JP2014141982A - シミュレーション装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ATCU4からの指令に従って動作する自動変速機の挙動を少なくともシミュレートするシミュレーション装置2であって、所定の走行パターンにおける運転者の運転操作を模擬するドライバモデル21と、エンジンの挙動を模擬するエンジンモデル22と、自動変速機の挙動を模擬する自動変速機モデル23と、車両の挙動を模擬する車両モデル24と、を備え、ドライバモデル21は、所定の走行パターンから決定される目標車速Vと、目標の車速の変化から決定される目標の車両加速度aとに基づいてアクセル開度量マップ211を参照して、アクセル開度量を設定するアクセル開度量設定手段210を備え、アクセル開度量マップ211では、車速Vと加速度aを変数として、車速Vおよび加速度aとアクセル開度量APOとの対応関係が規定されている構成とした。
【選択図】図2
Description
これと同時に、他のモデル(車両モデル、自動変速機モデル、エンジンモデル)などからも、それぞれの動作や自動変速機の制御に必要な情報を示す信号が生成されて、制御装置(ATCU)に出力される。
これにより、コンピュータ側では、制御装置(ATCU)から入力された信号に基づく自動変速機の挙動がシミュレートされると共に、この自動変速機を含む車両全体が、燃費シミュレーション用の走行パターンに基づいて制御された場合の挙動がシミュレートされて、燃費が最終的に求められることになる。
そのため、従来では、アクセル開度量を、目標車速に対するフィードフォワードアクセル開度量(F/Fアクセル開度量)と、実車速と目標車速との差分を補正するフィードバックアクセル開度量(F/Bアクセル開度量)とから構成し、目標車速に応じて決まるF/Fアクセル開度量を、F/Bアクセル開度量で補正してアクセル開度量としていた。
そのため、車両の加減速時には、F/Fアクセル開度量の精度不足を補うために、F/Bアクセル開度量の重み付けが大きくなる傾向があった。
しかし、ハンチングを防止するためにF/Bゲインを小さくする(F/Bアクセル開度量の重み付けを小さくする)と、精度が不足するF/Fアクセル開度量の重み付けが大きくなるので、算出される実車速の目標車速に対する追従性が悪くなってしまう。
そして、この調整は、車両諸元、エンジン諸元、走行パターン、変速パターンなどが変わると、そのたびに必要となるので、場合によっては、アクセル開度量の調整に要する時間の方が、燃費のシミュレートに要する時間よりも長くなることもあった。
車両用の自動変速機の制御装置が接続されており、制御装置からの指令に従って動作する自動変速機の挙動を少なくともシミュレートするシミュレーション装置であって、
所定の走行パターンにおける運転者の運転操作を模擬し、運転者が車両に指示するアクセル開度量を出力するドライバモデルと、
アクセル開度量に基づいて、所定の走行パターンにおける駆動源の挙動を模擬する駆動源モデルと、
制御装置からの指令や駆動源モデルからの出力トルクに基づいて、所定の走行パターンにおける自動変速機の挙動を模擬する自動変速機モデルと、
所定の走行パターンにおける車両の挙動を模擬する車両モデルと、を備え、
ドライバモデルは、
所定の走行パターンから決定される目標の車速と、目標の車速の変化から決定される目標の車両加速度とに基づいてマップを参照して、アクセル開度量を設定するアクセル開度量設定手段を備え、
車速と車両加速度を変数として、車速および車両加速度と、アクセル開度量との対応関係が規定されているマップ構成とした。
図1は、車両用の自動変速機の制御装置(ATCU4)をハードウェアとして組み込んだHILSシステム1の概略構成図である。
このシミュレーション装置2から入力される情報は、エンジンや自動変速機などの動作をシミュレーション装置2上で模擬している際に生成される情報であり、ATCU4は、入力された情報に基づいて自動変速機を制御するための制御信号(指令)などを生成し、生成した制御信号を、このATCU4に接続されたシミュレーション装置2やインターフェースボックス5に出力するようになっている。
