JP4699848B2 - シャシーダイナモメータ - Google Patents

Description

本発明は、供試車両の駆動力に基づいた速度制御によって供試車両の動力試験を行うシャシーダイナモメータに関する。

シャシーダイナモメータによる試験方式には、供試車両の駆動力を直接に制御する駆動力制御方式と、この供試車両の駆動力を基にした速度制御方式がある（例えば、特許文献１参照）。この速度制御方式は、供試車両の燃費試験や排気ガス試験など、車速制御を基にした試験を容易にする。

図４は従来の供試車両の駆動力を基にした速度制御方式のシャシーダイナモメータを、その制御ブロックの構成例を設備構成と共に示し、制御ブロックは左側駆動輪用のみを示す。屋内床下には、一対のローラ１Ｒ、１Ｌと、これらを軸支する一対の機構部２Ｒ、２Ｌと、これらに軸結合する一対の交流モータ３Ｒ、３Ｌを設備する。床面近くに頂部を露出させたローラ１Ｒ、１Ｌ上には、供試車両４の両駆動輪（ホイール）を載せ、供試車両４を床上で固定する。供試車両４はその試験目的に従った自動アクセル操作やクラッチ・変速機操作によって模擬走行を行わせる。

交流モータ３Ｒ、３Ｌは、インバータ５で駆動され、ローラ１Ｒ、１Ｌを介して加えられる供試車両４の出力トルクを吸収する。モータ３Ｒ、３Ｌのトルク制御は、速度制御器６によるインバータ５へのトルク電流指令値を基になされる。速度制御器６は、モータ３Ｌ（ローラ１Ｌ）の回転速度検出による角速度と、速度指令Ｖとの偏差に対する比例・積分・微分演算によりインバータ５のトルク電流指令値を得る。

上記の速度指令Ｖは、原理的には、車両の質量をＭ、供試車両４のホイールに加わる駆動力をＦとすると、次式を基に求める。
［数式］
Ｖ＝∫（Ｆ／Ｍ）ｄｔ …（１）
実際には、タイヤと路面間のスリップの存在を含めて、タイヤ面に発生するトルク（ホイールトルク）と供試車両の等価モデルを基に速度指令Ｖを求める。ホイールトルク推定器７は、トルクメータで計測する軸トルクを変数として、タイヤ面に発生しているトルクＦＤを推定する。供試車両の等価モデルは、タイヤ速度演算部８と車体速度演算部９、路面モデル演算部１０およびスリップ率演算部１１で構成する。

タイヤ速度演算部８は、ホイールトルクＦＤと路面−タイヤ間に発生している仮想トルクＦＸの差分を、除算器８Ａによって車両の回転部慣性で除算し、さらに積分器８Ｂによる積分でホイール速度Ｖを求める。

車体速度演算部９は、仮想トルクＦＸと走行負荷抵抗によるトルク分との差を、除算器９Ａにおいて車重（車両質量による慣性）で除算し、さらに積分器９Ｂで積分して仮想車体速度を求める。スリップ率演算部１１は、ホイール速度と車体速度の差分からタイヤと路面間のスリップ率ｓを求める。路面モデル演算部１０は、スリップ率ｓと、路面がもつ摩擦係数μとの関係になるスリップ率ｓ−摩擦係数μの特性カーブから摩擦係数μを求め、さらに摩擦係数μ×タイヤ荷重からタイヤ表面に加えられる力（仮想駆動力ＦＸ）を求める。
特開平１０−１９７４０９号公報

従来の駆動力を基にした速度制御方式のシャシーダイナモメータでは、タイヤと路面との間のスリップをも含めた速度制御ができるため、雨や雪で濡れた路面（低μ路）での走行試験を再現可能としている。また、低μ路の試験機能をもつ場合は、供試車両のブレーキを操作した際のタイヤロック状態（大きいスリップ率）もシャシーダイナモメータ上で再現することができる。

