JP2011257173A - 自動車のパワートレインの試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの影響を考慮したパワートレインの単独試験を可能とする。
【解決手段】ベース１に対して前後に移動可能に設けたステージ１２上には、試験対象となるパワートレイン１００が、タイヤ１０１が連結された状態で搭載される。ベース１の内部のアクチュエータ２１で、ステージ１２の下部を押し引きすることにより、タイヤ１０１の、ローラ２の周面に対する押圧力は制御される。ローラ２のローラシャフト３には、ローラモータ７が連結されている。また、ローラシャフト３に加わる軸回り（捻れ方向）のトルクを検出するローラ軸トルク計５、ローラシャフト３の回転速度を検出するローラ回転計６が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のパワートレインの試験に用いられる試験装置に関するものである。

自動車の試験装置としては、車輪が載せ置かれるローラを備えたシャシダイナモメータを用いて、電気自動車を模擬走行させながら、電気自動車の走行用モータやバッテリの試験を行う試験装置（たとえば、特許文献１）や、ハイブリッド自動車のドライブシャフトに、負荷吸収用のモータを直結して、ハイブリッド自動車の各種性能の試験を行う技術（たとえば、特許文献２）や、電気自動車のモータの出力軸に負荷吸収用のモータを直結して、電気自動車の各種性能の試験を行う技術（たとえば、特許文献３）が知られている。

特開平１０-１２３０１８号公報 特開２００５-２７４３２３公報 特開２００７-１３９５２７公報

前述したシャシダイナモメータを用いた試験装置によれば、駆動ユニットを電気自動車に搭載した状態でしか試験を行うことができず、パワートレイン単体での試験はこれを行うことができない。
一方で、前述した電気自動車のドライブシャフトやモータの出力軸に負荷吸収用モータを直結した試験装置によれば、タイヤの影響を考慮したパワートレインの試験は、これを行うことができない。
そこで、本発明は、タイヤの影響を考慮したパワートレインの単独試験を可能とすることを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は自動車のパワートレインの試験に用いられる試験装置に、周面に前記タイヤが圧接されるローラと、前記ローラにトルクを与えるローラ用モータと、前記タイヤから前記ローラに加わるトルクを検出するローラトルク検出部と、前記タイヤが連結された前記パワートレインが搭載された可動ステージと、荷重制御手段とを設けたものである。ただし、前記可動ステージは、前記タイヤが前記ローラの周面と遠近する方向に移動可能であり、前記荷重制御手段は、前記可動ステージに力を加え、前記タイヤの前記ローラ周面に対する押圧力を制御するものである。

このような試験装置によれば、タイヤをローラの周面に圧接した状態で、ローラモータの発生トルクを制御しながら、パワートレインを、タイヤに負荷を与えながら運転させることができるようになる。よって、タイヤの影響を含めてパワートレインの単独での試験を行うことができる。

ここで、このような試験装置において、前記可動ステージは、前記タイヤと前記ローラの接点において、前記タイヤが前記ローラの径方向に移動する方向に移動可能とし、前記荷重制御手段は、前記可動ステージに力を加え、前記タイヤと前記ローラの接点において、前記タイヤが前記ローラに対して当該ローラの径方向に加える押圧力を制御するものとしてもよい。また、このような試験装置には、前記パワートレインと前記タイヤとの間に働くトルクを検出するタイヤトルク検出部を設けることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、タイヤの影響を考慮したパワートレインの単独試験が可能となる。

本発明の実施形態に係る試験装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る試験装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る試験装置の他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａ１、ａ２に、本実施形態に係る試験装置の構成を示す。
ここで、図１ａ１、ａ２に示すように上下前後左右を定義するものとして、図１ａ１は試験装置を上方より見たようすを、図１ａ２は試験装置を右方より見たようすを表している。
図示するように、試験装置は、ベース１、ローラ２、ローラ２に連結されたローラシャフト３、ローラシャフト３を回動可能に支持する、ベース１に固定されたローラシャフト軸受４、ローラシャフト３に加わる軸回り（捻れ方向）のトルクを検出するローラ軸トルク計５、ローラシャフト３の回転速度を検出するローラ回転計６、ベース１に固定された、ローラシャフト３に出力軸が連結されているローラモータ７とを備えている。そして、このような構成によって、ローラモータ７の発生トルクがローラ２に伝達され、ローラモータ７の回転に伴いローラ２が回転するようになっている。

