JP2021012057A - タイヤ試験システム - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ側の制御に対し遅れることなくベルト側を制御できるタイヤ試験システムを提供すること。【解決手段】タイヤ試験システムは、その外周面に模擬路面が形成された帯状のフラットベルトと、フラットベルトが架け渡された一対のベルトドラムと、タイヤをタイヤ駆動軸で軸支するとともにこのタイヤを模擬路面上で運動させるタイヤ支持駆動装置と、一対のベルトドラムの少なくとも何れかを回転させる路面駆動モータ２６と、タイヤ駆動軸に作用する力を検出する力センサ３９と、力センサ３９の検出信号に基づいて路面駆動モータ２６への入力信号を生成する総括制御装置６と、を備える。総括制御装置６は、路面駆動モータ２６によって所定慣性を模擬する電気慣性制御を力センサ３９の検出信号に基づいて行うベルト軸コントローラ６９を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤ試験システムに関する。より詳しくは、本発明は、実タイヤを模擬路面上で運動させることにより、実タイヤの性能を評価するタイヤ試験システムに関する。

四輪の自動車や自動二輪車等の多くの車両には、少なくとも２つのタイヤが装着される。タイヤの性能は、その材質、形状、空気圧、路面への接触荷重、及び温度等の様々な要因によって変化する。このようなタイヤの性能を評価するタイヤ試験装置として、ベルトやローラ等の模擬路面上でタイヤを回転させながら、そのキャンバー角、スリップ角、及び垂直荷重等を調整しつつ、この際にタイヤに加わる力や転がり抵抗等を測定するものが公知となっている。このようなタイヤ試験装置によれば、タイヤを現実の車両に装着したり、さらにこの実車両をテストコースで実際に走行させたりすることなく、タイヤ単体で性能を評価できるため、試験にかかる時間が短く利便性が高い。

また近年では、上記のようなタイヤ試験装置で現実のタイヤを用いることで得られた情報を入力として、車両モデルを用いたシミュレーションによって車両全体の挙動を再現し、さらにこのシミュレーションによって得られた情報をタイヤ試験装置において現実のタイヤを運動させるアクチュエータにフィードバックするタイヤ試験システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように、現実の装置（上記の例では、現実のタイヤ及びそのタイヤ試験装置）をシミュレーションに組み込んだ試験システムは、ＨＩＬ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ）シミュレータとも呼称されている。

このようなタイヤ試験システムでは、車両の挙動を再現するシミュレーションによって得られた情報をタイヤ試験装置に入力することにより、より実走行条件に近い条件でタイヤの試験を行うことができる。またタイヤは、ゴム、有機繊維、金属等の複合素材で構成され、大きな変化を伴う弾性体であり、路面状態や温度によって性能が大きく変化すること等から、タイヤの挙動を精度良く再現できるタイヤモデルを構築することは困難である。これに対し、上記試験装置によれば、実タイヤから得られた情報を用いて、シミュレーションによって車両の挙動を再現することにより、より実走行条件に近い条件で精密な車両挙動の解析が可能となる。

特開２０１８−１４６４２１号公報

ところで特許文献１に示されたタイヤ試験システムでは、タイヤ側の制御とベルト側の制御とを独立して行っていた。より具体的には、タイヤ側については上記のようにシミュレーションと組み合わせた制御を行いつつ、ベルト側についてはベルトを移動させるベルトモータに設けられた軸トルクセンサや速度センサの検出信号を用いた速度制御基準の電気慣性制御を行っていた。

このようにタイヤ側とベルト側とを独立して制御する特許文献１のタイヤ試験システムでは、ベルト摩擦の大きさやベルトのがたつきにより、タイヤ側の駆動に対して正しく軸トルクを検出することができず、遅れやオフセット等の誤差が生じる場合がある。より具体的には、例えば発進時においてタイヤがベルト上で回転しているにも関わらず、ベルトにはトルクが十分に伝達しきっていないことでベルト側の電気慣性制御の立ち上がりが遅れてしまう場合があり、結果として想定と異なる挙動を示すおそれがある。

本発明は、タイヤ側の制御に対し遅れることなくベルト側を制御できるタイヤ試験システムを提供することを目的とする。

（１）本発明に係るタイヤ試験システム（例えば、後述のタイヤ試験システムＳ）は、実タイヤ（例えば、後述のタイヤＴ）を模擬路面（例えば、後述の模擬路面２５ａ）上で運動させるものであって、その外周面に前記模擬路面が形成された帯状のベルト（例えば、後述のフラットベルト２５）と、前記ベルトが架け渡された一対のドラム（例えば、後述のベルトドラム２４ａ，２４ｂ）と、前記実タイヤをタイヤ軸（例えば、後述のタイヤ駆動軸４２）で軸支するとともに当該実タイヤを前記模擬路面上で運動させるタイヤ支持駆動装置（例えば、後述のタイヤ支持駆動装置３）と、前記一対のドラムの少なくとも何れかを回転させるベルトアクチュエータ（例えば、後述の路面駆動モータ２６）と、前記タイヤ軸に作用する力を検出する力センサ（例えば、後述の力センサ３９）と、前記力センサの検出信号に基づいて前記ベルトアクチュエータへの入力信号を生成する制御装置（例えば、後述の総括制御装置６）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記制御装置は、前記ベルトアクチュエータによって所定慣性を模擬する電気慣性制御を前記力センサの検出信号に基づいて行うことが好ましい。

