JP4565060B2 - シャシダイナモメータの性能評価方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャシダイナモメータの性能評価方法とその装置に関するものである。

シャシダイナモメータシステムでは、完成車の駆動輪をローラ上に載置し、所定の運転指令にて車両を制御すると共に、ローラの回転軸に連結されたダイナモメータを動力吸収体として車両の性能試験や耐久試験を室内で可能としている。その時における車両の走行抵抗は、タイヤ転がり抵抗と機械損失及び空気抵抗からなる平坦路定常走行に、慣性抵抗、登降坂抵抗を加え合わせたものになり、ダイナモメータでは走行抵抗成分の係数変換によるトルク信号によって制御される。この走行抵抗のうち、慣性抵抗は実車と等価な慣性に設定されるフライホイールを使用することがあるが、フライホイールは設置スペースが大きくなること等の理由によって、ダイナモメータの吸収トルク分として調整する等価慣性補償が採用されている。

ところで、等価慣性質量の付加方法には、フライホイール方式、電気慣性方式及びフライホイール方式と電気慣性方式との併用が存在するが、以下では電気慣性方式を使用したシャシダイナモメータを例として説明する。
シャシダイナモメータの性能評価に関する文献としては、非特許文献１〜４が公知となっており、また、シャシダイナモメータの負荷状態を模擬するための等価慣性補償が適切に調整されているか否かの検証のための等価慣性補償の評価方法としては、特許文献１が公知となっている。
非特許文献１〜４、及び特許文献１には、車両における目標駆動力と実測駆動力との相関関係や差分を統計的に評価することが記載されている。また、欧州規格ＥＣＥ１５が存在し、総慣性量Ｉ＝Ｉ₀＋Ｆｉ／γ（ただし、Ｉ₀は固定慣性、Ｆｉは電気慣性、γは加速度）を演算することで等価慣性補償の応答速度や精度を評価している。
平成８年度特定研究成果集「４ＷＤ車の排出ガス・燃費評価用シャシダイナモメータの性能要件に関する研究」野田他、運輸省交通安全公害研究所発行 平成９年度特定研究成果集「４ＷＤ車の排出ガス・燃費評価用シャシダイナモメータの性能要件に関する試験調査」野田他、運輸省交通安全公害研究所発行 平成１０年度特定研究成果集「１５．４ＷＤ車の排出ガス・燃費評価用シャシダイナモメータの性能要件に関する試験調査」野田他、運輸省交通安全公害研究所発行 平成１０年度交通安全公害研究所研究発表会講演概要「４ＷＤ車用シャシダイナモメータに関する研究」野田他、運輸省交通安全公害研究所発行 特開２００4−２１９１８５号公報

シャシダイナモメータから車両に与える負荷を正しく評価するためには、モード運転中の走行抵抗や電気慣性の精度検証を行う必要がある。シャシダイナモメータに車両を搭載した状態で検証を行うためには、車両の燃費や排ガス等の検査状態と同じ状態での走行抵抗や電気慣性の制御精度、応答速度等を調査して性能評価することが不可欠となっており、それらの評価方法及び評価装置が要望されている。上記した非特許文献１〜４には、評価方法についての記載はあるが、それを具現化するための技術に関する記載はない。特許文献１については、シャシダイナモメータの負荷状態を模擬するための等価慣性補償が適切に調整されているか否かの検証手段については記載されているが、実測駆動力、目標駆動力がシャシダイナモシステムで演算されているため、信号を安定化するために挿入するフィルタ要素等の影響によってシャシダイナモメータ毎に位相遅れが発生し、且つ加速度演算のために設ける微分演算方式も統一されてないため、シャシダイナモメータ単体での評価は可能であるが、絶対的な評価はできなかった。
また、ＥＣＥ１５においては、加速度の割り算が演算内に出現するため、慣性演算値が安定しにくく、特にＭＴ車両などの変速時や車速モードの変極点等、加速度が０クロスする部分では、分母であるγが０となるため安定しなくなる等の問題点を有している。

