JP2015040762A - Simulation device for evaluating vehicle maneuverability - Google Patents

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幹志 大木
Mikiyuki Oki
幹志 大木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an HILS device for evaluating vehicle maneuverability, configured to improve calculation accuracy and evaluation accuracy of the device, by using a model for tire characteristics having many error factors, while using a real machine for chassis or suspension characteristics which have difficulty in modeling.SOLUTION: An HILS device includes: a platform device having a support part on which a vehicle is mounted, and which applies displacement independently to a vehicle body and each of wheels, and a measuring instrument for measuring displacement and/or force applied to the vehicle body and wheels; and a controller for controlling displacement of the vehicle body and the wheels in the support part. The controller controls each displacement in the support part so as to achieve displacement of the vehicle body and wheels calculated on the basis of a travel condition of the vehicle, a model of tire characteristics, and/or the displacement and/or applied force measured in the vehicle body and the wheels, to simulate a motion state of the traveling vehicle.

Description

本発明は、自動車等の車両の運動性能評価のためのシミュレーション装置に係り、より詳細には、車両の運動性能評価のために有利に用いられるHILS(Hardware-In-the-Loop Simulation)装置に係る。   The present invention relates to a simulation apparatus for evaluating the motion performance of a vehicle such as an automobile. More specifically, the present invention relates to a hardware-in-the-loop simulation (HILS) apparatus that is advantageously used for evaluating the motion performance of a vehicle. Related.

自動車等の車両の運動性能や特性を評価するために、実際の車両の走行試験を行うのではなく、車両の各部の構成の特性(シャーシ特性、タイヤ特性など)を数学的にモデル化し、車両の運動・挙動をコンピュータによる演算によって再現するシミュレーション試験が実行されるようになってきている。シミュレーション試験では、当然に、種々の走行条件に於ける実車走行のための試験設備を要せず、従って、車両の運動性能の向上を図る場合や新たな車両の構成や制御技術の開発のための条件の絞り込みや試行錯誤などの試験に於いて、そのコストを大幅に削減できる点で有利である。かかる車両の運動性能評価のためのシミュレーション試験に於いては、具体的には、車両の各部の構成の全体をモデル化して実行される場合もあるが、試験の対象となる構成又はその他の構成については、実際の装置又は部品(実機)を用い、コンピュータから入力の与えられた実機の応答出力をシミュレーション演算に組み込む所謂「HILS」装置も利用されている。そのようなHILS装置として、例えば、特許文献1では、車体及びタイヤの特性の数学モデルと、実機として、制動用油圧系部品及びABS装置とを組み合わせてABS制動シミュレーションを実行する装置が提案されている。また、特許文献2では、コンピュータからの入力が与えられた車両の安定性制御装置の実機の出力に対する車両運動を車両運動の数学モデルにより算出する装置に於いて、数学モデルの出力結果と実車走行試験の結果とを整合させるために、数学モデルのパラメータを実車走行試験の結果に基づいて補正する構成が開示されている。   In order to evaluate the motion performance and characteristics of vehicles such as automobiles, instead of conducting actual vehicle running tests, the characteristics of the components of the vehicle (chassis characteristics, tire characteristics, etc.) are mathematically modeled, and the vehicle Simulation tests that reproduce the movements and behaviors of computers by computer calculations are now being implemented. Naturally, the simulation test does not require test equipment for actual vehicle driving under various driving conditions, and therefore, for the purpose of improving vehicle motion performance or for developing new vehicle configurations and control technologies. This is advantageous in that the cost can be greatly reduced in narrowing down the conditions and trial and error tests. In the simulation test for evaluating the motion performance of the vehicle, specifically, there are cases where the entire configuration of each part of the vehicle is modeled and executed, but the configuration to be tested or other configurations For the above, a so-called “HILS” apparatus is also used in which an actual apparatus or component (actual machine) is used, and the response output of the actual machine given by the computer is incorporated into the simulation calculation. As such an HILS apparatus, for example, Patent Document 1 proposes an apparatus that executes an ABS braking simulation by combining a mathematical model of the characteristics of a vehicle body and a tire and a braking hydraulic system component and an ABS apparatus as an actual machine. Yes. Further, in Patent Document 2, in an apparatus for calculating a vehicle motion with respect to an output of a real machine of a vehicle stability control apparatus given an input from a computer, a mathematical model output result and an actual vehicle running are calculated. In order to match the test results, a configuration is disclosed in which the parameters of the mathematical model are corrected based on the results of the actual vehicle running test.

