JP3917960B2 - 車両の運転挙動をシミュレートする方法並びに車両の運転挙動をシミュレートするテストスタンド - Google Patents

Description

本発明は、テストスタンド上で車両の運転挙動をシミュレートする方法であって、テストスタンド上で前記車両のエンジンは電子制御可能なブレーキ装置に接続され、第１シミュレーションモデルが前記車両の運転状態を表す変数のシミュレーション値を算出し、ここで、前記エンジンの挙動に対する前記車両の反応と、その直前に測定される前記変数の値とが算出され、少なくとも１つの評価変数が、エンジン速度やエンジントルク等の測定可能な変数に関して前記テストスタンド上で測定された値と、車両速度等の測定不能な変数に関して前記第１シミュレーションモデルを用いてそれらから計算された値とに基づいて算出される方法に関するものである。

また、本発明は、車両の運転挙動をシミュレートするテストスタンドであって、このテストスタンドは、前記車両のエンジンが接続されたブレーキ装置と、エンジン速度およびエンジントルクなどの測定可能な変数のための測定装置と、前記ブレーキ装置を制御するための電子テストスタンド制御装置とを有し、この電子テストスタンド制御装置には、前記エンジンの挙動に対する前記車両の反応と前記変数の直前に測定された値とが計算されるように、前記車両の運転状態を表す変数のシミュレーション値を計算する第１シミュレーションモデルが格納されており、更に、前記テストスタンド上で測定された値とこれらの値から前記第１シミュレーションモデルを用いて計算される車両速度等の測定不能変数の値とに基づいて少なくとも1つの評価変数を計算する評価装置が設けられているテストスタンドに関するものである。

自動車の挙動をテストスタンド上でシミュレーションすることが知られている。これは、この方法の方が道路上の実車でのテストよりも、自動車の挙動をより迅速、効率的かつ安価に検査できるからである。エンジン速度およびエンジントルク等の非常に限られた変数のみがテストスタンド上で直接的に測定できるので、その他の測定不能な変数はシミュレーションモデルによって計算する必要がある。このシミュレーションモデルは、シミュレートされる自動車の関連特性、すなわち、質量、空気抵抗、駆動トレインのトランスミッション比、駆動トレインの弾性、等々を含む。実車を元に較正され注意深く調整されたシミュレーションモデルを用いれば、種々の条件下における実車の挙動について現実に近い信頼性の高いステートメントを得ることが可能である。以下の説明では、テストスタンド上でのテストの結果を評価変数と呼ぶ。テストスタンド上で解決しようとする具体的な問題によっては、多数の評価変数を決定することができる。そのような評価変数の例としては、或る種の状況または或る種の運転サイクルにおける燃費、或る種の運転操作を実行する際の排出ガス量、または、バッキング（ｂｕｃｋｉｎｇ）振動の振幅等がある。ドライバビリティ指数などの、より複雑な評価変数を使用することも可能である。

たとえ車両のシミュレーションモデルとして最良の構成を使用しても、シミュレートされる車両に関する真のステートメントが得られる正確で信頼できる評価変数を全ての事例において決定することは不可能であることが判っている。このことは、市販のテストスタンドが自動車の駆動要素（ｄｒｉｖｅ ｓｔｒａｎｄ）よりも大きな慣性を示すという事実からもたらされる高い周波数を伴う過渡的現象において特に当てはまる。

本発明の課題は、上記の問題点を解決し、高周波数現象のような突然発生する現象を再現可能な方法を提供することにある。

本発明に拠れば、その第１実施形態では、別のシミュレーションモデル内でそれ自身測定可能な変数の高周波数変化が計算され、実測値に重畳されることによって評価変数の計算において考慮される。この実施形態の主たる技術思想は、テストスタンド自身は従来の要領で操作されるが、評価変数の計算のために追加的な別のシミュレーションモデルが使用され、この別のシミュレーションモデル内において、実測可能な変数が現実には複製不能な高周波数変動と重畳されることにある。本発明の１つの利用分野は、テストスタンドでは、そのダイナミクスの欠如のために、エンジン速度とエンジントルクにおける関連する変動を複製不可能であるという事実に拘わらず、衝撃的なモーメント負荷によって引き起こされる駆動トレインのインパクトを再現可能なことにある。しかし評価に際しては、所謂負荷衝撃（ｌｏａｄ ｓｔｒｉｋｅ）の影響が相応に考慮され、その際、内部ノイズなどの派生変数も相応に考慮することができる。