そして、シミュレーション装置2に出力された制御信号は、シミュレーション装置2におけるエンジンや自動変速機などの挙動の模擬に利用されることになる。
図2は、ドライバモデル21のアクセル開度量設定手段210のブロック図である。
ドライバモデル21は、アクセル開度量設定手段210を備えており、このアクセル開度量設定手段210は、目標車速と実車速との偏差を算出する偏差算出部31と、算出された偏差に基づいてF/Bアクセル開度量を設定するF/Bアクセル開度量設定部32とを有している。
さらに、アクセル開度量設定手段210は、目標車速と目標加速度とに基づいてF/Fアクセル開度量を設定するF/Fアクセル開度量設定部33と、F/Fアクセル開度量とF/Bアクセル開度量を合算して、駆動源モデル22に出力されるアクセル開度量とするアクセル開度量設定部34とを有している。
図3に示すように、アクセル開度量マップ211では、車速(上記の目標車速に相当)と加速度とが、ひとつのアクセル開度量を導くための変数として用いられている。
ここで、実施の形態では、車速は、0Km/h〜160km/hまでの範囲を1km/h毎に区切って、合計161個の要素から構成され、加速度は、−0.15G〜0.2Gまでの範囲を0.0025G毎に区切って、合計141個の要素から構成されている。そのため、アクセル開度量マップ211では、車速と加速度の取り得る総ての組合せ(22701通り=161×141)の各々について、対応付けられたひとつのアクセル開度量が設定されている。
図4は、マップ更新部35のブロック図である。
前記したように、アクセル開度量マップ211では、車速と加速度とが、F/Fアクセル開度量を導くための変数として用いられており、車速と加速度の取り得る組合せは22701通りある。
そのため、変数決定部351は、取り得る組合せの中のひとつの組合せを、F/Fアクセル開度量を設定する対象として決定する。例えば、車速=60Km/h、加速度=0.10Gの組合せが、F/Fアクセル開度量を設定する対象として決定された場合には、車速V=60Km/h、加速度a=0.10Gを示す情報が、変数決定部351から出力されることになる。
ここで、エンジン回転数Neは、自動変速機モデル23が備える変速マップ231に基づいて、算出される。
変速マップ231は、自動変速機モデル23で自動変速機の変速を模擬する際に参照されるマップである。
変速マップ231では、変速比(ギア比)が最大となる特性線Lowと、変速比(ギア比)が最小となる特性線ODとの間に、アクセルペダルの踏み込み量に伴って増減するアクセル開度量APO(図5の場合はAPO_0%〜APO_100%)に対応した複数の特性線が設定されており、車速Vおよびアクセル開度量APOに基づいてこの変速マップ231を参照することで、アクセル開度量APO毎の自動変速機の目標とする入力回転(例えば、エンジン回転数Ne)が判るようになっている。
なお、「エンジン回転数Ne_0%」は、アクセル開度量APOが0%(全閉)の時のエンジン回転数Neを意味している。
なお、以下の説明は、アクセル開度量APOが10%刻みで区切られているものとして説明する。
ここで、エンジントルクNtは、駆動源モデル22が備えるエンジントルクマップ221に基づいて算出される。
エンジントルクマップ221では、アクセル開度量APO(図6の場合はAPO_0%〜APO_100%)に対応した複数のエンジン性能線が設定されており、エンジン回転数Neおよびアクセル開度量APOに基づいてこのエンジントルクマップ221を参照することで、各アクセル開度量APOにおいてエンジンが出力するエンジントルクNt(エンジンの出力トルク)が判るようになっている。
よって、エンジン回転数Ne_0%〜Ne_100%を通る直線と、アクセル開度量APO_0%〜APO_100%のエンジン性能線との交点から、各エンジン回転数Ne_0%〜Ne_100%のときにエンジンから出力されるエンジントルクNt_0%〜Nt_100%、すなわちアクセル開度量APO_0%〜APO_100%毎のエンジントルクNt_0%〜Nt_100%が判るようになっている。
なお、「エンジントルクNt_0%」は、アクセル開度量APOが0%(全閉)の時のエンジントルクNtを意味している。
ここで、自動変速機のギア比rは、下記式(1)から算出される。