特開2008−94241JP2008-94241 特開2001−349808JP 2001-349808 A

アンソニー・ベスト・ダイナミクス社(Anthony Best Dynamics, England)のホームページ(http://www.abd.uk.com/en/kinematics_&_compliance/spmm4000) SPMM4000カタログ 2011年Anthony Best Dynamics, England homepage (http://www.abd.uk.com/en/kinematics_&_compliance/spmm4000) SPMM4000 catalog 2011

既に触れた如く、車両運動性能の評価のための実走行試験の場合、コストがかかり、準備にも相当の労力と時間とを要することとなる。また、実走行試験では、路面の状態や温度、気温、気圧等の環境条件の変化を制御することは困難であること、そして、タイヤの摩耗の程度も変化することなどから、タイヤの特性、特に、タイヤと路面との相互作用に関連した特性に於いて、誤差要因が多く存在する。従って、定量的な評価を行うために、繰り返し試験を実行してデータの計測・解析を行うと、反って、評価結果にばらつきが大きくなり、良好な評価精度が得られない場合が起き得る。一方、シミュレーション試験又はHILS試験の場合、評価結果にばらつきは少ないところ、シャーシ特性、タイヤ特性などの車両の全ての構成を高精度にモデル化することは困難であり、モデルの精度に起因して評価精度を高くすること難しい場合がある。この点に関し、特に、シャーシ及びサスペンションのモデル化は一般に困難である。例えば、サスペンションの場合、入力パラメータが比較的多く(上下荷重、横荷重、前後荷重、ねじりトルク、ストローク、ステア、左右輪の干渉など)、部品まで分解してモデル化する場合にも、サスペンション・アセンブリとしてモデル化する場合にも、一般に、高精度のモデル化は難しいことが見出されている。   As already mentioned, the actual running test for evaluating the vehicle motion performance is costly and requires a lot of labor and time for preparation. Also, in actual running tests, it is difficult to control changes in environmental conditions such as road surface conditions, temperature, air temperature, pressure, etc., and because the degree of tire wear also changes, tire characteristics, In particular, there are many error factors in the characteristics related to the interaction between the tire and the road surface. Therefore, if a measurement is repeatedly performed and data is measured and analyzed in order to perform quantitative evaluation, on the other hand, there may be a case where the evaluation results vary greatly, and good evaluation accuracy cannot be obtained. On the other hand, in the case of a simulation test or a HILS test, where there are few variations in the evaluation results, it is difficult to model all the vehicle configurations such as chassis characteristics and tire characteristics with high accuracy. It may be difficult to increase the evaluation accuracy. In this regard, in particular, chassis and suspension modeling is generally difficult. For example, in the case of a suspension, there are relatively many input parameters (vertical load, lateral load, longitudinal load, torsion torque, stroke, steer, left / right wheel interference, etc.) Even when modeling as an assembly, it has generally been found difficult to model with high accuracy.

かくして、本発明の一つの課題は、車両運動性能の評価のためのHILS装置であって、モデル化の困難なサスペンション又はシャーシ入出力については、実機を用い、誤差要因の制御の困難なタイヤ特性については、数学的モデルを用いて、車両運動性能に関するデータの取得・解析を行い、評価精度の向上された装置を提供することである。   Thus, one object of the present invention is a HILS apparatus for evaluating vehicle motion performance, and for a suspension or chassis input / output that is difficult to model, use a real machine and tire characteristics that are difficult to control error factors. Is to obtain and analyze data relating to vehicle motion performance using a mathematical model, and to provide a device with improved evaluation accuracy.