（３）この場合、前記タイヤ試験システムは、前記ベルトアクチュエータの回転速度であるベルト軸回転速度（例えば、後述のベルト軸回転速度ωｂｅｌ）を検出するベルト軸回転速度センサ（例えば、後述のベルト軸回転速度センサ２７）をさらに備え、前記制御装置は、前記力センサの検出信号に基づいて前記実タイヤを駆動輪とした仮想車両の挙動を模擬することにより、前記仮想車両の車速（例えば、後述の車体速度Ｖｘ）を算出する車両モデルシミュレータ（例えば、後述の車両モデルシミュレータ６０）と、前記ベルト軸回転速度と前記車速に比例するベルト軸回転速度指令（例えば、後述のωｂｅｌ＿ｃｍｄ）との偏差が無くなるように前記ベルトアクチュエータの回転速度を制御するベルト速度制御装置（例えば、後述のベルト軸コントローラ６９）と、を備えることが好ましい。

（４）この場合、前記タイヤ試験システムは、前記タイヤ軸に作用するタイヤ軸トルク（例えば、後述のタイヤ軸トルクＴｔｉｒｅ）を検出するタイヤ軸トルクセンサ（例えば、後述のタイヤ軸トルクセンサ４０）と、前記タイヤ軸のタイヤ軸回転速度（例えば、後述のタイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅ）を検出するタイヤ軸回転速度センサ（例えば、後述のタイヤ軸回転速度センサ４１）と、をさらに備え、前記制御装置は、前記タイヤ軸トルクと前記車両モデルシミュレータによって算出されるタイヤ軸トルク指令（例えば、後述のタイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄ）との偏差が無くなるように前記タイヤ軸トルクを制御するタイヤ軸トルク制御装置（例えば、後述のタイヤ軸コントローラ６８）を備え、前記車両モデルシミュレータは、前記力センサの検出信号に基づいて前記仮想車両の車体の挙動を模擬することにより、前記仮想車両の車速を算出する車体モデル演算部（例えば、後述の車体モデル演算部６１３）と、前記車速と当該車速に対する車速指令（例えば、後述の車速指令Ｖ＿ｃｍｄ）との偏差が無くなるように前記仮想車両に搭載される仮想パワートレインに対する指令信号を生成する仮想車速制御装置（例えば、後述の仮想車速制御装置６３）と、前記仮想車速制御装置によって生成される指令信号と前記タイヤ軸回転速度センサの検出信号とに基づいて前記仮想パワートレインの挙動を模擬することにより、前記仮想パワートレインの仮想出力軸に発生する軸トルクを前記タイヤ軸トルク指令として算出するパワートレインモデル演算部（例えば、後述のパワートレインモデル演算部６１２）と、を備えることが好ましい。

（１）本発明のタイヤ試験システムは、実タイヤをタイヤ軸で軸支するとともにこの実タイヤを模擬路面上で運動させるタイヤ支持駆動装置と、タイヤ軸に作用する力を検出する力センサと、ベルトが架け渡された一対のドラムの少なくとも何れかを回転させるベルトアクチュエータと、力センサの検出信号に基づいてベルトアクチュエータへの入力信号を生成する制御装置と、を備える。ここでタイヤ支持駆動装置によって実タイヤを模擬路面上で運動させると、実タイヤを軸支するタイヤ軸には模擬路面からの反力が作用する。よって本発明によれば、このようなタイヤ側に設けられた力センサの検出信号に基づいてベルトアクチュエータを制御することにより、ベルト摩擦の小さい場合やベルトにがたつきが存在する場合であっても、タイヤ支持駆動装置によるタイヤ側の制御に対し遅れることなくベルトアクチュエータを制御できる。

（２）本発明のタイヤ試験システムにおいて、制御装置は、ベルトアクチュエータによって所定慣性を模擬する電気慣性制御を、タイヤ側に設けられた力センサの検出信号に基づいて行う。これにより、タイヤ支持駆動装置によるタイヤ側の制御に対し遅れることなくベルトアクチュエータを制御できる。

（３）本発明のタイヤ試験システムにおいて、制御装置は、力センサの検出信号に基づいて実タイヤを駆動輪とした仮想車両の挙動を模擬することによって、仮想車両の車速を算出する車両モデルシミュレータと、ベルト軸回転速度センサによって検出されるベルト軸回転速度と車速に比例するベルト軸回転速度指令との偏差が無くなるようにベルトアクチュエータの回転速度を制御するベルト速度制御装置と、を備える。このように本発明では、ベルト軸回転速度センサによって検出されるベルト軸回転速度と車両モデルシミュレータにおいて仮想車両の挙動を模擬することによって算出されるベルト軸回転速度指令との偏差が無くなるようにベルトアクチュエータの回転速度を制御することにより、ベルト、ドラム、及びベルトアクチュエータを合わせた機械慣性を車両モデルシミュレータで想定する車体慣性にする電気慣性制御を行うことができる。

（４）本発明のタイヤ試験システムにおいて、車両モデルシミュレータは、力センサの検出信号に基づいて仮想車両の車体の挙動を模擬することによって仮想車両の車速を算出する車体モデル演算部と、車速とこの車速に対する車速指令との偏差が無くなるように仮想パワートレインに対する指令信号を生成する仮想車速制御装置と、この仮想車速制御装置によって生成される指令信号とタイヤ軸回転速度センサの検出信号とに基づいて仮想パワートレインの挙動を模擬することによってタイヤ軸トルク指令を算出するパワートレインモデル演算部と、を備える。またタイヤ軸トルク制御装置は、タイヤ軸トルクセンサによって検出されるタイヤ軸トルクとパワートレインモデル演算部によって算出されるタイヤ軸トルク指令との偏差が無くなるようにタイヤ支持駆動装置を用いることによってタイヤ軸トルクを制御し、ベルト速度制御装置は、ベルト軸回転速度センサによって検出されるベルト軸回転速度と車体モデル演算部における演算を経て算出されるベルト軸回転速度指令との偏差が無くなるようにベルトアクチュエータの回転速度を制御する。これにより、実タイヤを用いたタイヤ試験ユニットと、パワートレインモデル演算部及び車体モデル演算部とをリアルタイムで連携し、より現実に近い実車走行を模擬路面上で再現できるＨＩＬシステムを構築できる。

