JP4254706B2 - トランスミッションの試験装置及び試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、トランスミッションの耐久評価を行うための試験装置及び試験方法に関し、特に駆動モータを使用してエンジン入力特性をモジュールモデル化することにより、そのエンジン入力特性の各パラメータの寄与度を定量的に解析することができるトランスミッションの試験装置及び試験方法に関する。

従来、トランスミッションの耐久性試験では、例えば、特開２００２−１２２２２３号に、実際の制御装置を用いてトランスミッションの耐久劣化テストをシミュレートする開発支援装置が開示されている。これは、ＥＣＵを用いた実機テストを行って特性を解析し、パラメータ（油温ＴＡＴＦなど）を変化させつつ、モデルを用いて耐久劣化シミュレーションを実行するものである。そして、これによって生じる変速不具合事象をモデル挙動変化から予測し、変速不具合事象が解消されるまで耐久劣化シミュレーションを繰り返して制御アルゴリズムを修正している。

一方で、エンジンを用いたベンチテストによってトランスミッション試験を行う試験システムがあるが、ベンチ試験装置としては更に、特開平６−２６９９１号公報において、エンジンの回転を擬似的に出力する駆動モータで構成した試験装置が開示されている。ここで、図７は、同公報に開示された試験装置を示した図である。

この試験装置は、供試体支持台１２０に支持された供試体であるトランスミッション１００の入力軸側に、車両のエンジン相当の駆動モータ１０１が接続され、出力軸側には負荷相当の吸収モータ１０６が接続されている。トランスミッション１００の入力軸側には、入力軸トルクを測定するトルクメータ１０２が設けられ、出力軸側には、吸収力を調整するギヤーボックス１０５、出力軸等価慣性模擬用フライホイール１０４および、出力軸トルクを測定するトルクメータ１０３が設けられている。そして、この試験装置によれば、駆動モータ１０１を駆動する一方で吸収モータ１０６によって負荷が与えられ、トルクメータ１０２及び１０３で供試体の入出力間のトルクが検出され、またはそれらトルク値を設定管理したトランスミッションの特性試験が行なわれる。
特開２００２−１２２２２３号（第４−６頁、図１） 特開平６−２６９９１号（第２頁、図７）

しかし、従来の実機による試験装置やエンジンを用いたベンチ試験装置および、そうした試験装置による試験方法では、エンジンからトランスミッションへのエンジン入力であって、平均トルクや爆発トルクなどの各種特性が影響していると考えられるものの、そうした特性を定性的には確認できるものの定量的に解析することはできなかった。
また、エンジンの出力を擬似的に出力する駆動モータ１０１を使用した図７に示す試験装置でも、トルク値を設定管理して定速回転させるだけであった。そのため、エンジン出力のうち平均トルクを擬似的に出力することはできるが、ギヤを変速することができないので、例えばいきなりアクセルを踏み込んだ場合に３速から１速へ変速するキックダウンを想定した試験を行うことなどが出来なかった。従って、各種トルク特性における影響の把握が不十分となり、従来の試験装置及び試験方法では定量的に影響を解析することができなかった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、トランスミッションに対するエンジンの各種トルク特性の寄与度を定量的に解析することが可能なトランスミッションの試験装置及び試験方法を提供することを目的とする。

本発明に係るトランスミッションの試験装置は、トランスミッションに対し、その入力軸には車両用エンジンの回転を擬似的に出力して伝達する駆動モータが、またその出力軸には車両走行時の負荷を擬似的に発生させる吸収モータが連結され、制御手段からの制御データによって前記駆動モータが回転を出力し、また前記吸収モータには抵抗がかかるようにしてトランスミッションの性能試験を行うものであって、前記制御手段は、所定の条件を入力することにより前記駆動モータから出力される回転トルクに関し、複数のパラメータを任意に変化させるエンジンモデルを作成し、そのエンジンモデルに基づく制御データによって前記駆動モータを制御するようにしたものであることを特徴とする。

