JP6057131B2 - 車両用試験システム - Google Patents

Description

この発明は、自動車部品や車両の性能試験を行う車両用試験システムに関する。

特許文献１には、車両用試験装置として、横方向に移動可能な前後一対の横移動架台と、これらの横移動架台上面に左右一組ずつ設けられた４組の６自由度油圧シリンダ群と、これらの６自由度油圧シリンダ群の上端にそれぞれ連結された４つの旋回昇降架台と、これらの４つの旋回昇降架台上にそれぞれ設けられ、車両の４つの車輪が載せられる４つの回転ベルトとを備えた装置が記載されている。

特開２００８−１７５７７８号公報 特開２００６−１３８８２７号公報 特開２００９−５３６７３６号公報 特表２０００−５１２６１０号公報

実車両の加速時、減速時、旋回時等には、車体に慣性力が作用する。前述の従来装置では、このような慣性力を車体に与えるためには、回転ベルトを回転駆動させることによって、車輪を支持している回転ベルトに対して車体を相対的に走行させる必要がある。
この発明の目的は、実車両の加速時、減速時、旋回時等に車体に作用する慣性力と同様な力を、車軸を支持している部材に対して車体を相対的に走行させることなく、車体に与えることができる車両用試験システムを提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、左前輪、右前輪、左後輪および右後輪の４つの車輪に対応する４つの車軸（２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓ）が取り付けられるとともに、試験品（４０，５０が搭載される試験品搭載用車体（２）と、前記試験品搭載用車体を支持し、かつ前記試験品搭載用車体に６自由度の運動をさせるための第１モーションベース（３）と、前記各車軸の外端部にそれぞれ連結され、前記各車軸に回転力を付与するための４つ電動モータ（３１，３２，３３，３４）と、前記各電動モータを介して前記各車軸を支持し、前記各車軸に６自由度の運動をさせるための４つの第２モーションベース（４，５，６，７）と、前記試験品搭載用車体から前記各車軸を介して前記各第２モーションベースに加えられている外力を個別に検出するための４つの外力検出手段（１０４〜１０７）と、前記各モーションベースがとるべき位置・姿勢の目標値を、前記モーションベース毎に生成する第１目標値生成手段（７２）と、外力に対して柔軟性を生じさせるための仮想機械インピーダンスを前記各第２モーションベースが含んでいると仮定して、前記外力検出手段によって検出される外力に応じた、前記各第２モーションベースの変位量を演算する変位量演算手段（７４）と、前記第１目標値生成手段によって生成された前記各第２モーションベースの位置・姿勢目標値と、前記変位量演算手段によって演算された前記各第２モーションベースの変位量とに基づいて、前記各第２モーションベースに対する最終的な位置・姿勢目標値を生成する第２目標値生成手段（７３）と、前記第１目標値生成手段によって生成された前記第１モーションベースの位置・姿勢目標値を用いて前記第１モーションベースを制御するとともに、前記第２目標値生成手段によって生成された前記各第２モーションベースの最終的な位置・姿勢目標値を用いて前記各第２モーションベースを制御する制御手段（３Ｃ〜７Ｃ）とを含む、車両用試験システム（１００）である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明によれば、各第２モーションベースによって各車軸が支持されている状態で、第１モーションベースによって試験品搭載用車体に直接に力を加えることができる。これにより、実車両の加速時、減速時、旋回時等に車体に作用する慣性力と同様な力を、車軸を支持している部材に対して車体を相対的に走行させることなく、試験品搭載用車体に与えることができる。

また、この発明によれば、実車両が走行しているときに路面状況などの外部から車軸に与えられる回転力と同様な回転力を、車軸に付与することができるようになる。
この発明においては、１つの第１モーションベースと４つの第２モーションベースによって試験品搭載用車体および各車軸を支持して動かすことにより、各種の車両走行状態を再現することが可能となる。このため、各種の車両走行状態を再現する際には、全てのモーションベースは、それらの車両（試験品搭載用車体または電動モータ）への固定点間の相対的な位置関係を保持しながら、連動して動く必要がある。しかしながら、機械要素の個体差や制御性能等により、固定点間の相対的な位置関係が保持されるように、全てのモーションベースを正確に連動させることができないおそれがある。

この発明では、第１目標値生成手段によって生成された各第２モーションベースの位置・姿勢目標値と、変位量演算手段によって演算された各第２モーションベースの変位量とに基づいて、各第２モーションベースの最終的な位置・姿勢目標値が生成されている。そして、この最終的な位置・姿勢目標値を用いて各第２モーションベースの位置・姿勢が制御されている。これにより、各第２モーションベースに加えられる外力に対して、各第２モーションベースに柔軟性を持たせることができる。したがって、全てのモーションベースの連動動作に誤差が生じたとしても、その誤差を吸収することができる。これにより、試験品搭載用車体に本来作用しない無理な力が働くのを防止できるとともに、各モーションベースの制御装置に高い制御性能が要求されなくなる。

