JP4613583B2

JP4613583B2 - 車両用シミュレータ

Info

Publication number: JP4613583B2
Application number: JP2004319830A
Authority: JP
Inventors: 健片山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: JP2006133912A

Description

本発明は、車両用シミュレータに関し、特に各制御ユニットの設計及び検証・評価を支援する車両用ブレーキシステムの開発支援に適用される車両用シミュレータに関する。

近年、エレクトロニクスの進歩や、社会の安全性・環境に対する要求から、車両制御システムは加速度的に高機能化、および複雑化が進んでいる。併せて、タイムリーに商品を提供していくための開発期間の短縮も課題である。これらを解決する可能性を持った手段として、制御系CAEツールを活用した制御システム開発が注目されている。制御系CAEツールを活用した制御システム開発手法としては、制御対象と制御装置をモデル化したSILS（Software In the Loop Simulation）や、制御対象をモデル化し、制御装置は実物を用いるHILS(Hardware In the Loop Simulation)がある。

このような手法を使って制御システムの仕様検討や仕様の検証、実車に近い精度での検証が可能であり、アンチロックブレーキシステムを始めとする制駆動力制御システム開発においては、すでに多くのカーメーカーや制御システムサプライアで活用されており、従来技術として特許文献１が知られている。
特開２００３−２３７５５３号公報

しかしながら、制駆動制御システムへこれらのシミュレーション手法を適用する場合、車両のモデリングを考慮しないと、極低車速域における計算が適正に実行されず、正確なシミュレーションを達成することが困難であった。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、極低車速域においても正確にシミュレーションが可能な車両用シミュレータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、ブレーキアクチュエータモデルに与えるエネルギ制御により車輪に作用する制動トルクをシミュレーションするブレーキモデルを有する車両モデルと、シミュレーションされた制動トルクに基づいて、前記車両モデルの車両挙動状態をシミュレーションする車両用シミュレータにおいて、前記ブレーキアクチュエータモデルに与えたエネルギに基づいて前記ブレーキモデルの第１制動トルクを演算する第１制動トルク演算手段と、前記車輪に加わる路面反力トルクを演算する路面反力トルク演算手段と、前記第１制動トルク演算手段により演算された前記第１制動トルクと、前記路面反力トルク演算手段により演算された前記路面反力トルクに基づいて、車輪総トルクを演算すると共に、前記車両モデルの車両挙動状態をシミュレーションする第１シミュレーション手段と、前記車輪の車輪速が所定値未満のときは、予め設定された規定車輪総トルクを設定する規定車輪総トルク設定手段と、前記規定車輪総トルク設定手段により設定された前記規定車輪総トルクと前記路面反力トルクから前記ブレーキモデルの第２制動トルクを逆算する第２制動トルク演算手段と、前記第２制動トルク演算手段により演算された前記第２制動トルクと、前記路面反力トルク演算手段により演算された前記路面反力トルクに基づいて、前記車両モデルの車両挙動状態をシミュレーションする第２シミュレーション手段と、前記車輪の車輪速が所定値未満であって、かつ、前記第１制動トルクと前記路面反力トルクに基づいて演算された車輪総トルクが前記第１制動トルクと異なる方向のときは、前記第２シミュレーション手段を選択し、それ以外のときは前記第１シミュレーション手段を選択する選択手段と、を設けたことを特徴とする。

よって、全ての車速域において制動トルクを精度良く演算することが可能となり、精度の高い車両モデルのシミュレーションを実現することができる。

発明の実施の形態

以下、本発明の車両用シミュレータを実現する最良の実施の形態を、実施例に基づいて説明する。

図１は実施例１の車両用制駆動力制御装置の開発支援装置を示すハードウェア及びソフトウェアの構成図、図２は実施例１の車両用制駆動力制御装置の開発支援装置で実行される評価処理の流れ概要図である。
この実施例１は、ガソリンエンジン＋２ＷＤ（ＦＲ車）の開発予定車両（評価対象車両）と、既に車両に搭載されている制駆動力制御システム（評価対象）とを用い、開発支援のためにシステム適合評価を行った例である。

