JP3769619B2 - 車両試験用疑似路面発生装置及び自走式車両の走行試験方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両試験用疑似路面発生装置及び自走式車両の走行試験方法に関し、特に、起伏、凹凸がある自由面を走行して多様な作業を行う無限履帯式自走車両の動揺の予測的制御を試験する車両試験用疑似路面発生装置及び自走式車両の走行試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
起伏、凹凸がある自由面上で移動して多様な重作業を行う自走式重機械のような車両は、履帯を備えて自由に移動する。激しい凹凸面（以下、自由路面という）を走行する車両の激しい動揺は、搭乗者の運転用操作、作業用操作を困難にしている。自由路面に対応して車両の動揺を回避するためにサスペンションの昇降制御を行う車両が知られている。その昇降制御がより現実的に有効であるように、動揺制御試験が行われる。そのような試験を行う動揺制御試験装置が知られている。車体を水平に維持する制御を試験する動揺制御試験装置は、模擬路面を数学的に生成するシミュレータと、試験対象車両の履帯を複数箇所で支持しシミュレータから出力される数学的模擬路面生成信号を受けて数学的に模擬路面を発生させる模擬路面発生装置と、シミュレータが生成する路面に対応してシミュレータから出力される路面対応信号を受けて履帯に支持され車体を支持する複数のサスペンションの伸縮・昇降を行う油圧源装置とから形成されている。
【０００３】
このような公知の動揺制御試験装置は、数学的に生成される疑似路面に基づく制御試験しかできず、車両自体が検出する路面情報に基づいていないので、現実の走行時の時間を変数とする制御の試験を有効に行うことができない。
【０００４】
現実の走行時の時間を変数とする制御の現実に有効な試験が望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、現実の走行時の時間を変数とする制御の現実に有効な試験を行うことができる車両試験用疑似路面発生装置及び自走式車両の走行試験方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、疑似路面を数学的にではなく物理的に現実に生成して、現実の走行時の時間を変数とする制御の有効な現実に試験を行うことができる車両試験用疑似路面発生装置及び自走式車両の走行試験方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００７】
本発明による車両試験用疑似路面発生装置は、時間的に変化せずに進行する地形波面（Ｓ）を生成する。地形波面（Ｓ）は、疑似路面を構成する上面が無限状に形成され、その上面が前後方向に波動状に凹凸移動して進行する。機械的原点から逆進行方向に向くＸ軸とそのＸ軸に直交して高さ方向に向くＺ軸からなる座標系上が設定されれば、その地形波面はＺ（Ｘ＋Ｖｔ）で表され得る。これは、定常波形の進行に相当している。この、Ｖは機械的原点に対する地形波面の進行の速度であり、実質的には、試験車両の地面に対する速度である。このＺは、時間的に変化せずに進行するが、変更は可能である。”時間的に変化せずに進行する地形波面”は、数学的には、”Ｚ（Ｘ＋Ｖｔ）”で表現される。
【０００８】
地形波面（Ｓｎ）は、複数の地形波面形成要素（９）の運動により生成される。隣り合う地形波面形成要素（９）は同じ速度で進行することによって、移動する地形波面が生成され得る。複数の地形波面形成要素（９）は進行せず進行方向に直交する方向に変位することによっても、時間的に変化せずに進行する地形波面は生成されうる。この場合の地形波面は自由に変更され得るが、一旦生成された波面はそのまま一定方向に進行する。波面の変更は、本明細書で記載される車両の姿勢制御の試験のためには、頻繁に行われる必要はなく、数種類のテストパターンが用意されれば十分であろう。
【０００９】
