JP2010540303A - 自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションする方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションする方法とその方法に対応する装置に関する。本発明の課題は、構想中の駆動部の縦方向動特性とエネルギー消費量を実際の走行動作においてシミュレーションして、互いに比較、検証する、自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションする方法及びその方法に対応する装置を提示することである。本発明では、自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションするために、量産車の実際の走行動作において、量産車の縦方向動特性が構想中のハイブリッド式駆動部の縦方向動特性と一致するように、追加制御機器を用いて、エンジン制御部と変速機制御部を制御している。この場合、シミュレーションのために配備された従来の試験車両の縦方向動特性を制御するための追加制御機器が、試験車両のアクセルペダルの信号路に介入して、アクセルペダルの位置を検出するとともに、信号発生器によって、車両の加速度を制御するための「仮想的なアクセルペダル」の位置を調節することができる。試験車両のパワートレインのＣＡＮデータバスへの制御機器の介入によって、シミュレーションにとって重要な入力変量である、実際の速度、実際に投入されているギヤ段及びブレーキペダルの位置が得られる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載した特徴を有する、自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションする方法及びその方法に対応する請求項１３の上位概念に記載した特徴を有する装置に関する。

自動車の新しい駆動部プランを開発する場合、変速機、エンジン等の個々の駆動部品を互いに調整して、それらが良好な走行能力、走行特性及び走行快適性に関する要件を満たすようにしなければならない。そのためには、開発段階において、出来る限り早期に相応の試験を実施して、開発中の駆動部品の挙動をシミュレーションする必要がある。

特許文献１により、走行状態シミュレーション装置を備えた車両走行挙動検査システムが知られており、そこでは、そのシステムがマシンの負荷と速度を、そのため車両の走行状態をシミュレーションするように、制御ユニットが、負荷トルクと回転数を制御している。この制御ユニットは、走行状態シミュレーション装置によって負荷を加えられた場合に、マシンの回転数と初期トルクに関する動作パラメータを収集している。その際収集された動作パラメータは、走行挙動データ発生装置において、デジタルコンピュータを用いて、シミュレーションモデルにもとづき、車両の加速度や振動などの走行挙動データに変換され、その走行挙動データは、感覚刺激データ発生装置を用いて、目に見える画像、騒音、力などの人間の感覚が直に感じる刺激に変換されている。

特許文献２により、燃焼機関を備えた自動車のパワートレイン管理部の調整方法が周知である。この場合、その方法は、次の工程を有する。
・排気状況、燃料消費量及び排気ガス温度から成るグループの中のエンジン実装時の品質性能特性をデータ処理設備に設定する工程
・エンジン調整の最適化方針及びエンジン性能特性の最適化する動作点をデータ処理設備に入力する工程
・データ処理設備において、選定した最適化方針に応じて、選定した動作点でのエンジン調整をアルゴリズムにより最適化する工程
・最適化から得られた値を用いて、性能特性を最適な性能特性に更新する工程
特許文献３により、電子式走行検査装置と接続するための走行検査インタフェースを自動車に配備することが知られている。電子式走行検査装置が、検査状態において、予め規定された走行プロファイルで走行パワートレインを動作している。そのため、走行プロファイルは、運転者に依存しない形で正確に機能することができるとともに、走行プロファイルは、常に再現可能な形で再実行することができる。走行プロファイルには、所望の走行動作に応じて、「発車」、「加速」、「ギヤチェンジ」、「一定速度の保持」、「制動」、「停車」事象が含まれる。計算機によって、それらに関して実行する各走行プロファイルの動作パラメータ及びエンジン・変速機の特性値を保存することができる。

特許文献４により、自動車の全自動又は自動変速機のシフトチェンジプロセスの制御性能特性を計算する方法及び装置が周知である。この場合、センサーで取得した車両の実際の加速度データは、所与の走行プロファイルにもとづく走行の再現を自動車によって行うための別の制御装置に供給されており、そこでは、それに対応する各動作パラメータが時間的に同期して保存されるとともに、制御装置内でシフトチェンジ事象の間に計算された車両の加速度の推移にもとづき、各シフトチェンジ事象を評価するための客観的な特性値が計算されている。必要に応じて、制御装置が計算した各シフトチェンジ事象に関する客観的な特性値に追加して、利用者が作成した主観的な特性値を制御装置に保存することもできる。制御装置又は制御装置と接続されたコンピュータが、計算した特性値にもとづき、シフトチェンジの快適性と関連した車両パラメータの自動的な適用を行っている。