ところで、自動車等の車両の各部構造の特性や性能の評価試験に関する技術分野に於いて、実際の車両に搭載されたサスペンション特性又はシャーシ特性の計測可能な試験装置が既に実用されている(例えば、非特許文献1参照)。かかるシャーシ・サスペンション特性を計測するための試験装置に於いては、車両が架台上に載置され、車体と各輪とがそれぞれ、独立に運動可能なテーブル又はパッド上に固定される。そして、車体又は各輪を固定したテーブル又はパッドを任意の力にて変位させて、各輪又は車体の変位(応答)を計測し、シャーシ・サスペンションの各部の外力又は外的な変位に対する応答特性が計測されることとなる。もし、このようなシャーシ・サスペンション特性計測試験装置に於いて、テーブル又はパッドから与えられる各輪又は車体に与える変位を、シミュレーション演算を通じて得られる実走行と同様の変位にすれば、車両に於いて実走行に近い状態がシミュレーション(再現)できると考えられる。   By the way, in a technical field related to an evaluation test of characteristics and performance of each part structure of a vehicle such as an automobile, a test apparatus capable of measuring suspension characteristics or chassis characteristics mounted on an actual vehicle has already been put into practical use (for example, Non-patent document 1). In such a test apparatus for measuring chassis / suspension characteristics, a vehicle is placed on a gantry, and the vehicle body and each wheel are fixed on a table or pad that can move independently. The table or pad to which the vehicle body or each wheel is fixed is displaced with an arbitrary force, and the displacement (response) of each wheel or vehicle body is measured, and the response characteristics to the external force or external displacement of each part of the chassis suspension. Will be measured. In such a chassis / suspension characteristic measuring and testing apparatus, if the displacement given to each wheel or vehicle body given from the table or pad is set to the same displacement as the actual running obtained through simulation calculation, in the vehicle. It is considered that a state close to actual driving can be simulated (reproduced).

そこで、本発明に於いては、上記の如き車両の各輪と車体とを独立に運動させることのできる試験装置の構成を利用した車両運動性能の評価のためのHILS装置が提案される。   Therefore, in the present invention, a HILS apparatus for evaluating vehicle motion performance using the configuration of a test apparatus capable of independently moving each wheel of the vehicle and the vehicle body as described above is proposed.

本発明によれば、上記の課題は、車両の運動状態をシミュレーションする装置であって、車両が載置され車体と各輪とに独立に変位を与えることが可能な支持部と車体及び各輪の変位及び/又は車体及び各輪に作用する力を計測する計測器とを有する架台装置と、架台装置の車体及び各輪の支持部の各々の変位を制御する制御演算器とを有し、制御演算器が車両の走行条件、タイヤ特性のモデル及び/又は車体及び各輪にて計測された変位及び/又は車体及び各輪に作用する力に基づいて算出される車体及び各輪の変位を実現するよう支持部の各々の変位を制御することにより走行中の車両の運動状態をシミュレーションする装置によって達成される。   According to the present invention, the above-described problem is an apparatus for simulating a motion state of a vehicle, and the support unit, the vehicle body, and each wheel on which the vehicle is placed and capable of independently shifting the vehicle body and each wheel. A gantry device having a measuring instrument for measuring the displacement of the gantry and the force acting on the vehicle body and each wheel, and a control arithmetic unit for controlling the displacement of the vehicle body of the gantry device and the support portion of each wheel, The control calculator calculates the vehicle running conditions, the tire characteristic model and / or the displacement measured at the vehicle body and each wheel and / or the displacement of the vehicle body and each wheel calculated based on the force acting on the vehicle body and each wheel. This is achieved by a device that simulates the motion state of a running vehicle by controlling the displacement of each of the support portions to be realized.

上記の本発明の構成に於いては、要すれば、HILS装置に於いて、実機として車両を用い、タイヤ特性、特に、タイヤと路面との相互作用に関する特性については、数学的なモデルを用いて、走行中の車両の運動状態がシミュレーションされることとなる。即ち、上記の装置では、端的に述べれば、車両を架台に載置した状態に於いて、車両に操舵角や制動力(又は制駆動力)が付与(入力)され、これらの付与入力に対する車体及び各輪の応答変位と、任意に設定されてよい走行条件、例えば、車速、加減速力(慣性力)、重心高、路面摩擦状態、タイヤ特性等とを用いて、車両の運動方程式やタイヤ力の関数式等を用いた演算により、車体及び各輪の変位が算出される。そして、算出された変位が車体及び各輪に於いて実現するよう更に車体及び各輪が変位させられ、更に、その変位に対する実機の応答を用いて、車両の運動方程式やタイヤ力の関数式等を用いた演算を行い、走行中の車両の運動状態のシミュレーション演算が実行されることとなる。即ち、実機としての車両の応答と演算とを組み合わせることにより、走行中の車両の運動のシミュレーションが達成されることとなる。かかる構成によれば、モデル化の難しい車両のシャーシ・サスペンション部分については、実機が用いられる一方、実走行試験では、誤差要因の多いタイヤ特性の部分については、数学的モデルが利用されることとなるので、従前の車両の運動のシミュレーションに比して、より精度よい車両運動の再現の達成が期待される。   In the above-described configuration of the present invention, if necessary, in the HILS apparatus, a vehicle is used as an actual machine, and a mathematical model is used for tire characteristics, particularly characteristics relating to the interaction between the tire and the road surface. Thus, the motion state of the traveling vehicle is simulated. That is, in the above device, in short, in a state where the vehicle is mounted on the gantry, a steering angle and a braking force (or braking / driving force) are applied (input) to the vehicle, and the vehicle body corresponding to these applied inputs. And the response displacement of each wheel and the driving conditions that can be arbitrarily set, such as vehicle speed, acceleration / deceleration force (inertial force), center of gravity height, road surface friction state, tire characteristics, etc. The displacement of the vehicle body and each wheel is calculated by the calculation using the function formula of Then, the vehicle body and each wheel are further displaced so that the calculated displacement is realized in the vehicle body and each wheel, and further, using the response of the actual machine to the displacement, the equation of motion of the vehicle, the functional equation of the tire force, etc. The calculation using is performed, and the simulation calculation of the motion state of the running vehicle is executed. That is, by combining the response and calculation of the vehicle as an actual machine, a simulation of the movement of the running vehicle is achieved. According to such a configuration, an actual machine is used for a chassis / suspension part of a vehicle that is difficult to model, while a mathematical model is used for a tire characteristic part with many error factors in an actual running test. Therefore, it is expected that the reproduction of the vehicle motion will be more accurately achieved compared to the conventional vehicle motion simulation.