請求項２記載の発明は、前記各外力検出手段は、前記試験品搭載用車体から対応する第２モーションベースに加えられている６自由度別の外力を検出するように構成されており、前記各第２モーションベースに含まれている仮想機械インピーダンスは、前記６自由度別の外力にそれぞれ対応した６自由度別の仮想機械インピーダンスから構成されており、前記変位量演算手段は、前記外力検出手段によって検出される６自由度別の外力に応じた、前記各第２モーションベースの６自由度別の変位量を演算するように構成されている、請求項１に記載の車両用試験システムである。

請求項３記載の発明は、前記６自由度別の仮想機械インピーダンスが、仮想バネと仮想ダンパとを含む、請求項１または２に記載の車両用試験システムである。
請求項４記載の発明は、前記各モーションベースは、固定ベース（１１）と、前記固定ベースの上方に配置された可動ベース（１２）と、前記固定ベースと前記可動ベースとの間に連結され、前記可動ベースに６自由度の運動をさせるためのアクチュエータ（１３）とを含み、前記第１モーションベースにおける前記可動ベースには、前記試験品搭載用車体が載せられた状態で前記試験品搭載用車体が固定されており、前記各第２モーションベースにおける前記可動ベースに、対応する前記電動モータが取り付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用試験システムである。

図１は、この発明の一実施形態に係る車両用検査システムに含まれる車両用検査装置の外観を図解的に示す概略斜視図である。 図２は、図１の車両用検査装置を図解的に示す正面図である。 図３は、図１の車両用検査装置を図解的に示す側面図である。 図４は、図１の車両用検査装置を図解的に示す平面図である。 図５Ａおよび図５Ｂは、平地での加速時の車両走行状態を模擬する場合の各モーションベースの制御例を説明するための模式図であり、図５Ａは、平地で車両が静止している状態を示す模式図であり、図５Ｂは、平地での加速時の車両走行状態を示す模式図である。 図６Ａおよび図６Ｂは、坂道での加速時の車両走行状態を模擬する場合の各モーションベースの制御例を説明するための模式図であり、図６Ａは、坂道で車両が静止している状態を示す模式図であり、図６Ｂは、坂道での加速時の車両走行状態を示す模式図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、旋回時の車両走行状態を模擬する場合の各モーションベースの制御例を説明するための模式図であり、図７Ａは、直線走行している状態を示す模式図であり、図７Ｂは、旋回時の車両走行状態を示す模式図である。 図８は、車両用検査システムの概略的な電気的構成を示すブロック図である。 図９Ａおよび図９Ｂは、左前側の第２モーションベースにｘ方向の外力が加えられたときの、インピーダンス制御の考え方を説明するための説明図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用検査システムに含まれる車両用検査装置の外観を図解的に示す概略斜視図である。図２は、図１の車両用検査装置を図解的に示す正面図である。図３は、図１の車両用検査装置を図解的に示す側面図である。図４は、図１の車両用検査装置を図解的に示す平面図である。図４では、試験品搭載用車体は省略されている。

車両用検査装置１は、左前輪、右前輪、左後輪および右後輪の４つの車輪に対応する４つの車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓが取り付けられるとともに試験品が搭載される試験品搭載用車体２と、試験品搭載用車体２を支持し、かつ試験品搭載用車体２に６自由度の運動をさせるための第１モーションベース３と、各車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓを支持し、かつ各車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓに６自由度の運動をさせるための４つの第２モーションベース４，５，６，７とを含む。

図１〜図４においては、試験品搭載用車体２の前端が符号２ｆで示され、試験品搭載用車体２の後端が符号２ｒで示されている。
試験品搭載用車体２の４つの車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓに、車輪は取り付けられていない。試験品搭載用車体２の４つの車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓの外端部には、回転力を車軸に与えるための４つの電動モータ（以下、「外力付加用モータ」という。）３１，３２，３３，３４の出力軸が連結されている。各外力付加用モータ３１，３２，３３，３４は、実車両が走行しているときに外部から各車軸に加えられる回転力と同様な回転力を、対応する車軸２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ、２４Ｓに個別に付与するためのものである。外部から各車軸に加えられる回転力には、たとえば、実車両が走行している場合に路面摩擦等に起因して各車軸に与えられる回転負荷、実車両が坂道を下っている場合に各車軸に路面を介して与えられる回転力等が含まれる。

試験品搭載用車体２には、各種の自動車部品の試験品が搭載される。この実施形態では、試験品搭載用車体２には、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：electric power steering）４０と、左後輪用の車軸２３Ｓおよび右後輪用の車軸２４Ｓを電動モータによって駆動するための後輪駆動モジュール５０とが試験品として搭載されている。
この実施形態では、ＥＰＳ４０は、コラムアシスト式ＥＰＳである。ＥＰＳ４０は、よく知られているように、ステアリングホイール８１と、ステアリングホイール８１の回転に連動して前輪を転舵するための転舵機構８２と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構８３とを含んでいる。ただし、この実施形態では、前輪は取り付けられていないので、転舵機構８２は前輪に連結されていない。ステアリングホイール８１と転舵機構８２とは、ステアリングシャフトを介して機械的に連結されている。