本発明の一実施形態に係るタイヤ試験システムの構成を示す図である。 タイヤ試験システムに設けられる複数のモータ及び複数のセンサを模式的に示す図である。 模擬路面上におけるスリップ角を示す図である。 模擬路面上におけるキャンバー角を示す図である。 模擬路面上で運動するタイヤに作用する力を示す図である。 総括制御装置の機能ブロック図である。 パワートレインモデル演算部で用いられるパワートレインモデルの構成を示す図である。 仮想車両の車体の平面図に、車体モデル演算部への入力情報を模式的に示した図である。 仮想車両の車体の平面図に、車体モデル演算部における演算によって算出されるパラメータを模式的に示した図である。 車体の運動方程式に基づいて導出される車体加速モデルの一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るタイヤ試験システムＳの構成を示す図である。
図２は、タイヤ試験システムＳに設けられる複数のモータ及び複数のセンサを模式的に示す図である。

タイヤ試験システムＳは、複数のモータを用いて現実のタイヤＴに様々な外力を加えることによってタイヤＴを運動させるタイヤ試験ユニット１と、タイヤ試験ユニット１を制御する総括制御装置６と、を備える。

タイヤ試験システムＳは、タイヤ試験ユニット１において現実のタイヤＴを用いて得らえた情報を総括制御装置６への入力とし、総括制御装置６ではタイヤＴを構成要素の一部とした仮想車両の挙動を、モデルを用いたシミュレーションによって再現し、さらにこのシミュレーションによって得られた情報をタイヤ試験ユニット１にフィードバックする。すなわち、タイヤ試験システムＳは、現実のタイヤＴをシミュレーションに組み込んだ所謂ＨＩＬシステムと呼称されるものである。

なお以下では、タイヤ試験システムＳにおいて想定する仮想車両は、エンジンを動力発生源とした四輪の自動車とするが、仮想車両の車輪の数や動力発生源はこれらに限らない。またタイヤＴは、この仮想車両における動力発生源からの動力が伝達する駆動輪でありかつ運転者が操作可能なステアリングによって操舵角を変化させることができる転舵輪である場合について説明するが、仮想車両におけるタイヤＴの役割はこれに限らない。

タイヤ試験ユニット１は、ホイールにリム組みされたタイヤＴと、タイヤＴが接する路面模擬装置２と、タイヤＴを支持しつつこのタイヤＴを路面模擬装置２上で運動させるタイヤ支持駆動装置３と、を備える。

路面模擬装置２は、水平な床面に固定された基台２１と、この基台２１に対し垂直な鉛直方向に沿った回動軸ＯＳＡを中心として回動自在に設けられたベルトユニット２２と、このベルトユニット２２を、回動軸を中心として回動させるスリップ角モータ２３（図２参照）と、スリップ角センサ２９（図２参照）と、を備える。

ベルトユニット２２は、回転可能に設けられた一対の筒状のベルトドラム２４ａ，２４ｂと、これらベルトドラム２４ａ．２４ｂの外周に架け渡された無端帯状のフラットベルト２５と、を備える。フラットベルト２５の外周面には、実路面を模した加工が施されている。これにより、フラットベルト２５の外周面のうち鉛直上方の面は、タイヤＴが接する模擬路面２５ａとなっている。これらベルトドラム２４ａ，２４ｂの回転軸は、互いに平行でありかつ上記回動軸ＯＳＡに対し垂直となっている。

また一対のベルトドラム２４ａ，２４ｂの少なくとも何れかには、その出力軸が同軸に連結された路面駆動モータ２６（図２参照）と、路面駆動モータ２６の出力軸の回転速度を検出するベルト軸回転速度センサ２７（図２参照）と、が設けられている。

路面駆動モータ２６は、総括制御装置６からの指令信号に応じてドラム２４ａを回転駆動する。これにより模擬路面２５ａは、ベルトドラム２４ａの回転速度に応じた速度で、回動軸ＯＳＡに対し垂直な平面内を、路面進行方向ＦＲに沿って流れる。ベルト軸回転速度センサ２７は、路面駆動モータ２６の出力軸の回転速度（以下、ベルト軸回転速度ωｂｅｌという）に応じたベルト軸回転速度検出信号を生成し、これを総括制御装置６へ送信する。

スリップ角モータ２３は、総括制御装置６からの信号に応じてベルトユニット２２を、回動軸ＯＳＡを中心として回動させる。路面模擬装置２では、スリップ角モータ２３を用いてベルトユニット２２を回動させることにより、図３Ａに示すように、模擬路面２５ａ上におけるタイヤＴの回転軸Ｒと垂直なタイヤ進行方向ＦＴと路面進行方向ＦＲとの成す角αであるスリップ角を調整することができる。スリップ角センサ２９は、スリップ角θＳＡに応じたスリップ角検出信号を生成し、総括制御装置６へ送信する。

タイヤ支持駆動装置３は、ベルトユニット２２のベルト送り方向である路面進行方向ＦＲの両端側の床面に固定された一対の台座３１ａ，３１ｂと、これら台座３１ａ，３１ｂによって両端部が支持された弧状のフレーム３３と、このフレーム３３によって支持された棒状の支持アーム３５と、このアーム３５の先端部に設けられた回転駆動ユニット３６と、を備える。