また、本発明に係るトランスミッションの試験装置は、前記制御手段が、前記パラメータである平均トルク、爆発トルク及び変速時のトルクダウンを算出する平均トルク演算部、爆発トルク演算部およびトルクダウン演算部を有し、各演算部によって算出した各トルク特性によって前記エンジンモデルを作成するものであることが好ましい。
また、本発明に係るトランスミッションの試験装置は、前記駆動モータは低慣性駆動モータであって、トランスミッションの入力軸に対して高剛性結合されたものであることが好ましい。
また、本発明に係るトランスミッションの試験装置は、前記制御手段に対してエンジンモデルを決定するための条件となるスロットル開度やエンジン気筒数などを入力する条件入力手段を有するものであることが好ましい。

本発明に係るトランスミッションの試験方法は、トランスミッションに対し、車両用エンジンの回転を擬似的に出力する駆動モータの回転を入力し、車両走行時の負荷を擬似的に発生させる吸収モータによって出力軸に抵抗がかかるようにしてトランスミッションの性能試験を行うものであって、所定の条件を入力することにより前記駆動モータから出力される回転トルクに関し、複数のパラメータを任意に変化させるエンジンモデルを作成し、そのエンジンモデルに基づく制御データによって前記駆動モータを制御するようにしたことを特徴とする。
また、本発明に係るトランスミッションの試験方法は、前記エンジンモデルが、平均トルク、爆発トルク及び変速時トルクダウンを任意に変化させて作成するようにしたものであることが好ましい。

よって、本発明に係るトランスミッションの試験装置及び試験方法によれば、平均トルクや爆発トルクなど、トランスミッションへ伝える回転トルクのパラメータを任意に設定したエンジンモデルを作成して駆動モータを制御するようにしたため、これまでは分からなかったトランスミッションにおけるエンジンから伝達される各種トルク特性の寄与度を定量的に解析することが可能になる。

次に、本発明に係るトランスミッションの試験装置及び試験方法について、一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。ここで図１は、トランスミッションの試験装置について、その一実施形態を概念的に示した図である。
この試験装置では、車両に対して実際に搭載されるエンジンに代えて、その実エンジンの回転を擬似的に出力する低慣性駆動モータ１が使用される。そして、この低慣性駆動モータ１は、回転出力軸がトランスミッション２に連結され、特に本実施形態では低慣性駆動モータ１の回転出力が周波数応答性良くトランスミッション２へ伝えられるように、両者は高剛性結合されている。そして、そのトランスミッション２には、走行時の抵抗を擬似的に与えるため出力軸に吸収モータ３が連結されている。

詳しく図示してはいないが、トランスミッション２は、トルクコンバータ、変速機本体、油圧コントローラから構成されており、そこにはエンジンおよびトランスミッションを制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）５がベンチ用ハーネス４によって接続されている。変速機本体は複数組のプラネタリギヤの他、油圧クラッチや油圧ブレーキ等の油圧摩擦係合要素が内蔵され、油圧コントローラには、一体に形成された油圧回路の他、ＥＣＵ５によってデューティ駆動される複数の電磁弁が収納されている。そして、この試験装置で使用されるＥＣＵ５は、車両に搭載され、実エンジンとトランスミッション２との制御を行う一体型をしたものであり、電子スロットル６に接続されている。

次に、このベンチ試験装置には、低慣性駆動モータ１や吸収モータ３を制御するための制御手段としてＤＳＰ(Digital Signal Processor)１０が設けられている。ＤＳＰ１０は、ＥＣＵによる回転数や車速などの演算結果をグラフ化して表示するパネルＰＣ７や、その他中継ボックス８を介してＥＣＵ５に接続されている。また、図示するように低慣性駆動モータ１へ接続され、更には図示していないが吸収モータ３へも接続されている。特に、本実施形態のＤＳＰ１０は、エンジンの回転出力に関するトルクのパラメータを任意に変化させるエンジンモデルを作成し、そのエンジンモデルに基づく制御データによって低慣性駆動モータ１を制御するものであり、モータ駆動部（図２参照）を介して電力を供給し、低慣性駆動モータ１の他、吸収モータ３に対してエンジンの回転出力やトランスミッションにかかる抵抗を擬似的に発生させるようにしたものである。