転舵機構８２は、ステアリングシャフトの下端に設けられたピニオンと、ピニオンと噛み合うラックが設けられたラック軸とからなるラックアンドピニオン機構を含んでいる。操舵補助機構８３は、操舵補助力を発生するための電動モータ４１（図８参照。以下、「アシストモータ４１」という。）と、アシストモータ４１の出力トルクをステアリングシャフトに伝達するための減速機構（図示略）とを含む。

さらに、ＥＰＳ４０は、アシストモータを制御するためのＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）４２（図８参照。以下、「ＥＰＳ用ＥＣＵ４２」という）と、ラック軸の軸方向の変位位置を検出するための直線変位センサ（図示略）を含んでいる。
後輪駆動用モジュール５０は、後輪用の車軸２３Ｓ，２４Ｓを回転駆動するための電動モータ５１（図８参照。以下、「後輪駆動モータ５１」という。）と、後輪駆動モータ５１の回転力を後輪用の車軸２３Ｓ，２４Ｓに伝達するための伝達機構（図示略）と、後輪駆動モータ５１を制御すためのＥＣＵ５２（図８参照。以下、「後輪駆動モータ用ＥＣＵ５２」という。）と、後輪用車軸２３Ｓ，２４Ｓの両方またはいずれか一方の回転角を検出するための回転角センサ（図示略）とを含んでいる。伝達機構は、クラッチおよび減速機構を含んでいる。伝達機構は、クラッチおよび減速機構のいずれか一方のみを含んでいてもよい。

各モーションベース３，４，５，６，７は、床上に載置された定盤１０上に固定されている。各モーションベース３，４，５，６，７は、よく知られているように、定盤１０に固定された固定ベース１１と、固定ベース１１の上方に配置された可動ベース（ムービンクベース）１２と、固定ベース１１と可動ベース１２との間に連結され、可動ベース１２に６自由度の運動（前後、左右、上下、ロール、ピッチおよびヨーの運動）をさせるためのアクチュエータ１３と、アクチュエータ１３を駆動制御するモーションコントローラ（図示略）から構成されている。アクチュエータ１３は、６個の電動シリンダから構成されている。

第１モーションベース３の可動ベース１２には、試験品搭載用車体２の中央部が載せられた状態で試験品搭載用車体２が固定されている。つまり、第１モーションベース３の可動ベース１２の上面に、試験品搭載用車体２の下面の中央部が取り付けられている。
前方左側の第２モーションベース４の可動ベース１２には、外力付加用モータ３１が取り付けられている。前方右側の第２モーションベース５の可動ベース１２には、外力付加用モータ３２が取り付けられている。後方左側の第２モーションベース６の可動ベース１２には、外力付加用モータ３３が取り付けられている。後方右側の第２モーションベース７の可動ベース１２には、外力付加用モータ３４が取り付けられている。

この車両用検査装置１では、試験品搭載用車体２は、第１モーションベース３によって支持されている。また、外力付加用モータ３１，３２，３３，３４は、それぞれ第２モーションベース４，５，６，７によって支持されている。言い換えれば、車軸２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ，２４Ｓの外端部は、それぞれ外力付加用モータ３１，３２，３３，３４を介して、第２モーションベース４，５，６，７に支持されている。

したがって、この車両用検査装置１では、第１モーションベース３のアクチュエータ１３を駆動制御することによって、各種の車体姿勢を作ることができる。また、第２モーションベース４，５，６，７のアクチュエータ１３を個別に駆動制御することによって、各種の路面状態を作ることができる。したがって、各モーションベース３，４，５，６，７のアクチュエータ１３を個別に制御することにより、各種の車両走行状態を模擬することが可能である。

また、この車両用検査装置１では、実車両が走行しているときに外部から各車軸に加えられる回転力（外力）と同様な回転力を、対応する車軸２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ、２４Ｓに個別に付与することができる。これにより、実際の運転状況に応じた駆動負荷、サスペンション挙動を再現することが可能となる。
また、この車両用検査装置１では、第２モーションベース４，５，６，７によって各車軸２１Ｓ〜２４Ｓが支持されている状態で、第１モーションベース３によって試験品搭載用車体２に直接に力を加えることができる。これにより、実車両の加速時、減速時、旋回時等に車体に作用する慣性力と同様な力を、車軸２１Ｓ〜２４Ｓを支持している部材に対して試験品搭載用車体２を相対的に走行させることなく、試験品搭載用車体２に与えることができる。