また、試験装置は、ベース１に対して前後に移動可能に、二本のガイドシャフト１１により支持されたステージ１２を備えている。
そして、ステージ１２上には、試験対象となるパワートレイン１００が搭載される。また、パワートレイン１００には、パワートレイン１００によって回転駆動されるタイヤ１０１が連結される。ここで、パワートレイン１００は、電気自動車のFFまたはRR方式のパワートレイン１００であり、モータコントローラ、モータ、トランスミッション、ディファレンシャル等が一体化されている。パワートレイン１００には、パワートレイン１００のディファレンシャルに連結されたアクスルシャフト１０２が連結されており、このアクスルシャフト１０２の端部にタイヤ１０１が装着される。このパワートレイン１００は、ステージ１２に固定されており、アスクルシャフトはステージ１２上に設けた軸受１２１で軸支されている。なお、この軸受１２１は、電気自動車のサスペンションを模擬するものとしてもよい。

そして、ステージ１２上には、アクスルシャフト１０２の回転速度を検出するタイヤ回転計１３と、アクスルシャフト１０２に加わる軸回り（捻れ方向）のトルクを検出するタイヤ軸トルク計１４とが設けられている。
また、パワートレイン１００には、ステージ１２の外に配置された、パワートレイン１００に電力を供給するバッテリ１０３が接続されている。
また、試験装置は、図１ｂ１に示すように、ベース１の内部にアクチュエータ２１を備えており、アクチュエータ２１で、ステージ１２の下部を押し引きすることにより、図１ｂ１-ｂ２に示すように、ステージ１２をベース１に対して前後方向に移動したり、タイヤ１０１の周面をローラ２の周面に任意の力で押しつけることができるようになっている。

ここで、このような構成によれば、アクチュエータ２１を用いて、タイヤ１０１の周面をローラ２の周面に任意の力で圧接した状態で、ローラモータ７の発生トルクを制御しながら、パワートレイン１００を、タイヤ１０１に負荷を与えながら運転させることができるようになる。

さて、このような試験装置において、本試験装置は、ローラモータ７やパワートレイン１００の制御や、パワートレイン１００の各種特性の測定を行うために、図１においては図示を省略した制御部を備えている。
図２に、この制御部の構成を示す。
図示するように、パワートレイン制御部２００と、ローラモータ制御部２１０と、測定部２２０とより構成される。
パワートレイン制御部２００は、用意された試験スケジュールに従って、タイヤ回転計１３やタイヤ軸トルク計１４の検出値を参照しながら、パワートレイン１００の動作を制御する。
また、ローラモータ制御部２１０は、駆動力算出部２１１と走行抵抗算出部２１２とＰＩＤ制御部２１３とを備えている。
走行抵抗算出部２１２は、ローラ回転計６が出力するローラ２の回転速度から算出されるローラ２の周速度を、パワートレイン１００が搭載される電気自動車である仮想車両の車速として、当該車速における仮想車両の空気抵抗相当分の負荷を走行抵抗として算出し、駆動力算出部２１１は、仮想車両の重量をM、仮想車両の加速度をａ、仮想車両の駆動力をF、仮想車両の走行抵抗（空気抵抗）をRa、仮想車両のタイヤ１０１の駆動力をＦとするF=Ma+Raのモデルに基づいて、ローラ回転計６が出力するローラ２の回転速度から算出されるローラ２の周速度の加速度として求まる仮想車両の加速度に、仮想車両の重量Ｍを乗じた値に、走行抵抗算出部２１２が算出した走行抵抗を加算して、当該仮想車両のタイヤ１０１の駆動力を算出し、目標吸収力とする。

