JP3751923B2 - Vehicle evaluation device - Google Patents

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JP3751923B2
JP3751923B2 JP2002263545A JP2002263545A JP3751923B2 JP 3751923 B2 JP3751923 B2 JP 3751923B2 JP 2002263545 A JP2002263545 A JP 2002263545A JP 2002263545 A JP2002263545 A JP 2002263545A JP 3751923 B2 JP3751923 B2 JP 3751923B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行性などの評価に関する車両評価装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、種々のセンサ(運転状態検出手段)などからの情報を制御手段に入力し、運転状態を客観的に評価して表示すると共に、予め設定された特定の運転状態を判定して警報するようにしたものがある。(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
一方、EPS(電動操舵装置)や、ブレーキ、サスペンション、加速性能などの車両特性(味付け)を評価するために、車両評価装置により例えば試作車を評価し、その結果を実車の製作に反映させることができる。そのような車両評価装置における従来の車両評価にあっては、例えば線形範囲における周波数応答特性をボード線図で表し、これを用いて評価する方法や、入出力データにより作図したヒステリシスカーブの部分的な勾配やヒステリシス幅により表現する方法がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−247162号公報([0025]、図2)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記した車両評価方法における問題点として、車両の特性には強い非線形性を示すものが多く、ボード線図を用いた評価方法にあっては十分な評価を行うことができないことがある。また、ヒステリシスカーブの各部の勾配やヒステリシス幅により表現する手法では、評価指標値の数が多く、複雑化する。また、入力条件を変化させた場合には、入力振幅依存性や入力周波数依存性を把握するためには膨大なデータ数が必要となり、評価が複雑になるという問題がある。そのため、設計者の熟練による勘に頼る場合があり、車両評価を容易に行うことができないという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、入力振幅依存性や入力周波数依存性を容易に把握でき、適切な車両評価を容易に行うことができる車両評価装置を実現するために、本発明に於いては、任意の入力に対する車両の操舵性に対する評価を定量的に行って当該車両の操舵装置の制御パラメータとしてのアシストゲイン及びダンピングゲインを求めるための車両評価装置であって、操舵角と操舵トルクとヨーレイトと横加速度とのいずれか2つを前記入力の変化値と前記入力に対応して変化する入力対応変化値としてヒステリシスカーブ作成するヒステリシスカーブ作成手段と、前記ヒステリシスカーブの傾きから振動特性における動ばね定数を算出する動ばね定数算出手段と、前記ヒステリシスカーブの面積から振動特性における減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、目標とする車両の前記動ばね定数に対応する目標ばね定数及び前記減衰係数に対応する目標減衰係数と前記動ばね定数及び前記減衰係数とをそれぞれ比較して求めた各偏差から前記アシストゲイン及び前記ダンピングゲインを求める手段とを有するものとした。
【0007】
これによれば、入力の変化値とその入力に対応して変化する入力対応変化値とにより作成されるヒステリシスカーブの特性を動ばね定数と減衰係数との2つの指標値で表現できるため、入力に対して強い非線形性となる挙動を示す車両に対する車両評価を行うことができる。
【0008】
また、前記ヒステリシスカーブ作成手段(7a)が、操舵角と、操舵トルクと、ヨーレイトと、横加速度とのいずれか2つを前記入力及び記入力対応変化値として前記ヒステリシスカーブを作成し、前記車両の評価が操舵性であることによれば、車両評価が困難であった操舵性を2つの指標値から作成したヒステリシスカーブを用いて評価でき、例えば目標とするヒステリシスカーブと比較することにより、操舵性を定量的に把握できるため、それに基づいて制御量を設定することにより望ましい操舵性を容易に実現することができる。
【0009】
また、前記動ばね定数と前記減衰係数とが、操舵角及び操舵速度の関数として算出されることによれば、入力量依存特性及び入力周波数依存特性を把握することが可能となる。例えば入力量依存特性としては操舵角の大きさ(振幅)に対してであり、入力周波数依存特性としては操舵速度(周波数)に対してであり、それら各入力値から動ばね定数と減衰係数とを算出することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0011】
図1は、本発明が適用された車両1の模式的平面図である。本図示例では操舵性の車両評価を行うもので、図において、前輪FWを操舵する操舵装置にはEPS(電動操舵装置)2が用いられている。EPS2にはステアリングシャフト3が連結されており、ステアリングシャフト3の適所には、ステアリングホイール4の操舵による操舵角θを検出する操舵角センサ5と、操舵トルクTを検出する操舵トルクセンサ6とが設けられている。それら各センサ5、6の検出信号は、EPS2を制御するコントロールユニット7に入力している。また、車両にはそのヨーレイトを検出するためのヨーレイトセンサ8が設けられており、そのヨーレイトセンサ8の検出信号がコントロールユニット7に入力している。
【0012】
図2にコントロールユニット7による制御の概略を示す。評価対象となる車両1の変化に対する入力信号として、ステアリングホイール4の操舵による操舵角θまたは操舵速度とすることができる。なお、操舵速度には、操舵角θの時間変化から算出することができる操舵角速度ωを用いる。また、上記操舵角θを入力量としての振幅として取り扱うことができると共に、操舵角速度ωを入力周波数として取り扱うことができる。
【0013】
上記操舵に応じて入力としての操舵角θまたは操舵角速度ωが発生し、車両の挙動が変化する。例えば入力の変化値として操舵角θを変化させ、入力対応変化値として操舵トルクTまたはヨーレイトYの変化を検出し、操舵角θと操舵トルクTまたはヨーレイトYの検出値とがヒステリシスカーブ作成手段としてのリサージュ作成部7aに入力される。リサージュ作成部7aでは例えば操舵角θ−操舵トルクTのリサージュ波形(ヒステリシスカーブ)を作成し、その波形信号が動ばね定数算出手段及び減衰係数算出手段としての定数算出部7bに出力される。
【0014】
なお、リサージュ波形の作成において2変数を用いるが、本図示例のように操舵性を評価する場合の2変数にあっては、上記操舵角θに対する操舵トルクTまたはヨーレイトYに限られず、操舵角・操舵トルク・ヨーレイト・横加速度の中のいずれか2つであって良い。
【0015】
定数算出部7bでは、操舵角θを振幅とする振動特性として車両評価を取り扱うことができるように、リサージュ波形からばね定数K及び減衰係数Cを算出する。それらばね定数K及び減衰係数Cは、比較器7cで、目標ばね定数Ko及び目標減衰係数Coとそれぞれ比較され、各偏差(ΔK、ΔC)がアシストゲイン及びダンピングゲインを求める手段としてのコントローラ7dに入力される。コントローラ7dでは、EPSの制御パラメータとしてのアシストゲインGa及びダンピングゲインGdの最適化を行う。そして、コントローラ7dで最適化されたアシストゲインGa及びダンピングゲインGdを用いてEPSを制御することにより、目標値(Ko、Co)に合わせることができるようになる。
【0016】
上記リサージュ作成部7aで作成されるリサージュ波形は例えば図3に示されるようになる。図3のものでは操舵角θに対する操舵トルクTの関係を示している。例えば任意のアシストゲインGa及びダンピングゲインGdを設定したコントローラ7dでEPS2を制御するようにした調節対象の車両において、所定の車速で、操舵角θが±5度の範囲で操舵した場合を実線で、±10度の場合を破線で、±15度の場合を想像線で示すと、操舵角θの変化に対する操舵トルクTの変化の関係が図3(a)に示されるようになった。
【0017】
それに対して、操舵性(操舵フィーリング)から目標とする車両(理想的なモデル車)の同様のリサージュ波形が図3(b)に示されるものであるとした場合に、その車両の操舵性の車両評価として振動特性で表した場合の目標ばね定数Ko及び目標減衰係数Coを求めておく。これらの値の求め方としては、後記する解析手法により、リサージュ波形の傾きと面積とから求めることができる。
【0018】
そして、上記した車両評価装置を用いた方法により、コントローラ5のアシストゲインGa及びダンピングゲインGdを目標ばね定数Ko及び目標減衰係数Coに対する各偏差(ΔK、ΔC)から求めることにより、図3(c)に示されるリサージュ波形となる操舵性を実現することができた。これにより、目標とする車両の操舵性と同様の操舵性が得られる車両を、そのEPS2の制御により得られることになり、容易に実車に反映し得る。
