JP3430800B2 - 車両シミュレーションシステム - Google Patents

車両シミュレーションシステム

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JP3430800B2 JP15268996A JP15268996A JP3430800B2 JP 3430800 B2 JP3430800 B2 JP 3430800B2 JP 15268996 A JP15268996 A JP 15268996A JP 15268996 A JP15268996 A JP 15268996A JP 3430800 B2 JP3430800 B2 JP 3430800B2
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克年 堀之内
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は車両シミュレーショ
ンシステムに関し、操舵に応じた車両運動のシミュレー
ションを行うシステムに関する。 【0002】 【従来の技術】従来より、車両の車軸等に力を加えた状
態で車両の挙動をシミュレートするシミュレーション装
置がある。例えば、特開平5−149833号には、自
動二輪車の後側アクスルを上下方向に加振する加振機
と、前側アクスルを上下方向に加振する加振機と、前側
アクスルを前後方向に加振する加振機とを備え、自動二
輪車の実際の路面走行負荷を忠実に再現するシミュレー
ション装置が開示されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】従来のシミュレーショ
ン装置は予め設定された状態に基づいて夫々の加振機を
制御しているが、操舵操作等の入力に基づく車両運動ま
で考慮されておらず、車両が実際に走行しているときの
車両挙動をシミュレートすることは困難であった。 【0004】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
操舵による各車輪及び車体の挙動を検出して、この検出
値から各車輪のタイヤ発生力を推定し、各車輪のタイヤ
発生力に基づいて被試験車両の各車輪を変位させること
により、被試験車両の実際の操舵に応じた車体及び各車
輪の挙動を忠実にシミュレート可能な車体シミュレーシ
ョンシステムを提供することを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、図1に示す如く、被試験車両M1の車体の変位量
と、各車輪の変位量及び上下荷重とを検出する検出手段
M2と、各車輪のタイヤ発生力推定値を供給されて車体
の挙動を推定する車体挙動推定手段M3と、上記検出手
段M2の検出結果と上記車体挙動推定手段M3で推定さ
れた車体の挙動とを供給されて各車輪のタイヤ発生力を
推定するタイヤ発生力推定手段M4と、上記タイヤ発生
力推定手段M4から供給される各車輪のタイヤ発生力推
定値に基づいて上記被試験車両の各車輪を変位させる車
輪変位手段M5とを有し、上記被試験車両の実際の操舵
に応じた車両運動のシミュレーションを行う。 【0006】このように、被試験車両の操舵による各車
輪及び車体の検出挙動と、タイヤ発生力推定値に基づく
車体挙動の推定値から各車輪のタイヤ発生力を推定し、
このタイヤ発生力に基づいて各車輪を変位させ被試験車
両へのフィードバックを行っているため、車両の操舵に
よる車体及び各車輪の挙動を忠実にシミュレートするこ
とが可能となり、被試験車両が走行している場合の車両
挙動を正確にシミュレートできる。 【0007】 【発明の実施の形態】図2は本発明の車両のシミュレー
ションシステムの一実施例の構成図を示す。同図中、本
システムはリアルタイムシミュレータ(RTS)10
と、シャシー動特性試験機(VDS)20と、ステアリ
ングアクチュエータ30とより構成され、被試験車両4
0(M1)のシミュレーションを行う。 【0008】図3(A),(B)は被試験車両40の支
持方法を説明するための平面図、正面図を示す。図3
(A),(B)に示す如く、被試験車両40にはワイヤ
41〜46が車体の前後において中央の重心高さ位置に
接続されており、車両40の前後方向、横方向、ヨーイ
ング夫々の運動は固定され、かつ、車両40の上下方向
(矢印AV方向)、ローリング(矢印AR方向)、ピッ
チング夫々の運動は自在とされている。 【0009】車輪変位手段M5であるシャシー動特性試
験機20はコントローラ21とテスタ22とより構成さ
れている。コントローラ21はリアルタイムシミュレー
タ10から動作指令を供給されている。この動作指令は
4輪夫々の横力、前後力、セルフアライニングトルク
(SAT)として与えられる。コントローラ21はこの
動作指令に基づいてテスタ22の4輪夫々のホイールパ
ンを駆動する。 【0010】図4はテスタ22のホイールパン部の斜視
図を示す。同図中、ホイールパン51上には車両40の
