JP2015222249A - 車両特性試験装置 - Google Patents
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Description
前記試験装置の床面と車両間であって、車両左右の中心線近傍で車両の前側と後側、および前後輪の略中間位置で車両の左右側にそれぞれアクチュエータを配置すると共に、
前記試験装置に、予め走行シミュレーションによって得られた路上走行時の時間に対する路面と車軸間の垂直力を記憶する垂直力記憶部と制御装置を設け、
前記制御装置は、前記垂直力記憶部に記憶された垂直力を車速指令発生信号に
同期した時間信号で読み込んで制御器により車両4輪分の制御信号を各別に演算して非干渉化演算部に入力し、非干渉化演算部は、非干渉化演算を行って前記各アクチュエータに対する力指令を生成して各アクチュエータを垂直方向に力制御するよう構成したことを特徴としたものである。
前記垂直力指令発生部による4輪分の垂直力と、路面と車軸間の垂直力を測定する垂直力測定手段によって測定された測定垂直力との差分をそれぞれ演算し、各差分を各別に入力してそれぞれの制御信号を各別に演算する制御器と、
前記各制御器による制御信号を入力して非干渉化演算を行い、前記各アクチュエータに対する力指令を生成する非干渉化演算部を備えたことを特徴としたものである。
前記垂直力の測定値は、前記垂直力測定手段によって測定された測定垂直力と前記初期状態の垂直力の初期値との差分であることを特徴としたものである。
xAF,yAF:車輪前方のアクチュエータ位置、xAR,yAR:車輪後方のアクチュエータ位置、H:前後輪車軸間の距離、W:左右車軸間の幅。
前記試験装置の床面と車両間であって、左右前後の車輪近傍か、又は左右前輪の後方近傍と車両先端間、左右後輪の前方近傍と車両後端間にそれぞれアクチュエータを配置し、
走行シミュレーションによって得られた路上走行時の時刻毎の車速に対する路面と車軸間の垂直力を予め算出して記憶する垂直力記憶部と、路面と車軸間の垂直力を測定する垂直力測定手段と、前記アクチュエータを制御する制御装置を設け、
被試験車両の試験時に垂直力記憶部に記憶された垂直力信号を制御装置に読み込んで垂直力の指令値とし、制御装置に設けた制御器により、前記指令値と前記垂直力測定手段によって測定された測定信号との差分が0となるよう制御信号を生成して前記各アクチュエータの垂直力を制御することを特徴とした車両特性試験装置。
前記垂直力指令発生部による4輪分の垂直力と前記垂直力測定手段によって測定された測定垂直力との差分をそれぞれ演算し、各差分を各別に入力してそれぞれの制御信号を各別に演算する制御器と、
前記各制御器による制御信号を入力して非干渉化演算を行い、前記各アクチュエータに対する力指令を生成する非干渉化演算部を備えたことを特徴としたものである。
算出した制御信号uFR,uFL,uRR,uRLに対し、次式(6−1)乃至(6−4)の演算を行って各アクチュエータの位置指令Zr F,Zr R,Zr A,Zr Bを生成するよう構成したことを特徴としたものである。
(1)路上走行時の車両の加減速に応じて発生する上下方向の変動を、路上走行時の車両の上下変動に倣って制御することにより、4輪に加わる垂直力を、加速状態までを含めて走行状態と一致させることができるので、モード運転による燃費、排ガス試験の試験精度が向上するものである。
(2)また、4輪に加わる垂直力を各々独立に制御できるため、曲線走行時の垂直力の再現が可能となるものである。
(3)前後左右のアクチュエータの配設位置は車両重心を通過する線上位置に配設することが望ましいが、非干渉化演算部を設けたことにより、車両重心を通過する線上位置からずれた場合でも対応が可能なため、アクチュエータの車両重心位置を通過する線上への取付が困難な場合にも対応できるものである。
(4)非干渉化演算部における演算は、単純なPI演算で4輪の各垂直力を独立に制御可能となるものである。
(5)また、初期状態の垂直方向の力をゼロとして変化分のみを補正することによって、アクチュエータが常時力を発生することがないので、アクチュエータの負荷が軽くなる利点を有するものである。