ギア比r=自動変速機の入力回転数/自動変速機の出力回転数・・・(1)
上記したように、変数決定部351で対象として決定された車速Vに対して取り得るアクセル開度量APOが複数存在するので、取り得るエンジン回転数Neもまた複数存在する。
なお、「ギア比r_0%」は、アクセル開度量APOが0%(全閉)の時のギア比rを意味している。
ここで、駆動力Nは、下記式(2)から算出される。
駆動力N=エンジントルクNt×ギア比r・・・(2)
これにより、図7の(d)に示すような、車速Vである時のアクセル開度量APO_0%〜APO_100%と駆動力N_0%〜N_100%との対応関係を示すデータが生成されて、F/Fアクセル開度量決定部359に出力されることになる。
よって、アクセル開度量APOの全閉(0%)から全開(100%)までの範囲が、10%刻みで区切られている場合には、合計11個のアクセル開度量APOと駆動力Nとの対応関係を示すデータが生成されることになる。
この必要駆動力N_reqは、走行抵抗算出部356で算出された走行抵抗に、加速抵抗算出部357で算出された加速抵抗を加算することで算出される(必要駆動力N_req=((r/l)+ar)。
なお、必要駆動力N_reqが、駆動力N_10%と駆動力N_20%の間の値である場合には、比例計算で求めたアクセル開度量APO_10%とアクセル開度量APO_20%との間のアクセル開度量が、F/Fアクセル開度量として決定される。
これにより、前記したF/Fアクセル開度量設定部33(図2参照)に、目標車速:50km/h、加速度:0.150gが入力された場合には、F/Fアクセル開度量設定部33は、アクセル開度量マップ211を参照して、これらの車速(目標車速)および加速度に対応するアクセル開度量(APO_20%)を、F/Fアクセル開度量として設定することになる。
このマップ更新部35によるアクセル開度量マップ211の更新処理は、シミュレーション装置2に登録されているモデルデータや走行パターンなどが変更された場合に、入出力装置3からの指示入力など基づいて実行される。
これにより、図7の(a)に示すような、アクセル開度量APO_0%〜APO_100%とエンジン回転数Ne_0%〜Ne_100%との対応関係を示すデータが生成されて、エンジントルク算出部353に出力される。
これにより、図7の(b)に示すような、アクセル開度量APO_0%〜APO_100%とエンジントルクNt_0%〜Nt_100%との対応関係を示すデータが生成されて、駆動力算出部355に出力される。
これにより、図7の(c)に示すような、アクセル開度量APO_0%〜APO_100%とギア比r_0%〜r_100%との対応関係を示すデータが生成されて、駆動力算出部355に出力されることになる。
具体的には、ステップS103で算出されたアクセル開度量APO毎のエンジントルクNtと、ステップS104で算出されたアクセル開度量APO毎のギア比rとの乗算により、算出される。
これにより、図7の(d)に示すような、車速Vである時のアクセル開度量APO_0%〜APO_100%と駆動力N_0%〜N_100%との対応関係を示すデータが生成されて、F/Fアクセル開度量決定部359に出力されることになる。
ステップ107において、加速抵抗算出部357は、車両モデル24からのデータに基づいて、変数決定部351で設定された加速度aで車両を加減速させるときに車両に作用する抵抗(加速抵抗)を算出する。
これにより、前記したS102〜S109までの処理が、車速と加速度の新たな組合せについて実行されて、この新たな組合せ(車速、加速度)について、F/Fアクセル開度量が決定されることになる。
これにより、ステップS111において、車速および加速度の組合せの各々について決定されたF/Fアクセル開度量が、車速および加速度に関連付けられてアクセル開度量マップ211に登録されて、新たなアクセル開度量マップ211に更新されることになる。
実施の形態におけるエンジン回転数算出部352とステップS102の処理が、発明における出力回転数算出部に相当し、実施の形態におけるエンジントルク算出部353とステップS103の処理が、発明におけるトルク算出部に相当し、実施の形態におけるギア比算出部354とステップS104の処理が、発明におけるギア比算出部に相当し、