【0019】
また、図4に、操舵角及び操舵トルクの関係におけるばね定数K及び減衰係数Cの評価指標マップを示す。図では横軸を減衰係数C、縦軸をばね定数Kとし、操舵性として良好な範囲11をハッチングで示している。図において、上記図3(a)の状態がバツ印であり、図3(b)のものが四角印である。そして、目標値に合わせて変更した後の図3(c)の状態が丸印で示されるように範囲11内に入った。ばね定数K及び減衰係数Cが上記範囲11に入ることにより、良好な操舵性が得られる。なお、操舵性が良好な実車や試作車の実験結果に基づいてマップを作成することができる。
【0020】
なお、操舵角−操舵トルクの関係からは操舵力特性を評価することができる。それは、減衰係数Cにあっては大きくなるとダンピングが高くなり、ばね定数Kにあっては大きくなると操舵力が重くなるという特性である。この場合、上記範囲11に入ることにより、適度なダンピング感と適度な操舵力の重さとが得られることになる。
【0021】
操舵性の良否にあっては、上記操舵角θの変化に対する操舵トルクTの変化の関係に限られず、図5に示されるように操舵角θの変化に対するヨーレイトYの変化の関係から判定するようにしても良い。なお、図5において、図5(a)は図3(a)に対応し、図5(b)は図3(b)に対応し、図5(c)は図3(c)に対応する。このようにしても、目標とする図5(b)のリサージュ波形とほぼ同等のリサージュ波形(図5(c))となる操舵性を達成することができた。
【0022】
また、図6に操舵角及びヨーレイトの関係におけるばね定数K及び減衰係数Cの評価指標マップを示す。この場合の良好な操舵性となる範囲12は図のハッチングで示されるようになる。図4と同様に、ばね定数K及び減衰係数Cが上記範囲12に入ることにより、良好な操舵性が得られる。このマップも、操舵性が良好な実車や試作車の実験結果により作成することができる。
【0023】
なお、操舵角−ヨーレイトの関係からは車両応答特性を評価することができる。それは、減衰係数Cにあっては大きくなると応答性が低くなり(入力操舵角に対するヨーレイトの遅れが大)、ばね定数Kにあっては大きくなるとヨーゲインが高くなる(クイックになる)という特性である。この場合、上記範囲に入ることにより、ヨーレイト遅れが抑えられてクイック感が増すことになる。
【0024】
また、操舵トルクTの変化に対するヨーレイトYの変化の関係からも上記と同様なリサージュ波形が得られ、それにより操舵時の車両との一体感を評価することができる。それは、減衰係数Cにあっては大きくなると応答性が低くなり(操舵トルクに対するヨーレイトの遅れが大)、ばね定数Kにあっては大きくなるとヨーゲインが高くなる(小さな操舵トルクでヨーレイトが発生する)という特性である。
【0025】
次に、上記したように構成された車両評価装置における操舵性の解析手法について述べる。まず、一般に強制外力が作用するばね質点系の運動方程式は次式となる。
【0026】
【数1】

Figure 0003751923
【外1】
Figure 0003751923
【数2】
Figure 0003751923
ここで、m0は操舵トルク振幅、ωは操舵トルクの角速度、tは時間を表す。
【0027】
次に、次式の無次元化パラメータを導入する。
【外2】
Figure 0003751923
また、図7にステアリング振動モデルを示す。図は、ステアリングホイール4の操舵(操舵角θ、振動数ω)を、ばね定数K(θ,ω)及び減衰係数C(θ,ω)をもって表現することができることを示すものである。
【0028】
上記無次元化パラメータの導入によって、以下のように(2)式を無次元化することができる。
【0029】
【数3】
Figure 0003751923
【数4】
Figure 0003751923
【数5】
Figure 0003751923
(3)〜(5)式を(2)式に代入すると以下の式を得る。
【0030】
【数6】
Figure 0003751923
【外3】
Figure 0003751923
【数7】
Figure 0003751923
【数8】
Figure 0003751923
(7)式を(9)式で表すことができる。
【0031】
【数9】
Figure 0003751923
減衰項とばね剛性(周期)の関係を知るために共振曲線を求める場合があるが、ここでも同様に、特解のみの性質に注目して、(9)式の定常解はφ0を角度、Ψ0を位相差として次式で表すことができる。
【0032】
【数10】
Figure 0003751923
本論の場合、復元力は非線形であるが、その定常解を(10)式の形で表すと、(10)式の導関数は次式となる。
【0033】
【数11】
Figure 0003751923
ここで、φ0、Ψ0は時刻τとともにゆっくり変化すると考え、上式の第2、第3項の和を0とおく。(ただし、ξ=ητ+Ψ0、'の記号はτに関する1階微分を示す。)
【数12】
Figure 0003751923
(11)、(12)式の関係を用いると(9)式は次式で表せる。
【0034】
【数13】
Figure 0003751923
(12)式×(−ηcosξ)+(5-13)式×sinξおよび(5-12)式×(ηsinξ)+(5-13)式×cosξをつくれば、それぞれ次式を得る。
【0035】
【数14】
Figure 0003751923
【数15】
Figure 0003751923
ところで、φ0、Ψ0は時刻τとともにゆっくり変化するSlowly varying parameterであり、φ0'、Ψ0'が0であれば、φ0、Ψ0は一定値となるが、厳密に0にすることは出来ない。φ0'、Ψ0'の項は、(14)、(15)式を0〜2πまでの一周期について積分して平均したものを0と考えると次式を得る。
【0036】
【数16】
Figure 0003751923
【数17】
Figure 0003751923
(16)及び(17)式はそれぞれ次式となる。
【0037】
【数18】
Figure 0003751923
【数19】
Figure 0003751923
ただし、
【0038】
【数20】
Figure 0003751923
【数21】
Figure 0003751923
(18)及び(19)式からφ0、Ψ0を整理すれば、それぞれ次式を得る。
【0039】
【数22】
Figure 0003751923
【数23】
Figure 0003751923
このように、非線形振動方程式(9)式から、(22)及び(23)式の関係がS(φ0,η)、C(φ0,η)を用いて求められる。
【0040】
一方、(5)〜(9)式の履歴振動系を次式の等価な線形振動系に置換することを考える。
【0041】
【数24】
Figure 0003751923
ここで、Heqは等価減衰係数、Keqは等価ばね定数を表す。
【0042】
上式は線形であるから、解を簡単に求めることができる。(22)式と同じ形式で表すと次のようになる。
【0043】
【数25】
Figure 0003751923
また、(24)式が(9)式の履歴系と振動特性が一致するための条件は、(22)式と(25)式とが恒等式的に等しいことであり、そのためには次式が成立しなければならない。
【0044】
【数26】
Figure 0003751923
【数27】
Figure 0003751923
このことは、S(φ0,η)が減衰特性に、C(φ0,η)がばね特性に直接関係していることを表している。また、S(φ0,η)、C(φ0,η)が求まれば、等価減衰係数Heq、等価ばね定数Keqが決定されることになる。
【0045】
ところで、S(φ0,η)、C(φ0,η)と履歴曲線の形状との関係について調べる必要がある。(20)式においてφ=φ0cosξとおけば、
【0046】
【数28】
Figure 0003751923
ξ=0,2πで、φ=φ0であるから、
【0047】
【数29】
Figure 0003751923
ここで、A(φ0,η)は周波数ηの時の角度φ0に対応する履歴曲線の囲む面積である。
【0048】
(29)式は、S(φ0,η)が履歴曲線の囲む面積に比例し、角度の2乗に反比例することを表している。また(29)式は、履歴曲線の囲む面積さえ等しければ形状によらずS(φ0,η)が等しくなることを示している。
【0049】
一方、(21)式を次のように変形できる。
【0050】
【数30】
Figure 0003751923
ここで、φ0cosξ=φとおけば、cotξを次式で表すことができる。
【0051】
【数31】
Figure 0003751923
(31)式にあっては、ξ=0〜2πの間のおいて、ξ=0,π/2,πでは順次φ=φ0,0,−φ0となることから、正弦または余弦入力に対する定常振動状態での範囲はM(φ,η)の減力線に対応し、(31)式の符号は+を取る。また、ξ=π,3π/2,2πでは順次φ=−φ0,0,φ0となることから、M(φ,η)の加力線に対応し、(31)式の符号は−になる(表1参照)。
【0052】
【表1】
Figure 0003751923
このことを用いて、(30)式は次のように変形できる。
【0053】
【数32】
Figure 0003751923
(32)式において、
【0054】
【数33】
Figure 0003751923