こうしたＤＳＰ１０は、チップ内に演算器、プログラムメモリ及びデータメモリなどを持ち、本実施形態では、低慣性駆動モータ１から擬似的に出力されるエンジン出力のトルク発生を制御するためのエンジンモデルを作成するためのプログラムが記憶されている。エンジンモデルとは、スロットル開度とエンジン回転数によって求められる平均トルク、爆発一次成分のみを考慮したｓｉｎ波で定義される爆発トルク、更にはトランスミッションの変速に伴うトルクダウンをパラメータとして、これらを任意に設定したものである。なお、低慣性駆動モータ１による爆発トルクの出力は、モータのＯＮ／ＯＦＦを変化させることによって回転軸に振動を与える加振動作を行わせて発生させる。

そこで、本実施形態のＤＳＰ１０には、トルク特性である平均トルクに関して、スロットル開度とエンジン回転数の値から実エンジンで発生させるトルク値を算出するための平均トルクマップが格納されている。そしてまた、同じトルク特性である爆発トルクに関しては、エンジンの気筒数などの入力される条件によって振幅や周波数を算出する爆発トルク演算部と、過渡トルク特性であるトルクダウンを算出するトルクダウン演算部が設けられている。本実施形態では、こうした平均トルクマップや各演算部によって算出されたトルク特性を任意に設定することによってエンジンモデルを作成する。

具体的には、例えばパラメータの一つであるｓｉｎ波で定義することができる爆発トルクは、周波数がエンジン気筒数Ｓとエンジン回転数ＮＥに依存する。そのため、爆発トルクに関しては、エンジン気筒数Ｓの条件を変えることによって周波数を任意に設定することができ、その振幅についても平均トルクに任意の係数Ｎをかけることによって任意に大きさを設定することができる。

また、過渡トルク特性であるトルクダウンは、トランスミッション変速時のトルク変動を考慮したものであるが、このトルクダウンは、ＥＣＵ５によってトランスミッションの変速、すなわち電磁弁制御における変速開始と変速終了の制御動作に連動するように、そのＥＣＵ５から送信されるトルクダウン信号をＤＳＰ１０が受け、その信号に基づいてＤＳＰ１０ではトルクダウン演算が行われるようになっている。このとき、係数Ｎをかけることによってトルクダウンの大きさを任意に設定することができる。

こうして本実施形態の試験装置では、実エンジンで行う試験では、例えばエンジン気筒数Ｓが決まってしまって爆発トルクの周波数を変化させることができないが、エンジン気筒数Ｓを変化させるなどによって爆発トルクなどを任意に設定したエンジンモデルを作成することができる。そこで、本実施形態の試験装置には、エンジン気筒数Ｓや係数Ｎ，Ｓなどのエンジンモデルを作成するために必要な条件をオペレータが入力できるように、ＤＳＰ１０に対して条件入力画面１１が接続されている。

ところで、トランスミッション２に対して実エンジンの回転を擬似的に出力する低慣性駆動モータ１は、実エンジンに比べて慣性モーメントが大きくなってしまうので、低慣性駆動モータ１自身が回転を発生させることにエネルギを消費してしまう。そこで、エネルギ消費分を補正した値で低慣性駆動モータ１を運転して必要なトルクを得る必要があり、ＤＳＰ１０では、エンジンモデルの作成とともに実エンジン相当のトルクを発生させることができるように慣性モーメント補正を行うようになっている。

続いて、図２は、ＤＳＰ１０によって行われる制御動作を概念的に示した図である。 この試験装置では、オペレータの入力操作によって条件入力画面１１からＤＳＰ１０へスロットル開度ＴＡやエンジン気筒数Ｓなどの条件が入力される。そのＤＳＰ１０では、低慣性駆動モータ１から出力される回転のトルク特性が演算され、トルク指令データがモータ制御部１２に送られる。そして、そのトルク指令データに基づきモータ制御部１２によって低慣性駆動モータ１に電力が与えられ、これによって出力される低慣性駆動モータ１からの回転が高剛性結合したトランスミッション２に伝えられる。一方、ＤＳＰ１０からは吸収モータ３にもモータ制御部１２を通じて電力が送られ、抵抗となる実車走行時の負荷を発生させている。吸収モータ３による負荷は、トランスミッション２の出力軸からタイヤにかけて加わる慣性モーメントやタイヤの路面に対する抵抗などを考慮して制御が行われる。