このような車両試験用疑似路面発生装置を用いた自走式車両の走行試験方法は、次のように実行される。その実行は、地形波面（Ｓ）を検出すること、地形波面（Ｓ）が生成されている第１場所と異なる第２場所にその検出に基づいて地形波面（Ｓ）を再生することとであり、更には、再生地形波面の上に車体の無限履帯を載置すること、無限履帯（６）に支持され車体（４）を支持する懸架装置を駆動して車体（４）のピッチング姿勢を制御することとである。第２場所は、車体の前後方向の特定の範囲特に無限履帯に支持される複数の懸架装置の存在範囲である。更には、車体（４）と地形波面（Ｓ）との間でその検出を物理的に実行することである。物理的実行はレーザー測距であることが好ましい。本発明による自走式車両の走行試験方法は、表現が変えられれば、模擬的に且つ物理的に地形波面を形成すること、地形波面を観測点に対して進行させることとを含み、地形波面は時間的に変化せずに進行する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図に一致対応して、本発明による車両試験用疑似路面発生装置の実施の形態は、疑似路面発生装置が疑似路面再現（再生）装置とともに設けられている。その疑似路面再生装置１は、図１に示されるように、複数の油圧式昇降台２から形成されている。複数の油圧式昇降台２は、直線又は曲線上に一列に整列して、それぞれに昇降する昇降部分３を備えている。油圧式昇降台２の本体は、油圧シリンダである。
【００１１】
試験用車両は、車体４と、線状に配列される複数の転輪５と、転輪５に噛み合って閉じた線上で周回する無限履帯６と、転輪５の車軸に支持され車体４を支持する複数の懸架装置（図に現れず）とから形成されている。懸架装置は、転輪５と車体４との間で伸縮する伸縮部分を持つサスペンションである。車体４には、それの姿勢を検出する姿勢検出器７が取り付けられている。
【００１２】
姿勢の検出は、車体の動揺の検出を含む。姿勢は、車体の前後方向線を含む鉛直面内の車体の回転角度として検出される。図１は、左右側の車輪装置の一方側のみについて試験する装置を示しているが、他方側についても試験する装置が付加され得る。その場合は、車体の前後方向線に直交する横方向水平線を含む鉛直面内の車体の回転角度も更に検出され得る。
【００１３】
疑似路面再生装置１の前方に、疑似路面発生装置８が設置されている。疑似路面発生装置８は、多数の路面形成体要素９を備えている。多数の路面形成体要素９の上面は連続して１つの物理的疑似路面を形成する。路面形成体要素９は、等速度で閉じた路線上を周回し、車体の前後方向の中心線に平行である可動路面部分を形成している。その可動路面部分の前後方向の中心線を含む鉛直面は、片側の無限履帯６の前後方向の中心線を含む鉛直面に一致していることが好ましい。その可動路面部分と車体４との相対速度は、現実の車両の走行速度に一致し、時速６０ｋｍ前後であり可変である。このような相対速度で、物理的シミュレーションが実施される。
【００１４】
路面の鉛直方向の座標が、基準水平面に設定される原点を有する鉛直方向のＺ軸上で表される。その原点を通り基準水平面上で前後方向に向くＸ軸上で、路面の水平方向の座標が表される。路面の座標は、（Ｘ，Ｚ）で示される。座標Ｚは、物理的疑似路面が静止している場合には、Ｘのみを変数とする関数であり、Ｚ（Ｘ）で表される。車体４上に、地形検出装置１０が、固定されて設けられている。地形検出装置１０は、レーザー発振器と送受光部を備えている。送受光部の送光点と受光点は、実質的に同一点にある。その同一点は、Ｘ軸を含む鉛直面内にあることが好ましい。地形検出装置１０は、慣用のレーザ測距装置である。
【００１５】
原点は、複数の油圧昇降台２の先頭の油圧昇降台の最低位に降下した昇降部分３の上端点位置に設定され得る。複数の油圧昇降台２の内の先頭の油圧昇降台の伸縮部の路面Ｚ（Ｘ）は、マイナスＸ方向に進行する。路面関数Ｚ（Ｘ）は、ｔ秒後に複数の油圧昇降台２の昇降部分の上端点により、Ｚ（Ｘ＋Ｖｔ）として再生される。ここで、Ｖは既述の相対的速度である。疑似路面が、座標Ｘ２と座標Ｘ１との間に形成されそれが地形検出装置１０により検出されれば、ｔ秒後に形成される油圧昇降台２により形成される再生路面であるＺ（Ｘ＋Ｖｔ）のＸの範囲は、０と｛−（Ｘ２−Ｘ１）｝との間にある。リアルタイムに時刻がＴであれば、Ｚ（Ｘ）の転写が行われる時刻は、（Ｔ＋Ｘ／Ｖ）である。この時刻に転写される再生路面は、即ち、時刻ＴのＺ（Ｘ，Ｔ）は、（Ｘ／Ｖ）秒の後に原点に再生され、その再生路面は次式で表される：
Ｚ（０＋Ｖｔ）＝Ｚ（０＋Ｖ（Ｘ／Ｖ））＝Ｚ（Ｘ）
要するにこの式は、変形しない波面を持つ地面とこれに向かって進行する車輌との位置関係を示している。
【００１６】
疑似路面を再生路面として転写するためのこのような計算は、制御装置１１により実行される。車両側と制御装置１１の間は、制御線１２により接続されている。制御線１２は、地形検出装置１０の出力信号を制御装置１１に送信する送信線と、各油圧昇降台２の昇降部分３の昇降位置の位置信号をフィードバック信号として制御装置１１に送信する送信線とから形成されている。