なお、以下の文章中で用いる「VDC」はビークルダイナミクスコントロールシステム（Vehicle Dynamics Control System）の略称であり、「TCS」はトラクションコントロールシステム（Traction Control System）の略称であり、「ABS」はABS（Anti-lock Brake System）の略称である。

図１において、１はパーソナルコンピュータ、２はリアルタイムシミュレータ、３は入出力ボックス、４はVDC／TCS／ABSコントロールユニット、５はマスタシリンダ、６はVDC／TCS／ABSアクチュエータ、７は第１ホイルシリンダ、８は第２ホイルシリンダ、９は第３ホイルシリンダ、１０は第４ホイルシリンダ、１１はブレーキ踏力発生装置、１２はブースタ、１３は第１ホイルシリンダ圧センサ、１４は第２ホイルシリンダ圧センサ、１５は第３ホイルシリンダ圧センサ、１６は第４ホイルシリンダ圧センサである。

前記パーソナルコンピュータ１には、ソフトウェアとして、評価プログラム、バーチャル車両モデルACSYS、マトラボ／シムリンク（以下、MATLAB／simulink）、ウィンドウズ（登録商標）等が設定されている。

前記評価プログラムは、車両性能・機能とVDC／TCS／ABS動作を特定のデータにて代用する代用特性化すると共に、予めシステム適合性が評価されている車両とVDC／TCS／ABSによるマスターデータと、評価しようとする開発予定車両とVDC／TCS／ABSによる評価対象システムデータとの比較により、開発予定車両とVDC／TCS／ABSとの適合性を評価するプログラムである。つまり、図２に示すように、開発予定車両のバーチャル車両モデルと既存車両のバーチャル車両モデルとを用いたシミュレーションをそれぞれ実行し、このシミュレーション実行によりデータベースを蓄積し、データベースが必要量蓄積されると、これを代用特性化してそれぞれの特性について２つの比較データとし、この比較データを用いてシステム適合性の評価・判断を行うプログラムである。

前記バーチャル車両モデルACSYSは、設計検討項目である部品特性をパラメータ化して構築することでリアルタイムに車両動作を再現する車両モデルである。このバーチャル車両モデルACSYSは、例えば、操縦安定性・乗り心地の解析評価用に活用している車両モデル（サスペンション・ステアリング・シャシー等を要素モデルとして設定）に対し、車両運動制御システム開発専用に、エンジン・ドライブトレイン・ブレーキ及びタイヤの各要素モデルを追加し、各要素モデルに必要な特性値を入力することで設定される。なお、バーチャル車両モデルACSYSは、各要素モデルをスイッチにより選択可能であり、シミュレーションの実行時に必要なモデル（マスターデータを得る既存車両モデルと評価対象システムデータを得る開発予定車両モデル）を得るように各要素モデルが切り替えられる。

前記MATLAB／simulinkは、汎用モデリングプログラムであり、車両のモデリングおよび各種環境設定に用いられる。

前記リアルタイムシミュレータ２は、パーソナルコンピュータ１にＰＰＣで動作する形式によりコンパイルされているバーチャル車両モデルACSYSをダウンロードし、刻み時間１msによりリアルタイムでシミュレーションを実行する。例えば、ABSが作動する減速時のバーチャル車両モデルACSYSの動きは、マスタシリンダ５に対しブレーキ踏力発生装置１１にて推力を入力すると、ブレーキ液圧は、VDC／TCS／ABSアクチュエータ６を通って各ホイルシリンダ７，８，９，１０に伝達される。伝達されたブレーキ液圧と、ブレーキパッド摩擦係数と、キャリパのシリンダ面積と、ロータの有効半径とを基に制動トルクが算出され、この制動トルクがタイヤに伝達される。

前記入出力ボックス３は、VDC／TCS／ABSコントロールユニット４の起動に必要な車輪速、ヨーレート、横加速度、舵角の各センサ信号（バーチャル車両モデルACSYSを基にリアルタイムシミュレータ２で計算された値）を、Ｄ／Ａボードを介しアナログ信号として、または、ＣＡＮボードを介してＣＡＮ信号としてVDC／TCS／ABSコントロールユニット４に入力する。なお、実施例１でのブレーキ液圧系は、実ユニットを使用しているため、圧力は圧力センサ値をそのまま入力する。車輪速、ヨーレート、横加速度、圧力の各センサ値は１ms毎、舵角センサ値は10ms毎にVDC／TCS／ABSコントロールユニット４に入力される。また、システムが正常に作動しているかどうかは、警告灯が点灯しているか否かで判断する。