であり、R(φ,η)を和曲線と呼ぶ。また、定常解を対象とする履歴曲線は原点対称であることから(32)式は次のように簡略化できる。
【0055】
【数34】
Figure 0003751923
上記各式中のP(φ)は定関数であることから、R(φ,η)、すなわち周波数ηの時の加力線と減力線とを同じ角度レベルで加えた和曲線さえ同じであれば、履歴曲線の形状によらずC(φ0,η)は等しくなる。ここで、A(φ0,η)、R(φ0,η)を算定するための履歴曲線の基本モデルとして、図8に示されたべき関数型復元力モデルを適用する。その基本式は次式で表せる。
【0056】
【数35】
Figure 0003751923
ただし、α、kはφ0とηとの関数である。
【0057】
図8に示される復元力モデルにおいて、その履歴曲線の囲む面積A(φ0,η)を次式のように計算できる。
【0058】
【数36】
Figure 0003751923
(35)式の骨曲線と(36)式の面積を求める式とにより、α、kは次の各式となる。
【0059】
【数37】
Figure 0003751923
【数38】
Figure 0003751923
また、(36)式を(29)式に代入すると、
【0060】
【数39】
Figure 0003751923
となる。また、和曲線R(φ,η)は、
【0061】
【数40】
Figure 0003751923
であるから、(34)式からC(φ0,η)を次式のように求めることができる。
【外4】
Figure 0003751923
【数41】
Figure 0003751923
なお、(41)式中でΓはΓ関数を示す。
【0062】
(26)式と(27)式とにそれぞれ(39)式と(41)式とを代入すれば、等価ばね定数Keq、等価減衰係数Heqが次のように求められる。
【0063】
【数42】
Figure 0003751923
【数43】
Figure 0003751923
すなわち、べき関数型復元力モデルのα、kが求められれば、等価ばね定数Keq、等価減衰係数Heqが定まることになる。
【0064】
次に、上記べき関数型復元力モデルの形状パラメータα、kの求め方について示す。ここでは、履歴曲線の基本ループをべき関数型復元力モデルへ置換する方法を述べる。
【0065】
振動特性を反映させる条件は以下の2つである。
(I) 動的加力試験から得られる履歴曲線の囲む面積と、べき関数型復元力モデルの履歴曲線の囲む面積を等しくする(減衰量の一致)。
(II) 動的加力試験から得られる履歴曲線の各頂点を結んで得られる骨曲線とべき関数型復元力モデルの骨曲線とを一致させる。すなわち、各々の各変位レベルにおいて動的加力試験と復元力モデルの頂点を一致させる(剛性量の一致)。
【0066】
今、動的加力試験から得られた履歴ループにおいて、その履歴曲線の囲む面積および骨曲線を操舵角φ0と外力の周波数ηとによりそれぞれG0(φ0,η)とF0(φ0,η)とに関数化できたものとする。ただし、G0(φ0,η)及びF0(φ0,η)はθs、msで無次元化されているものとする。
【0067】
(I)の条件は(34)式を用いて次式のように表せる。
【0068】
【数44】
Figure 0003751923
(II)の条件は、(33)式の骨曲線の基本式から次式のように表せる。
【0069】
【数45】
Figure 0003751923
この(45)式を(44)式に代入してkを消去すると、次式になる。
【0070】
【数46】
Figure 0003751923
(46)式からαは次式のように求められる。
【0071】
【数47】
Figure 0003751923
また、kは(45)式から次式のように求められる。
【0072】
【数48】
Figure 0003751923
【0073】
(47)及び(48)式で表せるα(φ0,η)及びk(φ0,η)を用いれば、動的加力試験とべき関数型復元力モデルとのそれぞれの履歴曲線の囲む面積及び骨曲線を一致させることができる。すなわち、G0、F0を操舵角φ0、外力の周波数ηで関数化できれば、α(φ0,η)及びk(φ0,η)を用いて、べき関数型復元力モデルへ置換できることになる。このα(φ0,η)及びk(φ0,η)を(42)式と(43)式とに代入して等価ばね定数Keqと等価減衰係数Heqとを求めることてができ、以下の(49)及び(50)式からステアリング系の操舵角θおよび操舵速度(周波数)ωに依存するばね定数K(θ00)と減衰係数C(θ00)とを求めることができる。
【数49】
Figure 0003751923
【数50】
Figure 0003751923
次に、実車を用いて確認された測定結果について示す。まず、操舵性の良いA車と悪いとされるB車とを用いて、平坦なドライアスファルト路面を例えば車速140km/h一定で最大操舵角及び操舵速度(周波数)を段階的に変化させて正弦波スラローム走行を行い、操舵周波数毎の操舵角−操舵トルクヒステリシスカーブを測定した。例えばA車が図3(b)に示されるようになり、B車が図3(a)に示されるようになる。具体的には、操舵周波数が0.25、0.5、0.75、1.0Hz毎で、操舵角が5、10、15、20度の時の操舵角操舵トルクヒステリシスカーブを測定し、ヒステリシスカーブから骨曲線M0(φ,η)と、ヒステリシスカーブの囲む面積S0(φ,η)を求めた。この骨曲線が動ばね定数に対応し、面積が減衰係数に対応し得る。
【0074】
求めた骨曲線M0(φ,η)と面積S0(φ,η)とを用いて、(47)及び(48)式からα及びkの各値を求めた。一例として操舵周波数が0.5Hzの時の操舵角に対するα及びkの各値について、A車を丸印で、B車をバツ印で示したものを図9に示す。図9(a)は操舵角に対するαであり、図9(b)は操舵角に対するkである。
【0075】
また、上記したように求めたα、kを用いて(26)及び(50)式から操舵ばね定数を求めた。図10に、操舵周波数0.25Hzの操舵角に対する操舵ばね定数のA車(丸印)とB車(バツ印)との比較を示す。図に示されるように、操舵性の良いA車に対して悪いB車は、操舵角が小さい領域で操舵速度が緩やかな状況(操舵周波数が低い状況)において操舵ばね定数Kが低くなっていることが分かる。これは、この領域における操舵時での手応えの無さを定量的に表現しており、B車の操舵性を悪くしている大きな要因であると言える。
【0076】
同様にα、kを用いて(27)及び(51)式から操舵減衰係数を求めた。図11に操舵周波数0.25Hzの操舵角に対する操舵減衰係数のA車(丸印)とB車(バツ印)との比較を示す。図に示されるように、操舵性が良いA車に対しB車は、すべての領域において操舵減衰係数が小さいことがわかる。これは、操舵時の位置決め性の無さを含めた広義な意味での安定性の無さを表現しており、これについてもB車の操舵性を悪くしている大きな要因であると言える。なお、操舵周波数0.5、0.75、1.0Hzについても同様であった。
【0077】
このように、実車走行時における転舵周波数毎の操舵角‐操舵トルクのヒステリシスカーブの測定値からステアリング系の非線形振動特性(ばね定数、減衰係数)を求める手法として、べき関数型復元力モデルを用いた等価線形系解析手法を用いて操舵性の良い車と悪い車を解析した。その結果、転舵周波数および操舵角に大きく依存するステアリング系の非線形振動特性が求められることが分かった。また、本解析手法を用いて解析した結果から、従来手法では困難であった操舵力特性の非線形性を定量的に把握することが可能になり、操舵性の違う車両特性を定量的且つ明確に表現することができた。以上より、操舵性を定量的に解析する手法として新たな解析手法が提案できた。
【0078】
なお、本図示例では操舵性の車両評価装置について示したが、本発明が適用される車両評価装置にあっては、操舵性に限られるものではなく、動ばねとみなして数値化できる部位に適用可能であり、ブレーキの評価や、サスペンションの評価や、加速性能の評価など車両全体に適用可能である。特に、非線形特性を示すものに有効である。
【0079】
【発明の効果】
このように本発明によれば、入力の変化値とその入力に対応して変化する入力対応変化値とによりヒステリシスカーブが作成され、そのヒステリシスカーブの特性を動ばね定数と減衰係数との2つの指標値で表現できるため、強い非線形性を示すような車両に対しても十分な車両評価を行うことができる。そのため、ドライバーがステアリングを操作する時の操舵角度や操舵速度に対する操舵トルク(ステアリングを介して手に伝わってくる反力)やヨーレイトが非線形特性を有するものであっても、何ら問題なくその非線形特性を把握することができる。これにより、従来の評価方法では解析できなかった上記した非線形特性を有するものであっても定量的に把握することができ、自動車の重要な性能の1つである操舵性の車両評価を行うことができるようになった。
【0080】
また、操舵角・操舵トルク・ヨーレイト・横加速度のいずれか2つを入力とその対応変化値として、ヒステリシスカーブを作成することにより、車両の評価として操舵性を評価することができるため、車両評価が困難であった操舵性を2つの指標値で評価でき、望ましい操舵フィーリングを容易に実現することができる。
【0081】