ドイツ特許第１９７４２６２７号明細書 ドイツ特許公開第１９８２１１６７号明細書 ドイツ特許公開第１０２３６６２０号明細書 ドイツ特許公開第１０２００５０１３６９７号明細書

本発明の課題は、自動車の構想中の駆動部の縦方向動特性とエネルギー消費量を実際の走行動作においてシミュレーションして、互いに比較するとともに、検証するための、自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションする方法及びその方法に対応する装置を提示することである。

本課題は、本発明による方法に関しては、請求項１の特徴部に記載された特徴によって解決され、本発明による装置に関しては、請求項１３の特徴部に記載された特徴によって解決される。

本発明では、自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションするために、量産車の実際の走行動作において、追加制御機器を用いて、エンジン及び変速機制御部を制御して、量産車の縦方向動特性が構想している駆動部の縦方向動特性と一致するようにする。この場合、シミュレーション用に配備された従来の試験車両の縦方向動特性を制御する追加制御機器は、試験車両のアクセルペダルの信号路に介入して、アクセルペダルの位置を検出するとともに、信号発生器によって、車両の加速度を制御するための「仮想的なアクセルペダル」の位置を調節することができる。試験車両のパワートレインの通信部、例えば、ＣＡＮデータバスへの制御機器の介入によって、シミュレーションにとって重要な入力変量である実際の速度、実際に投入されているギヤ段及びブレーキペダルの位置が得られる。そのため、車両とシミュレーション用計算機の間には二つのインタフェースしか必要でなく、統合する負担が最小限の範囲内に保たれている。試験車両のアクセルペダル及びブレーキペダルの位置を出発点として、シミュレーション用計算機は、駆動部プランの予想される加速度とエネルギー消費量をリアルタイムで求める。次に、加速度コントローラを用いて、試験車両の加速度をシミュレーションモデルの挙動に出来る限り正確に追従させる。それは、少なくとも試験車両とモデルのエンジン能力と回転トルクが全ての動作点において一致させることを前提としている。制御機器と接続された任意選択の操作用計算機を介して、シミュレーションモデルの編集と構成が可能であるとともに、開発者がオンラインで車両内のスキームを直接最適化することが可能である。

本発明による解決策の利点は、開発段階の早期に、構想中の駆動部プランを互いに比較して、それにもとづき最適な解決策を練り上げることができることである。それは、一方ではシリーズ製品の車両を迅速に開発できることを意味する。他方では様々なプロトタイプを製作しないことによって、コストが削減される。即ち、本シミュレーションは、駆動部プランのスキームとそれのプロトタイプを用いた確認の間の時間的なギャップを解消するものである。大抵は標準化された走行サイクルで構成されるとともに、抽象的な結果を提供する従来のシミュレーションと異なり、本発明による解決策によって、実際の走行動作におけるスキームの縦方向動特性の直接的な経験と顧客サイドに立った実際に近い消費量試験が可能となる。本発明による解決策の別の利点は、試験車両としての役割を果たす改修した量産車における制御機器を用いて、駆動部プランのシミュレーションモデルを実際の走行動作により検証することができることである。

更なる有利な実施形態は、従属請求項に記載されており、その作用効果と共に本明細書で説明されている。

以下において、自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションするための本発明による解決策を模式図で図示した図面にもとづき、本発明を実施例により詳しく説明する。

本発明による解決策の模式図

本発明は、特に、開発中のハイブリッド式駆動部にもとづき説明する。本発明では、それ以外の全ての構想中の駆動部も同様にシミュレーションすることができる。図面では、実際に走行可能な量産車を用いて、構想中のハイブリッド式駆動部の走行特性をシミュレーションするための追加制御機器６を統合したものを図示している。そのため、そのように改修した量産車は、構想中のハイブリッド式駆動部の走行特性をほぼ正確に再現することができる試験車両である。改修した試験車両には、一方ではブレーキペダル２、ギヤ段選択レバー３及びアクセルペダル４が有り、他方では車両の変速機制御部９、エンジン制御部１０、駆動部１１、並びにそれらを接続するデータ路が有る。