前記VDC／TCS／ABSコントロールユニット４は、後述するように実機として搭載されているユニットであって、入出力ボックス３からのセンサ信号を受け、VDC／TCS／ABSアクチュエータ６を駆動制御する。

前記マスタシリンダ５とVDC／TCS／ABSアクチュエータ６と第１ホイルシリンダ７と第２ホイルシリンダ８と第３ホイルシリンダ９と第４ホイルシリンダ１０は、後述するように実機として搭載されている実ブレーキ液圧ユニットである。

前記第１ホイルシリンダ７の上流位置には第１ホイルシリンダ圧センサ１３が設けられ、第２ホイルシリンダ８の上流位置には第２ホイルシリンダ圧センサ１４が設けられ、第３ホイルシリンダ９の上流位置には第３ホイルシリンダ圧センサ１５が設けられ、第４ホイルシリンダ１０の上流位置には第４ホイルシリンダ圧センサ１６が設けられ、それぞれホイルシリンダ圧を検出し、その検出値を入出力ボックス３に送出する。実施例１では、ブレーキモデルとして実ブレーキ液圧ユニットを備えており、上記各ホイルシリンダ７〜１０に作用するホイルシリンダ圧から制動トルクをシミュレーションするよう構成されている。

図３は実車に搭載されたVDC／TCS／ABSシステムを示す図である。図３において、４はVDC／TCS／ABSコントロールユニット、５はマスタシリンダ、６はVDC／TCS／ABSアクチュエータ、１２はブースタ、１７は右前輪回転センサ、１８は左前輪回転センサ、１９は右後輪回転センサ、２０は左後輪回転センサ、２１は圧力センサ、２２はヨーレート／横Ｇセンサ、２３は舵角センサ、２４はVDCオフスイッチ、２５はVDCオフ表示灯、２６はスリップ表示灯、２７はABS警告灯である。

VDCは、走行中、滑りやすい路面や障害物の緊急回避時に発生する車両の横滑りを４輪独立のブレーキ制御により軽減させ、旋回性能を高度に両立させ走行安定性の向上を図るシステムである。

TCSは、駆動輪がホイルスピンしそうになると、車両の安定性が損なわれたり、適正な駆動力が得られないことがあるため、駆動時の車輪回転数を検出し、電子制御で制動力（ブレーキ液圧）をコントロールして４輪のスリップを防止し、発進、加速性の向上及び、車両安定性向上を図るシステムである。

ABSは、急制動時や雪路等の滑りやすい路面での制動時、車輪がロックすると車両の安定性が損なわれたり、ハンドルを切っても曲がらないことがあるため、制動時の車輪回転数を検出し、電子制御で制動力（ブレーキ液圧）をコントロールして４輪のロックを防止し、急制動時の安定性を向上させると共に、ステアリング操作による障害物回避をし易くするシステムである。

具体的には、各車輪回転センサ１３，１４，１５，１６から送られてくる信号入力により、車輪回転速度、車輪回転加減速度、擬似車速を演算し、各車輪の制動スリップ状態（各車輪のロック状態）を監視する。これにより、車輪がロックし始めると保持信号を、ロック傾向が強くなると減圧信号を、ロック傾向が弱くなると増圧信号をVDC／TCS／ABSアクチュエータ６に送り、車輪のスリップ率を適正な状態に維持する。つまり、VDC／TCS／ABS機能とは、車輪から路面に対して適正にトルク伝達可能なスリップ率を維持する機能をいう。

図４はブレーキ液圧制御系を示す図で、図４において、２８はブレーキペダル、１２はブースタ、５はマスタシリンダ、６はVDC／TCS／ABSアクチュエータ、７は前輪左ホイルシリンダ、８は前輪右ホイルシリンダ、９は後輪左ホイルシリンダ、１０は後輪右ホイルシリンダである。