また、例えば入力量依存特性の入力量を操舵角の大きさ(振幅)とし、入力周波数依存特性の入力周波数を操舵速度(周波数)とし、それら各入力値から動ばね定数と減衰係数とを算出することができる。これにより、実車走行時における操舵速度を段階的に変えた操舵力実験を行って得られた復元力特性から操舵角及び操舵速度に依存するステアリング系の非線形振動特性(ばね定数・減衰係数)を求めることが可能になり、その結果から車両特性の違いを明確に表現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された車両の模式的平面図。
【図2】コントロールユニットによる制御の概略図。
【図3】操舵角−操舵トルクのヒステリシスカーブであって、(a)は調節対象車両の調節前であり、(b)は目標車両であり、(c)は調節後である。
【図4】操舵角−操舵トルクにおけるばね定数K及び減衰係数Cの評価指標マップ。
【図5】操舵角−ヨーレイトのヒステリシスカーブであって、(a)は調節対象車両の調節前であり、(b)は目標車両であり、(c)は調節後である。
【図6】操舵角−ヨーレイトにおけるばね定数K及び減衰係数Cの評価指標マップ。
【図7】ステアリング振動モデルを示す図。
【図8】べき関数型復元力モデルを示す図。
【図9】(a)は操舵性の良いA車と悪いB車とにおける操舵ばね定数を求めるための操舵角に対するαを示す図であり、(b)は操舵角に対するkを示す図。
【図10】操舵性の良いA車と悪いB車とにおける操舵周波数0.25Hzでの操舵角に対するばね定数を示す図。
【図11】操舵性の良いA車と悪いB車とにおける操舵周波数0.25Hzでの操舵角に対する減衰係数を示す図。
【符号の説明】
7a リサージュ作成部(ヒステリシスカーブ作成手段)
7b 定数算出部(動ばね定数算出手段・減衰係数算出手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle evaluation device relating to evaluation of traveling performance and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, information from various sensors (operation state detection means) is input to the control means, and the operation state is objectively evaluated and displayed, and a specific operation state set in advance is determined and alarmed. There is something that was made. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
On the other hand, in order to evaluate vehicle characteristics (seasoning) such as EPS (electric steering system), brakes, suspension, acceleration performance, etc., for example, a prototype vehicle is evaluated and the result is reflected in the production of the actual vehicle. Can do. In conventional vehicle evaluation in such a vehicle evaluation apparatus, for example, a frequency response characteristic in a linear range is represented by a Bode diagram, and an evaluation method using this is used, or a partial hysteresis curve drawn by input / output data is used. There is a method of expressing with a simple gradient and hysteresis width.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-247162 ([0025], FIG. 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As a problem in the vehicle evaluation method described above, the vehicle characteristics often show strong nonlinearity, and the evaluation method using the Bode diagram cannot be sufficiently evaluated. In addition, the technique expressed by the slope and hysteresis width of each part of the hysteresis curve is complicated by a large number of evaluation index values. Further, when the input condition is changed, there is a problem that an enormous number of data is required to grasp the input amplitude dependency and the input frequency dependency, and the evaluation becomes complicated. For this reason, there is a case where it depends on intuition by a designer's skill, and there is a problem that vehicle evaluation cannot be easily performed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem and to realize a vehicle evaluation apparatus that can easily grasp input amplitude dependency and input frequency dependency and can easily perform appropriate vehicle evaluation, in the present invention, , The vehicle's for any input Steerability Quantitative evaluation of A vehicle evaluation device for obtaining an assist gain and a damping gain as control parameters of a steering device of the vehicle, wherein any two of a steering angle, a steering torque, a yaw rate, and a lateral acceleration are obtained. A change value of the input and an input corresponding change value that changes corresponding to the input; do it Hysteresis curve The Hysteresis curve creating means for creating, dynamic spring constant calculating means for calculating a dynamic spring constant in vibration characteristics from the slope of the hysteresis curve, and damping coefficient calculating means for calculating a damping coefficient in vibration characteristics from the area of the hysteresis curve And the assist gain from each deviation obtained by comparing the target spring constant corresponding to the dynamic spring constant of the target vehicle and the target damping coefficient corresponding to the damping coefficient with the dynamic spring constant and the damping coefficient, respectively. And means for obtaining the damping gain It was supposed to be.
