JP4429159B2 - 走行模擬試験システム - Google Patents

Description

本発明は、駆動源として駆動モータを搭載する車両の性能検査において、指定された運転条件に応じて仮想的に制動トルクや走行抵抗トルクなどの負荷トルクを、駆動モータからの出力を伝える出力軸に連結された負荷装置に発生させることで、車両の走行状態を模擬する走行状態模擬装置に関する。

車両の性能試験を行う検査装置として、例えば特許文献１に開示された検査装置がある。特許文献１の装置では、エンジンとドライブトレーンとを結合した状態で、各々の性能試験を実施することができる。しかし、モータ・ジェネレータを駆動源として搭載した電気自動車やハイブリッド車の性能試験において、特許文献１に示すような、実際の車両に搭載されるブレーキシステムを搭載せずに、駆動軸などに直結した負荷吸収モータがエンジンやモータ・ジェネレータの駆動出力を吸収することで車両走行状態を模擬する検査装置において、低μ路走行など車両がスリップしやすい走行状態を模擬する場合、次のような問題があった。

すなわち、通常の車両では、エンジンやモータ・ジェネレータを制御するＥＣＵが各車輪の車輪速度に基づいてスリップが発生しているか否かを判定し、スリップ状態に応じて、エンジンやモータ・ジェネレータを制御する。しかし、上記のような検査装置では、実際の車両に搭載されるブレーキシステムが搭載されておらず、車輪も備えられていないため、エンジンやモータ・ジェネレータを制御するＥＣＵは、各車輪の車輪速度情報を取得することができず、通常の車両のように車輪速度情報に基づいてスリップが発生しているか否かを判定することができない。よって、スリップ状態を模擬していたとしても、ＥＣＵはスリップ状態に応じてモータ・ジェネレータ等を適切に制御することができない。

特開平１１−１２５５８３号公報 特開平０８−３３４４３９号公報 特開２０００−３５３８０号公報 特開２０００−９７８１１号公報

本発明は、車両の性能検査において、車両のスリップ状態を模擬する場合にも、より実車両に近い制御を行うことを目的とする。

本発明に係る走行模擬試験システムは、車両の駆動源からの出力を伝える出力軸に駆動輪の代わりに連結される負荷装置の負荷トルクを制御することで、車両の走行状態を模擬する走行模擬試験システムにおいて、前記負荷装置に対して、予め指定された少なくともアクセル開度、ブレーキ開度、路面摩擦係数を含む運転条件により定まるトルク指令を出力するトルク指令出力部と、前記運転条件により定まる従動輪速度と、前記出力軸の回転数により定まる駆動輪速度とを出力する速度出力部であって、車両前後力を車両重量で除した値を時間で積分して算出される車両の速度を仮想的な従動輪速度とする速度出力部と、前記運転条件に基づいて駆動源の出力を制御する駆動源制御部であって、前記速度出力部から出力される前記従動輪速度と前記駆動輪速度との比較に基づき、仮想的に車両のスリップ状態を検知し、検知結果に基づいて前記駆動源の出力を補正する駆動源制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る走行模擬試験システムの１つの態様では、前記駆動源には、エンジンおよびモータを含む、ことを特徴とする。
本発明に係る走行模擬試験システムは、駆動モータと、前記駆動モータを制御する駆動モータ制御装置と、前記駆動モータからの出力を伝える出力軸と、前記出力軸に連結され、その出力軸に負荷トルクを発生させる負荷装置と、指定された運転条件に応じた負荷トルク発生指令を前記負荷装置に出力するとともに、指定された運転条件に応じた駆動制御指令を前記駆動モータ制御装置に出力する走行状態模擬装置とを備え、指定された運転条件に応じた走行状態を模擬することで車両の性能検査を行う走行模擬試験システムであって、前記走行模擬装置は、前記運転条件に基づいて、前記車両の仮想的な走行速度を算出する走行速度算出手段と、前記車両の前記出力軸の回転数に基づいて、駆動輪速度を算出する駆動輪速度算出手段と、前記走行速度と前記駆動輪速度とを含む速度情報を前記モータ制御装置に出力する速度情報出力手段と、を備え、前記モータ制御装置は、前記走行速度を従動輪速度として、前記駆動輪速度と比較することで、前記車両のスリップの発生を検知するスリップ検知手段と、前記スリップ検知手段でスリップを検知した場合、スリップ状態に応じて前記駆動モータを補正制御する補正制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、走行模擬装置が、駆動輪速度算出手段で算出された走行速度と、速度情報出力手段で算出された駆動輪速度とを、モータ制御装置に出力し、モータ制御装置が、走行速度を従動輪速度として、駆動輪速度と比較することで、車両の模擬走行時におけるスリップを検知して、駆動モータを補正制御する。これにより、例えば、駆動トルクを低減する補正制御が行われず、駆動モータに過電流が流れ、駆動モータが破損する危険性を回避することができる。