前記VDC／TCS／ABSアクチュエータ６は、図４に示すように、マスタシリンダ５と各ホイルシリンダ７，８，９，１０との間に装着され、１個のモータ６ａと、１個のポンプ６ｂと、２個のリザーバ６ｃと、２個のインレットバルブ６ｄと、２個のアウトレットバルブ６ｅと、２個のダンパー室６ｆと、４個のアウトレットソレノイドバルブ６ｇと、４個のインレットソレノイドバルブ６ｈと、４個のリターンチェックバルブ６ｉと、２個のフロントVDC切換バルブ６ｊと、２個のチェックバルブ６ｋと、２個のリアVDC切換バルブ６ｍと、２個のチェックバルブ６ｎとを有する。

このVDC／TCS／ABSアクチュエータ６は、VDC／TCS／ABSコントロールユニット４からの信号により各ソレノイドバルブ６ｇ，６ｈ，６ｊ，６ｍを切り換え、各ホイルシリンダ７，８，９，１０の液圧を制御する。このブレーキ液圧制御は、通常ブレーキモード、保持モード（VDC／TCS／ABS作動中）、減圧モード（VDC／TCS／ABS作動中）、増圧モード（VDC／TCS／ABS作動中）により行われる。

［VDC／TCS／ABS開発支援作用］
実施例１におけるVDC／TCS／ABS開発用シミュレータの特徴としては、「バーチャル車両モデルACSYSを用いたシミュレーション実行」と「マスター比較型評価手法」と「VDC／TCS／ABS機能の代用特性化」と「システム適合評価の自動判断」との四点が挙げられる。以下、それぞれについてのVDC／TCS／ABS開発支援作用を説明する。

・バーチャル車両モデルACSYSを用いたシミュレーション実行
バーチャル車両モデルACSYSとは、実際の設計検討項目である部品特性をパラメータ化して構築し、リアルタイムに車両動作を再現する車両モデルである。このバーチャル車両モデルACSYSは、基本的に設定パラメータを部品設計特性から構築しており、車両開発プロセスにリンクして各パラメータが設定される。開発予定車両への適用において、車両モデルの供給タイミングが重要となることから、精度と運用に重点をおいた車両モデルとしている。このバーチャル車両モデル精度は、評価対象システムの要求機能から、低μ路での車両挙動を非線形域まで表現できるレベルを目指すことで、実車テストに置き換えることができるレベルの精度を得ている。

よって、バーチャル車両モデルACSYSを用いたシミュレーションを実行することで、従来の設計プロセス・設計手法を踏襲したまま、実車実験無しで同等のシステム開発を実現することができる。

・マスター比較型評価手法
現状のVDC／TCS／ABS機能評価は、実車を用い、VDC／TCS／ABS機能を各々プログラム化したものが、仕様通りに動くかどうかを、プログラムの実行毎にその動きを確認することで行っていた。このためVDC／TCS／ABS機能を評価するのに、例えば３ヶ月という長期間を要していた。

これに対し、開発予定車両（評価対象車両）と既存車両のバーチャル車両モデルACSYSを用いてそれぞれシミュレーションを実行し、VDC／TCS／ABS機能を代用特性化すると共に、従来実績ユニットとの同等性比較を行うことで、非常に短時間でのシステム機能評価を達成しながら、高い評価品質を確保することができる。

・VDC／TCS／ABS機能の代用特性化
VDC／TCS／ABS機能の場合、「止まる」と「舵を効かせる」という２つの機能のうち、止まる機能はブレーキ増圧量により決まり、舵を効かせる機能はブレーキ減圧量により決まる。よって、システム動作の適合評価を行うためにブレーキ液圧調整値（ブレーキ液圧積分値、ブレーキ液圧平均値、停止所要時間）を代用特性として監視している。

・システム適合評価の自動判断
上記のように、システム適合評価を行うためにブレーキ液圧調整値（ブレーキ液圧積分値、ブレーキ液圧平均値、停止所要時間）を代用特性として監視し、車両適合評価を行うために減速度係数（＝平均減速度／減速度ピーク）を代用特性として監視することで、自動判断が可能になり、評価効率向上を実現することができる。

（極低車速域におけるバーチャル車両モデルACSYSについて）
上記バーチャル車両モデルACSYSを用いた車両用制駆動力制御装置の開発支援装置では、極低車速域において異なる車両モデルを設定している。以下、その特徴について詳述する。