構想中のハイブリッド式駆動部の走行特性をシミュレーションするための追加制御機器６には、改修した量産車と接続するための二つのインタフェースが必要である。制御機器６は、一方ではアクセルペダル４の信号路１３と接続され、他方では車両のパワートレインのＣＡＮデータバス１２などのパワートレインの通信部と接続されている。制御機器６は、シミュレーション用計算機７と信号発生器８から構成されている。制御機器６は、シミュレーション機器として構成された制御機器６のシミュレーション用計算機７へのシミュレーションモデルの入力と編集のための操作用計算機５と接続されている。

運転者１、例えば、利用者は、操作用計算機５を介して、制御機器６のシミュレーション用計算機７に構想中のハイブリッド式駆動部のシミュレーションモデルをロードして保存する。運転者１は、操作用計算機５を介して、シミュレーションモデルの編集と構成を行うことができる。更に、操作用計算機５を介して、利用者が車両におけるスキームをオンラインで直接最適化することができる。改修した量産車の実際の走行動作において、制御機器６は、量産車の縦方向動特性が構想中のハイブリッド式駆動部の縦方向動特性と一致するように、エンジン制御部１０と変速機制御部９を制御する。

改修した量産車又は試験車両は、予想される縦方向動特性、即ち、試験するハイブリッド式駆動部の加速度を出来る限り正確に再現するとともに、利用者と潜在顧客の両方がもはやプロトタイプを製作すること無く、スキームを実際の日常の交通状況で直に試験することを可能とするものである。保存されている車両モデルを簡単に交換することによって、直ちに様々なスキームを互いに比較することができる。制御機器６内に統合されているシミュレーション用計算機７は、車両の実際の速度、アクセルペダル４とブレーキペダル２の位置、並びに変速機の実際の変速比を出発点として、シミュレーションするハイブリッド式駆動部のパワートレイン部品の数学モデルを用いて、予想される加速度とエネルギー／燃料消費量を計算することができる。ここで、試験車両は、加速度コントローラを用いて、その加速度を出来る限り正確に再現することができる。そうすることによって、運転者１が、シミュレーションする車両とシミュレーションするハイブリッド式駆動部の走行特性を直接経験することができる。

試験するハイブリッド式駆動部の計算した縦方向動特性は、制御機器６のシミュレーション用計算機７に保存される。操作用計算機５を介して、構想中のハイブリッド式駆動部の走行特性のシミュレーション及び比較を行うシミュレーション用計算機７に、様々な形で存在するシミュレーションモデルをロードして、処理するとともに、構成することができる。様々なシミュレーションモデルを比較することによって、有利なモデルを最適化して、それにもとづき検証することができる。

既に前に説明した通り、車両の実際の速度に関するデータを検出するために、制御機器６は、量産車のアクセルペダル４の信号路１３及びＣＡＮデータバス１２などのパワートレインの通信部と接続されている。改修した量産車のテスト走行中に、制御機器６は、構想中のハイブリッド式駆動部の走行特性をシミュレーションするために、アクセルペダル４の信号路１３に介入して、アクセルペダル４の位置を検出するとともに、信号発生器８によって、車両の加速度を制御するための「仮想的なアクセルペダル」の位置を調節することができる。パワートレインのＣＡＮデータバス１２への介入によって、シミュレーションにとって重要な入力変量である実際の速度、実際に投入されているギヤ段及びブレーキペダル２の位置が得られる。そのためには、車両と制御機器６の間に二つのインタフェースしか必要でなく、統合する負担が最小限の範囲内に保たれている。

このような車両を用いて、加速度コントローラ、ハイブリッド部品のシミュレーションモデル、操作用計算機５の表示方式、並びに安全性プランを容易に検査することができる。ハイブリッド車両の縦方向動特性の完璧な再現が可能である。その結果は、容易に満足できる形で駆動部プランの開発と確認に利用することができる。実際のハイブリッド式駆動部を備えた試験車両を使用する場合と比較して、開発期間が短縮されることによって、実用段階の開始時点を早めることができる。

試験車両の駆動部１１は、構想中のハイブリッド式駆動部の駆動能力よりも大きい。そうすることによって、試験車両の駆動部１１が常に試験するハイブリッド式駆動部の出力要件を満たすことができる。試験車両の駆動部１１は、燃焼機関、電気モーター、或いはハイブリッド式駆動部として実現することができる。試験車両に採用したハイブリッド式駆動部によって、検査するハイブリッド式駆動部の走行感覚を完璧に再現することができる。電気モーターは、純粋な電気走行以外に、ブースト駆動部の回転トルクを上昇させることもできる。その場合、もはや仮想的なアクセルペダルの位置だけによる車両の駆動は行われず、特別なハイブリッド式制御機器が、シミュレーションする車両の動作形式に応じて、二つの駆動ユニットの駆動形態を制御して、保持すべき加速度を調節するとともに、走行用バッテリを充電する。