本発明の特に好適な実施形態では、エンジンは実車の電子制御装置に対応する電子制御装置によって制御され、前記電子制御装置には、測定可能な変数についてテストスタンド上で測定された値と、測定不能な変数について第１シミュレーションモデルにおいて計算された値とが供給される。制御装置がアダプティブ型の制御装置として構成され、そのアダプティブ型の制御装置による適合化（ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）に評価変数が使用されると特に有利である。最近のエンジンは、エンジン特性マップに基づいて作動し、例えば噴射時間と噴射量の決定などの形でエンジン制御に介入する電子制御装置によって制御される。所謂アダプティブ制御装置の場合、使用されるエンジン特性マップは交換不能な形で決定されるのではない。そうではなく、エンジン特性マップは、例えば磨耗や損耗による変化を補償するために、種々の評価変数に基づいて時間の経過に従ってゆっくりと交換される。制御装置の作動のためには、測定された変数の元の値と、第１シミュレーションモデルからの他の値とを使用すれば十分であることが判っている。制御装置の前記適合化のためには、本発明に基づいて追加のシミュレーションモデル内で重畳によって得られる高周波数変動をも考慮すると非常に有利である。エンジン制御装置の適合化は、数回の負荷衝撃の発生後に、そのような現象が以後防止されるようにエンジン特性マップを変えることで実施できる。

本発明の別実施形態では、実測可能な変数の高周波数変化がシミュレーションモデル内で計算され、評価変数を計算する時に、実測値との重畳において考慮される。前述した実施形態と異なり、この事例においては、高周波数変化を付加された（ｅｎｒｉｃｈｅｄ）変数の値がテストスタンドの制御のためにも使用され、これによって構成を単純化できる。実際には、この実施形態では、テストスタンドがその慣性によって実質的に自動的に高周波数成分をフィルタ除去することにより、高周波数成分の干渉は起こらないか、もしくは、低いレベルに留まる。そのような現象が生じる可能性を更に少なくするために、テストスタンドの制御に使用される変数の値に対してローパスフィルタ処理を加えても良い。

本発明は更に、車両の運転挙動をシミュレートするテストスタンドであって、このテストスタンドは、前記車両のエンジンが接続されたブレーキ装置と、エンジン速度およびエンジントルクなどの測定可能な変数のための測定装置と、前記ブレーキ装置を制御するための電子テストスタンド制御装置とを有し、この電子テストスタンド制御装置には、前記エンジンの挙動に対する前記車両の反応と前記変数の直前に測定された値とが計算されるように、前記車両の運転状態を表す変数のシミュレーション値を計算する第１シミュレーションモデルが格納されており、更に、前記テストスタンド上で測定された値とこれらの値から前記第１シミュレーションモデルを用いて計算される車両速度等の測定不能な変数の値とに基づいて少なくとも1つの評価変数を計算する評価装置が設けられているテストスタンドに関する。

本発明に拠れば、それ自身測定可能な変数の高周波数変化を計算し、これらの高周波数変化を評価変数の計算において実測値と重畳する別のシミュレーションモデルが格納された重畳装置が設けられる。
一つの実施形態では、重畳装置はアダプティブ型であって、このアダプティブ型の重畳装置は、電子テストスタンド制御装置とブレーキ装置のいずれか一方または双方を起動するために直接的に使用される。

本発明の前記方法と本発明の前記装置とは、更に、最新の自動車にインストールされているスリップ制御プログラム等によって起こる高周波数変動を考慮するためにも使用可能である。

本発明の重要な基本概念は、公知の方法および装置とは異なり、エンジン速度と車両速度との間の硬直（ｒｉｇｉｄ）な結び付き（ｌｉｎｋａｇｅ）が除去され、前記別のシミュレーションモデルによって明らかにされる自由度がシステムに導入されることにある。このようにして、さもなければテストスタンドの慣性のために表すことのできない高周波数現象をも再現し考慮することが可能となる。