フレーム３３は、フラットベルト２５の鉛直上方を延びる。フレーム３３の両端部は、それぞれ、台座３１ａ，３１ｂによってフラットベルト２５の延在方向と略垂直な回動軸ＯＣＡを中心として回動自在に支持されている。また台座３１ａには、フレーム３３を、回動軸ＯＣＡを中心として回動駆動するキャンバー角調整モータ３２（図２参照）と、フレーム３３の模擬路面２５ａに対する角度を検出するキャンバー角センサ３４と、が設けられている。キャンバー角調整モータ３２は、総括制御装置６からの指令信号に応じてフレーム３３を、回動軸ＯＣＡを中心として回動させる。タイヤ支持駆動装置３では、このキャンバー角調整モータ３２を用いてフレーム３３及びこれに支持された支持アーム３５を回動させることにより、図３Ｂに示すように、模擬路面２５ａ上におけるタイヤＴの回転軸Ｒと模擬路面２５ａとの成す角、すなわち模擬路面２５ａの法線と回転軸Ｒと垂直な面との成す角βであるキャンバー角を調整することができる。キャンバー角センサ３４は、キャンバー角θＣＡに応じたキャンバー角検出信号を生成し、総括制御装置６へ送信する。

支持アーム３５は、模擬路面２５ａに対し垂直な鉛直方向に沿って延びる。支持アーム３５の基端部は、フレーム３３によって支持アーム３５の延在方向に沿って摺動自在に支持されている。フレーム３３には、支持アーム３５を、その延在方向に沿って変位させる垂直荷重調整モータ３７（図２参照）が設けられている。垂直荷重調整モータ３７は、総括制御装置６からの指令信号に応じて、支持アーム３５を、その延在方向に沿って変位させる。タイヤ支持駆動装置３では、この垂直荷重調整モータ３７を用いて支持アーム３５を変位させることにより、タイヤＴを模擬路面２５ａに対し接地させたり、タイヤＴを模擬路面２５ａに対し離間させたりする。またタイヤ支持駆動装置３では、この垂直荷重調整モータ３７を用いて支持アーム３５を変位させることにより、タイヤＴを模擬路面２５ａに押さえつける力である垂直荷重を調整することも可能となっている。

回転駆動ユニット３６は、支持アーム３５の先端部において、タイヤＴを回転自在に支持する。図２に示すように、回転駆動ユニット３６は、タイヤ駆動モータ３８と、力センサ３９と、タイヤ軸トルクセンサ４０と、タイヤ軸回転速度センサ４１と、タイヤ駆動軸４２と、を備える。

タイヤ駆動軸４２は、支持アーム３５に対し略垂直に延び、その先端側においてタイヤＴを軸支する。タイヤ駆動軸４２の先端側は、タイヤＴのハブに連結され、基端側は、タイヤ駆動モータ３８の出力軸に連結されている。タイヤ駆動モータ３８は、総括制御装置６からの指令信号に応じてタイヤＴを回動駆動する。タイヤ軸回転速度センサ４１は、タイヤ駆動軸４２の回転速度（以下、タイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅという）に応じたタイヤ軸回転速度検出信号を生成し、これを総括制御装置６へ送信する。

力センサ３９は、模擬路面２５ａ上で運動するタイヤＴを軸支するタイヤ駆動軸４２に作用する力を検出する。この力センサ３９には、例えば、図３Ｃに示すようにタイヤ駆動軸４２に作用する６分力のうちの５つを検出する５分力計が用いられる。より具体的には、力センサ３９は、タイヤＴの進行方向軸Ｘに沿った前後力Ｆｘに応じた前後力検出信号と、タイヤＴの横方向軸Ｙに沿った横力Ｆｙに応じた横力検出信号と、タイヤＴの縦方向軸Ｚに沿った垂直荷重Ｆｚに応じた垂直荷重検出信号と、タイヤＴの進行方向軸Ｘ周りのモーメントＭｘに応じたオーバターニング検出信号と、及びタイヤＴの縦方向軸Ｚ周りのモーメントＭｚに応じたセルフアライニングトルク検出信号と、を総括制御装置６へ送信する。なお以下では、力センサ３９によって生成される上記５つの信号をまとめて力検出信号ともいう。

タイヤ軸トルクセンサ４０は、タイヤ駆動軸４２における軸トルク（以下、タイヤ軸トルクＴｔｉｒｅという）、すなわちタイヤＴの横方向軸周りのモーメントに応じたタイヤ軸トルク検出信号を生成し、このタイヤ軸トルク検出信号を総括制御装置６へ送信する。

図４は、総括制御装置６の機能ブロック図である。総括制御装置６は、現実のタイヤＴを駆動輪の１つとし、このタイヤＴによって模擬路面２５ａ上を走行する仮想車両の挙動を、タイヤ試験ユニット１に設けられた複数のセンサの検出信号を入力として模擬することにより、タイヤ試験ユニット１に設けられた複数のアクチュエータへの入力信号を生成し、これら入力信号を各アクチュエータに入力する。

総括制御装置６は、入出力信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種プログラムに従って演算処理を実行するＣＰＵ、各種データを記憶するＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶手段、作業者が各種指令を入力するために操作可能な入力手段、並びに演算結果等を作業者が視認可能な態様で表示する表示手段等のハードウェアによって構成されるコンピュータである。また総括制御装置６には、以下で説明する機能を備えるモジュールとして、車両モデルシミュレータ６０と、スリップ角コントローラ６５と、垂直荷重コントローラ６６と、キャンバー角コントローラ６７と、タイヤ軸コントローラ６８と、ベルト軸コントローラ６９とが、上記ハードウェアによって構成されている。