なお、上記の構成に於いて、架台装置は、車体及び各輪の相対的な位置が変位可能な装置であれば、任意のものであってよい。典型的には、車体及び各輪の変位の向きに関して、車体及び各輪の各部に於いて、前後・左右・上下方向、或いは、ピッチ・ロール・ヨー方向が任意に実現できるようになっていることが好ましい。更に、各輪の支持部に於いては、各輪タイヤのキャンバ角、トー角、舵角が制御及び計測できるようになっていることが好ましい。また、検査される車両は、典型的には、実際に使用される車両であってよいが、車体は、支持部に固定され能動的に変位させられ、実機としての入出力応答特性を利用する部分は、シャーシであるので、車体は、実際に使用される車両の物でなくてもよい(車重や重心高は、演算に於いて任意に設定されるパラメータである。)。車体及び各輪に対する変位制御と車両の運動方程式やタイヤ力の関数式等を用いた演算により車体及び各輪の変位を算出する制御演算器は、任意のコンピュータであってよい。   In the above configuration, the gantry device may be any device as long as the relative positions of the vehicle body and the wheels can be displaced. Typically, with respect to the direction of displacement of the vehicle body and each wheel, the front and rear, left and right, up and down direction, or pitch, roll, and yaw direction can be arbitrarily realized in each part of the vehicle body and each wheel. It is preferable. Furthermore, it is preferable that the camber angle, toe angle, and rudder angle of each wheel tire can be controlled and measured at the support portion of each wheel. The vehicle to be inspected may typically be a vehicle that is actually used, but the vehicle body is fixed to the support portion and actively displaced, and uses the input / output response characteristics as an actual machine. Since the portion is a chassis, the vehicle body does not have to be an actual vehicle used (the vehicle weight and the height of the center of gravity are parameters that are arbitrarily set in the calculation). The control arithmetic unit for calculating the displacement of the vehicle body and each wheel by the displacement control for the vehicle body and each wheel and the calculation using the equation of motion of the vehicle, the tire force function, etc. may be an arbitrary computer.

かくして、上記の本発明によれば、車両運動のシミュレーションに於いて、モデル化の困難なシャーシ・サスペンション特性については実機の特性を利用し、実走行試験に於いて走行環境に起因する誤差要因の多いタイヤ特性については数学的モデルを利用するので、従前に比してモデル化誤差、環境起因誤差の影響を低減したシミュレーション結果が得られることが期待される。そして、かかるシミュレーション結果を参照することにより、車両の走行中の種々の特性(旋回特性、ロール・ピッチ・ヨー方向の変位又は振動特性など)や、車両の走行中の各部(特に、シャーシ・サスペンション部分)の動的特性についての、より精度の高い見積又は評価の達成が可能となる。これらの評価結果は、車両運動の研究・車両構造の改良・開発に利用されてよい。   Thus, according to the present invention described above, in the simulation of the vehicle motion, the characteristics of the actual machine are used for the chassis / suspension characteristics that are difficult to model. Since a mathematical model is used for many tire characteristics, it is expected that a simulation result in which the influence of modeling error and environment-induced error is reduced as compared with the conventional one will be obtained. Then, by referring to the simulation result, various characteristics (turning characteristics, roll / pitch / yaw displacement or vibration characteristics, etc.) during traveling of the vehicle, and various parts (particularly chassis suspension) during traveling of the vehicle. It is possible to achieve a more accurate estimation or evaluation of the dynamic characteristics of (part). These evaluation results may be used for vehicle motion research and vehicle structure improvement / development.