図５は実施例１のバーチャル車両モデルACSYSに設定されたモデルの概略を表す図である。この車両モデルは、ブレーキモデルに代えて実ブレーキ液圧ユニットが実機として搭載され、ホイルシリンダ圧に基づいて制動トルクをシミュレーションしているが、実機に代えてバーチャル車両モデルACSYS内にブレーキモデルを設定してもよく特に限定しない。

上述したように、ブレーキ制動力は、ホイルシリンダWCに作用するホイルシリンダ圧PbによってブレーキパッドBPに車輪回転軸方向の押圧力を発生させ、車輪W1と一体に回転するディスクロータDRに押しつけることで摩擦制動力を発生させるディスクブレーキが設定されている。尚、ホイルシリンダWCは、第１〜第４ホイルシリンダ７，８，９，１０に対応するものであり、以下、総括してホイルシリンダWCと記載する。

車輪W1には、エンジン出力トルクに変速機等のギヤ比を掛けた駆動トルクTdと、ホイルシリンダ圧Pbにディスクロータの有効半径r2を掛けた制動トルクTb(Pb)（第１制動トルク演算手段に相当）と、輪荷重Fzとタイヤの動半径r1と路面の摩擦係数μに基づく路面反力トルクμ・Fz・r1（路面反力トルク演算手段に相当）が作用する。よって、車輪W1の運動方程式（即ち車輪モデル）は下記式（１）によって表される。
（式１）
I・dVw＝Tb(Pb)＋Td＋μ・Fz・r1
ただし、Iは車輪W1の回転イナーシャ、dVwは車輪の回転角加速度（車輪速微分値）である（第１シミュレーション手段に相当）。尚、従動輪の場合は、駆動トルクTdは０となる。また、車輪W1に作用するトルクとして他のトルク要素（部材等の弾性変形に伴うトルクや、回転に伴う空気抵抗等）を加えて演算してもよく、特に限定しない。

よって、ある走行状態における車輪の運動状態をシミュレーションするときは、そのときのエンジン出力トルク、ホイルシリンダ圧Pb、路面摩擦係数μ、輪荷重Fz及び車輪速微分値dVwから演算することで、精度良くシミュレーションすることが可能となる。尚、車輪W1にはサスペンションや各種リンク等を介して車体側が固定されているため、路面反力トルクμ・Fz・r1内に車体側の持つイナーシャが包含されて演算される。

しかしながら、出願人は、車両停止（極低車速域）により車輪がロックした場合、制動トルクTbが正しく計算されないという課題を見出した。すなわち、現実の車両では、車両停止時にブレーキを踏み込むと、単にホイルシリンダ圧Pbが増大するのみで車両の挙動には大きな影響を与えることはない。これに対し、車両停止時にブレーキを踏みこんだ状態をシミュレーションすると、車両のフロント側が大きく沈み込むノーズダイブが発生するといったシミュレーション結果が生じた。また、高μ路から低μ路へ移行する状態をシミュレーションすると、車両の荷重移動量やピッチング運動が高μ路相当になるといったシミュレーション結果が生じ、これは、現実とは異なる結果である。

本出願人は、上記課題に着目し、ホイルシリンダ圧Pbに基づいて演算される制動トルクTb(Pb)に代えて、車輪に加わる総トルクTallを算出後、この総トルクTallが制動トルクと同符号（負）のときは、ロックを維持する補正制動トルクTb*を逆算し、この逆算結果に基づいて車両の運動状態をシミュレーションすることとした（第２シミュレーション手段に相当）。