車両モデルシミュレータ６０は、車両モデル演算部６１と、仮想車速制御装置６３と、を備える。

仮想車速制御装置６３は、車両モデル演算部６１における演算によってその挙動が再現される仮想車両のスロットル開度に対する指令（以下、スロットル開度指令Ｔｈという）に相当するスロットル開度指令信号を生成し、これを車両モデル演算部６１へ入力する。より具体的には、仮想車速制御装置６３は、予め定められた車速指令Ｖ＿ｃｍｄと車両モデル演算部６１における演算によって算出される仮想車両の車体速度Ｖｘとの偏差に基づくＰＩ制御によって、この偏差が無くなるようにスロットル開度指令Ｔｈを算出し、このスロットル開度指令Ｔｈに応じたスロットル開度指令信号を車両モデル演算部６１へ入力する。

車両モデル演算部６１は、予め定められたステアリング角指令θＳＴと、スロットル開度指令Ｔｈと、タイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅと、前後力Ｆｘと、横力Ｆｙと、垂直荷重Ｆｚと、を入力として用いて、仮想車両の挙動を模擬した演算を行うことによって、タイヤ試験ユニット１の各アクチュエータへの入力信号に対する指令信号に相当するスリップ角指令信号と、垂直荷重指令信号と、キャンバー角指令信号と、タイヤ軸トルク指令信号と、ベルト軸回転速度指令信号と、を生成する。

より具体的には、車両モデル演算部６１では、仮想車両を構成する複数の装置を、現実のタイヤＴと、仮想パワートレイン要素と、仮想車体要素と、に分けるとともに、各要素の挙動を別々の演算によって再現することにより、仮想車両全体の挙動を再現する。

車両モデル演算部６１には、仮想パワートレイン要素の挙動を演算によって再現するパワートレインモデル演算部６１２と、仮想車体要素の挙動を演算によって再現する車体モデル演算部６１３と、車速をベルト軸回転速度に変換する単位変換部６１４と、が構成されている。

パワートレインモデル演算部６１２では、仮想車両における仮想動力発生源である仮想エンジンから仮想車両の駆動輪であるタイヤＴのハブに連結される仮想出力軸までの仮想パワートレイン要素の入出力特性を、演算によって再現する。より具体的には、パワートレインモデル演算部６１２では、仮想車速制御装置６３によって算出されるスロットル開度指令Ｔｈと、図示しない処理によって算出された仮想的な動力発生源であるエンジンの回転数ωｅｎｇと、タイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅと、を含む複数の入力に基づいて、上記仮想パワートレイン要素における仮想エンジンから仮想出力軸までの挙動を模擬した演算を行うことによって、この仮想出力軸に発生する軸トルクをタイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄとして算出し、このタイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄに応じたタイヤ軸トルク指令信号をタイヤ軸コントローラ６８へ入力する。

図５は、パワートレインモデル演算部６１２で用いられるパワートレインモデルＭの構成を示す図である。図５に示すように、パワートレインモデルＭは、仮想エンジンの入出力特性を模擬するエンジン出力モデルＭｅと、仮想エンジンの仮想クランクシャフトから仮想出力軸までの機械特性を模擬するパワートレイン機械モデルＭｐと、を組み合わせて構成される。

エンジン出力モデルＭｅは、スロットル開度指令Ｔｈ及びエンジン回転数ωｅｎｇを入力として、仮想エンジンの入出力特性を模擬した演算を行うことによって、エンジントルクＴｅｎｇを算出する。なお、現実のエンジンの入出力特性は一般的には非線形である。そこでエンジン出力モデルＭｅでは、このような入出力特性の非線形性を的確に再現できるように、例えば現実のエンジンの入出力特性を測定することによって構築されたマップやテーブルを用いることによって、スロットル開度指令Ｔｈ及びエンジン回転数ωｅｎｇに応じたエンジントルクＴｅｎｇを算出する。

パワートレイン機械モデルＭｐは、エンジントルクＴｅｎｇ及びタイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅを入力として、仮想パワートレイン要素の機械特性を模擬した演算を行うことによって、タイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄを算出する。パワートレイン機械モデルＭｐでは、仮想パワートレイン要素を、仮想エンジンと、その入力軸が仮想エンジンの出力軸と連結された仮想トルクコンバータと、その入力軸が仮想トルクコンバータの出力軸と連結された仮想トランスミッションと、この仮想トランスミッションの出力軸と連結された仮想出力軸と、で構成されるものとする。そしてパワートレイン機械モデルＭｐでは、図５に示すように、仮想エンジンの機械特性をエンジン機械モデルＭｐ１によって再現し、仮想トルクコンバータの機械特性をトルクコンバータ機械モデルＭｐ２によって再現し、仮想トランスミッションの機械特性をトランスミッション機械モデルＭｐ３によって再現し、仮想出力軸の機械特性を出力軸機械モデルＭｐ４によって再現する。

エンジン機械モデルＭｐ１では、仮想エンジンを、所定のエンジン慣性モーメントＪＥを有しかつエンジン出力モデルＭｅによって算出されたエンジントルクＴｅｎｇが入力される慣性体として扱うことにより、その機械特性を模擬する。

トルクコンバータ機械モデルＭｐ２では、慣性体が連結される入力軸から仮想トランスミッションの入力軸が連結される出力軸までの仮想トルクコンバータの機械特性を、例えば、予め実機を用いて構築されたマップやテーブル等を用いることによって模擬する。またトルクコンバータ機械モデルＭｐ２では、その入力軸は慣性体に連結されていることから、その回転速度は慣性体の回転速度と等しいものとして扱う。