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the present invention.

図1は、本発明によるHILS装置の実施形態の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of an HILS apparatus according to the present invention. 図2は、本発明によるHILS装置の実施形態に於ける信号の流れを表したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a signal flow in the embodiment of the HILS apparatus according to the present invention.

1…車両
2f、r…車輪
3…車体
5…ハンドル
5…レール
10…架台装置(サスペンション特性計測装置)
12fL、fR、rL、rR…車輪用支持台
12a…パッド
14…車体用支持台
14a…センタ・テーブル
20…コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle 2f, r ... Wheel 3 ... Vehicle body 5 ... Handle 5 ... Rail 10 ... Mounting device (suspension characteristic measuring device)
12fL, fR, rL, rR ... wheel support 12a ... pad 14 ... car body support 14a ... center table 20 ... computer

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。   The present invention will now be described in detail with reference to a few preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In the figure, the same reference numerals indicate the same parts.

図1を参照して、本発明によるHILS装置の一つの実施形態に於いては、架台装置(サスペンション特性計測装置)10上に、自動車等の車両1が載置される。架台装置10(例えば、アンソニー・ベスト・ダイナミクス社(Anthony Best Dynamics Ltd., England)のSPMM(サスペンション特殊計測装置))には、典型的には、車両1の前後左右輪2f、2rの各々に対応して、これらを支持する支持台12fL、fR、rL、rRと、車両1の車体3に固定されこれを支持する支持台14とが設けられ、より詳細には、支持台12fL〜rRの上部の車輪2f、2r(タイヤ)との接触面のそれぞれには、パッド12aが設けられ、支持台14に於いては、その上部に於いてセンタ・テーブル14aが車体3に対して固定される。支持台12fL〜rRの各パッド12aと支持台14のセンタ・テーブル14aは、コンピュータ20の制御の下、それぞれ、独立に、任意の力及び距離にて変位可能に構成され、典型的には、各パッド12aは、車両の前後・左右・上下方向及びピッチ・ロール・ヨー方向に変位可能となっていてよく、センタ・テーブル14aは、車両の前後・左右・上下方向及びピッチ・ロール方向に変位可能となっていてよい。また、架台装置10には、任意の形式のアクチュエータによって、任意の操舵トルクにて車両のステアリングホイール(ハンドル)5を駆動して車輪の舵角を制御する機構が設けられていてよい。更に、架台装置10に於いては、各パッド12a及びセンタ・テーブル14aに作用する力と変位量とを計測する計測器(図示せず)と、各輪のキャンバ角、トー角、舵角を計測する計測器(図示せず)と、車軸に作用する力又はトルクを計測する計測器(図示せず)、サスペンションのストローク・作用力を計測する計測器(図示せず)等が設けられ、それらの値がコンピュータ20へ送信され、コンピュータ20に於ける演算処理に利用できるようになっていてよい。   Referring to FIG. 1, in one embodiment of the HILS apparatus according to the present invention, a vehicle 1 such as an automobile is placed on a gantry device (suspension characteristic measuring device) 10. The gantry device 10 (for example, SPMM (suspension special measurement device) of Anthony Best Dynamics Ltd., England) typically has a front and rear left and right wheels 2f and 2r of the vehicle 1 respectively. Correspondingly, there are provided support bases 12fL, fR, rL, rR for supporting them, and a support base 14 fixed to and supported by the vehicle body 3 of the vehicle 1, and more specifically, support bases 12fL to rR. A pad 12a is provided on each of the contact surfaces with the upper wheels 2f, 2r (tires), and the center table 14a is fixed to the vehicle body 3 at the upper portion of the support base 14. . The pads 12a of the support bases 12fL to rR and the center table 14a of the support base 14 are configured to be independently displaceable at an arbitrary force and distance under the control of the computer 20, respectively. Each pad 12a may be displaceable in the front / rear / left / right / up / down and pitch / roll / yaw directions of the vehicle, and the center table 14a is displaced in the front / rear / left / right / up / down and pitch / roll directions of the vehicle. It may be possible. Further, the gantry device 10 may be provided with a mechanism for controlling the steering angle of the wheel by driving the steering wheel (handle) 5 of the vehicle with an arbitrary steering torque by an arbitrary type of actuator. Furthermore, in the gantry device 10, a measuring instrument (not shown) for measuring the force and displacement acting on each pad 12a and the center table 14a, and the camber angle, toe angle and steering angle of each wheel are determined. A measuring instrument (not shown) for measuring, a measuring instrument (not shown) for measuring the force or torque acting on the axle, a measuring instrument (not shown) for measuring the stroke and acting force of the suspension, etc. are provided, These values may be transmitted to the computer 20 so that they can be used for arithmetic processing in the computer 20.

