JP2013019669A - 車両試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１台の試験装置から、該装置とは別の試験装置の試験結果を得ることができる車両試験装置を提供することを目的とする。
【解決手段】試験車両10を載置して走行試験を行う実機部20と、実機部20を制御する制御部30を備えた車両試験装置1において、制御部30は、試験装置1とは別の仮想の試験装置の実機部をモデル化した仮想実機モデル200を備え、該仮想実機モデル200を用いて計算された目標値が制御部30に入力されて、仮想の試験装置と同等の走行試験がおこなえるように実機部20が制御される構成とした。
本発明によれば、仮想実機モデル200を用いて走行試験を行い、その目標値に基づいて実際の実機部20を制御するようにしたので、物理演算によって仮想の実機部で試験したのと同等の走行試験が行える。すなわち、車両試験装置1から、実際には手元にない（仮想の）試験装置で走行試験を行った結果を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は車両試験装置に係り、特に別の試験装置の走行試験結果を得ることのできる車両試験装置に関する。

車両の燃費や排ガスを試験する装置として、シャシーダイナモ試験装置が知られている。シャシーダイナモ試験装置は一般に、車両の車輪を載置するローラと、そのローラの回転量や負荷トルクを制御するダイナモメータを備えており、ローラを回転させることによって路面走行抵抗に相当する負荷を車両タイヤに加え、路上走行を模擬している（たとえば特許文献１参照）。

このようなシャシーダイナモ試験装置では、近年、実際の路上を正確に再現するために様々な工夫が提案されている。たとえば、ローラの慣性値を下げることによって車速制御の応答性を高めたり、ローラ表面に加工を施して雨や雪道等の様々な路面を再現したりしている。

ところで、車両の燃費試験は、国土交通省が認定した試験場のシャシーダイナモ試験装置（以下、認定用試験装置という）で行われる。各メーカーは、試験車両をまず、自社で保有するシャシーダイナモ試験装置（以下、個別試験装置という）で試験を行い、そこで良好な試験結果が得られると、認定試験場に試験車両を持ち込み、認定用試験装置で試験を行う。

特開２００２−２７７３４０号公報

しかしながら、シャシーダイナモ試験装置は、装置ごとに特性が異なるため、メーカー保有の個別試験装置と認定用試験装置では同じ結果が得られにくいという問題があった。特にメーカー保有の個別試験装置は、実際の路面を精度良く再現するために高精度化されており、認定用試験装置とは異なる結果になりやすい。そのため、認定用試験装置を行うまで試験結果が分からないという事態が生じていた。

このような問題に対して、上述の特許文献１は、各シャシーダイナモ試験装置の誤差を求めておき、それを比較表示できるようにしている。しかし、特許文献１は、シャシーダイナモ試験装置ごとに異なる試験結果を比較表示するだけなので、認定用試験装置で試験するまで試験結果が分からないという問題は解消されない。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、１台の試験装置から、該試験装置とは別の試験装置の試験結果を得ることができる車両試験装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、前記目的を達成するために、試験車両を載置して走行試験を行う実機部と、前記実機部を制御する制御部と、を備えた車両試験装置において、前記制御部は、前記試験装置とは別の仮想の試験装置の実機部をモデル化した仮想実機モデルを備え、該仮想実機モデルを用いて計算された目標値が前記制御部に入力されて、前記仮想の試験装置と同等の走行試験がおこなえるように前記実機部が制御されることを特徴とする車両試験装置を提供する。

（作用）本発明によれば、当該試験装置とは別の、仮想の試験装置の実機部（以下仮想の実機部という）をモデル化した仮想実機モデルを構築し、係る仮想実機モデルを用いて目標値を計算し、これに基づいて実際の実機部を制御するようにしたので、物理演算によってリアルタイムに、実際の実機部を仮想の実機部と同等に振舞わせることができる。すなわち、当該試験装置で、実際には手元にない（仮想の）試験装置の走行試験を行うことができる。これにより、たとえば認定用試験装置で実際に試験を行わなくても、認定用試験装置で得られる試験結果を知ることができるので、自動車開発を効率よく行うことができる。

請求項２の発明は請求項１において、前記実機部は、前記試験車両が載置されるローラと、前記ローラの動作を制御するダイナモメータを備え、前記仮想実機モデルでの目標値計算では、少なくとも前記仮想の実機部のローラの慣性値と仮想のダイナモメータの応答遅れが入力されることを特徴とする。