上記のタイヤロック状態は、車体速度よりも先にタイヤが止まってしまう現象である。一方、シャシーダイナモメータ上でのタイヤロック状態での試験では、図５に示すように、タイヤの速度に実路と合うような挙動が現れるため、ローラが停止してしまった後も、車体速度演算部９では車体の速度が零にならず、スリップを続けている状態が起こり得る。このようなとき、ブレーキを解除操作すると、再びタイヤが回りだすという現象が起きる。しかも、実路上でのスリップ状態からの回復を模擬するため、低μ路試験ではかなり速い加速度でタイヤが回りだす。この現象は、ドライバーからみた場合、一旦停止したタイヤ（ローラ）が勝手に回りだすように感じられるため、ドライバーにブレーキ操作上で違和感を与える問題がある。

図６は、上記のブレーキ操作時の現象を説明するための図である。同図の（ａ）に示すブレーキ操作前では、車体速度とホイール（ローラ）速度はほぼ一致しており（スリップ率≒０）、スリップがほとんどない。（ｂ）に示すブレーキ操作時では、減速方向のホイールトルクＦＤが加わり、タイヤ速度（ダイナモ速度）は零になる。一方、車体速度が零になっていないため、大きなスリップが発生し、タイヤを回転させる方向に力ＦＸが生じている。この状態で、（ｃ）に示すように、ブレーキを解除すると、減速方向のホイールトルクＦＤが消え、路面モデル演算部１０で発生していたタイヤを回転させる方向の力ＦＸにより、タイヤが回転を始める。

本発明の目的は、供試車両の駆動力に基づいた速度制御方式による動力試験において、ブレーキ操作とその解除操作時に、タイヤが不要に回りだすのを防止できるシャシーダイナモメータを提供することにある。

本発明は、試験中に、ローラ速度がほぼ停止状態にあり、かつ仮想車体速度とローラ速度の間にスリップが生じているときには、仮想車体速度の演算結果を零に強制する制御手段を設けることで、ブレーキ操作後の解除操作時にタイヤが不要に回りだすのを防止したもので、以下の構成を特徴とする。

（１）供試車両の両駆動輪が発生する駆動力でそれぞれローラに回転駆動力を加え、前記両ローラにはそれぞれ動力吸収手段としてのモータを機械結合し、前記ローラの軸トルクからタイヤ面のトルクＦＤをそれぞれ推定し、このトルクＦＤを入力とする供試車両の等価モデルによってそれぞれホイール速度を求め、この両ホイール速度を速度指令として前記ローラの回転速度との偏差から当該モータの速度制御量を得る一対の速度制御器を設けたシャシーダイナモメータにおいて、
試験中に、ローラ速度がほぼ停止状態にあり、かつ前記等価モデルで求める仮想車体速度とローラ速度の間にスリップが生じているときには、当該仮想車体速度の出力をリセットする制御手段を設けたことを特徴とする。

（２）前記制御手段は、前記仮想車体速度の出力をリセットする際に、ローラの速度検出値を該仮想車体速度の初期値として与える車体速度初期値設定手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、ローラ速度がほぼ停止状態にあり、かつ仮想車体速度とローラ速度の間にスリップが生じていないときには、仮想車体速度の演算結果を零に強制する制御手段を設けたため、ブレーキ操作後の解除操作時にタイヤが不要に回りだすのを防止でき、ドライバーにはブレーキ操作時に違和感を与えることなく、また安全に試験を終了できる。

また、仮想車体速度の出力をリセットする際に、ローラの速度検出値を該仮想車体速度の初期値として与える車体速度初期値設定手段を設けたため、リセット後の仮想車体速度とローラ速度とが一致し、仮想車体速度が零になった際にローラ速度もほぼ零になり、試験車両を安定した状態で停止させることができる。

図１は、本発明の実施形態を示す制御ブロックであり、設備構成と共に示す。同図が図４と異なる部分は、停止条件判定部１２と車体速度初期値設定部１３を設け、これらの出力により車体速度演算部９の積分器９Ｂの出力を制御する点にある。

停止条件判定部１２は、ローラ速度検出値と仮想車体速度を入力とし、図２に処理フローを示すように、ローラ速度検出値がローラ停止と見なされる判定閾値よりも低い値になることでタイヤ停止の判定を得、この判定状態で仮想車体速度とローラ速度の差分がスリップ無しと見なされる判定閾値よりも高い値になること（スリップ中である）の判定が得られたときに、車体速度演算部９の積分器９Ｂの出力をリセットする。