そこで、本発明が目的とするところは、何れのシャシダイナモシステムにおいても安定し、且つ絶対的な評価を可能にする性能評価方法とその装置を提供することにある。

本発明の第１は、車の被試験等価慣性質量が設定されるシャシダイナモメータであって、このシャシダイナモメータに車両を搭載し、速度検出器とトルク検出値により検出された信号を評価装置に入力して目標値と比較し、シャシダイナモメータから車両に与える負荷を評価装置によって評価するものにおいて、
前記シャシダイナモメータに設けられた速度検出器とトルク検出器により検出された速度検出信号とトルク信号を評価装置に入力し、
入力された検出信号のうち、速度検出信号を前記評価装置が有する最小２乗近似微分演算部に導入して加速度信号に変換し、変換された加速度信号と前記トルク信号、及び予め設定された走行抵抗のパラメータと機械損失信号を前記評価装置の評価値演算部に入力し、
この評価値演算部で車両モード運転状態における駆動力、仕事率、仕事量の何れかを前記評価値演算部にて演算し、求められた演算値に基づいてダイナモメータの負荷状態を評価することを特徴としたものである。
本発明の第２は、前記評価値演算部の出力側に負荷評価部を設け、この負荷評価部に駆動力若しくは仕事率の目標値と実測値との差値を表示すると共に、負荷評価部に良否判定用のバンド幅を表示し、前記目標値と実測値との差値がこのバンド幅内にあるか否かをリアルタイムで評価することを特徴としたものである。
本発明の第３は、車の被試験等価慣性質量が設定されるシャシダイナモメータであって、計測のための速度検出器とトルク検出器及び走行抵抗設定部、機械損失設定部を備えたシャシダイナモメータにおいて、
前記シャシダイナモメータに設けられた速度検出器によって検出された信号を導入して速度検出信号Vmに変換する速度信号変換部と、この変換された速度変換信号Vmを導入して加速度信号ｄＶｍ／ｄｔに変換する最小２乗近似微分演算部と、前記シャシダイナモメータに設けられたトルク検出器にて検出されたトルク信号導入してローラ表面換算値ＦLCとするトルク信号変換部と、予め設定された値が入力される走行抵抗のパラメータと前記速度検出信号Vmを用いて目標とする走行抵抗ＦRL*を演算する目標走行抵抗演算部と、車両質量ＩＷ*とシャシダイナモメータの車重相当慣性力ＩＭの信号を入力し、各信号にそれぞれ前記加速度信号ｄＶｍ／ｄｔを乗算してＩＷ*・ｄＶｍ／ｄｔ及びＩＭ・ｄＶｍ／ｄｔ信号を得る演算部と、これらＦLC，ｄＶｍ／ｄｔ，ＦRL*，ＩＷ*・ｄＶｍ／ｄｔ，ＩＭ・ｄＶｍ／ｄｔ及び入力される機械損失のローラ表面換算値信号ＦMLをそれぞれ導入して少なくとも車両の駆動力、仕事率及び仕事量の何れかの評価値を演算する評価値演算部を備えたことを特徴とするものである。
本発明の第４は、前記評価値演算部にて演算された駆動力、仕事率及び仕事量の何れかの評価値を評価するためのシャシダイナモメータの負荷評価部を備えたことを特徴としたものである。
本発明の第５は、前記負荷評価部に駆動力若しくは仕事率の目標値と実測値との差値を表示すると共に、負荷評価部に良否判定用のバンド幅を表示し、前記目標値と実測値との差値がこのバンド幅内にあるか否かをリアルタイムで評価できるよう構成したことを特徴としたものである。
本発明の第６は、前記性能評価装置は、前記シャシダイナモメータシステムとは別体で構成されることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明の評価装置によれば、車両搭載状態でのシャシダイナモメータにおいて安定し、且つ絶対的な評価が可能となるものである。また、シャシダイナモメータシステム内の演算に依存せず、評価装置自体での演算に基づく評価のため、シャシダイナモメータ毎にリアルタイムでの評価が可能となり、しかも、統計評価した結果データの絶対評価があらゆるシャシダイナモメータで比較可能となるものである。さらに、評価装置の加速度信号の演算に最小２乗近似微分法を用いることにより、車両に与えるシャシダイナモメータ負荷の精度、応答速度等を評価するとき、トルクと加速度とを同期して得ることができる。この同期した信号を用いて演算された目標駆動力、実測駆動力を採用することにより安定し、且つ絶対的な評価が可能となるものである。