（作用）本発明によれば、装置ごとの特性を左右する要因であるローラの慣性値、ダイナモメータの応答速度をはじめ、機械構造や制御の方式等を、仮想実機モデル内において変更して目標値の計算を行うので、仮想の実機部と同様の挙動を、実際の実機部に行わせることができる。

以上より、請求項１に係る発明によれば、１台の試験装置で、当該試験装置とは別の仮想の試験装置と同等の走行試験を行うことができる。即ち、実際には手元にない（仮想の）試験装置で行った試験結果を得ることができる。これにより、たとえば認定用試験装置で実際に試験を行わなくても、その試験装置で得られる試験結果を知ることができ、自動車開発を効率よく行うことができる。

請求項２に係る発明によれば、例えばローラ慣性値や時定数を実際の実機部より大きく設定すれば、当該試験装置よりも慣性値が大きく応答性が落ちる特性を有する仮想の試験装置がモデルで再現されるので、仮想の試験装置と同等の走行試験を精度良く行うことができる。

本実施の形態における車両試験装置の概略設備構成図 制御部の構成を示すブロック図 車両試験装置の概略構成図 実機部の構成図 仮想実機部モデルの構成図

以下、添付図面に従って、本発明に係る車両試験装置の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施の形態における車両試験装置の概略設備構成図、図２は、制御部の構成を示すブロック図、図３は、車両試験装置の概略構成図である。

車両試験装置１は、試験対象である車両１０の燃費や排ガスを試験する装置として用いられる電機慣性方式のシャシーダイナモ試験装置であり、主としてローラ２２、シャフト２４、ダイナモメータ２６で構成された実機部２０と、実機部２０を制御する制御部３０と、で設備構成されている。

ローラ２２には、車両１０のタイヤ１２が載置され、目標の走行パターンに沿って車両１０が目標車速Ｖ_Ｍで走行する際に、路面から受けうる力と同等の力をローラ２２の回転を制御してタイヤ１２へ出力することで、路上走行を模擬する。また、ローラ２２はカーボン製の低慣性ローラであって、慣性質量が小さく抑えられていることから、低速回転から高速回転までの急激な回転数の変化に高速に応答する。

シャフト２４は、ローラ２２とダイナモメータ２６を接続し、トルクと回転動力をそれぞれに伝達する。

ダイナモメータ２６は、ローラ２２に所定の負荷トルクを与え、ローラ２２の回転数を制御する装置である。ダイナモメータ２６には、制御部３０が接続されている。制御部３０は、信号処理部３２、モデル格納部３３、メモリ３４、演算処理部３５、で設備構成されており、タイヤ・路面モデル４０と仮想実機モデル２００を構築する。

タイヤ・路面モデル４０は、車体モデル、タイヤモデル、走行抵抗モデルからなり、車両１０を擬似走行させたい路面の再現に必要な情報をモデル格納部３３から読み出すとともに、測定したローラ２２の回転数、タイヤ１２と模擬路面間とのスリップ比、車体モデル、摩擦係数マップ等から、模擬路面がタイヤ１２にかけるべき(車両進行方向の)力,Ｆｘ目標値を演算する。

そして、通常走行試験モードが選択された場合には、このＦｘ目標値が実機部２０の制御器２８に入力されて、Ｆｘ目標値と、測定したローラ２２のトルクに半径Ｒを乗じた値 (Ｆｘフィードバック値)との偏差をなくすように、ダイナモメータ２６への印加電流が可変制御される。ダイナモメータ２６にはいわゆるダイナモマップが設けられており、ダイナモメータ２６は該マップによって前述の印加電流指令値を基に適切な負荷トルクを得てローラ２２に出力し、ローラ２２の回転数を制御する。

仮想実機モデル２００は、上述した実機部２０とは別の、仮想の実機部のローラ、シャフト、ダイナモメータ、その制御器が、それぞれ仮想ローラ２２２のモデル、仮想シャフト２２４のモデル、仮想ダイナモメータ２２６のモデル、仮想実機部の制御器２２８、として構築されている。即ち、実際には手元にない仮想の試験装置が物理モデルで再現されている。

車両試験装置１では、仮想実機走行試験モードが選択された場合には、実機部２０ではなく、仮想実機モデル２００の仮想ローラ２２２、仮想シャフト２２４、仮想ダイナモメータ２２６によって走行試験を行い、仮想実機モデル２００で計算された目標値に基づいて、実際の実機部２０を制御する。