本発明によるその他の特徴および利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるであろう。

図１のブロック図には、内燃エンジンとして構成され、テストスタンド上で電気ブレーキ装置２に接続されたエンジン１が示されている。エンジン速度ｎとエンジントルクＭがエンジン軸上で測定機器３を介して測定される。シミュレートされる条件下においてエンジン速度ｎとエンジントルクＭとが実車の各値とできるだけ良く対応するようにテストスタンドを制御するためにテストスタンド制御装置４が使用される。この目的のために第１シミュレーションモデル５が提供され、これはテストスタンド制御装置４の一部を構成し、同装置にソフトウエアとしてインストールされている。テストスタンド制御装置４はブレーキ装置２と双方向的に接続されており、測定機器３からテストスタンド制御装置４に各測定値が供給される。第１シミュレーションモデル５は、駆動トレインのモデル、サスペンションのモデル、空気力学的モデル等の複数の部分モデルで構成することができる。シミュレーションの操作に必要な全ての変数が、テストスタンド制御装置４によって第１シミュレーションモデル５を使用して計算される。車両速度Ｖ等の直接的には測定できない変数が計算され、これらの変数の値はエンジン１を制御する制御装置６に入力される。この制御装置６は、エンジン１を制御するために実車に搭載されるものと同じ制御装置である。必要であれば、テストスタンド制御装置４は、更に、操舵角度センサや傾斜センサ等の全てのセンサ信号も計算し、シミュレートしなければならない。なぜなら、これらはテストスタンド上では得られないからである。更に、テストスタンド制御装置４は評価装置７に対して測定値または計算値を出力し、評価装置７はシミュレーションの結果として必要な値を計算する。評価装置７の一部として設けられている重畳装置８では、シミュレートされた速度ｎ_simが下記の等式（１）を介して測定速度ｎ_mから計算される。

ｎ_sim＝ｎ_m＋Δn （１）

同じ要領で、シミュレートされたエンジントルクＭ_simが下記の式（２）を介して計算される。

Ｍ_sim＝Ｍ_m＋ΔＭ （２）

ΔｎとΔＭは算出された高周波数成分であり、例えば８Ｈｚ以上の周波数を有する。重畳装置８を較正する時には、低いカットオフ周波数がテストスタンドの高いカットオフ周波数に等しくなるようにΔｎとΔＭとの計算を行う必要がある。重畳装置８の一部として別のシミュレーションモデル９が設けられており、この別のシミュレーションモデル９がこれらの値Δｎ及びΔＭの計算に使用される。

図２の別実施形態では、テストスタンド制御装置４に一般シミュレーションモデル１５が格納されている。この一般シミュレーションモデル１５は、速度とモーメント（トルク）との高周波数成分を計算しそれらを一般シミュレーションモデル１５にリターンする重畳装置８と相互作用する。

図３のグラフには、時間ｔに関するエンジン速度ｎが実線２０で示されている。破線２１は測定機器３によって決定された測定値ｎ_mを示している。Δｎが重畳装置８の別のシミュレーションモデル９において計算され、これは線２２で示されている。曲線２０に沿った値ｎ_simは、ｎ_mとΔｎとを加算することによって得られる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態を示す概略ブロック図 本発明の別実施形態を示す概略ブロック図 テストスタンド上で測定されるエンジン速度の変化と重畳装置によって計算される回転速度の変化とを比較するグラフ

符号の説明

１ エンジン
２ 電気ブレーキ装置
３ 測定機器
４ テストスタンド制御装置
５ 第１シミュレーションモデル
６ 制御装置
７ 評価装置
８ 重畳装置
９ 別のシミュレーションモデル
１５ 一般シミュレーションモデル
ｎ エンジン速度
Ｍ エンジントルク

Claims (12)