[0007]
According to this, since the characteristic of the hysteresis curve created by the input change value and the input corresponding change value that changes corresponding to the input can be expressed by two index values of the dynamic spring constant and the damping coefficient, It is possible to perform vehicle evaluation on a vehicle that exhibits a behavior with strong nonlinearity.
[0008]
The hysteresis curve creating means (7a) creates the hysteresis curve by using any two of a steering angle, a steering torque, a yaw rate, and a lateral acceleration as the input and input corresponding change values, and the vehicle According to the evaluation of the steering performance, it is possible to evaluate the steering performance, which is difficult to evaluate the vehicle, using a hysteresis curve created from two index values. Therefore, the desired steering performance can be easily realized by setting the control amount based on that.
[0009]
Further, by calculating the dynamic spring constant and the damping coefficient as a function of the steering angle and the steering speed, it is possible to grasp the input amount dependent characteristic and the input frequency dependent characteristic. For example, the input quantity dependent characteristic is for the magnitude (amplitude) of the steering angle, and the input frequency dependent characteristic is for the steering speed (frequency). From these input values, the dynamic spring constant and the damping coefficient are calculated. Can be calculated.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on specific examples shown in the accompanying drawings.
[0011]
FIG. 1 is a schematic plan view of a vehicle 1 to which the present invention is applied. In the illustrated example, vehicle evaluation of steering performance is performed. In the drawing, an EPS (electric steering device) 2 is used as a steering device for steering the front wheels FW. A steering shaft 3 is connected to the EPS 2. A steering angle sensor 5 for detecting a steering angle θ by steering of the steering wheel 4 and a steering torque sensor 6 for detecting a steering torque T are provided at appropriate positions of the steering shaft 3. Is provided. The detection signals of the sensors 5 and 6 are input to the control unit 7 that controls the EPS 2. The vehicle is provided with a yaw rate sensor 8 for detecting the yaw rate, and a detection signal of the yaw rate sensor 8 is input to the control unit 7.
[0012]
FIG. 2 shows an outline of control by the control unit 7. As an input signal for the change of the vehicle 1 to be evaluated, the steering angle θ or the steering speed by the steering of the steering wheel 4 can be used. As the steering speed, a steering angular speed ω that can be calculated from a time change of the steering angle θ is used. Further, the steering angle θ can be handled as an amplitude as an input quantity, and the steering angular velocity ω can be handled as an input frequency.
[0013]
A steering angle θ or a steering angular velocity ω as an input is generated according to the steering, and the behavior of the vehicle changes. For example, the steering angle θ is changed as the input change value, the change in the steering torque T or the yaw rate Y is detected as the input corresponding change value, and the steering angle θ and the detected value of the steering torque T or yaw rate Y are used as the hysteresis curve creating means. To the Lissajous creation unit 7a. In the Lissajous creation unit 7a, for example, a Lissajous waveform (hysteresis curve) of steering angle θ-steering torque T is created, and the waveform signal is output to a constant calculation unit 7b as a dynamic spring constant calculation unit and a damping coefficient calculation unit.
[0014]
Although two variables are used in creating the Lissajous waveform, the two variables in the case of evaluating the steering performance as in the illustrated example are not limited to the steering torque T or the yaw rate Y with respect to the steering angle θ. Any one of steering torque, yaw rate, and lateral acceleration may be used.
[0015]
The constant calculator 7b calculates a spring constant K and a damping coefficient C from the Lissajous waveform so that the vehicle evaluation can be handled as a vibration characteristic having the steering angle θ as an amplitude. The spring constant K and the damping coefficient C are respectively compared with the target spring constant Ko and the target damping coefficient Co by the comparator 7c, and each deviation (ΔK, ΔC) is calculated. As a means to find assist gain and damping gain Input to the controller 7d. controller 7d Then, the assist gain Ga and the damping gain Gd as EPS control parameters are optimized. Then, by controlling the EPS using the assist gain Ga and the damping gain Gd optimized by the controller 7d, it becomes possible to match the target value (Ko, Co).
[0016]
The Lissajous waveform created by the Lissajous creation unit 7a is as shown in FIG. 3, for example. FIG. 3 shows the relationship of the steering torque T with respect to the steering angle θ. For example, in a vehicle to be adjusted that controls the EPS 2 by the controller 7d in which an arbitrary assist gain Ga and damping gain Gd are set, a solid line represents a case where the steering angle θ is steered within a range of ± 5 degrees at a predetermined vehicle speed. When the case of ± 10 degrees is indicated by a broken line and the case of ± 15 degrees is indicated by an imaginary line, the relationship of the change of the steering torque T with respect to the change of the steering angle θ is shown in FIG.
[0017]
On the other hand, when the same Lissajous waveform of the target vehicle (ideal model vehicle) is shown in FIG. 3B from the steering property (steering feeling), the steering property of the vehicle is obtained. The target spring constant Ko and the target damping coefficient Co in the case where the vehicle evaluation is expressed by vibration characteristics are obtained in advance. These values can be obtained from the slope and area of the Lissajous waveform by an analysis method described later.
[0018]
Then, by obtaining the assist gain Ga and the damping gain Gd of the controller 5 from the deviations (ΔK, ΔC) with respect to the target spring constant Ko and the target damping coefficient Co by the method using the vehicle evaluation apparatus described above, FIG. It was possible to realize the steering performance with the Lissajous waveform shown in FIG. As a result, a vehicle having the same steering performance as that of the target vehicle can be obtained by controlling the EPS 2 and can be easily reflected in the actual vehicle.