また、この車両用検査装置１では、第１モーションベース３によって、試験品搭載用車体２をヨーイング運動させることができる。これにより、ヨーイング運動を模擬することができる。
以下、より具体的に説明する。以下の説明において、Ｘ軸とは、試験品搭載用車体２の重心を通り、車体の前後方向に延びる軸をいうものとする。Ｙ軸とは、試験品搭載用車体２の重心を通り、車体の左右方向に延びる軸をいうものとする。また、Ｚ軸とは、試験品搭載用車体２の重心を通り、車体の上下方向に延びる軸をいうものとする。つまり、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、試験品搭載用車体２に固定された座標系（以下、「車体座標系」という。）である。

図５Ａおよび図５Ｂは、平地での加速時の車両走行状態を模擬する場合の各モーションベースの制御例を説明するための模式図である。
図５Ａは、平地で車両が静止している状態を示している。この場合には、各モーションベース３，４，５，６，７の可動ベース１２の上面は、定盤１０の上面と平行となっている。そして、各モーションベース３，４，５，６，７の可動ベース１２の高さは、車体座標系のＸ軸およびＹ軸によって規定されるＸＹ平面が定盤１０の上面と平行となるように調整されている。

平地での加速時の車両走行状態は、次のようにして作ることができる。すなわち、図５Ｂを参照して、全ての第２モーションベース４，５，６，７を図５Ａの静止状態に固定し、第１モーションベース３の可動ベース１２がＹ軸周りの第１方向（矢印で示す方向）に回転するように、第１モーションベース３のアクチュエータ１３を駆動させる。前記Ｙ軸周りの第１方向は、試験品搭載用車体２の前端が上方に持ち上げられる方向である。

つまり、各外力付加用モータ３１〜３４が対応する第２モーションベース４，５，６，７に支持されている状態において、第１モーションベース３の可動ベース１２をＹ軸周りの第１方向に回転駆動させる。これにより、試験品搭載用車体２には、試験品搭載用車体２をＹ軸周りの第１方向に回転させる回転力が直接付与される。つまり、実車両の加速時に車体に作用する慣性力と同様な力を、試験品搭載用車体２に直接付与することができる。これにより、車軸２１Ｓ〜２４Ｓを支持している部材に対して試験品搭載用車体２を相対的に走行させることなく、平地での加速時の車両走行状態を模擬することができる。この場合、ピッチング挙動評価、サスペンション挙動評価等が可能である。

なお、減速時の車両走行状態を模擬する場合には、第１モーションベース３の可動ベース１２に加えられるＹ軸周りの回転力の方向を、加速時の車両走行状態を模擬する場合の第１方向とは反対の方向（試験品搭載用車体２の後端が上方に持ち上げられる方向）にすればよい。
図６Ａおよび図６Ｂは、坂道での加速時の車両走行状態を模擬する場合の各モーションベースの制御例を説明するための模式図である。坂道が上り坂であるについて説明する。

図６Ａは、坂道で車両が静止している状態を示している。この場合には、各モーションベース３，４，５，６，７の可動ベース１２の上面は、想定している坂道の表面と平行となっている。そして、各モーションベース３，４，５，６，７の可動ベース１２の高さは、車体座標系のＸ軸およびＹ軸によって規定されるＸＹ平面が想定している坂道の表面と平行となるように調整されている。

この静止状態は、平地での静止状態から、次のようにして作ることができる。つまり、第１モーションベース３の可動ベース１２を、坂道の傾斜角に応じて、Ｙ軸周りの第１方向に所定量回転させる。また、それと同時に、各第２モーションベース４，５，６，７の可動ベース１２を、坂道の傾斜角に応じて、Ｙ軸周りの第１方向に所定量回転させるとともにＺ軸方向（上下方向）に移動させる。前記Ｙ軸周りの第１方向は、試験品搭載用車体２の前端が持ち上げられる方向である。なお、この場合には、前側２つの第２モーションベース４，５の可動ベース１２は上方向に移動され、後側２つの第２モーションベース６，７の可動ベース１２は下方向に移動される。

坂道での加速時の車両走行状態は、図６Ａの静止状態から次のようにして作ることができる。すなわち、図６Ｂを参照して、全ての第２モーションベース４，５，６，７の可動ベース１２を図６Ａの坂道での静止状態に固定し、第１モーションベース３の可動ベース１２がＹ軸周りの第１方向（矢印で示す方向）に回転するように、第１モーションベース３のアクチュエータ１３を駆動させる。

つまり、各外力付加用モータ３１〜３４が対応する第２モーションベース４，５，６，７に支持されている状態において、第１モーションベース３の可動ベース１２をＹ軸周りの第１方向に回転駆動させる。これにより、試験品搭載用車体２には、試験品搭載用車体２をＹ軸周りの第１方向に回転させる回転力が直接付与される。つまり、実車両の坂道（この例では上り坂）での加速時に車体に作用する慣性力と同様な力を、試験品搭載用車体２に直接付与することができる。これにより、車軸２１Ｓ〜２４Ｓを支持している部材に対して試験品搭載用車体２を相対的に走行させることなく、坂道での加速時の車両走行状態を模擬することができる。この場合、ピッチング挙動評価、サスペンションおよびドライブシャフト挙動評価、ハブベアリングの評価等が可能である。