図１は本発明の構成図を示したものである。１はシャシダイナモメータのローラで、車両の駆動輪が載置される。２はパルス発生器（速度検出器）で、検出信号は走行抵抗設定部４、機械損失設定部５、電気慣性設定部６にそれぞれ出力される。７は加算器で、走行抵抗設定部４、機械損失設定部５、及び電気慣性設定部６の各出力信号がこの加算器７において加算されてトルク制御部８に出力される。３はトルク検出器でロードセルなどよりなってトルク制御部８に出力される。トルク制御部８は入力された各信号に基づいてトルク値を演算し、シャシダイナモメータを制御する。
そして、これら１〜８によってシャシダイナモメータシステム９が構成される。

１０は評価装置、１１はエリアジングフィルタで、このフィルタは入力信号の同期性を損なわぬよう最低限のノイズを除去するためのもので、評価演算時にはこのフィルタには検出されたトルク信号が入力されてノイズ除去が行なわれる。１２はＡ／Ｄ変換部で、アナログ信号をディジタル信号に変換してトルク値(検出トルクのローラ表面換算値)FLCとし、この１１と１２によってトルク信号変換部が構成される。１３は速度信号変換部で、パルス信号をディジタル信号に変換するＰ／Ｄ変換部よりなって、評価演算時には速度検出器２によって検出されたダイナモメータの速度信号をディジタル信号に変換することで速度検出信号Ｖｍとする。１４は最小２乗近似微分演算部で、速度検出信号Ｖｍを入力して加速度信号ｄＶｍ／ｄｔに変換する。速度信号を微分するために最小２乗近似微分法を利用したことは、現時点の微分値を演算するために、現在に対して例えば過去にてサンプリングされた４点の信号と、未来値４点を確保し、現時点のサンプリング値を含む９点で２次関数に近似させ、この近似したカーブについて現時点での微分演算を施した結果が得られる。したがって、未来値を使用していることによって位相遅れが発生せず、信号の平滑化のみが実行される。サンプリング間隔を細かくし、未来値分をシフトした結果を用いればリアルタイム演算も可能となる。

１５は１１と同様なエリアジングフィルタで、評価演算時にはこのフィルタには機械損失設定部５からの機械損失分が入力されてノイズが除去される。１６はＡ／Ｄ変換部で、アナログ信号をディジタル信号に変換して機械損失相当のトルク値(機械損失トルクのローラ表面換算値)ＦMLとする。このエリアジングフィルタ１５とＡ／Ｄ変換部１６は必ずしも必要とするものではなく、機械損失演算部２５を設け、この演算部２５にキーボード等の入力手段を介して入力された機械損失のパラメータ（ａ'，ｂ'，ｃ'‥‥）と速度検出信号Ｖｍを用いて機械損失相当のトルク値ＦMLを演算してもよい。１７、１８及び２１、２２はそれぞれ乗算部、１９は２乗演算部である。加算部２０には、走行抵抗のパラメータであるａ項（タイヤ転がり抵抗分）が入力手段を介して直接印加されるが、乗算部１７では、走行抵抗のパラメータであるｂ項（機械損失分）が入力手段を介して入力されて速度検出信号Ｖｍとの乗算が行われる。乗算部１８では走行抵抗のパラメータであるｃ項（路面抵抗分）が入力手段を介して入力され、２乗された速度信号との乗算が行われる。乗算部１７、１８よりの出力はそれぞれ加算部２０において加算されて目標とする走行抵抗値ＦRL^*(a+bＶｍ+ｃＶｍ²)が得られる。また、乗算部２１には、入力手段を介して入力された目標とする車両の等価慣性質量ＩW^*が印加されてＩW^*・ｄＶｍ／ｄｔが求められる。乗算部２２には、入力手段を介して入力されたシャシダイナモメータの機械慣性値ＩMが印加されてＩM・ｄＶｍ／ｄｔが演算される。