トランスミッション機械モデルＭｐ３では、仮想トルクコンバータの出力軸が連結される入力軸から仮想出力軸が連結される出力軸までの仮想トランスミッションの機械特性を、例えば、予め実機を用いて構築されたマップやテーブル等を用いることによって模擬する。またトランスミッション機械モデルＭｐ３では、その入力軸は仮想トルクコンバータの出力軸に連結されていることから、その回転速度は仮想トルクコンバータの出力軸の回転速度と等しいものとして扱う。

出力軸機械モデルＭｐ４では、仮想出力軸を、所定の出力軸慣性モーメントＪｓｈａｆｔを有し、かつ所定のばね剛性Ｋ及び減衰係数Ｃを有する軸体として扱うことにより、その機械特性を模擬する。出力軸機械モデルＭｐ４では、軸体の入力側は仮想トランスミッションの出力軸に連結されていることから、この軸体の入力側の回転速度は仮想トランスミッションの出力軸の回転速度と等しいものとして扱う。また出力軸機械モデルＭｐ４では、軸体の出力側はタイヤＴのハブに連結されていることから、その回転速度はタイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅと等しいものとして扱う。

パワートレイン機械モデルＭｐでは、以上のように構成された機械モデルＭｐ１〜Ｍｐ４を組み合わせることにより、エンジントルクＴｅｎｇ及びタイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅに応じたタイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄを算出する。

次に、車体モデル演算部６１３における演算について説明する。
車体モデル演算部６１３では、力センサ３９によって検出される前後力Ｆｘ及び横力Ｆｙと、ステアリング角指令θＳＴとに基づいて、タイヤＴを駆動輪の１つとする仮想車両の車体の挙動を模擬する演算を行うことにより、この仮想車両の路面進行方向ＦＲに沿った速度である車体速度Ｖｘと、スリップ角指令θＳＡ＿ｃｍｄと、垂直荷重指令Ｆｚ＿ｃｍｄと、キャンバー角指令θＣＡ＿ｃｍｄと、を算出する。

図６は、仮想車両の車体Ｂの平面図に、車体モデル演算部６１３への入力情報を模式的に示した図である。車体モデル演算部６１３では、例えば、前方側の２つのタイヤを駆動輪とする前輪駆動の車両でありかつ前方右側の駆動輪をタイヤＴとする車両を仮想車両とし、この仮想車両の車体Ｂの挙動を模擬する。より具体的には、車体モデル演算部６１３は、力センサ３９によって検出される前後力Ｆｘ及び横力Ｆｙと、ステアリング角指令θＳＴと、予め定められた車体Ｂの車両重量及び重心位置と、に基づいて車体Ｂの挙動を模擬した演算を行う。

図７は、仮想車両の車体Ｂの平面図に、車体モデル演算部６１３における演算によって算出されるパラメータを模式的に示した図である。車体モデル演算部６１３では、上述のような入力情報に基づいて車体Ｂの挙動を模擬した演算を行うことにより、図７に示すように、車体Ｂの路面進行方向ＦＲに沿った速度である車体速度Ｖｘと、車体Ｂのヨー角θｙａｗと、車体Ｂのロール角θｒｏｌｌと、垂直荷重指令Ｆｚ＿ｃｍｄと、を算出する。

より具体的には、車体モデル演算部６１３は、車体Ｂの前方側の２つの駆動輪にはそれぞれ前後力Ｆｘ及び横力Ｆｙに応じた駆動力が発生し、さらにこれら２つの駆動輪のステアリング角はθＳＴであるという条件の下で車体Ｂに対して成立する運動方程式を解くことによって車体速度Ｖｘ、ヨー角θｙａｗ、ロール角θｒｏｌｌ、及び垂直荷重指令Ｆｚ＿ｃｍｄを算出する。

図８は、前輪駆動車の車体Ｂの運動方程式に基づいて導出される車体加速モデルの一例を示す図である。図８において、“Ｍ”は車両重量であり、“ｓ”はラプラス演算子であり、“Ｄ”は走行中の車体Ｂに作用する走行抵抗である。車体モデル演算部６１３は、力センサ３９によって検出される前後力Ｆｘを図８に示すような車体加速モデルに入力することによって車体速度Ｖｘを算出する。

図４に示すように、車体モデル演算部６１３は、以上のようにして算出した車体速度Ｖｘに応じた車体速度信号を仮想車速制御装置６３及び単位変換部６１４へ入力する。また車体モデル演算部６１３は、以上のようにして算出した垂直荷重指令Ｆｚに応じた垂直荷重指令信号を垂直荷重コントローラ６６へ入力する。また車体モデル演算部６１３は、以上のようにして算出したヨー角θｙａｗ及びロール角θｒｏｌｌに基づいてタイヤＴのスリップ角指令θＳＡ＿ｃｍｄ及びキャンバー角指令θＣＡ＿ｃｍｄを算出し、これらスリップ角指令θＳＡ＿ｃｍｄ及びキャンバー角指令θＣＡ＿ｃｍｄに応じたスリップ角指令信号及びキャンバー角指令信号をスリップ角コントローラ６５及びキャンバー角コントローラ６７へ入力する。

単位変換部６１４は、車体モデル演算部６１３によって算出される車体速度Ｖｘに所定の変換係数を乗算することによって、ベルト軸回転速度ωｂｅｌに対する指令に相当するベルト軸回転速度指令ωｂｅｌ＿ｃｍｄを算出し、このベルト軸回転速度指令ωｂｅｌ＿ｃｍｄに応じたベルト軸回転速度指令信号をベルト軸コントローラ６９へ入力する。