(6)タイヤの剛性をパラメータとした場合、剛性を等しいとすれば非干渉化演算が簡単になるものである。
(7)アクチュエータの配設位置が4輪に近い場所に設置できるので、より正確な垂直力制御が可能となるものである。
(8)アクチュエータの配設位置に対する自由度が増すものである。
(9)アクチュエータの配設位置を、アクチュエータ設置エリアに配置することにより、アクチュエータの負荷が均等になり、同じアクチュエータの利用が可能となるものである。
以下図に基づいて詳述する。
FF:アクチュエータ5Fの発生する力、FR:アクチュエータ5Rの発生する力、
FA:アクチュエータ5Aの発生する力、FB:アクチュエータ5Bの発生する力、
FZFR:前右輪の垂直力FZ、FZFL:前左輪の垂直力FZ、FZRR:後右輪の垂直力FZ、FZRL:後左輪の垂直力FZ、アクチュエータの発生する力は下方向を正、FZの発生する力は上方向を正とする。
PF(xAF,yAF):アクチュエータ5Fの位置
PR(xAR,yAR):アクチュエータ5Rの位置
PA(xAA,yAA):アクチュエータ5Aの位置
PB(xAB,yAB):アクチュエータ5Bの位置
QFR(xFR,yFR):タイヤFRの位置(H/2,W/2)
QFL(xFL,yFL):タイヤFLの位置(H/2,−W/2)
QRR(xRR,yRR):タイヤRRの位置(−H/2,W/2)
QRL(xRL,yRL):タイヤRLの位置(−H/2,−W/2)
G(xG,yG):車両重心の位置
HAX:アクチュエータ5F,5Rのx軸に関する距離(HAX=xAF−xAR)
HAY:アクチュエータ5F,5Rのy軸に関する距離(HAX=yAF−yAR)
WAX:アクチュエータ5A,5Bのx軸に関する距離(WAX=xAA−xAB)
WAY:アクチュエータ5A,5Bのy軸に関する距離(WAY=yAA−yAB)
図3は制御装置10の構成図を示したものである。11は垂直力指令発生部で、図示省略されている車速指令発生器による車速指令に同期した時間信号で、垂直力記憶部6に記憶されている垂直力を読み込み、指令値FrzFR,FrzFL,FrzRR,FrzRLを生成して減算部12a〜12dに出力する。減算部12aでは前右輪の指令値FrzFRと前右輪の測定した垂直力FzFRとの差分を求めて前右輪の制御器13aに出力し、この制御器13aで両者の差が0となるような演算を行って制御信号(操作量)uFRを出力する。
FzFR+FzFL+FzRR+FzRL=FF+FR+FA+FB+Mg …… (1)
ただし、M:車体質量、g:重力加速度
x軸に関して角加速度を発生しない条件
FFxAF+FRxAR+FAxAA+FBxAB−FzFRxFR−FzFLxFL−FzRRxRR−
FzRLxRL+MgxG=0 …… (2)
y軸に関して角加速度を発生しない条件
FFyAF+FRyAR+FAyAA+FByAB−FzFRyFR−FzFLyFL−FzRRyRR−
FzRLyRL +MgyG=0 …… (3)
ここで、
FzT=FzFR+FzFL+FzRR+FzRL−Mg=FF+FR+FA+FB ……(4)
dFzRF=FzFR−FzFL+FzRR−FzRL
また、(1)式の条件より
a+b=1 …… (10)
を満足するように変数a,b(以下調整変数という)を決定する。
なお、非干渉化演算はa=b=0.5とした場合である。
(1)路上走行時の車両の加減速に応じて発生する上下方向の変動を、路上走行時の車両の上下変動に倣って制御することにより、4輪に加わる垂直力を、加速状態までを含めて走行状態と一致させることができるので、モード運転による燃費、排ガス試験の試験精度が向上するものである。
(2)また、4輪に加わる垂直力を各々独立に制御できるため、曲線走行時の垂直力の再現が可能となるものである。
(3)非干渉化演算部を設けたことにより、アクチュエータの取付位置に対する制約が減少するものである。
(4)非干渉化演算部における演算は、単純なPI演算で4輪の各垂直力を独立に制御可能とするものである。
Fr F,Fr R,Fr A,Fr Bを生成してアクチュエータ5F,5R,5A,5Bへ各別に出力し、各アクチュエータに対する垂直方向への力制御を行う。
δFzRL=△FzFR−△FzFL+△FzRR−△FzRL