上記した各演算値は、それぞれ評価値演算部２３に入力されて評価値ＦV，ＦV^*，ＷS，ＷS^*，Ｗ，Ｗ^*がそれぞれ演算された後、シャシダイナモメータの負荷評価部２４に出力されて駆動力、仕事率の目標値を指標としてＸ−Ｙプロットし、１次回帰処理が実行され、その結果は図示省略された負荷評価部２４の表示部に表示される。そして、これら１１〜２５によってシャシダイナモメータシステム若しくはシャシダイナモメータシステムの制御部とは別体に評価装置１０が構成される。この評価装置１０は、評価作業実行時にはシャシダイナモメータシステム９とはそれぞれ入力端子を介して速度検出器２とトルク検出器３と接続(場合によっては機械損失設定部とも接続)され、速度信号とトルク信号を入力する。他の演算パラメータ等は入力手段を介して評価装置に入力される。
評価値演算部２３においては、シャシダイナモメータから計測される試験車両の駆動力ＦVは(1)式によって求めることができる。

ここで、ＦLCCはシャシダイナモメータで負荷される力で、(２）式によって求められ、トルク検出器のローラ表面換算値ＦLCと機械損失トルクのローラ表面換算値ＦMLとの和によって求められる。

(３)式は目標車両駆動力ＦV^*の演算式で、目標とする車両の等価慣性質量ＩW^*・ｄＶｍ/dtの和である。

(４)式は、目標駆動力ＦV^*と速度検出値Ｖｍ積によって目標仕事率ＷS^*を求めたものであり、（５）式は、実測駆動力ＦVと速度検出値Ｖｍからシャシダイナモメータで実行された仕事率ＷSを求めたものである。また、（６）式（７）式は、（４）式（５）式によって求められた目標仕事率及び実測仕事率からそれぞれ目標仕事量Ｗ^*とシャシダイナモメータの仕事量Ｗを求めた式である。

評価装置１０では、シャシダイナモメータによって計測された信号（速度信号とトルク信号）と予め設定した定数等を用いて、評価値演算部２３において駆動力、仕事率の目標値と実測値を演算する。求められた目標値と実測値とを負荷評価部２４に入力し、この評価部おいて１次回帰処理を行うと共に、目標値と実測値との差値を求めて表示し、車両モード運転状態におけるシャシダイナモメータの負荷状態の良否評価を行う。
被試験車の走行に必要なエネルギーは、燃費や排出ガス量と密接に関連する物理量であると考えられることから、単位時間あたりのエネルギー量（仕事率）に注目し、各走行モードを運転したときの被試験車に対する仕事率からシャシダイナモメータの負荷状態がどの程度正確に働いているかを評価しようとするものである。
すなわち、各走行モード、各走行抵抗設定値及び設定慣性量に対する目標仕事量と実測した仕事量とを比較すると、どの走行モード、走行抵抗設定値及び設定慣性量においても、目標値と実測値とがほぼ一致していた場合には、シャシダイナモメータの負荷状態が全体として正確に働いていると推定される。
図２は、評価演算部２３にて求めた目標駆動力と実測駆動力による１次回帰の図、図３は、目標仕事率と実測仕事率による１次回帰の図である。駆動力及び仕事率における１次回帰評価項目としては、標準偏差や相関係数、回帰直線の傾き及び回帰直線ｙ切片等が考慮されており、例えば、相関係数と回帰直線傾きについては、試験時におけるエンジンの状態がホット状態か、コールド状態かによって区分されて図２，３上にプロットされ、回帰直線傾きと一致するか否かで負荷状態の良否が判断される。
プロットのばらつきと標準偏差で負荷状態の応答性が評価でき、回帰直線の傾斜と相関係数で性能が判断される。

