローチャートを描写する。最初に、ステップ７５０では、試験用サブシステムに加えられる力および変位を表す信号が生成される。これらの信号は、おそらく完全車両モデルの部分から発生する。これらの信号は、試験リグ７５６ならびに試験用試料７５２のリアルタイムモデルに提供される。次いで、試験リグ７５６は、前述のもの等の技法を使用して、適切な力および変位を物理的試料７５８に提供する。モデルの出力は、ステップ７５４で収集され、試験用試料によって引き起こされる、結果として生じる変位および力は、ステップ７６０で検出されて収集される。次いで、これらの２つの出力は、種々の理由で比較することが可能である。例えば、最初に、試料がまだ新しい間に、モデルの出力を結果として生じる物理的出力と比較して、モデルが物理的試料を正確に特性化することを確認することが可能である。２つの出力はまた、モデルと比較して試料の応答を監視するように行われる試験として、比較してもよい。そのような比較は、試料の故障の早期検出および試験事故の予防を可能にしてもよい。

本願で開示される動的試験機は、能動または受動サスペンションシステム、能動ロール制御システム、制動支援システム、能動ステアリングシステム、能動乗車高さ調整システム、全輪駆動システム、トラクションコントロールシステム等を含む、車両の任意の種類のサブシステムに使用可能であることが理解される。本願で開示される試験機は、自動車、ボート、自転車、トラック、船、飛行機、列車等の種々の種類／モデルの車両を試験するのに適していることも理解される。本願で開示される動的試験機を実施するために、アクチュエータおよび支持ポスタの異なる変動および構造を使用することが可能である。

図８は、本開示のリアルタイム車両シミュレーションモデルを実施することができる、データ処理システム８００を図示するブロック図である。データ処理システム８００は、情報を伝達するためのバス８０２またはその他の通信機構、および情報を処理するためのバス８０２と連結されるプロセッサ８０４を含む。データ処理システム８００はまた、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、または情報およびプロセッサ８０４によって実行される命令を保存するためのバス８０２に連結されるその他の動的記憶装置等の、メインメモリ８０６も含む。メインメモリ８０６もまた、プロセッサ８０４によって実行される命令の実行の間に、一時的数値変数またはその他の中間情報を保存するために使用してもよい。データ処理システム８００はさらに、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）８０９、または、静的情報およびプロセッサ８０４に対する命令を保存するためのバス８０２に連結されるその他の静的記憶装置を含む。磁気ディスクまたは光ディスク等の記憶装置８１０は、情報および命令を保存するために提供されてバス８０２に連結される。

データ処理システム８００は、バス８０２を介して、操作者に情報を表示するために、陰極線管（ＣＲＴ）等のディスプレイ８１２に連結してもよい。英数字およびその他のキーを含む入力装置８１４は、プロセッサ８０４に情報およびコマンド選択を伝達するために、バス８０２に連結される。別の種類のユーザ入力装置は、プロセッサ８０４に指示情報およびコマンド選択を伝達するため、かつディスプレイ８１２上のカーソルの動きを制御するための、マウス、トラックボール、カーソル指示キー等のカーソル制御８１６である。

データ処理システム８００は、メインメモリ８０６に含有される１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行するプロセッサ８０４に応じて、制御される。そのような命令は、記憶装置８１０等の別の機械可読媒体からメインメモリ８０６に読み込んでもよい。メインメモリ８０６に含有される命令のシーケンスの実行は、プロセッサ８０４に本願で説明される過程ステップを行わせる。代替的実施形態では、本開示を実施するために、ソフトウェア命令の代わりに、またはそれと組み合わせて、配線回路を使用してもよい。よって、本開示の実施形態は、ハードウェア回路およびソフトウェアのいずれの特定の組み合わせにも限定されない。

本願で使用されるような「機械可読媒体」という用語は、実行のためにプロセッサ８０４に命令を提供することに関与する任意の媒体を指す。そのような媒体は、非揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むがそれらに限定されない、多くの形をとってもよい。非揮発性媒体は、例えば、記憶装置８１０等の光または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メインメモリ８０６等の動的メモリを含む。伝送媒体は、バス８０２を備えるワイヤを含む、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバを含む。伝送媒体はまた、電波および赤外線データ通信の間に生成されるもの等の、音波または光波の形を取ることも可能である。

一般的形式の機械可読媒体は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、またはその他任意の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、その他任意の光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンがあるその他任意の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、その他任意のメモリチップまたはカートリッジ、後述されるような搬送波、またはデータ処理システムが読み取ることが可能なその他任意の媒体を含む。