本発明の実施の形態（以下、実施形態とする）について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態におけるハイブリッド車用試験装置である。ハイブリッド車用試験装置では、試供体として、エンジン１０、モータ・ジェネレータ２０、動力分配機構３０、ドライブシャフト４０が接続されている。そして、ＥＣＵ９０の制御のもと、エンジン１０やモータ・ジェネレータ２０から出力された駆動出力は、動力分配機構３０を介してドライブシャフト４０に伝えられる。さらに、ドライブシャフト４０の両端には負荷装置として負荷吸収モータ５０ａ，５０ｂが接続されている。負荷吸収モータ５０ａ，５０ｂは、車両走行状態を模擬するために、ドライブシャフト４０に対して仮想的に制動トルクや走行抵抗トルクを発生させる負荷装置である。このように、負荷吸収モータ５０ａ，５０ｂにおいて、仮想的に制動トルクや走行抵抗トルクを発生させることで、実際に車両を走らせることなく、さらに、実際の車両に搭載されるブレーキシステムを搭載することなく、模擬的に車両走行状態を作り出し、車両の各種性能試験を行うことができる。

走行模擬装置６０は、指定された運転条件に基づいて、仮想的に発生させる制動トルクや走行抵抗トルクといった負荷トルクの値を算出し、その負荷トルクを負荷吸収モータ５０ａ，５０ｂに発生させるように制御する装置である。さらに、走行模擬装置６０は、指定された運転条件に応じた動作を各試供体がするように、ＥＣＵ９０に対して制御指令を出力する。ＥＣＵ９０は、この制御指令に基づいて、エンジン１０やモータ・ジェネレータ２０を制御して駆動トルクを発生させたり、モータ・ジェネレータ２０を制御して回生トルクを発生させる。

センサ７０ａ，７０ｂは、それぞれドライブシャフト４０の片端の回転数とトルクを測定する検出器である。センサ７０ａ，７０ｂで測定された測定値は、走行模擬装置６０へ出力される。走行模擬装置６０は、センサ７０ａ，７０ｂで測定された値をもとに、指定された運転条件に応じて試供体が動作しているか否かを判定して、必要に応じて、負荷吸収モータ５０ａ，５０ｂを補正制御したり、ＥＣＵ９０に対して補正制御指令を出力する。ＥＣＵ９０はこの補正制御指令を受けて、エンジン１０やモータ・ジェネレータ２０を補正制御する。操作端末８０は、車両の性能検査の検査項目に応じて運転条件を指定して、その指定した運転条件を走行模擬装置６０に提供する装置である。本実施形態において、運転条件とは、車速の時間変化またはアクセル開度とブレーキ開度の時間変化、路面摩擦係数や道路勾配などの道路情報、車両重量などの車両諸元、ころがり抵抗などの各種走行抵抗などである。

ところで、通常の車両では、車両に搭載された各種センサより左右駆動輪速度や従動輪速度の情報を取得して、車両がスリップ状態か否かをＥＣＵが判断して、その判断結果に応じて、エンジンやモータ・ジェネレータを補正制御する。しかし、上記のようなハイブリッド車用試験装置では、車輪が備えられていないため通常の車両のように左右駆動輪速度や従動輪速度を取得することができない。よって、従来のハイブリッド車用試験装置において、低μ路走行など駆動輪がスリップしやすい走行状態を模擬しても、ＥＣＵ９０は、スリップに基づくエンジン１０やモータ・ジェネレータ２０の補正制御を行うことができなかった。そのため、車両がスリップ状態にあったとしても、例えば、駆動トルクを低減する補正制御が行われず、モータ・ジェネレータ２０に過電流が流れ、モータ・ジェネレータ２０が破損するおそれがあった。