タイヤ50が載置される。ホイールパン51には互いに
直交する軸52と53と、54a,54bが設けられて
いる。軸52はホイールパン51を矢印ALO方向、つ
まり車両40の前後方向に駆動する。軸53はホイール
パン51を矢印AV方向、つまり車両40の上下方向に
駆動する。軸54a,54bを共に矢印ALA方向に駆
動するとホイールパン51は車両40の横方向に駆動
し、軸54a,54bを逆方向(例えば矢印A1 ,A2
方向)に駆動するとホイールパン51はタイヤ50を矢
印AS方向にステアするように駆動する。なお、本実施
例では軸53はホイールパン51の駆動を行わず、軸5
3に加わる矢印AV方向の力、つまり上下荷重を測定す
るために用いられる。 【0011】また、テスタ22のホイールパン部近傍に
は図5に示す如く、レーザ変位計60,61,62が設
けられている。タイヤ50の側面には反射板63が固定
されており、レーザ変位計60〜62は反射板63に対
向して配置され、タイヤ50のステア角及びキャンバ角
を計測する。 【0012】更に、図6に示す如く、被試験車両40内
部の略重心位置はジャイロ装置65が設けられており、
このジャイロ装置65によって車両40のロール角及び
ピッチ角、つまり車体の水平面に対する傾く挙動が計測
される。このレーザ変位計60〜62及びジャイロ装置
65が検出手段M2に対応する。上記の4輪夫々の上下
荷重及びステア角及びキャンバ角と、車両40のロール
角夫々の計測値はリアルタイムシミュレータ10に供給
される。 【0013】ステアリングアクチュエータ30はモータ
を用いて図6に示す被試験車両40のステアリングホイ
ール66を回転駆動する。この回転駆動はサイン波形や
ステップ波形で行うことができると共に、人間の運転に
似せて行うことができる。リアルタイムシミュレータ1
0はコンピュータで構成されている。このリアルタイム
シミュレータ10はタイヤ発生力推定手段M4としての
タイヤモデル11と、車体挙動推定手段M3としての車
両運動モデル12とによりシミュレーションを行う。 【0014】図7はタイヤモデルのフローチャートを示
す。この処理は4輪夫々について実行される。同図中、
ステップS10ではシミュレーションを行うにあたって
パラメータとして与えられた車速から車輪スリップ率を
算出する。これは例えば車速が100km/hで走行す
るとき車両40に加わる空気抵抗等の抗力から、100
km/hを維持するために駆動輪に必要とされる車輪ス
リップ率が決定される。 【0015】次にステップS20では、後述の車両運動
モデル12で算出した車体スリップ角と各タイヤのステ
ア角とを加算して得た車輪スリップ角をパラメータと
し、各タイヤの車輪スリップ率を用いて図8に示すマッ
プを参照して各タイヤの前後μ(前後方向摩擦係数)を
算出する。図8では実線Iaは車輪スリップ角が大きな
場合、実線Ibは車輪スリップ角が中程度の場合、実線
Icは車輪スリップ角が小さな場合、夫々のマップを示
している。 【0016】次にステップS30で車輪スリップ角をパ
ラメータとし、各タイヤの前後μを用いて図9に示すマ
ップを参照して各タイヤの横μ(横方向摩擦係数)を算
出する。図9では実線IIaは車輪スリップ角が大きな場
合、実線IIbは車輪スリップ角が中程度の場合、実線II
cは車輪スリップ角が小さな場合、夫々のマップを示し
ている。次に、ステップS40で各タイヤの上下荷重を
用いて図10に示すマップを参照して各タイヤの接地μ
(接地摩擦係数)を算出する。 【0017】次にステップS50では各輪の上下荷重を
パラメータとし、各タイヤのキャンバ角に車両のロール
角を加算して得た各タイヤの対地キャンバ角を用いて図
11に示すマップを参照して各タイヤのキャンバスラス
ト力を算出する。図11では実線 IIIaは上下荷重が大
きな場合、実線 IIIbは上下荷重が中程度の場合、実線
IIIcは上下荷重が小さな場合、夫々を示している。 【0018】この後、ステップS60で、次式により各
タイヤの前後力と横力とを算出する。 前後力=前後μ×接地μ …(1) 横力 =横μ×接地μ+キャンバスラスト力 …(2) 次にステップS70では各タイヤの車輪スリップ角を用
いて図12に示すマップを参照し各タイヤのSATμを
算出する。このSATμは上下荷重が3.43kNの場
合の値である。次にステップS80で各タイヤの上下荷
重Wを用いてSATMax(w)を求める。この後、ス
テップS80で次式により各タイヤのセルフアライニン
グトルク(SAT)を算出して処理を終了する。 【0019】 【数1】 但し、SATMax(3.43)は上下荷重が3.43
kNに対応し図13から得られたSATMaxの値であ
る。このようにして得られた4輪夫々の横力、前後力、
セルフアライニングトルク(SAT)がリアルタイムシ
ミュレータ10からシャシー動特性試験機20に与えら
れる。これと共に4輪夫々の横力と前後力はリアルタイ
ムシミュレータ10内の車両運動モデル12にも供給さ
れる。 【0020】車両運動モデル12は車両の水平面内の挙