[0019]
FIG. 4 shows an evaluation index map of the spring constant K and the damping coefficient C in the relationship between the steering angle and the steering torque. In the figure, the horizontal axis is the damping coefficient C, the vertical axis is the spring constant K, and the range 11 that is good in steering is shown by hatching. In the figure, the state of FIG. 3A is a cross mark, and the state of FIG. 3B is a square mark. The state shown in FIG. 3C after changing according to the target value entered the range 11 as indicated by a circle. When the spring constant K and the damping coefficient C are within the above range 11, good steering performance can be obtained. A map can be created based on the experimental results of an actual vehicle or a prototype vehicle with good steering performance.
[0020]
Note that the steering force characteristic can be evaluated from the relationship between the steering angle and the steering torque. That is, the damping coefficient C increases as the damping coefficient C increases, and the steering force increases as the spring constant K increases. In this case, by entering the range 11, an appropriate damping feeling and an appropriate steering force weight can be obtained.
[0021]
Whether the steering performance is good or not is not limited to the relationship of the change of the steering torque T with respect to the change of the steering angle θ, but is determined from the relationship of the change of the yaw rate Y to the change of the steering angle θ as shown in FIG. Anyway. 5, FIG. 5 (a) corresponds to FIG. 3 (a), FIG. 5 (b) corresponds to FIG. 3 (b), and FIG. 5 (c) corresponds to FIG. 3 (c). . Even in this way, it was possible to achieve the steering performance that resulted in a Lissajous waveform (FIG. 5C) substantially equivalent to the target Lissajous waveform of FIG.
[0022]
FIG. 6 shows an evaluation index map of the spring constant K and the damping coefficient C in the relationship between the steering angle and the yaw rate. In this case, the range 12 that provides good steering performance is indicated by hatching in the figure. As in FIG. 4, when the spring constant K and the damping coefficient C are within the above range 12, good steering performance can be obtained. This map can also be created based on the experimental results of actual vehicles and prototype vehicles with good steering performance.
[0023]
The vehicle response characteristics can be evaluated from the relationship between the steering angle and the yaw rate. This is a characteristic that the responsiveness decreases as the damping coefficient C increases (the yaw rate delay relative to the input steering angle increases), and the yaw gain increases as the spring constant K increases (becomes quick). . In this case, by entering the above range, the yaw rate delay is suppressed and the quick feeling is increased.
[0024]
Further, a Lissajous waveform similar to that described above is obtained from the relationship of the change in the yaw rate Y with respect to the change in the steering torque T, whereby the sense of unity with the vehicle during steering can be evaluated. As the damping coefficient C increases, the responsiveness decreases (the yaw rate delay with respect to the steering torque increases), and when the spring constant K increases, the yaw gain increases (the yaw rate is generated with a small steering torque). It is a characteristic.
[0025]
Next, a steering performance analysis method in the vehicle evaluation apparatus configured as described above will be described. First, the equation of motion of a spring mass system in which a forced external force generally acts is as follows.
[0026]
[Expression 1]
Figure 0003751923
[Outside 1]
Figure 0003751923
[Expression 2]
Figure 0003751923
Where m 0 Is the steering torque amplitude, ω is the angular velocity of the steering torque, and t is the time.
[0027]
Next, the dimensionless parameter of the following formula is introduced.
[Outside 2]
Figure 0003751923
FIG. 7 shows a steering vibration model. The figure shows that the steering (steering angle θ, frequency ω) of the steering wheel 4 can be expressed by a spring constant K (θ, ω) and a damping coefficient C (θ, ω).
[0028]
By introducing the dimensionless parameter, the formula (2) can be dimensionless as follows.
[0029]
[Equation 3]
Figure 0003751923
[Expression 4]
Figure 0003751923
[Equation 5]
Figure 0003751923
Substituting Equations (3) to (5) into Equation (2) gives the following equation.
[0030]
[Formula 6]
Figure 0003751923
[Outside 3]
Figure 0003751923
[Expression 7]
Figure 0003751923
[Equation 8]
Figure 0003751923
Expression (7) can be expressed by Expression (9).
[0031]
[Equation 9]
Figure 0003751923
In order to know the relationship between the damping term and the spring stiffness (period), a resonance curve may be obtained. Similarly, paying attention to the property of only the special solution, the steady solution of the equation (9) is φ 0 The angle, Ψ 0 Can be expressed by the following equation as a phase difference.
[0032]
[Expression 10]
Figure 0003751923
In this case, the restoring force is non-linear, but if the steady solution is expressed in the form of equation (10), the derivative of equation (10) becomes the following equation.
[0033]
## EQU11 ##
Figure 0003751923
Where φ 0 , Ψ 0 Is considered to change slowly with time τ, and the sum of the second and third terms in the above equation is set to zero. (However, ξ = ητ + Ψ 0 , 'Indicates the first derivative with respect to τ. )
[Expression 12]
Figure 0003751923
Using the relationship between the expressions (11) and (12), the expression (9) can be expressed by the following expression.
[0034]
[Formula 13]
Figure 0003751923
If formula (12) × (−ηcosξ) + (5-13) × sinξ and (5-12) × (ηsinξ) + (5-13) × cosξ are created, the following equations are obtained respectively.
[0035]
[Expression 14]
Figure 0003751923
[Expression 15]
Figure 0003751923
By the way, φ 0 , Ψ 0 Is a slowly varying parameter that changes slowly with time τ, and φ 0 ', Ψ 0 If 'is 0, φ 0 , Ψ 0 Is a constant value, but cannot be exactly zero. φ 0 ', Ψ 0 The term of 'is obtained by considering the equation (14) and (15), which is obtained by integrating and averaging over one period from 0 to 2π, as follows.
[0036]
[Expression 16]
Figure 0003751923
[Expression 17]
Figure 0003751923
Expressions (16) and (17) are respectively the following expressions.
[0037]
[Formula 18]
Figure 0003751923
[Equation 19]
Figure 0003751923
However,
[0038]
[Expression 20]
Figure 0003751923
[Expression 21]
Figure 0003751923
From Equations (18) and (19) 0 , Ψ 0 If we arrange, we get the following equations respectively.
[0039]
[Expression 22]
Figure 0003751923
[Expression 23]
Figure 0003751923
Thus, from the nonlinear vibration equation (9), the relationship between the equations (22) and (23) is S (φ 0 , η), C (φ 0 , η).
[0040]
On the other hand, consider replacing the hysteresis vibration system of the equations (5) to (9) with an equivalent linear vibration system of the following equation.
[0041]
[Expression 24]
Figure 0003751923
Where H eq Is the equivalent damping coefficient, K eq Represents an equivalent spring constant.
[0042]
Since the above equation is linear, the solution can be easily obtained. When expressed in the same form as the equation (22), it is as follows.
[0043]
[Expression 25]
Figure 0003751923
Further, the condition for the vibration characteristic to coincide with the hysteresis system of the expression (9) in the expression (24) is that the expression (22) and the expression (25) are identically equal. It must be approved.
[0044]
[Equation 26]
Figure 0003751923
[Expression 27]
Figure 0003751923
This means that S (φ 0 , η) is the damping characteristic, C (φ 0 , η) is directly related to the spring characteristics. Also, S (φ 0 , η), C (φ 0 , η), the equivalent damping coefficient H eq , Equivalent spring constant K eq Will be determined.