そこで、本実施形態では、ハイブリッド車用試験装置において、低μ路走行など駆動輪がスリップしやすい走行状態を模擬する場合に、ＥＣＵ９０が通常の車両と同様にエンジン１０やモータ・ジェネレータ２０の補正制御を行うことができるように、走行模擬装置６０が仮想的に左右駆動輪速度や従動輪速度を求めて、ＥＣＵ９０に提供する。そして、ＥＣＵ９０が走行模擬装置６０から取得した仮想的な左右駆動輪速度や従動輪速度に基づいて、通常の車両と同じようにスリップ状態か否かを判断して、その判断結果に応じて、エンジン１０やモータ・ジェネレータ２０を補正制御する。これにより、例えば、駆動トルクを低減する補正制御が行われず、モータ・ジェネレータ２０に過電流が流れ、モータ・ジェネレータ２０が破損する危険性を回避することができる。

より具体的には、走行模擬装置６０は、センサ７０ａ，７０ｂで測定されたドライブシャフト４０の各端の回転数ωに基づいて、例えば次式（１）から仮想的な左右の駆動輪速度Ｖｄを求める。

Ｖｄ＝ω×２πｒ／ｓ ・・・（１）
ｒ：タイヤ半径

また、走行模擬装置６０は、指定された運転条件に基づいて、例えば次式（２）を用いて車両の車速Ｖを算出する。

Ｖ＝∫(Ｆｄ／Ｍ)ｄｔ ・・・（２）
Ｆｄ：車両前後力 Ｍ：車両重量

ここで、上記式２における車両前後力Ｆｄは、サスペンション前後力Ｆｓ、走行抵抗Ｆｒ、粘性抵抗係数Ｃｆとを用いて、式３により算出することができる。

Ｆｄ＝Ｆｓ−Ｆｒ−Ｃｆ×Ｖ ・・・（３）

また、サスペンション前後力Ｆｓは、前輪駆動車の場合、式４に示すとおり、タイヤスリップ率λの関数である摩擦係数μ(λ)と前輪荷重Ｗｆとの積で求めることができる。

Ｆｓ＝Ｗｆ×μ(λ) ・・・（４）

さらに、前輪荷重Ｗｆは、静止時前輪荷重Ｗ、車両加速度α、重力加速度ｇ、車両重心高さｈ、車両ホイールベースＬとして、式５により算出することができる。

Ｗｆ＝Ｗ−Ｍ×（α／ｇ）×（ｈ／Ｌ）・・・（５）

スリップ率λと摩擦係数μとは、例えば図２に示すような関係をもち、運転条件に応じて、摩擦係数μを設定する。

また、スリップ率λは、式６に基づき算出することができる。

λ＝（Ｖ−Ｖｗ）／Ｖｗ （駆動時） ・・・（６−１）
＝（Ｖ−Ｖｗ）／Ｖ （制動時） ・・・（６−２）

ここで、式６で必要な車輪速度Ｖｗは、ドライブシャフトトルクＴｄｓ、タイヤグリップトルクＴｔ、ブレーキトルクＴｂｋ、ホイール慣性モーメントＪｗを用いて、式７により算出することができる。

Ｖｗ＝∫[（Ｔｄｓ−Ｔｔ＋Ｔｂｋ）／Ｊｗ]ｄｔ ・・・（７）

なお、ドライブシャフトトルクＴｄｓは、センサ７０ａ，７０ｂで測定した測定値、タイヤグリップトルクＴｔは、サスペンション前後力Ｆｓの左駆動輪および右駆動輪発生分、ブレーキトルクＴｂｋは、運転条件で指定された車速指令値やブレーキ開度（指令値）から求めることができる演算値、ホイール慣性モーメントＪｗは、初期設定値を使用し、左右輪ごとに車輪速Ｖｗを算出する。

そして、走行模擬装置６０は上記に示した式に基づいて算出した車速Ｖを仮想的な従動輪速度と定める。走行模擬装置６０は、このようにして求められた左右駆動輪速度および従動輪速度を示す速度情報を、ＥＣＵ９０に出力する。ＥＣＵ９０は、走行模擬装置６０から出力された速度情報に示された左右駆動輪速度および従動輪速度を用いて、車両がスリップ状態か否かを判断して、その判断結果に応じて、エンジン１０やモータ・ジェネレータ２０を補正制御する。なお、ＥＣＵ９０は、例えば各駆動輪のスリップ率λが所定の閾値を越えているか否かを判定することで、車両がスリップ状態か否かを判断する。