そして、ＰＩＤ制御部２１３は、目標吸収力相当のトルクを発生するようにローラモータ７の発生トルクを制御する。
そして、測定部２２０は、ローラ回転計６が出力するローラ２の回転速度や、タイヤ回転計１３が出力するタイヤ１０１の回転速度や、ローラ軸トルク計５が出力するローラシャフト３の軸トルクや、タイヤ軸トルク計１４が出力するアクスルシャフト１０２の軸トルクや、その他の任意の測定器で検出した測定値（たとえば、消費電力や、回生電力）などに応じて、パワートレイン１００の各種特性を測定する。

以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態では、ステージ１２を前後方向に移動することにより、タイヤ１０１の周面をローラ２の周面に任意の力で押しつけて圧接できるようにしたが、これは、図３ａ１、ａ２に示すように、ベース１に対して揺動可能にステージ１２を設け、荷重シリンダ３１によってステージ１２をステージ１２の揺動軸回りの力を加えることにより、タイヤ１０１がローラ２の周面に加える押圧力を制御するようにしてもよい。

ここで、ステージ１２のベース１との連結点である揺動軸Ｐは、タイヤ１０１のローラ２との接点の揺動軸Ｐ回りの回転方向が、当該接点付近においてローラ２の周面と垂直となるように、ローラ２とタイヤ１０１との接点におけるローラ２の周の接線上（図では接点の真下）に配置する。これにより、荷重シリンダ３１の力によりタイヤ１０１のローラ２との接点に働く力がローラ２の周面と垂直な方向と力となる。

また、本実施形態で示した試験装置は、ハイブリッド自動車のパワートレインやガソリンエンジンを用いたパワートレインの試験に適用することもできる。
また、本実施形態で示した試験装置は、インホイールモータ方式の電気自動車のパワートレインの試験を行う場合についても同様に適用することができる。すなわち、この場合には、図３ｂに示すように、タイヤ１０１を装着したインホイールモータユニット３００を、ステージ１２上に固定するようにする。ここで、インホイールモータユニット３００は、インホイールモータやトランスミッションを内蔵したユニットである。

１…ベース、２…ローラ、３…ローラシャフト、４…ローラシャフト軸受、５…ローラ軸トルク計、６…ローラ回転計、７…ローラモータ、１１…ガイドシャフト、１２…ステージ、１３…タイヤ回転計、１４…タイヤ軸トルク計、２１…アクチュエータ、３１…荷重シリンダ、１００…パワートレイン、１０１…タイヤ、１０２…アクスルシャフト、１０３…バッテリ、２００…パワートレイン制御部、２１０…ローラモータ制御部、２１１…駆動力算出部、２１２…走行抵抗算出部、２１３…ＰＩＤ制御部、２２０…測定部。

Claims (3)

1. 自動車のパワートレインの試験に用いられる試験装置であって、
   周面に前記タイヤが圧接されるローラと、
   前記ローラにトルクを与えるローラ用モータと、
   前記タイヤから前記ローラに加わるトルクを検出するローラトルク検出部と、
   前記タイヤが連結された前記パワートレインが搭載された可動ステージと、
   荷重制御手段とを備え、
   前記可動ステージは、前記タイヤが前記ローラの周面と遠近する方向に移動可能であり、
   前記荷重制御手段は、前記可動ステージに力を加え、前記タイヤの前記ローラに対する押圧力を制御することを特徴とする試験装置。
2. 請求項１記載の試験装置であって、
   前記可動ステージは、前記タイヤと前記ローラの接点において、前記タイヤが前記ローラの径方向に移動する方向に移動可能であり、
   前記荷重制御手段は、前記可動ステージに力を加え、前記タイヤと前記ローラの接点において、前記タイヤが前記ローラに対して当該ローラの径方向に加える押圧力を制御することを特徴とする試験装置。
3. 請求項１または２記載の試験装置であって、
   前記パワートレインと前記タイヤとの間に働くトルクを検出するタイヤトルク検出部を有することを特徴とする試験装置。