種々の形式の機械可読媒体は、実行のためにプロセッサ８０４に１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを運ぶことに関与してもよい。例えば、命令は、最初に、遠隔データ処理の磁気ディスクで運ばれてもよい。遠隔データ処理システムは、その動的メモリに命令を取り込んで、モデムを使用して電話で命令を送信することが可能である。データ処理システム８００の近くにあるモデムは、電話線上でデータを受信し、データを赤外線信号に変換するために赤外線送信機を使用することが可能である。赤外線検出器は、赤外線信号で運ばれるデータを受信することが可能であり、適切な回路は、バス８０２にデータを配置することが可能である。バス８０２は、データをメインメモリ８０６に運ぶことが可能であり、そこからプロセッサ８０４が命令を回収して実行する。メインメモリ８０６によって受信される命令は、任意で、プロセッサ８０４による実行の前または後のいずれかで、記憶装置８１０に保存してもよい。

データ処理システム８００はまた、バス８０２に連結される通信インターフェース８１９も含む。通信インターフェース８１９は、ローカルネットワーク８２２に接続されるネットワークリンクへの双方向データ通信連結を提供する。例えば、通信インターフェース８１９は、対応する種類の電話線にデータ通信接続を提供するデジタル総合サービス網（ＩＳＤＮ）カードまたはモデムであってもよい。別の例として、通信インターフェース８１９は、互換ＬＡＮとのデータ通信接続を提供するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カードであってもよい。また無線リンクも実装してもよい。そのようないずれの実施でも、通信インターフェース８１９は、種々の種類の情報を表すデジタルデータストリームを運ぶ、電気、電磁、または光信号を送受信する。

ネットワークリンク８２０は典型的に、１つ以上のネットワークを通して、他のデータ装置にデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク８２０は、ローカルネットワーク８２２を通して、ホストデータ処理システムまたはインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）８２６によって操作されるデータ機器に、接続を提供してもよい。次に、ＩＳＰ８２６は、現在一般的に「インターネット」８２９と呼ばれるワールドワイドパケットデータ通信ネットワークを通して、データ通信サービスを提供する。ローカルネットワーク８２２およびインターネット８２９は両方とも、デジタルデータストリームを運ぶ、電気、電磁、または光信号を使用する。デジタルデータをデータ処理システム８００間で運ぶ、種々のネットワークを通る信号、およびネットワークリンク８２０上および通信インターフェース８１９を通る信号は、情報を輸送する搬送波の模範的形式である。

データ処理システム８００は、ネットワーク、ネットワークリンク８２０、および通信インターフェース８１９を通して、メッセージを送信し、プログラムコードを含むデータを受信することが可能である。インターネットの例では、サーバ８３０が、インターネット８２９、ＩＳＰ８２６、ローカルネットワーク８２２、および通信インターフェース８１９を通して、アプリケーションプログラムに対する要求コードを伝送する場合がある。本開示の実施形態に従って、１つのそのようなダウンロードしたアプリケーションは、本願で説明されるようなアライナの自動較正を提供する。

データ処理にはまた、ＵＳＢポート、ＰＳ／２ポート、シリアルポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ−１３９４ポート、赤外線通信ポート等、またはその他の専用ポート等の周辺装置と接続し、かつ通信するための種々の信号入力／出力ポート（図示せず）もある。測定モジュールは、そのような信号入力／出力ポートを介してデータ処理システムと通信してもよい。

本開示は、その具体的な実施形態を参照して説明している。しかし、本開示のより広範な精神および範囲を逸脱することなく、種々の修正および変更をそれに行ってもよいことが明白となるであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味よりもむしろ、例示的な意味で考えられるものである。

本開示は、限定ではなく一例として解説され、添付図面の図において、類似参照番号は類似要素を指す。
図１ａおよび１ｂは、能動ロール制御システムを示す。 図１ａおよび１ｂは、能動ロール制御システムを示す。 図２ａおよび２ｂは、車両への能動ロール制御システムの影響を図示する。 図２ａおよび２ｂは、車両への能動ロール制御システムの影響を図示する。 図３は、電子、ソフトウェア、および機械構成要素の組み合わせを集合的に評価するための模範的統合試験機のブロック図を描写する。 図４は、本開示による試験機の模範的構造を示す。 図５は、本開示による試験機の別の模範的構造を示す。 図６ａは、車両のサブシステムを図示する。 図６ｂは、試験条件を適用する際にサブシステムの変化を組み込む、模範的動的試験機のブロック図を描写する。 図７ａは、耐久性試験を行うために使用可能である、別の模範的動的試験機のブロック図を描写する。 図７ｂは、車両サブシステムの耐久性試験を行うための模範的方法のフローチャートを描写する。 図８は、本開示の実施形態を実施することができる、模範的データ処理システムである。

Claims (23)