低慣性駆動モータ１や吸収モータ３には、それぞれ回転検出センサが設けられているため、その検出信号がＤＳＰ１０へと送られている。特に、実エンジンの回転を擬似的に出力する低慣性駆動モータ１の回転数ＮＥがエンジンモデルにおけるトルク演算を行うための演算パラメータとなっている。
ここで、図３は、ＤＳＰ１０で作成されるエンジンモデルの処理内容を概念的に示した図である。また、図４は、エンジンモデル作成を伴うトルク指令データ作成の工程を示した算出概念図である。

ＤＳＰ１０には、前述したように条件入力画面１１からスロットル開度ＴＡと、エンジン気筒数Ｓ、或いは爆発トルクの振幅を特定する係数Ｎがオペレータによって入力される。そして、その他には回転検出センサからの低慣性駆動モータ１の回転数がエンジン回転数ＮＥとして入力される。
そこで、先ず、図４に示すステップ１０１において、エンジン発生トルクが算出される。それには予め記憶されている平均トルクマップが利用され、スロットル開度ＴＡとエンジン回転数ＮＥの値から実エンジンにて発生する平均トルクが算出される。そして、ＤＳＰ１０の爆発トルク演算部において、エンジン回転数ＮＥと条件入力画面１１から入力されたエンジン気筒数Ｓの値に基づいてｓｉｎ波で定義される爆発トルクの周波数が算出され、条件入力画面１１から入力された係数Ｎの値に基づいてｓｉｎ波で定義される爆発トルクの振幅が算出される。

このときスロットル開度ＴＡとエンジン回転数ＮＥは、その値がＥＣＵ５へも送られ、ＥＣＵ５では、実エンジンを制御するための演算処理とトランスミッション２の変速を制御するための演算処理とが行われる。例えばアクセルを踏み込んだスロットル開度ＴＡの値が入力されたならば、変速タイミングが演算処理され、トランスミッションの変速が制御される。そして、トランスミッション２の変速制御が行われる場合には、図２に示すように、ＥＣＵ５からトランスミッション２へは変速指令データＤ１が送られ、更にＥＣＵ５からＤＳＰ１０へは変速の開始と終了及び遅角量を知らせるトルクダウン指令データＤ２が送られる。

そこで、ＤＳＰ１０では、図４に示すステップ１０２において、トルクダウン演算部によって、トルクダウン指令データＤ２に従ってトランスミッション２の変速の開始と終了に伴ったトルクダウンの値が算出される。このとき、条件入力画面１１からはトルクダウンの大きさを設定するための係数Ｔが入力されているため、その係数Ｔに従ったトルクダウンの値が算出される。ＤＳＰ１０では、図３に示すように、こうして算出された平均トルク、爆発トルクおよびトルクダウンの算出結果からエンジンモデルが作成される。

次いで、こうして作成されたエンジンモデルに基づき、図４に示すステップ１０３において実エンジン相当のトルクを低慣性駆動モータ１で発生させるための慣性モーメント補正が行われる。そして、ステップ１０４では、その補正されたエンジンモデルがトルク指令データとしてモータ駆動部１２へ送信され、低慣性駆動モータ１が駆動制御されて所定トルクの回転が出力される。こととき、低慣性駆動モータ１とトランスミッション２とは高剛性結合によって連結されているため、こうして出力される回転出力が低慣性駆動モータ１から周波数応答性良くトランスミッション２へ伝えられる。

以上、本実施形態の試験装置及び試験方法では、平均トルクや爆発トルクなど、トランスミッション２へ伝えるトルクのパラメータを任意に設定したエンジンモデルを作成して低慣性駆動モータ１を制御するようにしたため、これまでは分からなかった各パラメータに対応したトルク特性の影響について、定量的に結果を得ることができるようになった。例えば、本実施形態では、図５に示すように平均トルクを一定にしたまま、エンジン気筒数Ｓを変化させることによって図６（ａ）〜（ｃ）に示すように爆発トルクの周波数を変化させることができ、また図示しないが係数Ｎの値を変えて爆発トルクの振幅を変化させることができる。従って、こうした各種のエンジンモデルによって、供試体の破損の特徴から爆発トルクによる影響を定量的に調べることができるようになった。