図６は、車両モデル選択処理を表すフローチャートである。
ステップS101では、ホイルシリンダ圧Pbに基づく制動トルクTb(Pb)（第１制動トルク演算手段に相当），駆動トルクTd，路面反力μ・Fz・r1（路面反力トルク演算手段に相当）を演算する。
ステップS102では、車輪速Vwが所定値V0以上かどうかを判断し、所定値以上のときはステップS107へ進み、所定値未満のときはステップS103へ進む。
ステップS103では、車輪総トルクTall（＝Tb(Pb)＋Td＋μ・Fz・r1）を演算する。
ステップS104では、車輪総トルクTallが正かどうかを判断し、正の時はステップS107へ進み、それ以外はステップS105へ進む。尚、車輪総トルクTallが正とは、車両進行方向に進むときに作用するトルク方向を正と定義しており、車輪総トルクTallが負とは、ブレーキによる制動力が作用するトルク方向を負と定義している。
ステップS105では、Tall＝０（規定車輪総トルク設定手段に相当）とし、Tb*＝−(Td＋μ・Fz・r1)の関係から補正制動トルクTb*を逆算する（第２制動トルク演算手段に相当）。
ステップS106では、補正制動トルクTb*を用いて上記式（１）により車輪運動状態を演算する（第２シミュレーション手段に相当）。
ステップS107では、ホイルシリンダ圧Pbに基づく制動トルクTb(Pb)を用いて車両運動状態を演算する（第１シミュレーション手段に相当）。

〔車両モデル選択処理の作用〕
上記車両モデル選択処理の作用について説明する。まず、ステップS102において、車輪速Vwが所定値V0以上かどうかの判断を行う点について説明する。

制動トルクTb(Pb)を、ホイルシリンダ圧Pbに基づいて演算した場合、ホイルシリンダ圧Pbによって作用する力は、車輪回転軸方向に作用する力である。車輪が回転しようとすると、この車輪回転軸方向に作用する力を回転方向の制動トルクに変換して使用している。ここで、車輪が回転していない状態でホイルシリンダ圧Pbをどれだけ高めたとしても、単に車輪軸方向に作用する力が増すだけであり、車輪の回転が停止している状態では、車輪を進行方向に対して逆向きに制動する力は実際には発生していない。すなわち、車輪に入力されるトルク（駆動トルクTdや路面反力トルクμ・Fz・r1）を阻害する反力トルクが発生するだけである。

また、厳密に車輪が停止している状態を表す場合は車輪速Vw＝０となるが、その値になるまで演算を繰り返すと、現実の車両と比較した場合、車輪の停止と判断して何ら問題ない状況であるにも係わらず、シミュレーション演算に時間が掛かるという問題もある。

そこで、車輪速Vwが所定値V0未満では、ホイルシリンダ圧Pbに基づく制動トルクTb(Pb)に代えて、車輪が停止している、すなわち車輪総トルクTall＝０とし、補正制動トルクTb*を演算することとした。この補正制動トルクTb*を用いた場合には、上記式（１）の運動方程式において、I・dVw＝０となるように演算されるため、車輪の停止状態を簡単に定義でき、素早く簡単に演算することができる。また、制動トルクとして入力される駆動トルクTd等による回転運動を阻害するトルクを算出することが可能となり、ノーズダイブといった現象が発生することなくシミュレーション精度の向上を図ることができる。

次に、車輪総トルクTallが正のときは、制動トルクTbよりも駆動トルクTdや路面反力トルクμ・Fz・r1の合計が上回っていることを表す。このときは、ホイルシリンダ圧に基づいて演算された制動トルクTb(Pb)の演算は、あくまで駆動トルクTdや路面反力トルクμ・Fz・r1を阻害する値として正確に行われていると判断できる。このときは、例え車輪速Vwが所定値V0以下であったとしても、安定したシミュレーションが可能なため、制動トルクとしてTb(Pb)を用いて上記式（１）によりシミュレーションを実行する。

一方、車輪総トルクTallが負のときは、制動トルクTbよりも駆動トルクTdや路面反力トルクμ・Fz・r1の合計が下回っていることを表す。このときは、ホイルシリンダ圧に基づいて演算された制動トルクTb(Pb)が、駆動トルクTdや路面反力トルクμ・Fz・r1よりも大きいことになる。ところが、制動トルクTbは回転を阻害するものであり、逆回転させるものではないため、誤った制動トルクTbが演算されることを表す。よって、このときは、制動トルクTbは、大きくても駆動トルクTdや路面反力トルクμ・Fz・r1と釣り合うトルクまでしか発生していないと考えて、補正制動トルクTb*を逆算により演算する。尚、Tall＝０として補正制動トルクTb*を逆算したが、必ずしもTall＝０でなくともよく、Tall＝αとしてオフセット値等を設定して逆算してもよい。