1. 車両のサブシステムの耐久性を試験するための試験機であって、該試験機は、
   試験条件を該サブシステムの少なくとも一部に適用するように構成される少なくとも１つの試験リグアクチュエータと、
   該サブシステムの一部に関する信号を収集するように構成される少なくとも１つのセンサと、
   データを処理するためのデータプロセッサを含むデータ処理システムと、
   機械実行可能命令および該サブシステムの一部を含まない該車両を表すシミュレーションモデルに関するデータを保存するように構成されるデータ記憶装置と
   を備え、
   該命令は、該データプロセッサによって実行されると、該データ処理システムを制御して、
   該シミュレーションモデルを使用して試験信号を生成するステップと、
   該試験信号に基づいて試験条件を該サブシステムの一部に適用するように該少なくとも１つの試験リグアクチュエータを制御するステップと、
   該試験信号に基づいて該試験条件に対する該サブシステムの一部の応答信号を受信するステップと、
   該受信した応答信号に基づいて耐久性試験結果を生成するステップと
   を行う、試験機。
2. 前記シミュレーションモデルに関するデータは、前記サブシステムの一部の受信した応答信号に基づいて修正される、請求項１に記載の試験機。
3. 前記データ処理システムは、前記車両の修正したシミュレーションモデルを使用して新規試験信号を生成し、該新規試験信号に基づいて試験条件を該サブシステムに適用するように前記少なくとも１つのアクチュエータを制御する、請求項２に記載の試験機。
4. 前記試験条件は、少なくとも１つ以上の相互直交モーメントまたは力を加えるステップを含む、請求項１に記載の試験機。
5. 前記試験条件は、前記サブシステムの一部を作動させるステップを含む、請求項１に記載の試験機。
6. 前記試験条件は、前記サブシステムの一部を操作するステップを含む、請求項１に記載の試験機。
   
7. 前記サブシステムは、エンジンを含む、請求項１に記載の試験機。
8. 前記サブシステムは、ドライブトレインを含む、請求項１に記載の試験機。
9. 前記サブシステムは、サスペンションシステムを含む、請求項１に記載の試験機。
10. 前記サブシステムは、安全システムを含む、請求項１に記載の試験機。
11. 車両のサブシステムの耐久性特性を試験するための試験機であって、
    該サブシステムの少なくとも一部の物理的試料と、
    該物理的試料を除く車両のコンピュータによるモデルと、
    第１の入力を該物理的試料に適用するよう構成される試験リグであって、該第１の入力は、該モデルによって生成され、かつ該物理的試料に関係する、試験リグと、
    該第１の入力の適用に起因する該物理的試料の応答を検出するようにさらに構成される試験リグと、
    該モデルへの第２の入力として該応答を表す信号を提供するようにさらに構成される試験リグと
    を備え、該モデルは、実行するときに該第２の入力を使用する、試験機。
12. 前記サブシステムは、エンジン、ドライブトレイン、安全システム、およびサスペンションシステムのうちの１つである、請求項１１に記載の試験機。
13. 車両のサブシステムの耐久性特性を試験する方法であって、該方法は、
    モデルを実行するステップであって、該モデルは、少なくとも該サブシステムの構成要素を除く、ステップと、
    試験リグへの第１の入力として該構成要素に関するモデルの出力を提供するステップと、
    該第１の入力を物理的試料に適用するように、該構成要素の物理的試料を含む該試験リグを操作するステップと、
    該第１の入力の適用に起因する該物理的試料の応答を検出するステップと、
    該モデルへの第２の入力として該応答を表す信号を提供するステップと
    を含み、該モデルは、実行するときに該第２の入力を使用する、方法。
14. 前記サブシステムは、エンジン、ドライブトレイン、安全システム、およびサスペンションシステムのうちの１つである、請求項１３に記載の試験機。
15. 車両のサブシステムの耐久性特性を試験する方法であって、該方法は、
    第１のモデルを実行するステップであって、該第１のモデルは、少なくとも該サブシステムの構成要素を除く、ステップと、
    第２のモデルを実行するステップであって、該第２のモデルは、該サブシステムの構成要素を含む、ステップと、
    試験リグへの第１の入力および該第２のモデルへの第２の入力として該構成要素に関する第１のモデルの出力を提供するステップと、
    該第１の入力を物理的試料に適用するように、該構成要素の物理的試料を含む該試験リグを操作するステップと、
    該第１の入力の適用に起因する該物理的試料の第１の応答を検出するステップと、
    該第２の入力の適用に起因する該第２のモデルの第２の応答を検出するステップと
    を含む、方法。
16. 前記第１のモデルへの第３の入力として前記第１の応答を表す信号を提供するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の応答を前記第２の応答と比較するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１のモデルが、前記第１の応答および前記第２の応答の比較に少なくともある程度基づいて、前記物理的試料を正確に特性化するかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記第１の応答および前記第２の応答の比較に少なくともある程度基づいて、前記物理的試料の耐久性特性を判定するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記サブシステムは、エンジン、ドライブトレイン、安全システム、およびサスペンションシステムのうちの１つである、請求項１５に記載の方法。
21. 前記試験リグを操作するステップは、１つ以上の相互直交力またはモーメントを加えるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
22. 前記試験リグを操作するステップは、前記構成要素を作動させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
23. 前記試験リグを操作するステップは、前記構成要素を操作するステップを含む、請求項１５に記載の方法。

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