したがって、非干渉化演算部14は(24)〜(30)式の演算を行う。
路上走行状態をシミュレーションして垂直力を求め、この車両をシャシダイナモメータ上に載置して車両拘束装置によって固定することによって垂直方向の力がシミュレーションの場合と異なってくる。また、シャシダイナモメータ上ではドライバーが運転するが、その際、路上走行でのシミュレーション時のドライバーの体重を想定してもシャシダイナモメータ上でのドライバーとの体重が一致するとは限らない。
停止状態で、アクチュエータから車両に力を加えていないときの車軸の高さをzzFR0,zzFL0,zzRR0,zzRL0、試験時の車軸の高さをzzFR,zzFL,zzRR,zzRL、アクチュエータの高さをzFR,zFL,zRR,zRL、初期状態での高さzF0,zR0,zA0,zB0には以下の関係式(A1),(A2)が成り立つ。
z=α・x+β・y+γ …… (A3)
とすると、
図7は設置エリア内でのアクチュエータの配置例を示したもので、この例では各前輪の前側と各後輪の後側にそれぞれアクチュエータ5FR,5FL,5RR,5RLが設置されている。
FFR:アクチュエータ5FRの発生する力、FFL:アクチュエータ5FLの発生する力、FRR:アクチュエータ5RRの発生する力、FRL:アクチュエータ5RLの発生する力、
FZFR:前右輪の垂直力、FZFL:前左輪の垂直力、FZRR:後右輪の垂直力、FZRL:後左輪の垂直力、アクチュエータの発生する力は下方向を正、垂直力の発生する力は上方向を正とする。
PFR(xAFR,yAFR):アクチュエータ5FRの位置
PFL(xAFL,yAFL):アクチュエータ5FLの位置
PRR(xARR,yARR):アクチュエータ5RRの位置
PRL(xARL,yARL):アクチュエータ5RLの位置
QFR(xFR,yFR):タイヤFRの位置(H/2,W/2)
QFL(xFL,yFL):タイヤFLの位置(H/2,−W/2)
QRR(xRR,yRR):タイヤRRの位置(−H/2,W/2)
QRL(xRL,yRL):タイヤRLの位置(−H/2,−W/2)
G(xG,yG):車両重心の位置
HRL:アクチュエータ5FR,5RLのx軸に関する距離(HRL=xAFR−xARL)
HLR:アクチュエータ5FL,5RRのx軸に関する距離(HLR=xAFL−xARR)
WRL:アクチュエータ5FR,5RLのy軸に関する距離(WRL=yAFR−yARL)
WLR:アクチュエータ5FL,5RRのy軸に関する距離(WLR=−yAFL+yARR)
図8は、この実施例の制御装置10cの構成図を示したもので、図3との同一部分若しくは相当する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
路上走行シミュレーションにより、試験を行うパターンでの前2輪の垂直力(FZFR,FZFL)及び後2輪の垂直力(FZRR,FZRL)を算出し、走行時間の時刻毎の車速に対応した垂直力が垂直力記憶部6に記憶されている。
車両1の前後左右に配設されたアクチュエータ5FR,5FL,5RR,5RLの垂直方向の力をFFR,FFL,FRR,FRLとすると、車両1に加速度、角加速度が生じない条件は以下のようになる。
FzFR+FzFL+FzRR+FzRL=FFR+FFL+FRL+FRL+M・g …… (35)
ただし、M:車体質量、g:重力加速度
x軸に関して角加速度を発生しない条件
FFRxAFR+FFLxAFL+FRRxARR+FRLxARL−FzFRxFR−FzFLxFL+
FzRRxRR+FzRLxRL+MgxG=0 …… (36)
y軸に関して角加速度を発生しない条件
FFRyAFR+FFLyAFL+FRRyARR+FRLyARL−FzFRyFR−FzFLyFL+
FzRRyRR+FzRLyRL+MgyG=0 …… (37)
ここで、
a+b=1 …… (41)
を満たす必要がある。例えば、a=b=1/2とすると(42)式となる。
以上により、単純なPI制御により4輪の垂直力を独立に制御することが可能になる。
ただし、アクチュエータの発生する力に関しては初期状態が0である。