コンピュータ20は、車両のHILS装置に於いて使用可能な任意の形式のコンピュータであってよい。コンピュータ20は、コンピュータ内のメモリ等の記憶装置に予め記憶されたプログラムに従ったCPU及びその他の要素の処理作動により、架台装置10の各部への制御指令の送信と架台装置10に備えられた計測器群からの計測データの取得とを適宜調整されたインタフェースを介して実行するとともに、適宜設定される車両の仮想的な走行条件の下、計測器群からの計測データを用いて、車両の各部の運動状態を演算によりシミュレーションするよう構成される。   The computer 20 may be any type of computer that can be used in a vehicle HILS device. The computer 20 is provided in the gantry device 10 by transmitting a control command to each part of the gantry device 10 by processing operation of the CPU and other elements in accordance with a program stored in advance in a storage device such as a memory in the computer. The acquisition of measurement data from the measurement instrument group is performed through an appropriately adjusted interface, and the measurement data from the measurement instrument group is used under the virtual driving conditions of the vehicle set as appropriate. The movement state of each part is configured to be simulated by calculation.

上記の車両のHILS装置に於いて実機として使用される車両は、任意の車両であってよい。特に、上記の実施形態の構成に於いては、車体は、センタ・テーブル14aと一体的に変位させられるので、実際に使用される車両の車体でなくてもよい。また、車両の各輪は、実質的に回転しないように、例えば、車両の制動装置を作動させた状態で保持される一方、パッド12aとの接触面に於いては、タイヤに於いて車両の走行中に発生し得る(仮想的な摩擦状態の設定の下での演算により得られた)前後力、横力又はコーナリングフォース或いはスリップ率又はスリップ角の発生が実現できるように摺動可能であってよい。本実施形態の構成に於いて重要なことは、車両運動の数学的な演算によるシミュレーションに於いて使用される車体とタイヤとの間のシャーシ・サスペンション部分の入出力値として、実機の入出力値が利用されるということである。   The vehicle used as an actual machine in the above-described HILS apparatus for a vehicle may be any vehicle. In particular, in the configuration of the above-described embodiment, the vehicle body is displaced integrally with the center table 14a, so that it does not have to be a vehicle body of an actually used vehicle. Further, each wheel of the vehicle is held so as not to rotate substantially, for example, in a state where a braking device of the vehicle is operated, while on the contact surface with the pad 12a, the tire is attached to the tire. It is slidable so that the generation of longitudinal force, lateral force, cornering force, slip rate or slip angle that can occur during driving (obtained by calculation under the setting of virtual friction state) can be realized. It's okay. What is important in the configuration of this embodiment is that the input / output values of the actual machine are the input / output values of the chassis / suspension part between the vehicle body and the tire used in the simulation by mathematical calculation of the vehicle motion. Is used.

