JP5494047B2

JP5494047B2 - 車体振動の評価を行うシャシーダイナモメータシステムおよび車体振動の評価方法

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Publication number: JP5494047B2
Application number: JP2010056851A
Authority: JP
Inventors: 利道高橋; 岳夫秋山; 昌克野村
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP2011191151A

Description

本発明は、シャシーダイナモメータ上の車体から発生する振動を伝達関数近似しその評価を行うシャシーダイナモメータシステムとその評価方法に関するものである。

車体（車両）において、エンジンから発生したトルクは複雑な伝達経路（例えば、エンジン〜トランスミッション〜タイヤの経路、あるいは前記エンジンからタイヤまでの駆動系捩り振動を車体に伝達するための各マウントやサスペンションを経る経路など）を経て車体前後振動として現れる。

この振動の加速度（車体前後加速度またはドライブシャフト角加速度、以下車体前後加速度等と称す。）の出力波形は、その波形の特徴から２次遅れ系の応答として近似できる。非特許文献１では、前述したようなトルクから車体前後加速度等までの伝達関数をＧ（ｓ）とすると、式（１）の２次遅れ標準形で近似可能であることを提案している。なお、Ｋ_pは比例ゲインであり、ζは車体振動の減衰係数であり、ω_nは車体振動の固有振動数であり、ｓはラプラス演算子である。

「加減速ショック低減のための伝達系感度解析と起振力抑制制御」竹内正、崔敬坤、管章二、栂井一英、テクニカルレビュー２００３ＮＯ．１５ＰＰ３５〜４４

図６は、前述した車体前後加速度等の時間変化の例である。車体前後加速度等は、減衰振動を行いながら徐々に約１．９ｍ／ｓ²に近づいている。この場合、アクセル操作の遅れあるいはエンジンが発生するトルクの遅れ等による何らかの遅れ要素があると、式（１）を実測データに近似させることは困難となる。

図７は、遅れ要素がある場合の車体前後加速度等の実測データの波形と式（１）から得られる波形とを比較したものである。太線が実測データの波形であり、細線が式（１）による波形である。時間が経つにつれて実測データに近づいているものの、３．５秒あたりまでは実測データとのずれが生じている。

また、計測については、車体前後加速度またはドライブシャフト角加速度を検出するための計測器（センサー等）が取り付け困難な場合（例えば、センサーを取り付けるために、完成車両を加工する必要となる場合）がある。

本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、何らかの遅れ要素があった場合でも、車体振動の評価が行えるシャシーダイナモメータシステムおよび車体振動の評価方法を提供することにある。

本発明は、前記課題の解決を図るために、シャシーダイナモメータの角速度を検出する速度検出手段の検出値を、（Ｊｒｏｌｌｅｒ・ｓ）／Ｇ（ｓ）（Ｊｒｏｌｌｅｒはダイナモメータにより回転されるローラの慣性モーメント、ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第１の伝達関数に入力し、シャシーダイナモメータのトルクを検出するトルク検出手段の検出値を、１／Ｇ（ｓ）（Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第２の伝達関数に入力し、前記第１の伝達関数の出力から第２の伝達関数の出力を減算して駆動力Ｆを求め、加速度をａ、設定慣性をｍとしたときのＦ＝ｍａから導かれる加速度ａを、シャシーダイナモメータの動作時におけるシャシーダイナモメータ上の車体の車体前後加速度またはドライブシャフト角加速度として算出し、前記算出した加速度を最適化手法により

なる条件式に近似させ（ただし、ｓはラプラス演算子、Ｋはゲイン、ζは車体振動の減衰係数、ω_nは車体振動の固有振動数、Ｔ_dは時定数）、前記Ｋ、ζ、ω_nおよびＴ_dの各パラメータを推定する演算手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明の車体振動の評価方法は、演算手段が、シャシーダイナモメータの角速度を検出する速度検出手段の検出値を、（Ｊｒｏｌｌｅｒ・ｓ）／Ｇ（ｓ）（Ｊｒｏｌｌｅｒはダイナモメータにより回転されるローラの慣性モーメント、ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第１の伝達関数に入力し、シャシーダイナモメータのトルクを検出するトルク検出手段の検出値を、１／Ｇ（ｓ）（Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第２の伝達関数に入力し、前記第１の伝達関数の出力から第２の伝達関数の出力を減算して駆動力Ｆを求め、加速度をａ、設定慣性をｍとしたときのＦ＝ｍａから導かれる加速度ａを、シャシーダイナモメータの動作時におけるシャシーダイナモメータ上の車体の車体前後加速度またはドライブシャフト角加速度として算出し、前記算出した加速度を最適化手法により