停止状態でアクチュエータから車両に力を加えていないときの車軸の高さZZFR0,ZZFL0,ZZRR0,ZZRL0,試験時の車軸の高さをZZFR,ZZFL,ZZRR,ZZRL,アクチュエータの高さZFR,ZFL,ZRR,ZRL,初期状態での高さZFR0,ZFL0,ZRR0,ZRL0には以下の(A16)式,(A17)式の関係が成り立つ。
z=α・x+β・y+γ …… (A18)
とすると、
2… ローラ
3… 拘束装置
4… ダイナモメータ
5… アクチュエータ
6(6a)… 垂直力記憶部
7… ダイナモメータ制御装置
8… 計測器
10(10a,10b,10c,10d)… 制御装置
11… 垂直力指令発生部
12(12a〜12d)… 減算部
13(13a〜13d)… 制御器
14… 非干渉化演算部
15(15a〜15d)… 減算部
Claims (17)
- シャシダイナモメータ上で被試験の車両を拘束装置によって拘束しつつ試験する車両特性試験装置において、
前記試験装置の床面と車両間であって、車両左右の中心線近傍で車両の前側と後ろ側、および前後輪の略中間位置で車両の左右側にそれぞれアクチュエータを配置すると共に、
前記試験装置に、予め走行シミュレーションによって得られた路上走行時の時刻毎の車速に対する路面と車軸間の垂直力を記憶する垂直力記憶部と、アクチュエータを制御する制御装置を設け、
前記制御装置は、前記垂直力記憶部に記憶された垂直力を車速指令発生信号に同期した時間信号で読み込んで制御器により車両4輪分の制御信号を各別に演算して非干渉化演算部に入力し、非干渉化演算部は、非干渉化演算を行って前記各アクチュエータに対する力指令を生成して各アクチュエータを垂直方向に力制御するよう構成したことを特徴とした車両特性試験装置。 - 非干渉化演算部は、非干渉化演算を行って前記各アクチュエータに対する位置指令を生成して各アクチュエータの高さ方向への位置制御するよう構成したことを特徴とした請求項1記載の車両特性試験装置。
- 前記制御装置は、前記垂直力記憶部に記憶された垂直力を車速指令発生信号に同期した時間信号で読み込んで車両4輪分の垂直力を各別に出力する垂直力指令発生部と、
前記垂直力指令発生部による4輪分の垂直力と、路面と車軸間の垂直力を測定する垂直力測定手段によって測定された測定垂直力との差分をそれぞれ演算し、各差分を各別に入力してそれぞれの制御信号を各別に演算する制御器と、
前記各制御器による制御信号を入力して非干渉化演算を行い、前記各アクチュエータに対する力指令を生成する非干渉化演算部を備えたことを特徴とした請求項1記載の車両特性試験装置。 - 前記制御器により算出された制御信号uFR,uFL,uRR,uRLに対し、前記非干渉化演算部は調整変数a,bとし、a+b=1を満足するよう次式(1−1)乃至(1−7)の演算を行って各アクチュエータの力指令Fr F,Fr R,Fr A,Fr Bを生成するよう構成したことを特徴とした請求項1記載の車両特性試験装置。
- 前記垂直力記憶部に記憶される垂直力は、前記ローラ上に車両を載せ前記各アクチュエータにより力を加えてない初期状態の垂直力からの変動分とし、前記制御器は初期状態の垂直力と垂直力の測定値との差分で制御信号を生成するよう構成したことを特徴とした請求項1記載の車両特性試験装置。
- 前記垂直力記憶部に記憶される垂直力は、前記ローラ上に車両を載せ前記各アクチュエータにより力を加えてない初期状態の垂直力からの変動分とし、前記制御器は初期状態の垂直力と垂直力の測定値との差分で制御信号を生成するものであり、
前記垂直力の測定値は、前記垂直力測定手段によって測定された測定垂直力と前記初期状態の垂直力の初期値との差分であることを特徴とした請求項3記載の車両特性試験装置。 - 前記制御器により算出された制御信号uFR,uFL,uRR,uRLに対し、前記非干渉化演算部は調整変数a,bとし、a+b=1を満足するよう次式(2−1)乃至(2−7)の演算を行ってアクチュエータの力指令Fr F,Fr R,Fr A,Fr Bを生成するよう構成したことを特徴とした請求項1記載の車両特性試験装置。