以下、詳細に説明する。図４は、実機部の構成図、図５は、仮想実機部モデルの構成図である。図４、図５において、Ｊは慣性値、Ｋは軸ねじりバネ定数、Ｃは軸ダンパ係数、Ｒは回転半径、Ｎは回転数、Ｔはトルク、Ｉは電流を示す。また、前記記号に付随する記号Ｒはローラ、Ｓはシャフト、Ｄはダイナモメータを示しており、例えばＮ_Ｄはダイナモメータの回転数を示す。

仮想実機走行試験モードが選択されると、車両試験装置１では、ローラ２２の回転数Ｎ_Ｒを測定し、タイヤ・路面モデル４０からタイヤ１２にかけるべき力,Ｆｘ目標値を演算する。そして、係るＦｘ目標値は、仮想実機モデル２００の制御器２２８に入力される。

制御器２２８では、係るＦｘ目標値と,仮想実機モデル２００での物理演算を経て入力されたＦｘフィードバック値とに差が検出された場合にその偏差をなくすフィードバック制御を、フィードフォワード制御を併用して行い、適切な印加電流Ｉを仮想ダイナモメータ２２６へ出力する。

仮想ダイナモメータ２２６では、制御器２２８からの印加電流Ｉと仮想ダイナモメータ２２６の回転数Ｎ_Ｄをダイナモマップに入力し、該マップから適切な駆動トルクＴ_Ｄを読み出して出力し、係るＴ_Ｄと仮想シャフト２２４からの負荷トルクＴ_Ｓとを減算してその差を積分し、仮想ダイナモメータ２２６の慣性値Ｊ_Ｄで除算して回転数Ｎ_Ｄを得、仮想シャフト２２４へ出力する。

仮想シャフト２２４では、仮想ダイナモメータ２２６の回転数Ｎ_Ｄと仮想ローラ２２２の回転数Ｎ_Ｒを減算してその差を求め、仮想シャフト２２４で生じる振動を再現したバネモデルによって負荷トルクＴ_Ｓを演算し、仮想ダイナモメータ２２６と仮想ローラ２２２へ出力する。

仮想ローラ２２２では、仮想シャフト２２４からの負荷トルクＴ_Ｓと仮想ローラ２２２のトルクＴ_Ｒとを減算してその差を積分し、仮想ローラ２２２の慣性値Ｊ_Ｄで除算して得たローラ回転数Ｎ_Ｒを仮想シャフト２２４へ出力し、仮想ローラ２２２の半径Ｒを乗算して得たローラ速度Ｖ_Ｒをタイヤ・路面モデル４０へ出力し、タイヤ・模擬路面間に生じる振動を再現したバネモデルによって、仮想ローラ２２２がタイヤ１２に与えるべき力Ｆｘ２、即ち、仮に仮想の実機部で走行試験を行った場合に仮想の実機部がタイヤ１２に出力するであろう力となる第２の目標値、Ｆｘ２を算出し、これを実機部２０の制御器２８へ出力する。

実機部２０の制御器２８では、係る仮想実機モデル２００からの第２の目標値Ｆｘ２と、実際のローラ２２が現在タイヤ１２に与えている力Ｆｘの差がなくなるように、ダイナモメータ２６への印加電流を可変制御する。それによるローラ２２の回転数の変化を受けて、タイヤ・路面モデル４０から出力されるＦｘ目標値が変化し、再び仮想実機モデル２００に入力されて、第２の目標値Ｆｘ２値が実際のローラ２２から得られるように実機部２０が制御される。かかる流れが目標走行パターン終了まで繰り返されると、走行試験終了となる。

ここで、本実施例では、仮想ローラ２２２の慣性値Ｊ_Ｒに、実際のローラ２２の慣性値よりも大きい値を入力し、実際のローラ２２よりも回転が重くなるように設定されている。さらに、本実施例では、ローラ回転数Ｎ_Ｒが実際の実機部２０よりも大きな時定数τの応答遅れを持つとし、これを微分してローラ２２２の慣性値Ｊ_Ｒで除算し、慣性トルクＴ_Ｒを得、係るローラの慣性トルクＴ_Ｒとダイナモマップから読み出した負荷トルクＴ_Ｄとを加算することによってトータルのトルクＴを求め、それに基づいてＦｘを算出し、このＦｘを上述の仮想実機モデル２００の制御器２２８にフィードバックさせている。