なる条件式に近似させ（ただし、ｓはラプラス演算子、Ｋはゲイン、ζは車体振動の減衰係数、ω_nは車体振動の固有振動数、Ｔ_dは時定数）、前記Ｋ、ζ、ω_nおよびＴ_dの各パラメータを推定することを特徴とする。

上記構成によれば、計測された車体前後加速度等のデータを最適化手法を用いて規範となる伝達関数Ｇ_Fit（ｓ）に近似している。これにより、アクセル操作の遅れやエンジンが発生するトルクの遅れ等による何らかの遅れ要素があっても、精度良くＫ、ζ、ω_nおよびＴ_dを推定することが可能となる。そして、ζ、ω_nを推定することにより、実路（路上）およびベンチ（シャシーダイナモメータ上）での車体振動を比較するための評価が可能となる。

また、シャシーダイナモメータ上の車体にて車体前後加速度等の計測が困難な場合でも、演算手段が、速度検出手段の検出値およびトルク検出手段の検出値に基づいて加速度を算出し、その加速度を車体前後加速度等として用いることができる。

請求項１および２の発明によれば、計測された車体前後加速度等のデータを最適化手法を用いて規範となる伝達関数Ｇ_Fit（ｓ）に近似している。これにより、アクセル操作の遅れやエンジンが発生するトルクの遅れ等による何らかの遅れ要素があっても、精度良くＫ、ζ、ω_nおよびＴ_dを推定することが可能となる。そして、ζ、ω_nを推定することにより、実路およびベンチでの車体振動を比較するための評価が可能となる。

本発明におけるパラメータの算出手順のフローチャート。実施例1における、計測された加速度と近似加速度との時間変化を示す波形図。実施例２におけるシャシーダイナモメータシステムの構成図。実施例２，３における駆動力演算部の構成図。実施例３におけるシャシーダイナモメータシステムの構成図。車体前後加速度等の時間変化を示す波形図。車体前後加速度等とＧ（ｓ）による近似加速度との時間変化を示す波形図。

以下、本発明の実施の形態における、車体振動の評価を行うシャシーダイナモメータシステムを図面等に基づいて詳細に説明する。

本実施例では、アクセル操作の遅れあるいはエンジンが発生するトルクの遅れ等による何らかの遅れ要素があった場合、車体振動を評価するための評価パラメータを提案する。具体的には、前記式（１）の２次遅れ標準形と１次遅れ標準形（１／（Ｔ_d・ｓ＋１））を直列結合した伝達関数Ｇ_Fit（ｓ）

と車体振動の加速度とから評価パラメータＫ、ζ、ω_nおよびＴ_dを算出する。なお、Ｋはゲインであり、ζは車体振動の減衰係数であり、ω_nは車体振動の固有振動数であり、Ｔ_dは時定数である。また、ζは減衰性、ω_nは速応性に関するパラメータである。

図１は、前記パラメータの算出手順を示したフローチャートである。その手順は以下のとおりである。

まず、シャシーダイナモメータ上にある車体から、シャシーダイナモメータの動作時において、車体に設けた加速度センサにより車体前後加速度等を計測する（ＳＴＥＰ１）。

次に、最適化手法（例えば、非線形計画法、非線形最小二乗法等）により、計測された加速度のデータを式（２）に近似する。その結果、前記パラメータであるＫ、ζ、ω_nおよびＴ_dが求められる（ＳＴＥＰ２）。

そして、ζおよびω_nを実路（路上）およびベンチ（シャシーダイナモメータ上）の車体振動を比較するための評価パラメータとする（ＳＴＥＰ３）。

なお、加速度センサが加速度検出手段に相当する。

図２は、計測された車体前後加速度等とＳＴＥＰ２にて求められたパラメータを用いた式（２）による近似加速度との時間変化の一例である。太線が計測された加速度で、細線が近似加速度である。近似加速度は、概ね計測値に適合している。

本実施例では、アクセル操作の遅れあるいはエンジンが発生するトルクの遅れ等による何らかの遅れ要素があった場合、計測した車体前後加速度等のデータを最適化手法を用いて規範となる伝達関数Ｇ_Fit（ｓ）に近似することにより、前記パラメータであるＫ、ζ、ω_nおよびＴ_dを推定することが可能となる。そして、ζ、ω_nを推定することにより、実路およびベンチでの車体振動を比較するための評価が可能となる。また、Ｇ_Fit（ｓ）を用いた近似加速度は、前記式（１）の２次遅れ標準形のものよりも計測された加速度により近似されているので、ζ、ω_nの精度が向上可能となる。