【００１７】
制御装置１１は、油圧源装置１３に接続し、各油圧昇降台の昇降方向を指示する制御信号を油圧源装置１３に送信する。油圧源装置１３は、その制御信号に基づいて圧油の供給と吸引を各油圧式昇降台２に対して圧油給排管１４を介して行う。制御装置１１は、疑似路面発生装置８に接続し疑似路面Ｚ（Ｘ）を生成する。
【００１８】
図２は、疑似路面発生装置８の詳細を示している。疑似路面発生装置８は、工場内床面上に設置されるトラック１５を備えている。トラック１５は、無限軌道を形成し路面形成体要素９を案内して円滑に概ね時速６０ｋｍで走行させる。細長いトラック１５の両端部に、駆動側スプロケット１６と従動側スプロケット１７とが配置されている。駆動側スプロケット１６は、サーボモータ１８により駆動される。駆動側スプロケット１６と従動側スプロケット１７とに、歯付きタイミングベルト１９が掛け渡されている。タイミングベルト１９の内側周面には、等間隔で歯２１が形成されている。
【００１９】
駆動側スプロケット１６は、従動側スプロケット１７に同形である。従動側スプロケット１７は、図３に示されるように、トラック用基礎２２に支持されている支持軸２３に取り付けられている。従動側スプロケット１７の外側周面は、噛み合い歯２４に形成されている。噛み合い歯２４は、タイミングベルト１９の歯２１に押圧的に噛み合う。タイミングベルト１９の外周面に等間隔で、鉛直方向に向く地形要素取付用支柱３０が図４に示されるように強固に取り付けられている。
【００２０】
１つの地形要素取付用支柱３０に、１つの路面形成体要素９が対応して強固に取り付けられている。路面形成体要素９は、強化板２５と地形射板２６とから形成されている。地形射板２６の上面は、図３の中央部に示されるように、地形面（又は、路面、自由路面）Ｓｎ（ｎは自然数）として形成されている。
【００２１】
地形要素取付用支柱３０は、図４に示されるように、台車２７に支持されている。台車２７は、台車本体２８と複数の挟持用転輪２９とから形成されている。挟持用転輪２９は、それぞれに台車本体２８に鉛直方向に固定されている支軸３１に固着されている。トラック基礎２２から立ち上がる支持柱３２に下側軌道レール３３が支持されている。複数の挟持用（ボール）転輪２９は、帯環状の下側軌道レール３３の内外周面３４，３５に転動自由にそれぞれに内外接している。その内外接面３４，３５は、凹面に形成されている。地形要素取付用支柱３０は、台車本体２８に強固に取り付けられている。
【００２２】
図３の右側部に示されるように、トラック用基礎２２に上側レール用支柱３６が、トラック１５の周囲域に適当間隔で立ち上がっている。上側レール用支柱３６の上端部から内側方向に、上側軌道レール支持用桁３７が取り付けられている。上側軌道レール支持用桁３７の下面に、帯環状の上側軌道レール３８が取り付けられている。図４に示されるように、上側軌道レール３８の内外帯環帯３９，４１に挟まれて上側転輪４２が挟まれている。上側転輪４２は、地形要素取付用支柱３０の上端部に回転自在に取り付けられている。
【００２３】
台車２７は、上側軌道レール３８に上側転輪４２を介して案内され、下側軌道レール３３に挟持用転輪２９を介して案内され、高速度でトラック上で直進し、又は、小半径の半円軌道上で高速度で回転する。相前後する複数の路面形成体要素９は、図３の中央部に示されるように、トラックの直線部を高速に走行する間、地形面である波面を形成する。この波面は、連続面であり、相前後する２つの路面形成体要素９の間に隙間はない。その波面は、図２，３に示されるように、図面上で右側に、即ち、疑似路面再生装置１に向かう方向Ａに進行する。相対的には、車体４が疑似路面発生装置８のトラック１５に向かって進行する。
【００２４】
地形検出装置１０は、前方の地形の凹凸波形面Ｚ（Ｘ，Ｔｎ）を時系列的にその時系列の時刻に一瞬に測定することができる。複数の瞬間時刻点で、Ｚ（Ｘ，Ｔｎ）を検出することにより、制御装置１１は、ある瞬間点時刻で概ね完成されたＺ（Ｘ）を生成することができる。制御装置１１は、Ｚ（Ｘ）が不完全である座標Ｘの区間については、その前後の区間の値から滑らかに補間する。
【００２５】