図４は、市販のソフトウェアを用いて被試験車モデルを作成し、シミュレーションによる１次回帰評価を実施して本発明の妥当性を検証した例を示したものである。図４は、車重２５００ｋｇの場合を示したもので、（ａ）図は電気慣性応答０．１ｓ、（ｂ）図は０．５ｓ、（ｃ）図は１ｓ時の場合の各波形で、各図とも上段から車速、目標値と実測駆動力、及び目標値と実測駆動力との差値をそれぞれ示し、このシミュレーション結果から目標駆動力と実測駆動力、及び目標仕事率と実測仕事率とをＸ−Ｙとしてプロットしたものが図５，図６である。
図５は駆動力、図６は仕事率で、各図における（ａ）は電気慣性応答を０．１ｓとした場合、（ｂ）図は電気応答を０．５ｓとした場合、（ｃ）図は電気応答を１ｓとした場合をそれぞれ示し、且つ破線イ、ロは車両モード運転中にリアルタイムによる評価を可能とするために負荷評価部に表示させたバンド幅で、プロットがこのバンド幅に入っている場合は良とし、外れた場合には否とする。
すなわち、図４（ａ）における電気慣性応答０．１ｓ時には、目標値−実測駆動値による差値は、最大でも５００Ｎ以内にはいっているが、電気慣性応答０．５ｓ以上では５００Ｎを大きく超えている。破線イ、ロで示すバンド幅は、例えば５００Ｎに相当する幅で設定される。したがって、図５、図６から明らかなように、電気慣性応答が０．１ｓ時のプロットが最も回帰直線の傾きと一致し、且つバンド幅内に入っており、電気慣性応答時間が遅くなるほどプロットのばらつきが多くてバンド幅からはみ出た状態となっている。この結果からシャシダイナモメータの負荷要素の一つである電気慣性の応答性の確認が可能となる。
以上のように本発明によれば、駆動力、仕事率の観念を導入し、それらの１次回帰式を求めて統計的に評価を行うことで、負荷吸収機能の正確なる評価が実行できるものである。

本発明の実施形態を示す構成図。 目標駆動力―検出駆動力による１次回帰評価図。 目標仕事率―検出仕事率による１次回帰評価図。 シミュレーションによる１次回帰評価時の波形図で、電気慣性応答０．１ｓ時 シミュレーションによる１次回帰評価時の波形図で、電気慣性応答０．５ｓ時 シミュレーションによる１次回帰評価時の波形図で、電気慣性応答１ｓ時 シミュレーション結果による目標駆動力―検出駆動力による１次回帰図で、（ａ）は電気慣性応答０．１ｓ時、（ｂ）は電気慣性応答０．５ｓ時、（ｃ）は電気慣性応答１ｓ時。 シミュレーション結果による目標仕事率―検出仕事率による１次回帰図で、（ａ）は電気慣性応答０．１ｓ時、（ｂ）は電気慣性応答０．５ｓ時、（ｃ）は電気慣性応答１ｓ時。

符号の説明

１…ローラ
２…速度検出器
３…トルク検出器
４…走行抵抗設定部
５…機械損失設定部
６…電気慣性設定部
７…加算部
８…トルク制御部
１０…評価装置
１１，１５…エリアジングフィルタ
１２，１６…Ａ／Ｄ変換部
１４…最小２乗微分演算部
１７、１８、２１、２２…乗算部
２３…評価値演算部
２４…負荷評価部