１ 運転者
２ ブレーキペダル
３ ギヤ段選択レバー
４ アクセルペダル
５ 操作用計算機
６ 制御機器
７ シミュレーション用計算機
８ 信号発生器
９ 変速機制御部
１０ エンジン制御部
１１ 駆動部
１２ ＣＡＮデータバス
１３ 信号路

Claims (19)

1. 自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションする方法において、
   量産車の実際の走行動作において、量産車の縦方向動特性が構想中のハイブリッド式駆動部の縦方向動特性と一致するように、追加制御機器（６）を用いて、エンジン制御部（１０）と変速機制御部（９）を制御するとともに、制御機器（６）内に構想中のハイブリッド式駆動部のシミュレーションモデルを保存していることを特徴とする方法。
2. 制御機器（６）において、シミュレーション用計算機（７）を用いて、車両の実際の速度、アクセルペダル（４）とブレーキペダル（２）の位置、並びに実際の量産車の変速機の実際の変速比から、ハイブリッド式駆動部の予想される縦方向動特性及びエネルギーと燃料消費量の中の一つ以上を計算するとともに、エンジン制御部（１０）の加速度コントローラを用いて、走行中の車両に対して、ハイブリッド式駆動部の計算した縦方向動特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該のハイブリッド式駆動部の計算した縦方向動特性を、シミュレーションモデルとして制御機器（６）のシミュレーション用計算機（７）に保存することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 操作用計算機（５）を介して、得られたシミュレーションモデルを、開発中のハイブリッド式駆動部の走行特性をシミュレーションするシミュレーション用計算機（７）にロードすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. 操作用計算機（５）によって、シミュレーションモデルを編集、構成することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 実際の走行動作において、シミュレーション用計算機（７）を用いて、構想中のハイブリッド式駆動部の様々なシミュレーションモデルを互いに比較して、それにもとづき最適化と検証を行うことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. 量産車に組み込んだ制御機器（６）が、その量産車のアクセルペダル（４）の信号路（１３）と、ＣＡＮデータバス（１２）などのパワートレインの通信部とに接続されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. 制御機器（６）と信号発生器（８）によって、車両の加速度を制御するための仮想的なアクセルペダルの位置を調節することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
9. 当該の量産車の駆動能力が、開発中のハイブリッド式駆動部の駆動能力よりも大きいことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. 量産車の駆動部（１１）が、燃焼機関によって実現されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. 量産車の駆動部（１１）が、電気モーターによって実現されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
12. 量産車の駆動部（１１）が、ハイブリッド式駆動部によって実現されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
13. 自動車の開発中の駆動部プランの走行特性をシミュレーションする装置において、
    実際の量産車に、その量産車の縦方向動特性を制御するための追加制御機器（６）が配置されており、その追加制御機器を用いて、量産車の縦方向動特性が構想中のハイブリッド式駆動部の縦方向動特性と一致するように、量産車の縦方向動特性を制御していることを特徴とする装置。
14. 追加制御機器（６）が、量産車のアクセルペダル（４）の信号路（１３）と、パワートレインの通信部、例えば、ＣＡＮデータバス（１２）とに接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 制御機器（６）が、構想中のハイブリッド式駆動部の縦方向動特性の調節、様々なシミュレーションモデルの相互比較、保存及び検証のためのシミュレーション用計算機（７）を有することを特徴とする請求項１３と１４に記載の装置。
16. 制御機器（６）が、シミュレーションモデルの編集と構成のための操作用計算機（５）と接続されていることを特徴とする請求項１３から１５までのいずれか一つにに記載の装置。
17. 量産車の駆動部（１１）が燃焼機関であることを特徴とする請求項１３から１６までのいずれか一つにに記載の装置。
18. 量産車の駆動部（１１）が電気モーターであることを特徴とする請求項１３から１６までのいずれか一つにに記載の装置。
19. 量産車の駆動部（１１）がハイブリッド式駆動部であることを特徴とする請求項１３から１６までのいずれか一つにに記載の装置。

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