スリップ角コントローラ６５は、車体モデル演算部６１３によって算出されるスリップ角指令θＳＡ＿ｃｍｄと、スリップ角センサ２９によって検出されるスリップ角θＳＡとの偏差に基づくＰＩ制御によって、この偏差が無くなるようにスリップ角モータ２３への入力信号を生成し、これをスリップ角モータ２３へ入力する。

垂直荷重コントローラ６６は、車体モデル演算部６１３によって算出される垂直荷重指令Ｆｚ＿ｃｍｄと、力センサ３９によって検出される垂直荷重Ｆｚとの偏差に基づくＰＩ制御によって、この偏差が無くなるように垂直荷重調整モータ３７への入力信号を生成し、これを垂直荷重調整モータ３７へ入力する。

キャンバー角コントローラ６７は、車体モデル演算部６１３によって算出されるキャンバー角指令θＣＡ＿ｃｍｄと、キャンバー角センサ３４によって検出されるキャンバー角θＣＡとの偏差に基づくＰＩ制御によって、この偏差が無くなるようにキャンバー角調整モータ３２への入力信号を生成し、これをキャンバー角調整モータ３２へ入力する。

タイヤ軸コントローラ６８は、パワートレインモデル演算部６１２によって算出されるタイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄと、タイヤ軸トルクセンサ４０によって検出されるタイヤ軸トルクＴｔｉｒｅとの偏差に基づくＰＩ制御によって、この偏差が無くなるようにタイヤ駆動モータ３８への入力信号を生成し、これをタイヤ駆動モータ３８へ入力する。

ベルト軸コントローラ６９は、単位変換部６１４において車体速度Ｖｘに基づいて算出されるベルト軸回転速度指令ωｂｅｌ＿ｃｍｄと、ベルト軸回転速度センサ２７によって検出されるベルト軸回転速度ωｂｅｌとの偏差に基づくＰＩ制御によって、この偏差が無くなるように路面駆動モータ２６への入力信号を生成し、これを路面駆動モータ２６へ入力する。換言すれば、ベルト軸コントローラ６９は、模擬路面２５ａの路面進行方向ＦＲに沿った速度が車体モデル演算部６１３によって算出される車体速度Ｖｘになるように、路面駆動モータ２６の回転速度を制御する。なお上述のように車体モデル演算部６１３では、仮想車両の車体Ｂの車両重量Ｍ及び走行抵抗Ｄを考慮して車体速度Ｖｘを算出する。このため、ベルト軸コントローラ６９によって上述のように路面駆動モータ２６の速度制御を行うことは、路面駆動モータ２６によって車両重量Ｍ相当の車体慣性を模擬する電気慣性制御、すなわちフラットベルト２５、ベルトドラム２４ａ，２４ｂ、及び路面駆動モータ２６を合わせた機械慣性を車両重量Ｍ相当の車体慣性にする電気慣性制御を行うことと等価である。

本実施形態に係るタイヤ試験システムＳによれば、以下の効果を奏する。
（１）タイヤ試験システムＳは、タイヤＴをタイヤ駆動軸４２で軸支するとともにこのタイヤＴを模擬路面２５ａ上で運動させるタイヤ支持駆動装置３と、タイヤ駆動軸４２に作用する力を検出する力センサ３９と、フラットベルト２５が架け渡された一対のベルトドラム２４ａ，２４ｂの少なくとも何れかを回転させる路面駆動モータ２６と、力センサ３９の検出信号に基づいて路面駆動モータ２６への入力信号を生成する総括制御装置６と、を備える。ここでタイヤ支持駆動装置３によってタイヤＴを模擬路面２５ａ上で運動させると、タイヤＴを軸支するタイヤ駆動軸４２には模擬路面２５ａからの反力が作用する。よってタイヤ試験システムＳによれば、このようなタイヤ側に設けられた力センサ３９の検出信号に基づいて路面駆動モータ２６を制御することにより、ベルト摩擦の小さい場合やベルトにがたつきが存在する場合であっても、タイヤ支持駆動装置３によるタイヤ側の制御に対し遅れることなく路面駆動モータ２６を制御できる。

（２）総括制御装置６は、路面駆動モータ２６によって車両重量Ｍ相当の車体慣性を模擬する電気慣性制御を、タイヤ側に設けられた力センサ３９の検出信号に基づいて行う。これにより、タイヤ支持駆動装置３によるタイヤ側の制御に対し遅れることなく路面駆動モータ２６を制御できる。

（３）総括制御装置６は、力センサ３９の検出信号に基づいてタイヤＴを駆動輪とした仮想車両の挙動を模擬することによって、仮想車両の車体速度Ｖｘを算出する車両モデルシミュレータ６０と、ベルト軸回転速度センサ２７によって検出されるベルト軸回転速度ωｂｅｌと車体速度Ｖｘに比例するベルト軸回転速度指令ωｂｅｌ＿ｃｍｄとの偏差が無くなるように路面駆動モータ２６の回転速度を制御するベルト軸コントローラ６９と、を備える。このようにタイヤ試験システムＳでは、ベルト軸回転速度センサ２７によって検出されるベルト軸回転速度ωｂｅｌと車両モデルシミュレータ６０において仮想車両の挙動を模擬することによって算出されるベルト軸回転速度指令ωｂｅｌ＿ｃｍｄとの偏差が無くなるように路面駆動モータ２６の回転速度を制御することにより、フラットベルト２５、ベルトドラム２４ａ，２４ｂ、及び路面駆動モータ２６を合わせた機械慣性を車両重量Ｍ相当の車体慣性にする電気慣性制御を行うことができる。