なお、坂道での減速時の車両走行状態を模擬する場合には、第１モーションベース３の可動ベース１２に加えられるＹ軸周りの回転力の方向を、坂道である場合の加速時の車両走行状態を模擬する場合の第１方向とは反対の方向（試験品搭載用車体２の後端が上方に持ち上げられる方向）にすればよい。
図７Ａおよび図７Ｂは、旋回時の車両走行状態を模擬する場合の各モーションベースの制御例を説明するための模式図である。

図７Ａは、車両が直線走行している状態を示している。この状態から図７Ｂに示すように、車両が左方向に旋回する場合について説明する。
図７Ｂを参照して、試験品搭載用車体２を左方向に旋回させるために、第１モーションベース３の可動ベース１２をＺ軸周りに平面視で反時計方向に回転させる。また、全ての第２モーションベース４，５，６，７の可動ベース１２を、Ｚ軸周りに平面視で反時計方向に回転させるとともに、試験品搭載用車体２の旋回動に伴って外力付加用モータ３１〜３４が移動するように、車体座標系のＸ軸およびＹ軸によって規定されるＸＹ平面内を移動させる。これにより、各第２モーションベース４，５，６，７の可動ベース１２は、図７Ｂの二点鎖線で示す位置から実線で示す位置に移動する。これにより、旋回時の車両走行状態を模擬できる。この場合、車軸２１Ｓ〜２４Ｓの軸方向負荷の評価、操舵トルクの評価、ラック軸力の評価、ハブベアリングの評価等が可能である。

以下、車両用検査装置１を用いた車両用検査システムについて説明する。
図８は、車両用検査システム１００の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
車両用検査システム１００は、ドライビングシミュレータ６０と、車両用検査装置１と、アクチュエータ制御器７０とを備えている。ドライビングシミュレータ６０は、仮想的に車両の運転をシミュレートするものであり、運転者によって操作される。車両用検査装置１には、ＥＰＳ４０、後輪駆動用モジュール５０および各外力付加用モータ３１，３２，３３，３４を制御するためのモータ制御装置３５，３６，３７，３８が搭載されている。アクチュエータ制御器７０は、コンピュータによって構成されており、車両用検査装置１の各モーションベース３，４，５，６，７および車両用検査装置１に搭載されているモータ制御装置３５，３６，３７，３８を制御する。

ＥＰＳ４０は、前述したように、アシストモータ４１と、アシストモータ４１を制御するためのＥＰＳ用ＥＣＵ４２と、ラック軸の軸方向の変位位置を検出するための直線変位センサ（図示略）とを含んでいる。後輪駆動用モジュール５０は、前述したように、後輪駆動モータ５１と、後輪駆動モータ５１を制御するための後輪駆動モータ用ＥＣＵ５２と、後輪用車軸２３Ｓ，２４Ｓの両方またはいずれか一方の回転角を検出するための回転角センサ（図示略）とを含んでいる。

各第２モーションベース４，５，６，７には、試験品搭載用車体２から各車軸２１Ｓ〜２４Ｓおよび各外力付加用モータ３１，３２，３３，３４を介して各第２モーションベース４，５，６，７に加えられている６自由度別の外力を検出するための６軸力センサ１０４，１０５，１０６，１０７が設けられている。６自由度別の外力は、各第２モーションベースに固定されたｘｙｚ座標系のｘ方向の外力、ｙ方向の外力、ｚ方向の外力、ｘ軸周りの外トルク、ｙ軸周りの外トルクおよびｚ軸周りの外トルクからなる。

ドライビングシミュレータ６０からは、ドライビングシミュレータ６０の運転操作に応じた操舵角情報（ハンドル角情報）、アクセル開度情報、ブレーキ踏力情報等が出力される。ドライビングシミュレータ６０から出力される操舵角情報は、車両用検査装置１に搭載されているＥＰＳ用ＥＣＵ４２に送られる。ドライビングシミュレータ６０から出力されるアクセル開度情報は、車両用検査装置１が搭載されている後輪駆動モータ用ＥＣＵ５２に送られる。ドライビングシミュレータ６０から出力されるブレーキ踏力情報は、アクチュエータ制御器７０に送られる。ブレーキ踏力情報は、ブレーキ踏込量情報であってもよい。

ＥＰＳ用ＥＣＵ４２は、ドライビングシミュレータ６０から送られてくる操舵角情報に基づいて操舵トルクを決定し、決定した操舵トルクに応じてアシストモータ４１を駆動制御する。また、ＥＰＳ用ＥＣＵ４２は、直線変位センサの出力信号に基づいて、ＥＰＳ４０に含まれているラック軸の軸方向変位量（以下、「ラック軸変位量」という。）およびラック軸の軸方向変位速度（以下、「ラック軸変位速度」という。）を計測して、アクチュエータ制御器７０に送る。