実施の形態における駆動力算出部355とステップS105の処理が、発明における駆動力算出部に相当する。
さらに、実施の形態における走行抵抗算出部356と加速抵抗算出部357と必要駆動力算出部358とステップS106からステップS108までの処理が、発明における必要駆動力算出部に相当し、実施の形態におけるF/Fアクセル開度量決定部359とデータ登録部360とステップS109〜ステップS111までの処理が、発明における登録部に相当する。
車両用の自動変速機の制御装置(ATCU4)が接続されており、ATCU4からの指令に従って動作する自動変速機の挙動を少なくともシミュレートするシミュレーション装置2であって、
所定の走行パターンにおける運転者の運転操作を模擬し、運転者が車両に指示するアクセル開度量APOを出力するドライバモデル21と、
アクセル開度量APOに基づいて、所定の走行パターンにおける駆動源(エンジン)の挙動を模擬する駆動源モデル22と、
ATCU4からの指令や駆動源モデル22からの出力トルクに基づいて、所定の走行パターンにおける自動変速機の挙動を模擬する自動変速機モデル23と、
所定の走行パターンにおける車両の挙動を模擬する車両モデル24と、を備え、
ドライバモデル21は、
所定の走行パターンから決定される目標車速Vと、目標車速Vの変化から決定される目標の車両加速度aとに基づいてアクセル開度量マップ211を参照して、アクセル開度量APOを設定するアクセル開度量設定手段210を備え、
アクセル開度量マップ211では、車速Vと加速度aを変数として、車速Vおよび加速度aと、アクセル開度量APOとの対応関係が規定されている構成とした。
マップ更新部35は、
対応関係を規定する対象の車速と加速度の組合せを決定する変数決定部351(組合せ決定部)と、
車速に対して決まるエンジン回転数Ne(駆動源の出力回転数)を、アクセル開度量APO毎に算出するエンジン回転数算出部352と、
エンジン回転数Neに対して決まるエンジントルクNt(駆動源の出力トルク)を、アクセル開度量APO毎に算出するエンジントルク算出部353と、
対応関係を規定する対象の車速と、アクセル開度量APO毎に算出されたエンジン回転数Neとに基づいて、自動変速機のギア比rを、アクセル開度量APO毎に算出するギア比算出部354と、
アクセル開度量APO毎に算出されたエンジントルクNtと、アクセル開度量APO毎に算出された自動変速機のギア比rとに基づいて、変数決定部351で決定された組合せの車速のときに得られる駆動力Nを、アクセル開度量APO毎に算出する駆動力算出部355と、
変数決定部351で決定された組合せの車速および加速度で車両を走行させるのに必要な必要駆動力N_reqを算出する必要駆動力算出部358と、
アクセル開度量APO毎に算出された駆動力Nに基づいて、必要駆動力N_reqを与えるアクセル開度量を求めるF/Fアクセル開度量決定部359と、求めたアクセル開度量を、対応関係を規定する対象として決定された車速および加速度に対応づけてアクセル開度量マップ211に登録するデータ登録部360と、を備え、
変数決定部351は、アクセル開度量マップ211において組合せが可能な車速と加速度の総ての組合せについてアクセル開度量が対応付けられるまで、対応関係を規定する対象の車速と加速度の組合せの決定を繰り返す構成とした。
そして、アクセル開度量マップ211では、車速Vと加速度aの取り得る総ての組合せの各々について、対応付けられたひとつのアクセル開度量が設定される。
ここで、アクセル開度量マップ211において車速および加速度に対応付けられているアクセル開度量は、車両、エンジン、自動変速機などの挙動を、シミュレーション装置2上でモデルに基づいて模擬した結果を踏まえたデータとなるので、車両、エンジン、自動変速機などの諸元に対応して最適化されたアクセル開度量となる。
そのため、最適化されたアクセル開度量が車速と加速度に対応付けられたアクセル開度量マップ211を、走行パターンから設定される目標の車速と、その時点における加速度とに基づいて参照することで、最適化されたアクセル開度量を設定することができる。これにより、実機(実際のエンジンや自動変速機などを備えた車両)でのアクセルワークに近い挙動で、シミュレーション上の車速に対してシミュレーション上の実車速を追従させることができるようになり、シミュレーション装置2上で実行されるシミュレーションの精度を向上させることができる。