生成される地形を検出し、地形を解析して、その解析信号に基づいて、油圧源装置１３を駆動して、油圧源駆動装置により給排される圧油により、油圧式昇降台２を駆動し、その昇降量を制御装置にフィードバックしながら、生成地形面を再生し、車体４が目標姿勢にどれだけ近く維持されるかが試験される。電気信号の生成が速くても、車体が生成路面に高速に接近する高速度状態で、生成路面の変化に正しい時刻に遅延する車体の姿勢の制御が、油圧動作の物理的遅延によりどのように阻害されるかが検証される。
【００２６】
リアルタイムの地形検出と遅延するリアルタイムの地形生成との間の遅延と、油圧駆動回路の遅延、運動による遅延等の物理的遅延との関係が実地的に検証されて、地形検出の電気的性能と駆動部の運動性能との関係が検証される。その試験結果に基づいて、コンピュータソフトの改良、油圧駆動回路の改良等が並行的に行われることになる。このような試験装置は、特に、道なき道（自由路面）を高速に進む各種の重作業機械の改良のために有効である。
【００２７】
次に述べられる幾つかの路面生成装置８は、路面を自由に瞬時的に変更することができる。図５は、本発明による車両試験用疑似路面発生装置の実施の他の形態を示している。無限軌道式の本実施の形態は、互いにある程度の離隔可能距離を持ってリンクし、車体の進行方向（相対的に波面が進行する方向Ａ）に直交する軸心線Ｌの回りの回転角の変更が可能であり、各流体圧シリンダ５１により昇降可能である路面形成用無限軌道要素５２（路面形成体要素９に相当）により路面を形成する。この実施の形態では、路面に横方向に長い隙間が生じるが、時間的に連続的に路面波形を変形させることができる。
【００２８】
図６と図７とは、本発明による車両試験用疑似路面発生装置の実施の更に他の形態を示している。上下の架台５３に対向する組シリンダ５４の複数組が並んで配置されている。前後に軸連結するチェーン５５の要素は、横方向に長い路面形成板５６（路面形成体要素９に相当）である。路面形成板５６は、組シリンダ５４の対向する２つの可動端５７に挟持されている。１組の組シリンダ５４のシリンダの作動流体の給排室は、サーボバルブ５８により連絡され、制御装置１１により指示される通りの高さ位置に各路面形成板５６はリアルタイムで昇降する。
【００２９】
複数の路面形成板５６は、それぞれに昇降して１つの波面を形成し、その波面は等速度で一方方向に移動する。１組の組シリンダ５４は、左右両側に２組が設けられ得る。図８に示されるように、１組の組シリンダ５９は、２つの上側のシリンダと１つの下側のシリンダで構成することができる。下側のシリンダは、光学的検出の邪魔にならない。図９に示されるように、上側の２つのシリンダは、２つのスプリング６１にそれぞれに置換され得る。
【００３０】
図１０は、本発明による車両試験用疑似路面発生装置の実施の更に他の形態を示している。チェーンを形成するように軸連結する路面形成板６２（路面形成体要素９に相当）は、連続して隣り合う３本の連結軸６３が、揺動自在な３体のシリンダ６４，６５，６６によりそれぞれに支持されている。シリンダ６４，６５，６６のそれぞれの伸縮により、隣り合う２体の路面形成板６２の傾斜角度が変更され、そのチェーンの上面は自由な路面に変更され得る。
【００３１】
図１１は、本発明による車両試験用疑似路面発生装置の実施の更に他の形態を示している。複数のスライド路面板６７（路面形成体要素９に相当）が、路面進行方向Ａに連続的に重なり合って配置されている。１体のスライド路面板６７は、伸縮支持棒６８と、支持棒６８の上端部に回転自在に（ローリング自在に）結合する重合板とから形成されている。その重合板は、図１２に示されるように、それぞれの回転中心線より前方にある前方部７１と、回転中心線より後方にある後方部７２とから形成されている。その１つの重合板の後方部７２には、その重合板より後方側に隣り合う他の重合板の前方部７１が摺動的に入り込む挿入穴７３が開けられている。
【００３２】
支持棒６８の下端部は、シリンダ７４の可動部分７５の伸縮端部に回転自在に支持されている。その伸縮端部には、支持棒６８と可動部分７５とがまっすぐになろうとする付勢力をその両者に与えるバイアス手段（ばね、図示されず）が設けられている。複数のシリンダの可動部分７５のそれぞれの伸縮量に応じて、支持棒６８と可動部分７５とは自らが相対的に揺動し、且つ、隣り合う前方部７１と後方部７２とが自ら摺動して、複数のスライド路面板６７の上面は１つの自由な路面を形成する。その路面は、リアルタイムに連続的に局所的に変形して、方向Ａに定形波面Ｚ（＝Ｚ（Ｘ＋Ｖｔ））が伝達される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明による車両試験用疑似路面発生装置及び自走式車両の走行試験方法は、現実の走行時の状態に近い状態で有効に車両の運転における試験を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による車両試験用疑似路面発生装置の実施の形態を示す射軸投影図である。