上記の車両のHILS装置の作動に於いては、図2のHILS装置に於ける信号の流れを参照して、架台装置10上に車両1を載置した後、コンピュータ20より、車両に操舵角若しくは操舵トルク及び/又は制(駆)動力を付与する制御指令が架台装置10へ送信される。操舵角若しくは操舵トルクは、車両のハンドル5を、任意に設定された角速度、トルク、変位量にて回転することにより与えられてよい。また、制(駆)動力の付与は、各輪2f、2rの直下のパッド12aを前後方向に変位させ、タイヤに有意なスリップ率を発生させることにより達成される。なお、車輪に於いて発生させる力(路面反力)の制御は、パッド12aに装備されたロードセルに於ける作用力(パッド力)及び変位量を参照してフィードバック制御により行われてよい。かくして、車両に操舵角・トルク及び/又は制(駆)動力が付与されると、架台装置10上の車両1のシャーシ・サスペンション特性に応じて、車輪に於いて種々の変位及び力・トルク、例えば、舵角、トー角、キャンバ角、車軸に各方向に作用する力・トルク、が発生するので、それらの変位及び力・トルクが計測され、計測値がコンピュータ20へ送られる。   In the operation of the above-described HILS apparatus for a vehicle, referring to the flow of signals in the HILS apparatus in FIG. 2, after the vehicle 1 is placed on the gantry device 10, the steering angle is applied to the vehicle by the computer 20. Alternatively, a control command for applying steering torque and / or braking (driving) power is transmitted to the gantry device 10. The steering angle or steering torque may be given by rotating the vehicle handle 5 at an arbitrarily set angular velocity, torque, and displacement. Further, the application of braking (driving) power is achieved by displacing the pad 12a immediately below each wheel 2f, 2r in the front-rear direction to generate a significant slip ratio in the tire. The force generated on the wheel (road surface reaction force) may be controlled by feedback control with reference to the acting force (pad force) and the amount of displacement in the load cell mounted on the pad 12a. Thus, when a steering angle / torque and / or braking (driving) power is applied to the vehicle, various displacements and forces / torques on the wheels according to the chassis / suspension characteristics of the vehicle 1 on the gantry device 10. For example, since a rudder angle, a toe angle, a camber angle, and a force / torque acting in each direction on the axle are generated, their displacement and force / torque are measured, and the measured values are sent to the computer 20.

一方、コンピュータ20に於いては、車両に与えられた操舵角・角速度・トルク及び/又は制(駆)動力と、それらに対する応答である実機にて計測された計測データと、任意に設定される仮想的な車両条件及び走行条件、例えば、車両の質量、慣性特性、重心高、車速、車輪速、路面摩擦状態、タイヤ特性(路面反力−スリップ率・スリップ角特性など)の情報とを用いて、車両運動とタイヤ力のシミュレーション演算が実行される。かかるシミュレーション演算に於いては、車両運動及びタイヤ特性を数学的にモデル化して得られた(前後・横・上下・ヨー・ロール・ピッチ方向の)車両運動の運動方程式及び/又はタイヤ力の運動方程式を前記の一連の値を用いて解くことによって、車体及び各輪の前後・横・上下・ヨー・ロール・ピッチ方向のそれぞれの加速度(又は力若しくはモーメント)、速度又は角速度、変位量が算出される。ここで、使用される運動方程式は、車両運動の分野で通常使用されているものであってよい。   On the other hand, in the computer 20, the steering angle / angular velocity / torque and / or braking / driving power given to the vehicle, and measurement data measured by the actual machine as a response thereto are arbitrarily set. Using virtual vehicle conditions and travel conditions, such as information on vehicle mass, inertial characteristics, center of gravity height, vehicle speed, wheel speed, road surface friction state, tire characteristics (road surface reaction force-slip ratio, slip angle characteristics, etc.) Thus, simulation calculation of vehicle motion and tire force is executed. In such a simulation calculation, a vehicle motion equation and / or tire force motion (in the longitudinal, lateral, vertical, yaw, roll, and pitch directions) obtained by mathematically modeling vehicle motion and tire characteristics. By solving the equations using the series of values described above, the acceleration (or force or moment), velocity or angular velocity, and displacement amount of the front and rear, side, top and bottom, yaw, roll and pitch directions of the vehicle body and each wheel are calculated. Is done. Here, the equation of motion used may be one normally used in the field of vehicle motion.

かくして、シミュレーション演算の結果が得られると、車体の変位・変位速度・作用力、各輪タイヤの作用力・変位・向き等が決定され、これらを、架台装置10上の車両1に於いて実現するべく、センタ・テーブル14aとパッド12aを変位させる制御指令がコンピュータ20から架台装置10へ送信される。そうすると、かかる制御指令に応答してセンタ・テーブルの変位制御及びパッドの水平方向変位制御が実行され、これにより、架台装置10上の車両1の各部の状態が、シャーシ・サスペンション特性に応じて変化することとなる。そこで、それらの状態の変化(車輪に於いて種々の変位及び力・トルク、例えば、舵角、トー角、キャンバ角、車軸に各方向に作用する力・トルク等)が、コンピュータ20へ伝えられ、コンピュータ20に於いては、新たに得られた計測値と、仮想的な走行条件及び/又は前回のシミュレーション演算結果とを用いて車両運動とタイヤ力のシミュレーション演算が繰り返し実行される。そして、かかる架台装置10への制御指令の送信、架台装置10からの計測値の取得及びシミュレーション演算を反復して実行することにより、走行中の車両運動のシミュレーションが達成されることとなる。   Thus, when the result of the simulation calculation is obtained, the displacement / displacement speed / working force of the vehicle body, the working force / displacement / orientation, etc. of each wheel tire are determined, and these are realized in the vehicle 1 on the gantry 10. Therefore, a control command for displacing the center table 14 a and the pad 12 a is transmitted from the computer 20 to the gantry device 10. Then, the center table displacement control and the pad horizontal displacement control are executed in response to the control command, whereby the state of each part of the vehicle 1 on the gantry device 10 changes according to the chassis suspension characteristics. Will be. Therefore, changes in those states (various displacements and forces / torques on the wheels, such as rudder angle, toe angle, camber angle, force / torque acting in each direction on the axle, etc.) are transmitted to the computer 20. In the computer 20, the simulation calculation of the vehicle motion and the tire force is repeatedly executed using the newly obtained measurement value, the virtual running condition and / or the previous simulation calculation result. Then, by repeating the transmission of the control command to the gantry device 10, the acquisition of the measurement value from the gantry device 10, and the simulation calculation, the simulation of the vehicle motion during traveling is achieved.