[0045]
By the way, S (φ 0 , η), C (φ 0 , η) and the shape of the history curve need to be investigated. In equation (20), φ = φ 0 Cosξ
[0046]
[Expression 28]
Figure 0003751923
ξ = 0, 2π, φ = φ 0 Because
[0047]
[Expression 29]
Figure 0003751923
Where A (φ 0 , η) is the angle φ at the frequency η 0 Is the area surrounded by the history curve corresponding to.
[0048]
Equation (29) is expressed as S (φ 0 , η) is proportional to the area surrounded by the history curve and inversely proportional to the square of the angle. In addition, the expression (29) can be expressed as S (φ 0 , η) are equal.
[0049]
On the other hand, the equation (21) can be modified as follows.
[0050]
[30]
Figure 0003751923
Where φ 0 If cosξ = φ, cotξ can be expressed by the following equation.
[0051]
[31]
Figure 0003751923
In the equation (31), when ξ = 0, π / 2, π between ξ = 0 and 2π, φ = φ sequentially. 0 , 0, -φ 0 Therefore, the range in the steady vibration state with respect to the sine or cosine input corresponds to the derating line of M (φ, η), and the sign of equation (31) is +. In addition, when ξ = π, 3π / 2, 2π, φ = −φ sequentially 0 , 0, φ 0 Therefore, it corresponds to the force line of M (φ, η), and the sign of the equation (31) is − (see Table 1).
[0052]
[Table 1]
Figure 0003751923
Using this, equation (30) can be modified as follows.
[0053]
[Expression 32]
Figure 0003751923
In the equation (32),
[0054]
[Expression 33]
Figure 0003751923
R (φ, η) is called a sum curve. Further, since the history curve for the steady solution is symmetric with respect to the origin, the equation (32) can be simplified as follows.
[0055]
[Expression 34]
Figure 0003751923
Since P (φ) in the above equations is a constant function, R (φ, η), that is, the sum curve obtained by adding the force line and the force reduction line at the same angle level is the same. If there is, C (φ 0 , η) are equal. Where A (φ 0 , η), R (φ 0 , η) as a basic model of the history curve, the power-type restoring force model shown in FIG. 8 is applied. The basic formula can be expressed by the following formula.
[0056]
[Expression 35]
Figure 0003751923
Where α and k are φ 0 And a function of η.
[0057]
In the restoring force model shown in FIG. 8, the area A (φ 0 , η) can be calculated as:
[0058]
[Expression 36]
Figure 0003751923
Based on the bone curve of equation (35) and the equation for calculating the area of equation (36), α and k are the following equations.
[0059]
[Expression 37]
Figure 0003751923
[Formula 38]
Figure 0003751923
Also, when substituting equation (36) into equation (29),
[0060]
[39]
Figure 0003751923
It becomes. The sum curve R (φ, η) is
[0061]
[Formula 40]
Figure 0003751923
Therefore, from equation (34), C (φ 0 , η) can be obtained as:
[Outside 4]
Figure 0003751923
[Expression 41]
Figure 0003751923
In the equation (41), Γ represents a Γ function.
[0062]
If the equations (39) and (41) are substituted into the equations (26) and (27), respectively, the equivalent spring constant K eq , Equivalent damping coefficient H eq Is required as follows.
[0063]
[Expression 42]
Figure 0003751923
[Equation 43]
Figure 0003751923
That is, if α and k of the power function type restoring force model are obtained, the equivalent spring constant K eq , Equivalent damping coefficient H eq Will be determined.
[0064]
Next, how to determine the shape parameters α and k of the power functional restoring force model will be described. Here, a method of replacing the basic loop of the history curve with the power function type restoring force model is described.
[0065]
The following two conditions reflect the vibration characteristics.
(I) The area surrounded by the hysteresis curve obtained from the dynamic force test is made equal to the area surrounded by the hysteresis curve of the power function type restoring force model (matching of attenuation).
(II) The bone curve obtained by connecting the vertices of the history curve obtained from the dynamic force test is matched with the bone curve of the power function type restoring force model. That is, the vertex of the dynamic force test and the restoring force model are matched at each displacement level (matching of rigidity).
[0066]
Now, in the hysteresis loop obtained from the dynamic force test, the area surrounded by the hysteresis curve and the bone curve are changed to the steering angle φ. 0 And the external force frequency η 00 , η) and F 00 , η). However, G 00 , η) and F 00 , η) is θ s , M s It is assumed to be dimensionless.
[0067]
The condition (I) can be expressed by the following equation using the equation (34).
[0068]
(44)
Figure 0003751923
The condition (II) can be expressed by the following equation from the basic equation of the bone curve of equation (33).
[0069]
[Equation 45]
Figure 0003751923
If this equation (45) is substituted into equation (44) and k is eliminated, the following equation is obtained.
[0070]
[Equation 46]
Figure 0003751923
From the equation (46), α is obtained as the following equation.
[0071]
[Equation 47]
Figure 0003751923
Moreover, k is calculated | required like following Formula from (45) Formula.
[0072]
[Formula 48]
Figure 0003751923
[0073]
Α (φ expressed by equations (47) and (48) 0 , η) and k (φ 0 , η) can be used to match the area and bone curve enclosed by the respective hysteresis curves in the dynamic force test and the power function type restoring force model. That is, G 0 , F 0 Steering angle φ 0 If the function can be expressed by the external force frequency η, α (φ 0 , η) and k (φ 0 , η) can be used to replace the power function type restoring force model. This α (φ 0 , η) and k (φ 0 , η) is substituted into Eqs. (42) and (43), and the equivalent spring constant K eq And equivalent damping coefficient H eq From the following equations (49) and (50), the spring constant K (θ that depends on the steering angle θ and the steering speed (frequency) ω of the steering system 0 , ω 0 ) And damping coefficient C (θ 0 , ω 0 ).
[Formula 49]
Figure 0003751923
[Equation 50]
Figure 0003751923
Next, it shows about the measurement result confirmed using the actual vehicle. First, using a car A with good steering and a car B, which is considered to be bad, a flat dry asphalt road surface is sine by changing the maximum steering angle and the steering speed (frequency) stepwise at a constant vehicle speed of 140 km / h, for example. Wave slalom running was performed, and a steering angle-steering torque hysteresis curve for each steering frequency was measured. For example, vehicle A is as shown in FIG. 3B, and vehicle B is as shown in FIG. Specifically, the steering angle steering torque hysteresis curve is measured when the steering frequency is every 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 Hz and the steering angle is 5, 10, 15, 20 degrees, Hysteresis curve to bone curve M 0 (Φ, η) and the area S surrounded by the hysteresis curve 0 (Φ, η) was determined. This bone curve may correspond to the dynamic spring constant and the area may correspond to the damping coefficient.
[0074]
Calculated bone curve M 0 (Φ, η) and area S 0 Using (φ, η), the values of α and k were determined from the equations (47) and (48). As an example, FIG. 9 shows the values of α and k with respect to the steering angle when the steering frequency is 0.5 Hz, with the A car indicated by a circle and the B car indicated by a cross. FIG. 9A shows α with respect to the steering angle, and FIG. 9B shows k with respect to the steering angle.