そして、実エンジンを使用した従来の試験装置では、例えばある時間をかけてエンジンを駆動してトランスミッションに回転を伝えた試験運転をしていたが、それでは爆発トルクの影響があることが予想出来る程度であって、どれほどのものかは分かっていなかった。この点、本実施形態の試験装置及び試験方法では、爆発トルクを変化させることによってトランスミッション２に対する寄与度を定量的に確認することができ、しかも周波数を大きくすれば試験時間を短縮することもできる。更に、様々なエンジンモデルを作成して低慣性駆動モータ１の駆動を制御することによって、トルク特性の変化から、それぞれの影響を効率的に見ることができ、新しい試験を構築することもできる。

更に、これまでは新車のための試験では新エンジンの作成に非常に高いコストを要していたが、トルク特性を任意に設定したエンジンモデルによって低慣性駆動モータ１を駆動制御させることで、その新エンジンを代替することができるため、負担の大きかった新エンジン作成のためのコストを削減することができ、更にその新エンジン作成のために要していた時間を省くことで試験をこれまでよりも前倒しでできるようになった。

なお、本発明に係るトランスミッションの試験装置及び試験方法について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

トランスミッションの試験装置について、その一実施形態を概念的に示した図である。 ＤＳＰによって行われる制御動作を概念的に示した図である。 ＤＳＰで作成されるエンジンモデルの処理内容を概念的に示した図である。 エンジンモデル作成を伴うトルク指令データ作成の工程を示した算出概念図である。 平均トルクを示した図である。 周波数を変化させた爆発トルクを示した図である。 従来のトランスミッションの試験装置を示した図である。

符号の説明

１ 低慣性駆動モータ
２ トランスミッション
３ 吸収モータ
５ ＥＣＵ
１０ ＤＳＰ
１１ 条件入力画面

Claims (4)

1. トランスミッションに対し、その入力軸には車両用エンジンの回転を擬似的に出力して伝達する駆動モータが、またその出力軸には車両走行時の負荷を擬似的に発生させる吸収モータが連結され、制御手段からの制御データによって前記駆動モータが回転を出力し、また前記吸収モータには抵抗がかかるようにしてトランスミッションの性能試験を行うトランスミッションの試験装置において、
   前記制御手段は、（Ａ）所定の条件を入力することにより前記駆動モータから出力される回転トルクに関し、複数のパラメータを任意に変化させるエンジンモデルを作成し、そのエンジンモデルに基づく制御データによって前記駆動モータを制御するようにしたものであり、（Ｂ）前記パラメータである平均トルク、爆発トルク及び変速時のトルクダウンを算出する平均トルク演算部、爆発トルク演算部およびトルクダウン演算部を有し、各演算部によって算出した各トルク特性によって前記エンジンモデルを作成するものであることを特徴とするトランスミッションの試験装置。
2. 請求項１に記載するトランスミッションの試験装置において、
   前記駆動モータは低慣性駆動モータであって、トランスミッションの入力軸に対して高剛性結合されたものであることを特徴とするトランスミッションの試験装置。
3. 請求項１または請求項２に記載するトランスミッションの試験装置において、
   前記制御手段に対してエンジンモデルを決定するための条件となるスロットル開度やエンジン気筒数などを入力する条件入力手段を有するものであることを特徴とするトランスミッションの試験装置。
4. トランスミッションに対し、車両用エンジンの回転を擬似的に出力する駆動モータの回転を入力し、車両走行時の負荷を擬似的に発生させる吸収モータによって出力軸に抵抗がかかるようにしてトランスミッションの性能試験を行うトランスミッションの試験方法において、
   所定の条件を入力することにより前記駆動モータから出力される回転トルクに関し、複数のパラメータを任意に変化させるエンジンモデルを作成し、そのエンジンモデルに基づく制御データによって前記駆動モータを制御し、
   前記エンジンモデルは、平均トルク、爆発トルク及び変速時トルクダウンを任意に変化させて作成するようにしたことを特徴とするトランスミッションの試験方法。

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