〔所定値V0の設定論理〕
次に、所定値V0の設定論理について説明する。実施例１のバーチャル車両モデルACSYSを用いた車両用シミュレータは、演算周期の時間としてΔt＝0.001(s)で実行している。また、現時点において想定される適用車種の中で最も大きい回転イナーシャIは3.0(kg)であり、トルク分解能は3(N)である。尚、トルク分解能とは、車両用シミュレータが認識できるトルクの最小値である。ある演算周期における車輪速をVw_n、前の演算周期における車輪速をVw_n-1とすると、演算周期の時間Δtにおける車輪の回転角加速度は{(Vw_n−Vw_n-1)/Δt}と表される。よって、車輪速Vwに必要な分解能は、
（式２）
I・dVw＝I・{(Vw_n−Vw_n-1)/Δt}＝3.0(N)
(Vw_n−Vw_n-1)＝(3.0(N)・0.001(s))/3.0(kg)＝0.001(m/s)
となる。尚、車輪速分解能とは、車両用シミュレータに要求される認識しなければならない車輪速の最小値となる。言い換えると、これ以上小さな車輪速を認識してもトルク分解能の関係から、あまり意味を成さない。

ただし、この車輪速分解能は上記演算周期の時間Δtや回転イナーシャIによって設定される必要最低限の値であるため、安全率を2倍見込んで所定値V0は0.0005(m/s)に設定する。これにより、車輪が停止していないにも係わらず、車輪ロックと判断してしまうような誤判断を回避することができる。

ここで、式（２）の関係からも明らかなように、演算周期の時間Δtが小さいほど所定値V0は小さく設定すればよく、演算周期の時間Δtが大きいほど所定値V0は大きく設定すればよい。

図７は車両の運動エネルギと所定値の関係を表す図である。本出願人は、上記所定値V0を設定する際、単に上記分解能に基づいて設定するだけでなく、車両の運動エネルギに基づいて所定値V0を設定した。車両の運動エネルギとは、車両重量と車体速によって決定される値である。同一車両重量において、運動エネルギが大きいときは、車体速が大きい状態を表す。この状態で制動トルクが発生した場合、車輪W1の回転中心に車両停止方向の力が作用し、サスペンションや各種リンク等を介して車体側の運動に影響を与える。車体側の運動に影響が与えられると、その影響によって発生する荷重移動等がシミュレーションされ、改めて路面反力等がシミュレーションされる。

車体側のエネルギは、車体速が高いほど大きなエネルギを持っているため、車輪ロック判定を厳密に行ったとしても、車体側のエネルギに与える影響は小さい。そこで、ある程度の高めの所定値V0を設定することで演算負荷の軽減を図ることとした。ただし、精度の高いシミュレーションを維持するために、所定値V0の上限値を0.05(m/s)とした。

一方、運動エネルギが小さいときは、車体速が小さい状態を表す。この状態で制動トルクが発生した場合、車体側のエネルギは、小さなエネルギしか持っていないため、車輪W1の回転中心に作用する車両停止方向の力が車体側のエネルギに与える影響は大きい。そこで、小さな所定値V0を設定することで精度の高いシミュレーションを達成している。ただし、上記分解能の関係から、所定値V0の下限値を設定している。

すなわち、車体の運動エネルギが大きいほど、計算としては安定方向であるため、所定値V0としては大きく設定しても誤った判断が成されることなく、安定したシミュレーションが実行できる。一方、車両の運動エネルギが小さいほど、計算としては不安定方向であるため、所定値V0としては小さく設定することで、厳密にシミュレーションが実行できる。

以上、本発明の車両用シミュレータを適用した車両用制駆動力制御装置の開発支援装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、開発予定車両に既存のVDC／TCS／ABSを搭載する開発プロセスで用いる支援装置の例を示したが、開発予定車両に新規開発のVDC／TCS／ABSを搭載する開発プロセスで用いる支援装置としても適用することができるし、既存車両に新規開発のVDC／TCS／ABSを搭載する開発プロセスで用いる支援装置としても適用することができる。また、VDC／TCS／ABSユニットとして実機を搭載した例を示したが、全てシミュレーションにより実行してもよい。また、ブレーキモデルとして液圧によってディスクロータを押圧する例を示したが、電気的アクチュエータによりディスクロータを押圧してもよく、特に限定しない。