（４）車両モデルシミュレータ６０は、力センサ３９の検出信号に基づいて仮想車両の車体Ｂの挙動を模擬することによって仮想車両の車体速度Ｖｘを算出する車体モデル演算部６１３と、車体速度Ｖｘとこの車体速度Ｖｘに対する車速指令Ｖ＿ｃｍｄとの偏差が無くなるように仮想パワートレインに対するスロットル開度指令Ｔｈを算出する仮想車速制御装置６３と、この仮想車速制御装置６３によって算出されるスロットル開度指令Ｔｈとタイヤ軸回転速度センサ４１によって検出されるタイヤ軸回転速度ωｔｉｒｅとに基づいて仮想パワートレインの挙動を模擬することによってタイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄを算出するパワートレインモデル演算部６１２と、を備える。またタイヤ軸コントローラ６８は、タイヤ軸トルクセンサ４０によって検出されるタイヤ軸トルクＴｔｉｒｅとパワートレインモデル演算部６１２によって算出されるタイヤ軸トルク指令Ｔｔｉｒｅ＿ｃｍｄとの偏差が無くなるようにタイヤ駆動モータ３８を用いることによってタイヤ軸トルクを制御し、ベルト軸コントローラ６９は、ベルト軸回転速度センサ２７によって検出されるベルト軸回転速度ωｂｅｌと車体モデル演算部６１３における演算を経て算出されるベルト軸回転速度指令ωｂｅｌ＿ｃｍｄとの偏差が無くなるように路面駆動モータ２６の回転速度を制御する。これにより、タイヤＴを用いたタイヤ試験ユニット１と、パワートレインモデル演算部６１２及び車体モデル演算部６１３とをリアルタイムで連携し、より現実に近い実車走行を模擬路面２５ａ上で再現できるＨＩＬシステムを構築できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

Ｓ…タイヤ試験システム
１…タイヤ試験ユニット
Ｔ…タイヤ（実タイヤ）
２…路面模擬装置
２４ａ，２４ｂ…ベルトドラム（ドラム）
２５…フラットベルト（ベルト）
２５ａ…模擬路面
２６…路面駆動モータ（ベルトアクチュエータ）
２７…ベルト軸回転速度センサ（ベルト軸回転速度センサ）
３…タイヤ支持駆動装置
３６…回転駆動ユニット
３８…タイヤ駆動モータ
３９…力センサ
４０…タイヤ軸トルクセンサ
４１…タイヤ軸回転速度センサ
４２…タイヤ駆動軸（タイヤ軸）
６…総括制御装置（制御装置）
６０…車両モデルシミュレータ
６１…車両モデル演算部
６１２…パワートレインモデル演算部
６１３…車体モデル演算部
６１４…単位変換部
６３…仮想車速制御装置
６８…タイヤ軸コントローラ（タイヤ軸トルク制御装置）
６９…ベルト軸コントローラ（ベルト速度制御装置）

Claims (4)

1. 実タイヤを模擬路面上で運動させるタイヤ試験システムであって、
   その外周面に前記模擬路面が形成された帯状のベルトと、
   前記ベルトが架け渡された一対のドラムと、
   前記実タイヤをタイヤ軸で軸支するとともに当該実タイヤを前記模擬路面上で運動させるタイヤ支持駆動装置と、
   前記一対のドラムの少なくとも何れかを回転させるベルトアクチュエータと、
   前記タイヤ軸に作用する力を検出する力センサと、
   前記力センサの検出信号に基づいて前記ベルトアクチュエータへの入力信号を生成する制御装置と、を備えることを特徴とするタイヤ試験システム。
2. 前記制御装置は、前記ベルトアクチュエータによって所定慣性を模擬する電気慣性制御を前記力センサの検出信号に基づいて行うことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ試験システム。
3. 前記ベルトアクチュエータの回転速度であるベルト軸回転速度を検出するベルト軸回転速度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記力センサの検出信号に基づいて前記実タイヤを駆動輪とした仮想車両の挙動を模擬することにより、前記仮想車両の車速を算出する車両モデルシミュレータと、
   前記ベルト軸回転速度と前記車速に比例するベルト軸回転速度指令との偏差が無くなるように前記ベルトアクチュエータの回転速度を制御するベルト速度制御装置と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ試験システム。
4. 前記タイヤ軸に作用するタイヤ軸トルクを検出するタイヤ軸トルクセンサと、
   前記タイヤ軸のタイヤ軸回転速度を検出するタイヤ軸回転速度センサと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記タイヤ軸トルクと前記車両モデルシミュレータによって算出されるタイヤ軸トルク指令との偏差が無くなるように前記タイヤ軸トルクを制御するタイヤ軸トルク制御装置を備え、
   前記車両モデルシミュレータは、
   前記力センサの検出信号に基づいて前記仮想車両の車体の挙動を模擬することにより、前記仮想車両の車速を算出する車体モデル演算部と、
   前記車速と当該車速に対する車速指令との偏差が無くなるように前記仮想車両に搭載される仮想パワートレインに対する指令信号を生成する仮想車速制御装置と、
   前記仮想車速制御装置によって生成される指令信号と前記タイヤ軸回転速度センサの検出信号とに基づいて前記仮想パワートレインの挙動を模擬することにより、前記仮想パワートレインの仮想出力軸に発生する軸トルクを前記タイヤ軸トルク指令として算出するパワートレインモデル演算部と、を備えることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ試験システム。
   

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