- 前記垂直力記憶部に記憶された垂直力は、路上走行シミュレーションに基づき試験を行う走行パターンでの前輪及び後輪の垂直力を算出して時間に対する垂直力として記憶し、前記非干渉化演算部は、前記制御器が算出した制御信号をもとに各アクチュエータの位置指令を生成して各アクチュエータの位置を制御するよう構成したことを特徴とした請求項1記載の車両特性試験装置。
- 前記垂直力記憶部に記憶された垂直力は、路上走行シミュレーションに基づき試験を行う走行パターンでの前輪及び後輪の垂直力を算出して時間に対する垂直力として記憶し、前記非干渉化演算部は、前記制御器が算出した制御信号uFR,uFL,uRR,uRLに対し、次式(3−1)乃至(3−4)の演算を行って各アクチュエータの位置指令Zr F,Zr R,Zr A,Zr Bを生成するよう構成したことを特徴とした請求項1又は2記載の車両特性試験装置。
- シャシダイナモメータ上で被試験の車両を拘束装置によって拘束しつつ試験する車両特性試験装置において、
前記試験装置の床面と車両間であって、左右前後の車輪近傍か、又は左右前輪の後方近傍と車両先端間、左右後輪の前方近傍と車両後端間にそれぞれアクチュエータを配置し、
走行シミュレーションによって得られた路上走行時の時刻毎の車速に対する路面と車軸間の垂直力を予め算出して記憶する垂直力記憶部と、路面と車軸間の垂直力を測定する垂直力測定手段と、前記アクチュエータを制御する制御装置を設け、
被試験車両の試験時に、垂直力記憶部に記憶された垂直力信号を制御装置に読み込んで垂直力の指令値とし、制御装置に設けた制御器により、前記指令値と前記垂直力測定手段によって測定された測定信号との差分が0となるよう制御信号を生成して前記各アクチュエータの垂直力を制御することを特徴とした車両特性試験装置。 - 前記制御装置に非干渉化演算部を設け、前記各アクチュエータ間相互の干渉を防止するための非干渉化演算を行うことを特徴とした請求項10記載の車両特性試験装置。
- 前記制御装置は、前記垂直力記憶部に記憶された垂直力を車速指令発生信号に同期した時間信号で読み込んで車両4輪分の垂直力を各別に出力する垂直力指令発生部と、
前記垂直力指令発生部による4輪分の垂直力と前記垂直力測定手段によって測定された測定垂直力との差分をそれぞれ演算し、各差分を各別に入力してそれぞれの制御信号を各別に演算する制御器と、
前記各制御器による制御信号を入力して非干渉化演算を行い、前記各アクチュエータに対する力指令を生成する非干渉化演算部を備えたことを特徴とした請求項10又は11記載の車両特性試験装置。 - 前記制御器により算出された4輪分の垂直力の制御信号をuFR,uFL,uRR,uRLとしたとき、前記非干渉化演算部は調整変数a,bとし、a+b=1を満足するよう次式(4−1)乃至(4−4)の演算を行って各アクチュエータの力指令Fr FR,Fr FL,Fr RR,Fr RLを生成するよう構成したことを特徴とした請求項11又は12記載の車両特性試験装置。
- 前記垂直力記憶部に記憶される垂直力は、前記ローラ上に車両を載せ、前記各アクチュエータにより力を加えてない初期状態の垂直力からの変動分とし、前記制御器は初期状態の垂直力と前記垂直力測定手段によって測定された測定垂直力との差分で制御信号を生成するよう構成したことを特徴とした請求項10乃至12の何れか1項に記載の車両特性試験装置。
- 前記垂直力記憶部に記憶された垂直力は、路上走行シミュレーションに基づき試験を行う走行パターンでの前輪及び後輪の垂直力を算出して時間に対する垂直力として記憶し、前記非干渉化演算部は、前記制御器が算出した制御信号をもとに各アクチュエータの位置指令を生成して各アクチュエータの位置を制御するよう構成したことを特徴とした請求項11又は12記載の車両特性試験装置。
- 前記垂直力記憶部に記憶された垂直力は、路上走行シミュレーションに基づき試験を行う走行パターンでの前輪及び後輪の垂直力を算出して時間に対する垂直力として記憶し、前記非干渉化演算部は、前記制御器が算出した制御信号uFR,uFL,uRR,uRLに対し、次式(6−1)乃至(6−4)式の演算を行って各アクチュエータの位置指令Zr F,Zr R,Zr A,Zr Bを生成するよう構成したことを特徴とした請求項15に記載の車両特性試験装置。
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