上記の車両運動のシミュレーションによれば、実走行試験の場合と同様に、種々の車両の運動特性、車両の各部の動的な特性(例えば、車体スリップ角、スタビリティファクタ、ロール剛性、ピッチ剛性など)が算出されることとなるので、それらの算出結果を適時参照して、車両及びその各部の特性・性能の評価が可能となる。   According to the above vehicle motion simulation, as in the case of the actual running test, various vehicle motion characteristics, dynamic characteristics of each part of the vehicle (for example, vehicle body slip angle, stability factor, roll stiffness, pitch stiffness). Therefore, it is possible to evaluate the characteristics and performance of the vehicle and each part by referring to the calculation results in a timely manner.

上記の実施形態に於いて、理解されるべきことは、本発明の車両運動のシミュレーションでは、シャーシ・サスペンション特性については実機の特性を利用し、タイヤ特性については数学的モデルを利用しているので、実走行試験に於いて走行環境に起因する誤差要因が排除され、また、シミュレーション演算に於けるモデル化誤差を大幅に低減した状態にて車両運動のシミュレーションが達成されるということである。また、実走行試験の場合のように、実走行のための設備を必要とせずに、走行中の車両の動的特性・性能の試験及び評価ができる点で有利である。   In the above embodiment, it should be understood that the vehicle motion simulation of the present invention uses the characteristics of the actual machine for the chassis and suspension characteristics and uses the mathematical model for the tire characteristics. In the actual driving test, the error factor due to the driving environment is eliminated, and the simulation of the vehicle motion is achieved in a state where the modeling error in the simulation calculation is greatly reduced. In addition, as in the case of an actual running test, it is advantageous in that it is possible to test and evaluate the dynamic characteristics / performance of a running vehicle without requiring facilities for actual running.

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。   Although the above description has been made in relation to the embodiment of the present invention, many modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, and the present invention is limited to the embodiment exemplified above. It will be apparent that the invention is not limited and applies to various devices without departing from the inventive concept.

Claims (1)

車両の運動状態をシミュレーションする装置であって、
前記車両が載置され車体と各輪とに独立に変位を与えることが可能な支持部と、前記車体及び前記各輪の変位及び/又は前記車体及び前記各輪に作用する力を計測する計測器とを有する架台装置と、
前記架台装置の前記車体及び前記各輪の支持部の各々の変位を制御する制御器と
を有し、
前記制御器が前記車両の走行条件、タイヤ特性のモデル及び/又は前記車体及び前記各輪にて計測された変位及び/又は前記車体及び前記各輪に作用する力に基づいて算出される前記車体及び前記各輪の変位を実現するよう前記支持部の各々の変位を制御することにより走行中の車両の運動状態をシミュレーションする装置。
An apparatus for simulating the motion state of a vehicle,
A support portion on which the vehicle is mounted and capable of independently giving displacement to the vehicle body and each wheel, and measurement for measuring displacement of the vehicle body and each wheel and / or force acting on the vehicle body and each wheel. A gantry device having a container;
A controller for controlling the displacement of each of the support portions of the vehicle body and the wheels of the gantry device;
The vehicle body calculated by the controller based on a running condition of the vehicle, a model of tire characteristics and / or a displacement measured at the vehicle body and the wheels and / or a force acting on the vehicle body and the wheels. And an apparatus for simulating the motion state of the running vehicle by controlling the displacement of each of the support portions so as to realize the displacement of each wheel.
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