1. テストスタンド上で車両の運転挙動をシミュレートする方法であって、テストスタンド上で前記車両のエンジン（１）は電子制御可能なブレーキ装置（２）に接続され、第１シミュレーションモデル（５）が前記車両の運転状態を表す変数のシミュレーション値を算出し、ここで、前記エンジン（１）の挙動に対する前記車両の反応と、その直前に測定される前記変数の値とが算出され、少なくとも１つの評価変数（ｗ）が、エンジン速度（ｎ）やエンジントルク（Ｍ）等の測定可能な変数に関して前記テストスタンド上で測定された値と、車両速度（Ｖ）等の測定不能な変数に関して前記第１シミュレーションモデル（５）を用いてそれらから計算された値とに基づいて算出される方法において、別のシミュレーションモデル（９）内で、それ自身測定可能な変数の高周波数変化が計算され、実測値に重畳されることによって、前記評価変数（ｗ）の計算において考慮されることを特徴とする方法。
2. 前記テストスタンド上において実際に測定された測定可能な変数の値に基づいて前記第１シミュレーションモデル（５）において計算されたシミュレーション値は、前記テストスタンドを起動するために使用され、他方、前記別のシミュレーションモデル（９）において計算された前記シミュレーション値は、前記テストスタンド上で測定された前記測定可能な変数の値が前記計算された高周波数変化と重畳されるべく、もっぱら前記評価変数の計算のために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記エンジンは、実車の電子制御装置に対応する電子制御装置（６）によって制御され、前記電子制御装置（６）には、測定可能な変数について前記テストスタンド上で測定された値と、測定不能な変数について前記第１シミュレーションモデル（５）において計算された値とが供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記制御装置（６）はアダプティブ型であり、前記評価変数（ｗ）はアダプティブ型の前記制御装置が行う最適化に使用されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. テストスタンド上で車両の運転挙動をシミュレートする方法であって、テストスタンド上で前記車両のエンジン（１）は電子制御可能なブレーキ装置（２）に接続され、シミュレーションモデル（１５）が前記車両の運転状態を表す変数のシミュレーション値を算出し、ここで、前記エンジン（１）の挙動に対する前記車両の反応と、その直前に測定される前記変数の値とが算出され、少なくとも１つの評価変数（ｗ）が、エンジン速度（ｎ）やエンジントルク（Ｍ）等の測定可能な変数に関して前記テストスタンド上で測定された値と、車両速度（Ｖ）等の測定不能な変数に関して前記シミュレーションモデル（１５）を用いてそれらから計算された値とに基づいて算出される方法において、前記シミュレーションモデル（１５）において、それ自身測定可能な変数の高周波数変化が計算され、実測値に重畳されることによって、前記評価変数（ｗ）の計算において考慮されることを特徴とする方法。
6. 前記テストスタンドの制御に使用される前記変数の値にローパスフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 車両の運転挙動をシミュレートするテストスタンドであって、このテストスタンドは、前記車両のエンジン（１）が接続されたブレーキ装置（２）と、エンジン速度（ｎ）およびエンジントルク（Ｍ）などの測定可能な変数のための測定装置（３）と、前記ブレーキ装置（２）を制御するための電子テストスタンド制御装置（４）とを有し、この電子テストスタンド制御装置（４）には、前記エンジンの挙動に対する前記車両の反応と前記変数の直前に測定された値とが計算されるように、前記車両の運転状態を表す変数のシミュレーション値を計算する第１シミュレーションモデル（５）が格納されており、更に、前記テストスタンド上で測定された値とこれらの値から前記第１シミュレーションモデルを用いて計算される車両速度等の測定不能変数の値とに基づいて少なくとも1つの評価変数（ｗ）を計算する評価装置（７）が設けられているテストスタンドにおいて、それ自身測定可能な変数（ｎ，Ｍ）の高周波数変化を計算し、これらの高周波数変化を前記評価変数（ｗ）の計算において実測値と重畳する別のシミュレーションモデル（９）が格納された重畳装置（８）が設けられていることを特徴とするテストスタンド。
8. 前記重畳装置（８）はアダプティブ型であり、前記電子テストスタンド制御装置（４）と前記ブレーキ装置（２）のいずれか一方または双方を起動するために直接的に使用されることを特徴とする請求項７に記載のテストスタンド。
9. 前記重畳装置（８）は前記評価装置（７）に設けられていることを特徴とする請求項７または８に記載のテストスタンド。
10. 前記重畳装置（８）は前記テストスタンド制御装置（４）に設けられていることを特徴とする請求項７または８に記載のテストスタンド。
11. 実車の電子制御装置に対応する電子制御装置（６）が前記エンジン（１１）を制御するために設けられており、前記電子制御装置が、前記測定可能な変数の値と、測定不能な変数に関して前記第１シミュレーションモデル（５）で計算された値とを供給されるべく、前記テストスタンド制御装置（４）に接続されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のテストスタンド。
12. 前記制御装置（６）はアダプティブ型であって、前記評価変数がアダプティブ型の前記制御装置が行う最適化に使用されることを特徴とする請求項１１に記載のテストスタンド。

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