後輪駆動モータ用ＥＣＵ５２は、ドライビングシミュレータ６０から送られてくるアクセル開度情報に基づいて、後輪駆動モータ５１のトルク指令値を決定し、決定したトルク指令値に応じて後輪駆動モータ５１を駆動制御する。また、後輪駆動モータ用ＥＣＵ５２は、回転角センサの出力信号に基づいて、後輪用の車軸２３Ｓ，２４Ｓの回転速度（以下、「車軸回転速度」という。）を測定して、アクチュエータ制御器７０に送る。

アクチュエータ制御器７０は、車両モデル７１と、ＭＢ用第１目標値生成部７２と、ＭＢ用第２目標値生成部７３と、変位量演算部７４と、モータ用目標値生成部７５とを含んでいる。車両モデル７１には、ドライビングシミュレータ６０から出力されるブレーキ踏力情報、ＥＰＳ用ＥＣＵ４２から送られてくるラック軸変位量およびラック軸変位速度および後輪駆動モータ用ＥＣＵ５２から送られてくる車軸回転速度が入力する。車両モデル７１は、これらの入力情報に基づいて、ドライビングシミュレータ６０によってシミュレートされている運転状況に応じた車体の位置・姿勢、各車輪の位置・姿勢および各車軸に加えられている外力を生成する。

モータ用目標値生成部７５は、車両モデル７１によって生成された各車軸に加えられている外力に基づいて、各外力付加用モータ３１，３２，３３，３４に発生させるべきモータトルクの目標値（トルク目標値）を生成する。モータ用目標値生成部７５によって生成された各外力付加用モータ３１，３２，３３，３４それぞれに対するトルク目標値は、対応するモータ制御装置３５，３６，３７，３８に与えられる。各モータ制御装置３５，３６，３７，３８は、モータ用目標値生成部７５から与えられたトルク目標値に基づいて、対応する外力付加用モータ３１，３２，３３，３４を制御する。これにより、各外力付加用モータ３１，３２，３３，３４からは、トルク目標値に応じたモータトルクが発生する。

ＭＢ用第１目標値生成部７２は、車両モデル７１によって生成された車体の位置・姿勢、各車輪の位置・姿勢に基づいて、各モーションベース３，４，５，６，７がとるべき位置・姿勢の目標値（位置・姿勢目標値）を生成する。ＭＢ用第１目標値生成部７２によって生成された第１モーションベース３の位置・姿勢目標値は、第１モーションベース３のモーションコントローラ３Ｃに与えられる。第１モーションベース３のモーションコントローラ３Ｃは、ＭＢ用第１目標値生成部７２から与えられた位置・姿勢目標値に基づいて、対応するアクチュエータ１３を制御する。これにより、第１モーションベース３の可動ベース１２の位置・姿勢が、その位置・姿勢目標値に応じた位置・姿勢となるように制御される。

変位量演算部７４は、外力に対して柔軟性を生じさせるための仮想機械インピーダンスを各第２モーションベース４，５，６，７が含んでいると仮定して、各６軸力センサ１０４，１０５，１０６，１０７によって検出される６自由度別の外力に応じた、各第２モーションベース４，５，６，７の６自由度別の変位量を演算する。６自由度別の変位量は、各第２モーションベースに固定されたｘｙｚ座標系のｘ方向の変位量、ｙ方向の変位量、ｚ方向の変位量、ロール角の変位量、ピッチ角の変位量およびヨー角の変位量からなる。仮想機械インピーダンスは、後述するように、仮想バネ、仮想ダンパを含んでいる。変位量演算部７４の動作の詳細については、後述する。

ＭＢ用第１目標値生成部７２によって生成された各第２モーションベース４，５，６，７の位置・姿勢目標値は、ＭＢ用第２目標値生成部７３に与えられる。ＭＢ用第２目標値生成部７３は、各第２モーションベース４，５，６，７の位置・姿勢目標値と、変位量演算部７４によって演算された各第２モーションベース４，５，６，７の６自由度別の変位量とに基づいて、各第２モーションベース４，５，６，７の最終的な位置・姿勢目標値を生成する。具体的には、ＭＢ用第２目標値生成部７３は、各第２モーションベース４，５，６，７の位置・姿勢目標値に、対応する第２モーションベース４，５，６，７の６自由度別の変位量を加算することによって、各第２モーションベース４，５，６，７の最終的な位置・姿勢目標値を生成する。

ＭＢ用第２目標値生成部７３によって生成された各第２モーションベース４，５，６，７の最終的な位置・姿勢目標値は、対応する第２モーションベース４，５，６，７のモーションコントローラ４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃに与えられる。各第２モーションベース４，５，６，７のモーションコントローラ４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，７Ｃは、ＭＢ用第２目標値生成部７３から与えられた最終的な位置・姿勢目標値に基づいて、対応するアクチュエータ１３を制御する。これにより、各第２モーションベース４，５，６，７の可動ベース１２の位置・姿勢が、対応する最終的な位置・姿勢目標値に応じた位置・姿勢となるように制御される。