実施例１の車両用VDC／TCS／ABSの開発支援装置を示す全体システム図である。実施例１の車両用VDC／TCS／ABSの開発支援装置での処理流れの概要を示す図である。実車に搭載されたVDC／TCS／ABSを示す図である。実車に搭載されたVDC／TCS／ABSのブレーキ液圧系を示す図である。実施例１のバーチャル車両モデルにおける車輪モデルを表す図である。実施例１のバーチャル車両モデルにおける制動トルク補正処理を表すフローチャートである。実施例１のバーチャル車両モデルにおける所定値と運動エネルギとの関係を表す図である。

符号の説明

１パーソナルコンピュータ
２リアルタイムシミュレータ
３入出力ボックス
４ VDC／TCS／ABSコントロールユニット
５マスタシリンダ
６ VDC／TCS／ABSアクチュエータ
７第１ホイルシリンダ
８第２ホイルシリンダ
９第３ホイルシリンダ
１０第４ホイルシリンダ
１１ブレーキ踏力発生装置
１２ブースタ
１３第１ホイルシリンダ圧センサ
１４第２ホイルシリンダ圧センサ
１５第３ホイルシリンダ圧センサ
１６第４ホイルシリンダ圧センサ

Claims

ブレーキアクチュエータモデルに与えるエネルギ制御により車輪に作用する制動トルクをシミュレーションするブレーキモデルを有する車両モデルと、シミュレーションされた制動トルクに基づいて、前記車両モデルの車両挙動状態をシミュレーションする車両用シミュレータにおいて、
前記ブレーキアクチュエータモデルに与えたエネルギに基づいて前記ブレーキモデルの第１制動トルクを演算する第１制動トルク演算手段と、
前記車輪に加わる路面反力トルクを演算する路面反力トルク演算手段と、
前記第１制動トルク演算手段により演算された前記第１制動トルクと、前記路面反力トルク演算手段により演算された前記路面反力トルクに基づいて、車輪総トルクを演算すると共に、前記車両モデルの車両挙動状態をシミュレーションする第１シミュレーション手段と、
前記車輪の車輪速が所定値未満のときは、予め設定された規定車輪総トルクを設定する規定車輪総トルク設定手段と、
前記規定車輪総トルク設定手段により設定された前記規定車輪総トルクと前記路面反力トルクから前記ブレーキモデルの第２制動トルクを逆算する第２制動トルク演算手段と、
前記第２制動トルク演算手段により演算された前記第２制動トルクと、前記路面反力トルク演算手段により演算された前記路面反力トルクに基づいて、前記車両モデルの車両挙動状態をシミュレーションする第２シミュレーション手段と、
前記車輪の車輪速が所定値未満であって、かつ、前記第１制動トルクと前記路面反力トルクに基づいて演算された車輪総トルクが前記第１制動トルクと異なる方向のときは、前記第２シミュレーション手段を選択し、それ以外のときは前記第１シミュレーション手段を選択する選択手段と、
を設けたことを特徴とする車両用シミュレータ。
請求項１に記載の車両用シミュレータにおいて、
前記規定車輪総トルク設定手段を、車輪速が所定値未満と判断されたときは車輪ロックと判断し、前記規定車輪総トルクを零に設定することを特徴とする車両用シミュレータ。
請求項１または２に記載の車両用シミュレータにおいて、
前記所定値は、車両用シミュレータのトルク分解能を車輪の回転慣性モーメントで除した値に車両用シミュレータの演算周期の時間を掛けた値以上であることを特徴とする車両用シミュレータ。
請求項１ないし３いずれかに記載の車両用シミュレータにおいて、
前記所定値は、車両用シミュレータの演算周期の時間が長いほど大きな値であることを特徴とする車両用シミュレータ。
請求項１ないし４いずれかに記載の車両用シミュレータにおいて、
前記車両モデルの運動エネルギを演算する運動エネルギ演算手段を設け、
前記所定値は、前記運動エネルギ演算手段により演算された運動エネルギが大きいほど大きな値であることを特徴とする車両用シミュレータ。