【図２】図２は、車両試験用疑似路面発生装置を示す平面図である。
【図３】図３は、図２の一部を示す正面図である。
【図４】図４は、図３の一部を詳細に示す正面図である。
【図５】図５は、車両試験用疑似路面発生装置の他の実施の形態を示す側面図付き正面図である。
【図６】図６は、車両試験用疑似路面発生装置の更に他の実施の形態を示す正面図である。
【図７】図７は、図６の側面図である。
【図８】図８は、車両試験用疑似路面発生装置の更に他の実施の形態を示す側面図である。
【図９】図９は、車両試験用疑似路面発生装置の更に他の実施の形態を示す側面図である。
【図１０】図１０は、車両試験用疑似路面発生装置の更に他の実施の形態を示す正面図である。
【図１１】図１１は、車両試験用疑似路面発生装置の更に他の実施の形態を示す正面図である。
【図１２】図１２は、図１１の一部を示す正面図である。
【符号の説明】
４…車体
６…無限履帯
９…地形波面形成要素
Ｓ，Ｓｎ…地形波面

Claims (4)

1. 無限履帯式自走車両の動揺の予測的制御を試験するために設けられる疑似路面発生装置（８）であって、試験用無限履帯式自走車両の無限履帯が油圧式昇降台上に支持される疑似路面再生装置（１）の前方に設置され、地形検出装置（１０）による前記疑似路面発生装置（８）上面の地形波面の検出に基づいて疑似路面再生装置（１）の油圧式昇降台を作動させ、前記無限履帯式自走車両の懸架装置によりピッチング姿勢を制御させるようにした疑似路面発生装置（８）において、
   疑似路面を構成する前記疑似路面発生装置（８）の上面が無限状に形成され、その上面が前後方向に波動状に凹凸移動して進行する地形波面を形成し、
   機械的原点から逆進行方向に向くＸ軸と前記Ｘ軸に直交して高さ方向に向くＺ軸からなる座標系上で、前記地形波面がＺ（Ｘ＋Ｖｔ）で表され、前記Ｖは前記機械的原点に対する前記地形波面の前記進行の速度であり、
   前記地形波面を形成する複数の地形波面形成要素を有し、該複数の地形波面形成要素の上面が無限方向に連続して地形波面を形成し、隣り合う前記地形波面形成要素は同じ速度で進行することを特徴とする車両試験用疑似路面発生装置。
2. 無限履帯式自走車両の動揺の予測的制御を試験するために設けられる疑似路面発生装置（８）であって、試験用無限履帯式自走車両の無限履帯が油圧式昇降台上に支持される疑似路面再生装置（１）の前方に設置され、地形検出装置（１０）による前記疑似路面発生装置（８）上面の地形波面の検出に基づいて疑似路面再生装置（１）の油圧式昇降台を作動させ、前記無限履帯式自走車両の懸架装置によりピッチング姿勢を制御させるようにした疑似路面発生装置（８）において、
   疑似路面を構成する前記疑似路面発生装置（８）の上面が無限状に形成され、その上面が前後方向に波動状に凹凸移動して進行する地形波面を形成し、
   機械的原点から逆進行方向に向くＸ軸と前記Ｘ軸に直交して高さ方向に向くＺ軸からなる座標系上で、前記地形波面がＺ（Ｘ＋Ｖｔ）で表され、前記Ｖは前記機械的原点に対する前記地形波面の前記進行の速度であり、
   前記地形波面を形成する複数の地形波面形成要素を有し、該複数の地形波面形成要素の上面が無限方向に連続して地形波面を形成し、各地形波面形成要素は進行せず前記進行方向に直交する方向に変位することを特徴とする車両試験用疑似路面発生装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記Ｚは変更可能である車両試験用疑似路面発生装置。
4. 請求項１又は２に記載される車両試験用疑似路面発生装置を用いた自走式車両の走行試験方法であり、
   前記地形検出装置（１０）によるレーザー測距により前記疑似路面発生装置（８）上面の地形波面を検出すること、
   前記地形波面が生成されている第１場所と異なる第２場所に設けた前記疑似路面再生装置（１）の前記油圧式昇降台の上面に、前記検出に基づいて前記地形波面を再生すること、
   とを含む自走式車両の走行試験方法。

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