以下、変位量演算部７４の動作について説明する。６軸力センサ１０４，１０５，１０６，１０７、変位量演算部７４およびＭＢ用第２目標値生成部７３は、インピーダンス制御を行うためのインピーダンス制御手段を構成している。
インピーダンス制御とは、対象質量の外力作用時の挙動を仮想的なバネ、質量およびダンパで構成される仮想機械インピーダンスモデルでの挙動と一致させる制御である。具体的には、対象質量上に設けた力・トルクセンサ（６軸力センサ）にて６自由度別の外力（外力および外トルク）を検知し、それを仮想機械インピーダンスモデルへ入力する。この仮想機械インピーダンスモデルと入力値から対象質量の並進、回転挙動を得ることができ、これらをアクチュエータへの位置・姿勢指令値として与えれば、前記制御が実現できる。

図９Ａおよび図９Ｂは、左前側の第２モーションベースにｘ方向の外力が加えられたときの、インピーダンス制御の考え方を説明するための説明図である。図９Ａおよび図９Ｂにおける、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、左前側の第２モーションベースに固定されたｘｙｚ座標系である。
図９Ａに示すように、左前側の第２モーションベース４の移動ベース１２と仮想的な垂直壁との間に、仮想機械インピーダンス２００が配置されている。仮想機械インピーダンス２００は、移動ベース１２にｘ方向の外力が加えられたときに、当該外力に応じてｘ方向に変形する仮想バネ２０１と、当該外力を減衰させるための仮想ダンパ２０２とから構成されている。また、第２モーションベース４の移動ベース１２には、試験品搭載用車体２から車軸２１Ｓを介して移動ベース１２に加えられる６自由度別の外力（外力および外トルク）を検出するための６軸力センサ１０４が設けられている。なお、実際は、６軸力センサ１０４は、外力付加用モータ３１の取付けを妨げないようない位置に設けられている。

図９Ｂに示すように、第２モーションベース４の移動ベース１２にｘ軸方向の外力Ｆｘが加えられると、仮想ダンパ２０２によってその外力が減衰されるとともに、仮想バネ２０１が変形する。この結果、移動ベース１２がｘ方向にΔｘだけ変位する。この変位量Δｘが変位量演算部７４によって演算され、第２モーションベース４に対する位置・姿勢目標値に反映される。

変位量演算部７４は、仮想機械インピーダンスモデルを用いて、６自由度別の外力に応じた６自由度別の変位量を演算する。仮想機械インピーダンスモデルは、次式(1)〜(4)で与えられる。なお、次式(1)〜(4)において、記号の右肩上にあるダッシュ記号は、ボディ座標系と称した対象質量に固定した座標系での表現を意味し、チルダ記号は歪対称行列を意味する。

式(1)は、並進運動（ｘ方向，ｙ方向，ｚ方向の並進運動）の動力学方程式（運動方程式）である。式(2)は、並進速度と変位の関係を与える運動学方程式である。式(3)は、回転運動の動力学方程式（運動方程式）である。式(4)は、角速度と姿勢の関係を与える運動学方程式である。また、姿勢表現の方法にはオイラー角（ロール角α、ピッチ角β、ヨー角γ）を用いている。

Ｆ_ＶＳ，Ｆ_ＶＤ，Ｔ_ＶＳ，Ｔ_ＶＤは、それぞれ次式(5),(6),(7),(8)のように与えられる。

Ｍ_Ｄ，Ｊ_Ｄ，Ｋ_ＴＶＳ，Ｋ_ＴＶＤ，Ｋ_ＲＶＳ，Ｋ_ＲＶＤは、仮想機械インピーダンスモデルのパラメタであり、ユーザが任意の値を与えることができる。剛性、粘性についてはバネ、ダンパの代用となる値を、質量については可動ベース部分の質量と試験対象の負荷質量を加えた値を指定すればよい。
変位量演算部７４は、予め設定されたＭ_Ｄ，Ｊ_Ｄ，Ｋ_ＴＶＳ，Ｋ_ＴＶＤ，Ｋ_ＲＶＳ，Ｋ_ＲＶＤと、６軸力センサ１０４〜１０７によって検出された６自由度別の外力（外力および外トルク）と、前記式(1)〜(8)とを用いて、各第２モーションベース４，５，６，７の６自由度別の変位量を演算する。

この車両用検査装置１では、５つのモーションベース３，４，５，６，７によって試験品搭載用車体２および車軸２１Ｓ〜２４Ｓを支持して動かすことにより、各種の車両走行状態（車両挙動）を再現している。このため、このため、各種の車両走行状態を再現する際には、全てのモーションベース３，４，５，６，７は、それらの車両（試験品搭載用車体２または外力付加用モータ３１〜３４）への固定点間の相対的な位置関係を保持しながら、連動して動く必要がある。しかしながら、機械要素の個体差や制御性能等によって、固定点間の相対的な位置関係が保持されるように、全てのモーションベース３，４，５，６，７を正確に連動させることができないおそれがある。