動をシミュレートするもので、4輪夫々の横力と前後力
とから図14に示す前後輪横力FrFY,RrFYと前
後輪前後力FrFX,RrFXを求める。また、車両重
量M、ヨー慣性モーメントI、前輪重心間距離If、後
輪重心間距離Ir夫々はシミュレーションを行うにあた
ってパラメータとして与えられている。車両運動モデル
12は上記の値から次式に示す運動方程式を解いて、重
心位置の前後速度Vx、横速度Vy、ヨーレートγを求
める。 【0021】 M・d/dt(Vx)=FrFX+RrFX−Cd・Vx2 …(4) M・d/dt(Vy)=FrFY+RrFY …(5) I・d/dt(γ)=FrFY・If−RrFY・Ir …(6) 但し、Cdは空気抵抗係数である。そして前後速度V
x、横速度Vyから車体スリップ角〔=tan-1(Vy
/Vx)〕を求め、タイヤモデル11に供給する。 【0022】このように、被試験車両40の操舵による
各車輪の検出挙動であるステア角及びキャンバ角と、車
体の水平面に対し傾く挙動であるロール角及びピッチ角
と、タイヤ発生力推定値に基づく車体の水平面内挙動あ
る車体スリップ角の推定値から各車輪のタイヤ発生力を
推定し、このタイヤ発生力に基づいて各車輪を変位させ
被試験車両40へのフィードバックを行っているため、
車両の操舵による車体及び各車輪の挙動を忠実にシミュ
レートすることが可能となり、被試験車両が走行してい
る場合の車両挙動を正確にシミュレートできる。 【0023】 【発明の効果】上述の如く、請求項1に記載の発明は、
被試験車両の変位量と、各車輪の変位量及び上下荷重と
を検出する検出手段と、各車輪のタイヤ発生力推定値を
供給されて車体の挙動を推定する車体挙動推定手段と、
上記検出手段の検出結果と上記車体挙動推定手段で推定
された車体の挙動とを供給されて各車輪のタイヤ発生力
を推定するタイヤ発生力推定手段と、上記タイヤ発生力
推定手段から供給される各車輪のタイヤ発生力推定値に
基づいて上記被試験車両の各車輪を変位させる車輪変位
手段とを有し、上記被試験車両の実際の操舵に応じた車
両運動のシミュレーションを行う。 【0024】このように、被試験車両の操舵による各車
輪及び車体の検出挙動と、タイヤ発生力推定値に基づく
車体挙動の推定値から各車輪のタイヤ発生力を推定し、
このタイヤ発生力に基づいて各車輪を変位させ被試験車
両へのフィードバックを行っているため、車両の操舵に
よる車体及び各車輪の挙動を忠実にシミュレートするこ
とが可能となり、被試験車両が走行している場合の車両
挙動を正確にシミュレートできる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の原理図である。 【図2】本発明システムの構成図である。 【図3】被試験車両の支持方法を説明するための図であ
る。 【図4】ホイールパン部の斜視図である。 【図5】レーザ変位計を説明するための図である。 【図6】ジャイヤ装置を説明するための図である。 【図7】タイヤモデルのフローチャートである。 【図8】マップを示す図である。 【図9】マップを示す図である。 【図10】マップを示す図である。 【図11】マップを示す図である。 【図12】マップを示す図である。 【図13】マップを示す図である。 【図14】車両運動モデルを説明するための図である。 【符号の説明】 10 リアルタイムシミュレータ 11 タイヤモデル 12 車両運動モデル 20 シャシー動特性試験機コントローラ 21 コントローラ 22 テスタ 30 ステアリングアクチュエータ 40,M1 被試験車両 41〜46 ワイヤ 50 タイヤ 51 ホイールパン 52〜54b 軸 61〜62 レーザ変位計 63 反射板 65 ジャイロ装置 M2 検出手段 M3 車体挙動推定手段 M4 タイヤ発生力推定手段 M5 車輪変位手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長原 芳尚 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 17/007

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 被試験車両の車体の変位量と、各車輪の
    変位量及び上下荷重とを検出する検出手段と、 各車輪のタイヤ発生力推定値を供給されて車体の挙動を
    推定する車体挙動推定手段と、 上記検出手段の検出結果と上記車体挙動推定手段で推定
    された車体の挙動とを供給されて各車輪のタイヤ発生力
    を推定するタイヤ発生力推定手段と、 上記タイヤ発生力推定手段から供給される各車輪のタイ
    ヤ発生力推定値に基づいて上記被試験車両の各車輪を変
    位させる車輪変位手段とを有し、 上記被試験車両の実際の操舵に応じた車両運動のシミュ
    レーションを行う車両シミュレーションシステム。
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