これらの処理は、変数である車速と加速度の組合せを変更しながら演算を繰り返すだけであり、従来の場合のように、シミュレーション用の走行パターンに従って経時的に変化するアクセル開度量を調整しながら最適化する場合に要する時間に比べて、極めて少ない時間で完了する。
よって、車両、エンジン、自動変速機などの諸元が変更された場合に、変更後の諸元に対応してアクセル開度量が最適化されたアクセル開度量マップ211に速やかに更新できるので、諸元の変更後、短時間で、変更後の諸元に基づくシミュレーションを行えるようになる。これにより、自動変速機や自動変速機の制御プログラムの開発期間の大幅な短縮が可能となる。
そして、車両諸元、エンジン諸元、変速機諸元(変速パターン)の変更時には、アクセル開度量マップ221を更新するだけで、変更後の諸元に対応して最適化されたアクセル開度量が得られるので、燃費性能、動力性能、変速性能シミュレーションなどのケーススタディを速やかに行うことができるようになる。
必要駆動力N_req=走行抵抗+加速抵抗・・・(3)
アクセル開度量APOの決定に用いられるF/Fアクセル開度量を設定するF/Fアクセル開度量設定部33と、
目標車速Vと実車速との偏差に基づいて、F/Bアクセル開度量を設定するF/Bアクセル開度量設定部32と、
F/Fアクセル開度量とF/Bアクセル開度量を合算して、駆動源モデル22に出力されるアクセル開度量とするアクセル開度量設定部34と、を備え、
アクセル開度量マップ211では、車速Vと加速度aを変数として、車速Vおよび加速度aとF/Fアクセル開度量APOとの対応関係が規定されている構成とした。
これにより、アクセル開度量APOを求めるときのF/Bアクセル開度量の重み付け(F/Bゲイン)を小さくできる。
よって、従来において、実車速を目標車速に精度良く追従させようとして、F/Bアクセル開度量の重み付けを大きくしていたことに起因して発生していた、アクセル開度量のハンチングの発生などを抑えることができ、アクセル開度量の経時的な挙動の安定性が向上することになる。
また、従来の場合、実車速を目標車速に精度良く追従させようとして、アクセル開度量が実機ではあり得ない速い応答のアクセルワークとなることがあったが、上記のように構成することで、アクセル開度量の経時的な挙動の安定性が向上して、実機(実際のエンジンや自動変速機などを備えた車両)でのアクセルワークに近い挙動で、シミュレーション上の車速に対してシミュレーション上の実車速を追従させることができるようになる。
しかし、車両によっては、変速線図におけるアクセル開度量に所定の係数を乗算した値を、エンジンのトルク性能曲線におけるアクセル開度量(スロットル開度量)としている場合がある。よって、本発明は、自動変速機の変速線図におけるアクセル開度量APOと、エンジンのトルク性能曲線におけるアクセル開度量APO(スロットル開度量)とが同じである(1対1で対応している)もののみならず、変速線図におけるアクセル開度量に所定の係数を乗算した値を、エンジンのトルク性能曲線におけるアクセル開度量(スロットル開度量)としている場合にも適用可能である。
2 シミュレーション装置
3 入出力装置
4 ATCU(ATCU)
5 インターフェースボックス
21 ドライバモデル
22 駆動源モデル
23 自動変速機モデル
24 車両モデル
31 偏差算出部
32 F/Bアクセル開度量設定部
33 F/Fアクセル開度量設定部
34 アクセル開度量設定部
35 マップ更新部
100 開度
211 アクセル開度量設定手段
211 アクセル開度量マップ(マップ)
221 エンジントルクマップ
231 変速マップ
351 変数決定部(組合せ決定部)
352 エンジン回転数算出部(出力回転数算出部)
353 エンジントルク算出部(トルク算出部)
354 ギア比算出部
355 駆動力算出部
356 走行抵抗算出部
357 加速抵抗算出部
358 必要駆動力算出部
359 F/Fアクセル開度量設定部
360 データ登録部(登録部)
0 開度
APO アクセル開度
Ln 直線