[0075]
Further, the steering spring constant was obtained from the equations (26) and (50) using α and k obtained as described above. FIG. 10 shows a comparison of the steering spring constant A car (circle) and B car (cross mark) with respect to the steering angle with a steering frequency of 0.25 Hz. As shown in the drawing, the steering spring constant K is low in the vehicle B which is poor with respect to the vehicle A with good steering performance in a situation where the steering speed is moderate in a region where the steering angle is small (the situation where the steering frequency is low). I understand that. This quantitatively expresses the lack of response at the time of steering in this region, and can be said to be a major factor that deteriorates the steering performance of the B car.
[0076]
Similarly, the steering damping coefficient was obtained from equations (27) and (51) using α and k. FIG. 11 shows a comparison between a car A (circle) and a car B (cross) with respect to a steering angle with a steering frequency of 0.25 Hz. As shown in the figure, it can be seen that the B car has a smaller steering damping coefficient in all regions than the A car with good steering performance. This expresses the lack of stability in a broad sense including the lack of positioning at the time of steering, and it can be said that this is also a major factor that deteriorates the steerability of the B car. The same applies to the steering frequencies of 0.5, 0.75, and 1.0 Hz.
[0077]
In this way, the power function type restoring force model is used as a method for determining the nonlinear vibration characteristics (spring constant, damping coefficient) of the steering system from the measured value of the steering angle-steering torque hysteresis curve for each steering frequency during actual vehicle travel. Using the equivalent linear system analysis method, the car with good steering performance and the car with poor steering performance were analyzed. As a result, it was found that the nonlinear vibration characteristic of the steering system that greatly depends on the steering frequency and the steering angle is required. In addition, from the results of analysis using this analysis method, it becomes possible to quantitatively grasp the nonlinearity of the steering force characteristic, which was difficult with the conventional method. I was able to express. From the above, a new analysis method could be proposed as a method for quantitatively analyzing the steering performance.
[0078]
In the illustrated example, the steerability vehicle evaluation device is shown. However, the vehicle evaluation device to which the present invention is applied is not limited to the steerability, and can be regarded as a dynamic spring and can be digitized. It can be applied to the entire vehicle such as brake evaluation, suspension evaluation, and acceleration performance evaluation. This is particularly effective for those exhibiting nonlinear characteristics.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a hysteresis curve is created by the input change value and the input corresponding change value that changes in accordance with the input, and the hysteresis curve is characterized by two dynamic spring constants and a damping coefficient. Since it can be expressed by an index value, sufficient vehicle evaluation can be performed even for a vehicle that exhibits strong nonlinearity. Therefore, even if the steering torque (reaction force transmitted to the hand via the steering) and yaw rate with respect to the steering angle and steering speed when the driver operates the steering and the yaw rate have nonlinear characteristics, the nonlinear characteristics are satisfactory. Can be grasped. This makes it possible to quantitatively grasp even the above-mentioned nonlinear characteristics that could not be analyzed by the conventional evaluation method, and perform vehicle evaluation of steering performance, which is one of the important performances of automobiles. Can now.
[0080]
In addition, by creating a hysteresis curve using any two of steering angle, steering torque, yaw rate, and lateral acceleration as input and the corresponding change values, steering performance can be evaluated as vehicle evaluation. This makes it possible to evaluate the steering performance, which has been difficult, using two index values, and to easily achieve a desired steering feeling.
[0081]
Also, for example, the input amount of the input amount dependent characteristic is the steering angle magnitude (amplitude), the input frequency of the input frequency dependent characteristic is the steering speed (frequency), and the dynamic spring constant and the damping coefficient are calculated from these input values. can do. As a result, the non-linear vibration characteristics (spring constant and damping coefficient) of the steering system depending on the steering angle and the steering speed can be obtained from the restoring force characteristics obtained by conducting the steering force experiment in which the steering speed during actual vehicle running is changed stepwise. The difference in vehicle characteristics can be clearly expressed from the result.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a vehicle to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram of control by a control unit.
FIG. 3 is a hysteresis curve of steering angle-steering torque, where (a) is before adjustment of an adjustment target vehicle, (b) is a target vehicle, and (c) is after adjustment.
FIG. 4 is an evaluation index map of a spring constant K and a damping coefficient C in steering angle-steering torque.
FIGS. 5A and 5B are steering angle-yaw rate hysteresis curves, in which FIG. 5A is before adjustment of an adjustment target vehicle, FIG. 5B is a target vehicle, and FIG. 5C is after adjustment;
FIG. 6 is an evaluation index map of a spring constant K and a damping coefficient C in steering angle-yaw rate.
FIG. 7 is a diagram showing a steering vibration model.
FIG. 8 is a diagram illustrating a power function type restoring force model.
9A is a diagram illustrating α with respect to a steering angle for obtaining a steering spring constant in a vehicle A with good steering performance and a vehicle B with poor steering performance, and FIG. 9B is a diagram illustrating k with respect to the steering angle.
FIG. 10 is a diagram showing a spring constant with respect to a steering angle at a steering frequency of 0.25 Hz in a car A having good steering performance and a car B having poor steering performance.
FIG. 11 is a diagram showing an attenuation coefficient with respect to a steering angle at a steering frequency of 0.25 Hz in a car A having good steering performance and a car B having poor steering performance.
[Explanation of symbols]
7a Lissajous generator (hysteresis curve generator)
7b Constant calculation unit (dynamic spring constant calculation means / damping coefficient calculation means)

Claims (1)

任意の入力に対する車両の操舵性に対する評価を定量的に行って当該車両の操舵装置の制御パラメータとしてのアシストゲイン及びダンピングゲインを求めるための車両評価装置であって、
操舵角と操舵トルクとヨーレイトと横加速度とのいずれか2つを前記入力の変化値と前記入力に対応して変化する入力対応変化値としてヒステリシスカーブ作成するヒステリシスカーブ作成手段と、
前記ヒステリシスカーブの傾きから振動特性における動ばね定数を算出する動ばね定数算出手段と、
前記ヒステリシスカーブの面積から振動特性における減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、
目標とする車両の前記動ばね定数に対応する目標ばね定数及び前記減衰係数に対応する目標減衰係数と前記動ばね定数及び前記減衰係数とをそれぞれ比較して求めた各偏差から前記アシストゲイン及び前記ダンピングゲインを求める手段とを有することを特徴とする車両評価装置。
A vehicle evaluation device for determining the assist gain and damping gain of the evaluation to the vehicle steering against any input as a control parameter of the steering system of the vehicle I quantitatively line,
A hysteresis curve creating means for creating a hysteresis curve as the input corresponding change value for changing any two of the steering torque and the yaw rate and lateral acceleration and the steering angle in response to the input and the change value of the input,
Dynamic spring constant calculating means for calculating a dynamic spring constant in vibration characteristics from the slope of the hysteresis curve;
A damping coefficient calculating means for calculating a damping coefficient in vibration characteristics from the area of the hysteresis curve ;
The assist gain and the target spring constant corresponding to the dynamic spring constant of the target vehicle, the target damping coefficient corresponding to the damping coefficient, and the deviation obtained by comparing the dynamic spring constant and the damping coefficient, respectively. A vehicle evaluation device comprising means for obtaining a damping gain .
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