Claims (6)

1. 車の被試験等価慣性質量が設定されるシャシダイナモメータであって、このシャシダイナモメータに車両を搭載し、速度検出器とトルク検出値により検出された信号を評価装置に入力して目標値と比較し、シャシダイナモメータから車両に与える負荷を評価装置によって評価するものにおいて、
   前記シャシダイナモメータに設けられた速度検出器とトルク検出器により検出された各信号を評価装置に入力し、
   入力された検出信号のうち、速度検出信号を前記評価装置が有する最小２乗近似微分演算部に導入して加速度信号に変換し、変換された加速度信号と前記トルク信号、及び予め設定された走行抵抗のパラメータと機械損失信号を前記評価装置の評価値演算部に入力し、
   この評価値演算部で車両モード運転状態における駆動力、仕事率、仕事量の何れかを前記評価値演算部にて演算し、求められた演算値に基づいてダイナモメータの負荷状態を評価することを特徴としたシャシダイナモメータの性能評価方法。
2. 前記評価値演算部の出力側に負荷評価部を設け、この負荷評価部に駆動力若しくは仕事率の目標値と実測値との差値を表示すると共に、負荷評価部に良否判定用のバンド幅を表示し、前記目標値と実測値との差値がこのバンド幅内にあるか否かをリアルタイムで評価することを特徴とした請求項１記載のシャシダイナモメータの性能評価方法。
3. 車の被試験等価慣性質量が設定されるシャシダイナモメータであって、計測のための速度検出器とトルク検出器及び走行抵抗設定部、機械損失設定部を備えたシャシダイナモメータにおいて、
   前記シャシダイナモメータに設けられた速度検出器によって検出された信号を導入して速度検出信号Vmに変換する速度信号変換部と、この変換された速度変換信号Vmを導入して加速度信号ｄＶｍ／ｄｔに変換する最小２乗近似微分演算部と、前記シャシダイナモメータに設けられたトルク検出器にて検出されたトルク信号導入してローラ表面換算値ＦLCとするトルク信号変換部と、予め設定された値が入力される走行抵抗のパラメータと前記速度検出信号Vmを用いて目標とする走行抵抗ＦRL*を演算する目標走行抵抗演算部と、車両質量ＩＷ*とシャシダイナモメータの車重相当慣性力ＩＭの信号を入力し、各信号にそれぞれ前記加速度信号ｄＶｍ／ｄｔを乗算してＩＷ*・ｄＶｍ／ｄｔ及びＩＭ・ｄＶｍ／ｄｔ信号を得る演算部と、これらＦLC，ｄＶｍ／ｄｔ，ＦRL*，ＩＷ*・ｄＶｍ／ｄｔ，ＩＭ・ｄＶｍ／ｄｔ及び入力される機械損失のローラ表面換算値信号ＦMLをそれぞれ導入して少なくとも車両の駆動力、仕事率及び仕事量の何れかの評価値を演算する評価値演算部を備えたことを特徴とするシャシダイナモメータの性能評価装置。
4. 前記評価値演算部にて演算された駆動力、仕事率及び仕事量の何れかの評価値を評価するためのシャシダイナモメータの負荷評価部を備えたことを特徴とした請求項３記載のシャシダイナモメータの負荷状態評価装置。
5. 前記負荷評価部に駆動力若しくは仕事率の目標値と実測値との差値を表示すると共に、負荷評価部に良否判定用のバンド幅を表示し、前記目標値と実測値との差値がこのバンド幅内にあるか否かをリアルタイムで評価できるよう構成したことを特徴とした請求項４記載のシャシダイナモメータの性能評価装置。
6. 前記性能評価装置は、前記シャシダイナモメータシステムとは別体で構成されることを特徴とした請求項３乃至５記載のシャシダイナモメータの性能評価装置。

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