車体速度初期値設定部１３は、積分器９Ｂをリセットする際に、モータ３Ｌ（ローラ１Ｌ）の回転速度検出により求められるローラ速度を積分器９Ｂの初期値として与える。

以上の構成におけるブレーキ操作時の動作を説明する。ブレーキ操作前では、図６の（ａ）と同様に、車体速度とホイール（ローラ）速度はほぼ一致しており（スリップ率≒０）、スリップがほとんどない。次に、ブレーキを操作した時、減速方向のホイールトルクＦＤが加わり、タイヤ速度（ダイナモ速度）は零になる。一方、車体速度が零になっていないため、大きなスリップが発生し、タイヤを回転させる方向に力ＦＸが生じている。

このとき、停止条件判定部１２は、タイヤ停止判定とスリップ中の判定の条件が成立し、積分器９Ｂの出力（仮想車体速度）をリセットする。このリセットにより、スリップ率が零近くなり、路面モデル演算部１０の出力ＦＸもほぼ零になる。この状態は、リセット状態が継続する限り保持され、その後にブレーキを解除した場合には減速方向のホイールトルクＦＤが消えており、路面モデル演算部１０の出力ＦＸ（路面からタイヤを回転させる方向の力）もほぼ零にあり、タイヤが回転を始めるのを防止できる。

このときの様子は図３に示し、時刻１.７秒時にリセットされ、タイヤ速度および車体速度共に零近くになり、この時点以降にブレーキを解除してもタイヤが回転を始めることはない。

ここで、車体速度初期値設定部１３は、積分器９Ｂをリセットする際に、モータ３Ｌ（ローラ１Ｌ）の回転速度検出により求められるローラ速度を積分器９Ｂの初期値として与える。これにより、積分器９Ｂのリセット後の仮想車体速度とローラ速度とが一致し、仮想車体速度が零になった際にローラ速度もほぼ零になり、試験車両を安定した状態で停止させることができる。

仮に、車体速度初期値設定部１３がないまま積分器９Ｂをリセットしてしまうと、このリセットが起きた際に停止条件判定部１２内でローラ停止と見なす判定閾値の速度分がローラ速度と仮想車体速度の差となって残ってしまい、仮想車体速度上で停止したときに低速でローラが回ることになる。

なお、実施形態において、モータとそのインバータなどの駆動装置、およびローラ等の設備構成は、適宜設計変更して同等の作用効果を得ることができる。

本発明の実施形態を示す制御ブロック構成例。 実施形態における停止条件判定部の処理フロー。 実施形態におけるブレーキ操作時のタイヤ速度−車体速度例。 従来の制御ブロック構成例。 従来のブレーキ操作時のタイヤ速度−車体速度例。 従来のブレーキ操作時のタイヤ回転発生現象の説明図。

符号の説明

１Ｒ，１Ｌ ローラ
２Ｒ，２Ｌ 機構部
３Ｒ，３Ｌ モータ
４ 供試車両
５ インバータ
６ 速度制御器
７ ホイールトルク推定器
８ タイヤ速度演算部
９ 車体速度演算部
９Ｂ 積分器
１０ 路面モデル演算部
１１ スリップ率演算部
１２ 停止条件判定部
１３ 車体速度初期値設定部

Claims (2)

1. 供試車両の両駆動輪が発生する駆動力でそれぞれローラに回転駆動力を加え、前記両ローラにはそれぞれ動力吸収手段としてのモータを機械結合し、前記ローラの軸トルクからタイヤ面のトルクＦＤをそれぞれ推定し、このトルクＦＤを入力とする供試車両の等価モデルによってそれぞれホイール速度を求め、この両ホイール速度を速度指令として前記ローラの回転速度との偏差から当該モータの速度制御量を得る一対の速度制御器を設けたシャシーダイナモメータにおいて、
   試験中に、ローラ速度がほぼ停止状態にあり、かつ前記等価モデルで求める仮想車体速度とローラ速度の間にスリップが生じているときには、当該仮想車体速度の出力をリセットする制御手段を設けたことを特徴とするシャシーダイナモメータ。
2. 前記制御手段は、前記仮想車体速度の出力をリセットする際に、ローラの速度検出値を該仮想車体速度の初期値として与える車体速度初期値設定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシャシーダイナモメータ。

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