続いて、図３に示すフローチャートを用いて、走行模擬装置６０の処理プロセスについて説明する。

まず、走行模擬装置６０は、指定された運転条件に基づいたアクセル開度指令およびブレーキ開度指令をＥＣＵ９０に出力するとともに、その運転条件に基づいて算出された負荷トルク指令をモータ・ジェネレータ２０に出力する（Ｓ１０１）。続いて、走行模擬装置６０は、各センサ７０ａ，７０ｂからドライブシャフト４０の各端の回転数を取得して、その回転数に基づいて、左右の駆動輪速度を算出する（Ｓ１０２）。さらに運転条件に基づいて仮想的な車速を算出し、その速度を従動輪速度と定義する（Ｓ１０３）。そして、求められた左右駆動輪速度および従動輪速度を含む速度情報をＥＣＵ９０に出力する（Ｓ１０４）。

この結果、ＥＣＵ９０は、車両がスリップ状態にあるか否かを判断する際に利用する左右駆動輪速度および従動輪速度を取得することができるため、車両のスリップ状況に応じてエンジン１０やモータ・ジェネレータ２０を補正制御することができる。

図４は、アクセル開度１００％、ブレーキ開度０％、路面摩擦係数μ＝０．１の運転条件において、車両の性能検査を行った場合の、車速およびモータ・ジェネレータ２０に流れるバッテリ電流の時間的変化を、本実施形態におけるハイブリッド車用試験装置および従来のハイブリッド車用試験装置について示した図である。

図４に示すとおり、従来の装置では、モータ・ジェネレータ２０に過電流が連続して流れているのに対して、本実施形態における装置では、モータ・ジェネレータ２０に過電流が連続して流れていないことがわかる。このように、本実施形態によれば、走行模擬装置６０が仮想的に左右駆動輪速度や従動輪速度を求めて、ＥＣＵ９０に提供する。そして、ＥＣＵ９０が走行模擬装置６０から取得した仮想的な左右駆動輪速度や従動輪速度に基づいて、通常の車両と同じようにスリップ状態か否かを判断して、その判断結果に応じて、エンジン１０やモータ・ジェネレータ２０を補正制御する。これにより、例えば、駆動トルクを低減する補正制御が行われず、モータ・ジェネレータ２０に過電流が流れ、モータ・ジェネレータ２０が破損する危険性を回避することができる。

本実施形態におけるハイブリッド車用試験装置のシステム構成を示す図である。 摩擦係数μとスリップ率λとの関係を示す図である。 本実施形態における走行模擬装置の処理プロセスを示すフローチャート図である。 本実施形態のハイブリッド車用試験装置および従来のハイブリッド車用試験装置において、車両の性能検査を行った場合の、車速およびモータ・ジェネレータに流れるバッテリ電流の時間的変化を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン、２０ モータ・ジェネレータ、３０ 動力分配機構、４０ ドライブシャフト、５０ａ，５０ｂ 負荷吸収モータ、６０ 走行模擬装置、７０ａ，７０ｂ センサ、８０ 操作端末、９０ ＥＣＵ。

Claims (2)

1. 車両の駆動源からの出力を伝える出力軸に駆動輪の代わりに連結される負荷装置の負荷トルクを制御することで、車両の走行状態を模擬する走行模擬試験システムにおいて、
   前記負荷装置に対して、予め指定された少なくともアクセル開度、ブレーキ開度、路面摩擦係数を含む運転条件により定まるトルク指令を出力するトルク指令出力部と、
   前記運転条件により定まる従動輪速度と、前記出力軸の回転数により定まる駆動輪速度とを出力する速度出力部であって、車両前後力を車両重量で除した値を時間で積分して算出される車両の速度を仮想的な従動輪速度とする速度出力部と、
   前記運転条件に基づいて駆動源の出力を制御する駆動源制御部であって、前記速度出力部から出力される前記従動輪速度と前記駆動輪速度との比較に基づき、仮想的に車両のスリップ状態を検知し、検知結果に基づいて前記駆動源の出力を補正する駆動源制御部と、
   を備えることを特徴とする走行模擬試験システム。
2. 請求項１に記載の走行模擬試験システムにおいて、
   前記駆動源には、エンジンおよびモータを含む、
   ことを特徴とする走行模擬試験システム。

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