本実施例は、実施例１で説明した図１のＳＴＥＰ１において車体前後加速度等が計測されない場合に、シャシーダイナモメータに取り付けてある速度検出器の検出値に基づいて、または速度検出器の検出値およびトルク検出器の検出値に基づいて加速度を算出し、その加速度を車体前後加速度等として用いるものである。

図３を用いて本実施例のシャシーダイナモメータシステムの構成を説明する。このシャシーダイナモメータシステムは、シャシーダイナモメータ１および演算手段２０を備えており、シャシーダイナモメータ１は、ローラ２、速度検出器３、アーム４、支持台５、支持部材６およびロードセル７を備えている。

ローラ２は、支持台５に固定される図示されないダイナモメータ（例えば、誘導モータ等）により回転され、ローラ２に取り付けられる速度検出器３は、ローラ２の角速度を検出するものである。また、アーム４は、ロードセル７に荷重を受けさせるためのものであり、ロードセル７は、アーム４および支持部材６を介して伝達する圧縮荷重または引っ張り荷重をトルク値として出力するものである。

そして、シャシーダイナモメータ１の上部には、ローラ２の上部が露出するための開口部が設けられ、車体１１を載せるための載台１０と、車体１１を移動させないようにするための車体止め１２と、車体１１を支持するための車体支持部材１３と、が設けられている。なお、車体１１の図示されない右側の前輪にもローラ２は配置される。

また、速度検出器３、ロードセル７の検出値に基づいて加速度を算出する演算手段２０には、駆動力演算部３０および加速度演算部４０，５０が備えられている。なお、速度検出器３が速度検出手段に相当し、ロードセル７がトルク検出手段に相当する。

以下、加速度演算部４０または５０による２通りの加速度の算出について説明する。まず、加速度演算部４０による加速度の算出から説明する。

速度検出器３およびロードセル７の検出値に基づいて、駆動力演算部３０は駆動力Ｆを算出する。駆動力Ｆの算出の詳細については後述する。

そして、駆動力演算部３０が算出した駆動力Ｆに基づいて加速度演算部４０は、加速度を算出する。求める加速度をａ、設定慣性をｍとすると、Ｆ＝ｍａより、加速度演算部４０は加速度ａを算出する。この加速度ａを車体前後加速度等とする。

ここで、駆動力Ｆの算出について図４を用いて説明する。

前述したように、駆動力演算部３０は、速度検出器３の検出値とロードセル７の検出値とから駆動力Ｆを算出する。具体的には次のようにして算出する。

速度検出器３が検出するローラ２の角速度は、伝達関数３１に入力される。また、ロードセル７が検出するトルクは、伝達関数３２に入力される。なお、伝達関数３１，３２のＧ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数、伝達関数３１のＪｒｏｌｌｅｒはローラ２の慣性モーメント、ｓはラプラス演算子である。

そして、伝達関数３１の信号から伝達関数３２の信号が減算器３３において減算され、その差信号が駆動力Ｆとなる。

次に、加速度演算部５０による加速度の算出について説明する。加速度演算部５０においては、速度検出器３が検出したローラ２の角速度の時間変化から加速度を算出する。

以上のようにして加速度演算部４０，５０により算出された加速度は、どちらか一方を用いてもよいし、２つの平均値を用いてもよい。

本実施例では、シャシーダイナモメータ１上の車体にて車体前後加速度等の計測が困難な場合に、速度検出器３の検出値およびロードセル７の検出値に基づいて駆動力演算部３０が算出した駆動力Ｆに基づいて加速度演算部４０が加速度を算出し、その加速度を車体前後加速度等として用いることができる。

また、車体前後加速度等の計測が困難な場合でも、速度検出器３が検出したローラ２の角速度の時間変化から加速度演算部５０が加速度を算出し、その加速度を車体前後加速度等として用いることもできる。

次に、図５を用いて本実施例のシャシーダイナモメータシステムの構成を説明する。このシャシーダイナモメータシステムは、シャシーダイナモメータ１００および演算手段２０が備えられており、シャシーダイナモメータ１００は、ダイナモメータ１０１、ダイナモメータの速度検出器１０２、軸１０３、軸トルクメータ１０４、ローラ１０５、ローラ１０５の速度検出器１０６を備えている。