Low 特性線
N 駆動力
N 必要駆動力
Ne エンジン回転数
Nt エンジントルク(出力トルク)
OD 特性線
V 車速
V1 車速
V2 車速
a1 加速度
a2 加速度
r ギア比
Claims (4)
- 車両用の自動変速機の制御装置が接続されており、前記制御装置からの指令に従って動作する自動変速機の挙動を少なくともシミュレートするシミュレーション装置であって、
所定の走行パターンにおける運転者の運転操作を模擬し、前記運転者が車両に指示するアクセル開度量を出力するドライバモデルと、
前記アクセル開度量に基づいて、前記所定の走行パターンにおける駆動源の挙動を模擬する駆動源モデルと、
前記制御装置からの指令や前記駆動源モデルからの出力トルクに基づいて、前記所定の走行パターンにおける自動変速機の挙動を模擬する自動変速機モデルと、
前記所定の走行パターンにおける車両の挙動を模擬する車両モデルと、を備え、
前記ドライバモデルは、
前記所定の走行パターンから決定される目標の車速と、前記目標の車速の変化から決定される目標の車両加速度とに基づいてマップを参照して、前記アクセル開度量を設定するアクセル開度量設定手段を備え、
前記車速と前記加速度を変数として、前記車速および前記加速度と、前記アクセル開度量との対応関係が規定されているマップ構成としたことを特徴とするシミュレーション装置。 - 前記ドライバモデルは、前記マップを更新するマップ更新部をさらに備え、
前記マップ更新部は、
前記対応関係を規定する対象の車速と加速度の組合せを決定する組合せ決定部と、
前記車速に対して決まる前記駆動源の出力回転数を、アクセル開度量毎に算出する出力回転数算出部と、
前記出力回転数に対して決まる前記駆動源の出力トルクを、前記アクセル開度量毎に算出するトルク算出部と、
前記車速と、前記アクセル開度量毎に算出された前記駆動源の出力回転数とに基づいて、前記自動変速機のギア比を、前記アクセル開度量毎に算出するギア比算出部と、
前記アクセル開度量毎に算出された前記駆動源の出力トルクと、前記アクセル開度量毎に算出された前記自動変速機のギア比とに基づいて、前記組合せ決定部で決定された組合せの車速のときに得られる駆動力を、前記アクセル開度量毎に算出する駆動力算出部と、
前記組合せ決定部で決定された組合せの車速および加速度で前記車両を走行させるのに必要な必要駆動力を算出する必要駆動力算出部と、
前記アクセル開度量毎に算出された前記駆動力に基づいて、前記必要駆動力を与えるアクセル開度量を求め、求めたアクセル開度量を、前記対応関係を規定する対象として決定された車速および加速度に対応づけて前記マップに登録する登録部と、を備え、
前記組合せ決定部は、前記マップにおいて組合せが可能な前記車速と前記加速度の総ての組合せについてアクセル開度量が対応付けられるまで、前記対応関係を規定する対象の車速と加速度の組合せの決定を繰り返すことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション装置。 - 前記必要駆動力は、前記車両を、前記組合せ決定部で決定された組合せの車速および加速度で走行させるときの走行抵抗および加速抵抗から算出されることを特徴とする請求項2に記載のシミュレーション装置。
- 前記アクセル開度量設定手段は、
前記目標の車速に対するフィードフォワードアクセル開度量を設定するフィードフォワードアクセル開度量設定部と、
実車速と目標の車速との差分を補正するフィードバックアクセル開度量を設定するフィードバックアクセル開度量設定部と、
フィードフォワードアクセル開度量とフィードバックアクセル開度量を合算して、駆動源モデルに出力されるアクセル開度量とするアクセル開度量設定部と、を備え、
前記フィードフォワードアクセル開度量設定部は、前記所定の走行パターンから決定される目標の車速と、目標車速の変化から決定される目標の車両加速度とに基づいて前記マップを参照して、前記フィードフォワードアクセル開度量を設定することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載のシミュレーション装置。
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