上述のローラ慣性値Ｊ_Ｒや時定数τを、本実施例の実際の実機部２０より大きく設定すると、制御器２２８への目標値入力から車速制御までに実際の実機部２０より応答遅れを生じさせることができる。仮想ローラ２２２の物理演算時に仮想の実機部のローラの慣性値Ｊ_Ｒを入力し、ローラ回転数Ｎ_Ｒから慣性トルクＴ_Ｒを導く際に時定数τの遅れを考慮することで、実際の車両試験装置１よりも慣性値が大きく，応答性が落ちる特性を有する仮想の試験装置の実機部と同様の挙動を、実際の実機部２０に行わせることができる。

本実施例によれば、仮想の実機部をモデル化した仮想実機モデル２００を用いた走行試験で計算された目標値，第２の目標値Ｆｘ２が、実際のローラ２２から出力されるように実機部２０を制御するので、車両試験装置１の実機部２０とは別の、異なる試験装置の実機部で行う走行試験と同等の走行試験を、実際の実機部２０でリアルタイムに行うことができる。すなわち、実際には手元にない（仮想の）試験装置で走行試験を行った結果を、車両試験装置１から得ることができる。

そして、目標値Ｆｘ２を得る際に、仮想実機モデル２００において、装置ごとの特性を左右する大きな要因である、ローラの慣性値、ダイナモメータの応答速度を、実際よりも大きくなるように設定変更して計算を行うので、当該試験装置よりも慣性値が大きく応答性が落ちる特性を有する仮想の試験装置の実機部と同等の走行試験を高精度で行うことができる。

さらに、仮想実機モデル２００において、機械構造及び制御の方式等のモデルも仮想の実機部に対応させた設定とすれば、よりいっそう高精度に同等の走行試験が行える。

即ち、ローラの慣性値Ｊ_Ｒとダイナモメータの応答遅れτ等の設定を変更するだけで、車両試験装置１のローラ２２よりも慣性が重いローラを有し、車両試験装置１よりも慣性値が大きく応答性が落ちる特性を有する試験装置であれば、車両試験装置１でそれらの走行試験を全て再現できる。

これにより、たとえば、認定用試験装置で実際に試験を行わなくても、認定用試験装置で得られる試験結果と同等の試験結果を得ることができ、ユーザはこれを知ることで、従来よりも自動車開発を大幅に効率よく行うことができる。

なお、車両試験装置１は、実機部２０による通常の走行試験も当然に行うことができる。この際、ローラ２２が低慣性であることから、目標走行パターンに応じた回転数の変化に高速に応答し、実際の路面走行が高精度に再現された試験結果が得られる。

即ち、本車両試験装置１は、実際の実機部２０による高精度な走行試験と、仮想実機モデル２００による別の試験装置での走行試験とを、１台の試験装置で行うことができる。よって、例えば仮想実機モデル２００を認定用試験装置に合わせて設定すれば、実機部２０による自動車改良のための高精度な計測と、仮想実機モデル２００による車両の燃費試験に備えた計測とを行うことができ、１台を２用途で用いることができるので、この点からも、自動車開発を効率よく行うことができる。

１ 車両試験装置
１０ 試験車両
１２ 車両のタイヤ
２０ 実機部
２２ ローラ
２６ ダイナモメータ
３０ 制御部
２００ 仮想実機モデル
２２２ 仮想ローラ
２２６ 仮想ダイナモメータ

Claims (2)

1. 試験車両を載置して走行試験を行う実機部と、前記実機部を制御する制御部と、を備えた車両試験装置において、
   前記制御部は、前記試験装置とは別の仮想の試験装置の実機部をモデル化した仮想実機モデルを備え、該仮想実機モデルを用いて計算された目標値が前記制御部に入力されて、前記仮想の試験装置と同等の走行試験がおこなえるように前記実機部が制御されることを特徴とする車両試験装置。
2. 前記実機部は、前記試験車両が載置されるローラと、前記ローラの動作を制御するダイナモメータを備え、前記仮想実機モデルでの目標値計算では、少なくとも前記仮想の実機部のローラの慣性値と仮想のダイナモメータの応答遅れが入力されることを特徴とする請求項１に記載の車両試験装置。

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