ダイナモメータ１０１は、ダイナモメータ１０１とローラ１０５に連結された軸１０３を介してローラ１０５を回転させるものである。また、ダイナモメータ１０１に取り付けられる速度検出器１０２は、ダイナモメータ１０１の角速度を検出するものであり、ローラ１０５に取り付けられる速度検出器１０６は、ローラ１０５の角速度を検出するものである。また、軸１０３に取り付けられる軸トルクメータ１０４は、軸１０３に働く軸トルクを、例えばねじれ方向の歪み量から検出する歪みゲージである。

なお、速度検出器１０２，１０６が速度検出手段に相当し、軸トルクメータ１０４がトルク検出手段に相当する。

本実施例の場合の車体前後加速度等の近似値の算出方法は、以下のことを除けば実施例２の場合と同じである。

一つは、ダイナモメータ１０１の角速度とローラ１０５の角速度とが各々の速度検出器１０２，１０６により計測されていることである。この場合、加速度の算出に用いる速度の検出値は、速度検出値１０２，１０６のどちらか一方またはその平均値を用いることができる。もう一つは、ロードセルではなく、軸トルクメータ１０４によりトルクを検出していることである。

しかし、速度検出器１０２，１０６の検出値が駆動力演算部３０の伝達関数３１に角速度検出として入力され、軸トルクメータ１０４の検出値が駆動力演算部３０の伝達関数３２にトルク検出値として入力されることに変わりはなく、また各々の入力後の処理は実施例２と同様であるため、本実施例においても実施例２と同様の効果が得られる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１，１００…シャシーダイナモメータ
２，１０５…ローラ
３，１０２，１０６…速度検出器
４…アーム
５…支持台
６…支持部材
７…ロードセル
１０…載台
１１…車体
１２…車体止め
１３…車体支持部材
３１，３２…伝達関数
３３…減算器
１０１…ダイナモメータ
１０３…軸
１０４…軸トルクメータ

Claims

シャシーダイナモメータの角速度を検出する速度検出手段の検出値を、（Ｊｒｏｌｌｅｒ・ｓ）／Ｇ（ｓ）（Ｊｒｏｌｌｅｒはダイナモメータにより回転されるローラの慣性モーメント、ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第１の伝達関数に入力し、
シャシーダイナモメータのトルクを検出するトルク検出手段の検出値を、１／Ｇ（ｓ）（Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第２の伝達関数に入力し、
前記第１の伝達関数の出力から第２の伝達関数の出力を減算して駆動力Ｆを求め、加速度をａ、設定慣性をｍとしたときのＦ＝ｍａから導かれる加速度ａを、シャシーダイナモメータの動作時におけるシャシーダイナモメータ上の車体の車体前後加速度またはドライブシャフト角加速度として算出し、
前記算出した加速度を最適化手法により

なる条件式に近似させ（ただし、ｓはラプラス演算子、Ｋはゲイン、ζは車体振動の減衰係数、ω_nは車体振動の固有振動数、Ｔ_dは時定数）、前記Ｋ、ζ、ω_nおよびＴ_dの各パラメータを推定する演算手段を備えたことを特徴とする車体振動の評価を行うシャシーダイナモメータシステム。
演算手段が、
シャシーダイナモメータの角速度を検出する速度検出手段の検出値を、（Ｊｒｏｌｌｅｒ・ｓ）／Ｇ（ｓ）（Ｊｒｏｌｌｅｒはダイナモメータにより回転されるローラの慣性モーメント、ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第１の伝達関数に入力し、
シャシーダイナモメータのトルクを検出するトルク検出手段の検出値を、１／Ｇ（ｓ）（Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数）で表される第２の伝達関数に入力し、
前記第１の伝達関数の出力から第２の伝達関数の出力を減算して駆動力Ｆを求め、加速度をａ、設定慣性をｍとしたときのＦ＝ｍａから導かれる加速度ａを、シャシーダイナモメータの動作時におけるシャシーダイナモメータ上の車体の車体前後加速度またはドライブシャフト角加速度として算出し、
前記算出した加速度を最適化手法により

なる条件式に近似させ（ただし、ｓはラプラス演算子、Ｋはゲイン、ζは車体振動の減衰係数、ω _n は車体振動の固有振動数、Ｔ _d は時定数）、前記Ｋ、ζ、ω _n およびＴ _d の各パラメータを推定する
ことを特徴とする車体振動の評価方法。