この実施形態では、ＭＢ用第１目標値生成部７２によって生成された各第２モーションベース４，５，６，７の位置・姿勢目標値と、変位量演算部７４によって演算された各第２モーションベース４，５，６，７の６自由度別の変位量とに基づいて、各第２モーションベース４，５，６，７の最終的な位置・姿勢目標値が生成されている。そして、この最終的な位置・姿勢目標値に基づいて、各第２モーションベース４，５，６，７の位置・姿勢が制御されている。つまり、各第２モーションベース４，５，６，７の位置・姿勢制御に、インピーダンス制御が採用されている。

これにより、各第２モーションベース４，５，６，７に加えられる外力に対して、各第２モーションベース４，５，６，７に柔軟性を持たせることができる。したがって、全てのモーションベース３，４，５，６，７の連動動作に誤差が生じたとしても、その誤差を各第２モーションベース４，５，６，７に対するインピーダンス制御によって吸収することができる。これにより、試験品搭載用車体２に本来作用しない無理な力が働くのを防止できるとともに、各モーションベース３，４，５，６，７の制御装置（たとえば、アクチュエータ制御器７０、モーションコントローラ３Ｃ，４Ｃ〜７Ｃ）に高い制御性能が要求されなくなる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、第２モーションベース４，５，６，７の位置・姿勢制御に対してのみインピーダンス制御が採用されているが、第１モーションベース３の位置・姿勢制御に対してもインピーダンス制御を採用するようにしてもよい。
なお、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両用試験装置、２…試験品搭載用車体、３…第１モーションベース、３Ｃ〜７Ｃ…モーションコントローラ、４〜７…第２モーションベース、１１…固定ベース、１２…可動ベース、１３…アクチュエータ、２１Ｓ〜２４Ｓ…車軸、３１〜３４…外力付加用モータ、７１…車両モデル、７２…ＭＢ用第１目標値生成部、７３…ＭＢ用第２目標値生成部、７４…変位量演算部、１００…車両用試験システム

Claims (4)

1. 左前輪、右前輪、左後輪および右後輪の４つの車輪に対応する４つの車軸が取り付けられるとともに、試験品が搭載される試験品搭載用車体と、
   前記試験品搭載用車体を支持し、かつ前記試験品搭載用車体に６自由度の運動をさせるための第１モーションベースと、
   前記各車軸の外端部にそれぞれ連結され、前記各車軸に回転力を付与するための４つ電動モータと、
   前記各電動モータを介して前記各車軸を支持し、前記各車軸に６自由度の運動をさせるための４つの第２モーションベースと、
   前記試験品搭載用車体から前記各車軸を介して前記各第２モーションベースに加えられている外力を個別に検出するための４つの外力検出手段と、
   前記各モーションベースがとるべき位置・姿勢の目標値を、前記モーションベース毎に生成する第１目標値生成手段と、
   外力に対して柔軟性を生じさせるための仮想機械インピーダンスを前記各第２モーションベースが含んでいると仮定して、前記外力検出手段によって検出される外力に応じた、前記各第２モーションベースの変位量を演算する変位量演算手段と、
   前記第１目標値生成手段によって生成された前記各第２モーションベースの位置・姿勢目標値と、前記変位量演算手段によって演算された前記各第２モーションベースの変位量とに基づいて、前記各第２モーションベースに対する最終的な位置・姿勢目標値を生成する第２目標値生成手段と、
   前記第１目標値生成手段によって生成された前記第１モーションベースの位置・姿勢目標値を用いて前記第１モーションベースを制御するとともに、前記第２目標値生成手段によって生成された前記各第２モーションベースの最終的な位置・姿勢目標値を用いて前記各第２モーションベースを制御する制御手段とを含む、車両用試験システム。
2. 前記各外力検出手段は、前記試験品搭載用車体から対応する第２モーションベースに加えられている６自由度別の外力を検出するように構成されており、
   前記各第２モーションベースに含まれている仮想機械インピーダンスは、前記６自由度別の外力にそれぞれ対応した６自由度別の仮想機械インピーダンスから構成されており、
   前記変位量演算手段は、前記外力検出手段によって検出される６自由度別の外力に応じた、前記各第２モーションベースの６自由度別の変位量を演算するように構成されている、請求項１に記載の車両用試験システム。
3. 前記６自由度別の仮想機械インピーダンスが、仮想バネと仮想ダンパとを含む、請求項１または２に記載の車両用試験システム。
4. 前記各モーションベースは、
   固定ベースと、
   前記固定ベースの上方に配置された可動ベースと、
   前記固定ベースと前記可動ベースとの間に連結され、前記可動ベースに６自由度の運動をさせるためのアクチュエータとを含み、
   前記第１モーションベースにおける前記可動ベースには、前記試験品搭載用車体が載せられた状態で前記試験品搭載用車体が固定されており、
   前記各第２モーションベースにおける前記可動ベースに、対応する前記電動モータが取り付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用試験システム。

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