JP6108400B2 - 車両駆動系試験台およびその制御方法 - Google Patents

Description

試験台を用いて、駆動軸に取り付けられた電気負荷機械により車輪の転がり抵抗および車両の加速性能をシミュレートすることにより、車両の駆動系の試験を行なうことができる。

クラッチは、動力計と車両駆動系との間で、動力計によりシミュレーション対象タイヤを表す所定の力に従いトルクを可変的に伝達し、車両駆動系内のトルクが所定の力に基づく値を超えた場合にスリップすべく構成されていてもよい。

図１は、車両用の試験台のブロック図である。 図２は、図１の制御構成、ドライブ、およびのモーターを示すブロック図である。 図３は、タイヤ力対車輪スリップのプロット図である。

必要に応じて、本発明の詳細な実施形態を本明細書に開示する。開示する実施形態は単に本発明を例示するに過ぎず、各種の代替的な形式で具体化できる点を理解されたい。図面は必ずしも縮尺どおりに描かれている訳ではなく、特定の構成要素の詳細を示すためにいくつかの特徴が誇張または矮小化されている場合がある。従って、本明細書に開示する特定の構造および機能に関する詳細は限定的でなく、当業者に本発明を様々に利用することを教示するための代表的な基礎に過ぎないものとして解釈されたい。

駆動系の試験台への負荷装置として用いられる動力計は、比較的大きい慣性（例：５〜１０ｋｇｍ^２）を有していてもよい。いわゆる高慣性／低ダイナミック動力計は産業界で一般的である。これらの動力計は、例えばタイヤおよび車輪アセンブリをシミュレートする際に比較的小さい慣性（例：１ｋｇｍ^２）を代替する。しかし、適切な車輪スリップシミュレーションでは、駆動系の固有振動数、車輪力、車軸トルク、速度、減衰および振幅を再現するために、車両から見える慣性が、シミュレーション対象タイヤおよび車輪アセンブリで同一であることが必要とされる。（車輪スリップおよびタイヤスリップという用語は本明細書では入れ替え可能に用いる）。

特定の従来の車輪スリップシミュレーション技術では、高慣性／低ダイナミック動力計が車輪のスピン事象の最中に車輪スリップシミュレーション用に充分急激な加速および／または減速を行なうことができないため、低慣性／高ダイナミック動力計の使用を必要とする。しかし、低慣性／高ダイナミック動力計は、比較的高価で一般に入手が容易でない。従って、車輪スリップアルゴリズムを実行するために高慣性／低ダイナミック動力計を使用することが望ましいであろう。

典型的に、クラッチは、例えばエンジンまたは動力計からトランスミッションへのトルクを分散するために用いることができる。一例として、自動車のクラッチを用いてエンジンからのトランスミッションの接続を切ることができる。別の例として、クラッチを用いて回転しているシャフトの損傷を防止すべくトルクを制限することができる。ここで、クラッチは、特定の実施形態において、駆動系と動力計との間に配置されていて、例えばスピン事象の最中に、動力計の回転慣性を駆動系の慣性から分離すべく用いられる。一例として、クラッチは、車輪スリップおよび車輪スピン事象の両方のシミュレーションを行なうことができる。そのようなクラッチは、常時スリップしているため、高い熱吸収性を必要とする場合がある。別の例として、クラッチはスピン事象のシミュレーションしか行えない場合がある。クラッチは、スピン事象をシミュレーションするために必要なトルクに等しいトルク値で解放されるように設定されていてもよい。また別の例として、クラッチは、モーターの慣性シミュレーションがモーターの能力を超えて加速または減速させようした場合にのみスリップするように制御することができる。

上述のように、クラッチは、タイヤが路面でスリップするのと同様にスリップすることができる。しかし、連続的にスリップしているクラッチでは過剰な熱および摩耗が生じる恐れがある。あるいは、クラッチは、動力計の回転慣性がタイヤスリップ事象の適切なシミュレーションを妨げる恐れがある場合にスリップすることができる。これは、加速中に生じる場合がある。クラッチを通る力を例えばタイヤ力に制限することにより、車両駆動系は実質的にクラッチの駆動系側にある回転慣性だけを認識する。本明細書で考察する他の制御スキームでも同じ結果が生じる場合がある。

一つの解決策は、クラッチ力（タイヤの半径およびクラッチを介して伝達されたトルクの関数）を（決定された）タイヤ力（例えばタイヤと路面との間で伝達される力）に等しく設定するものある。タイヤ力は、例えば図３に示すように、スリップ対力の関数に従う公知の方法で決定することができる。車両駆動系により僅かな力の増大が生じた結果、弾み車の慣性の加速度が僅かに増大するが、クラッチが同じく僅かな量だけスリップするため、動力計の慣性は増大しない。その効果は、動力計の慣性を弾み車および車両の慣性から分離することである。その結果、弾み車は、自身の慣性およびこの慣性に加えられる力により定義される率で加速する。この力は、タイヤ力と、車両駆動系により生じた力の差により生じる。

一つのアプリケーションにおいて、動力計の慣性は、トランスミッション入力動力計（トランスミッションの入力に接続する動力計）の慣性から分離されていてもよい。そのような試験台では、部材２０（図１）は駆動系試験台のトランスミッションへの入力となろう。入力動力計は、エンジンの慣性特性を示す筈である。典型的に、そのような入力動力計は、いわゆる低慣性動力計である。そのような動力計は高価な場合がある。本明細書に示す解決策により、動力計の慣性をトランスミッションへの入力から分離すべく、殆ど全て動力計が剪断クラッチと合わせて使用可能になる。クラッチの力制御は、本明細書で議論するタイヤ／車輪の実装と同様に実装することができる。

上述のクラッチを制御すべく制御アルゴリズムを実装することができる。クラッチコントローラに対する要求値（例：図２のタイヤ力）は、一例として、クラッチのスリップ速度であってもよい。クラッチコントローラは従って単なる速度コントローラである。別の例として、クラッチ制御に対する要求値がトルク要求である場合がある。クラッチコントローラは従ってクラッチを介したトルクを制御すべく開または閉ループトルク制御のいずれかを実装することができる。そのような解決策はまた、クラッチを介した速度がスピン速度により定義される速度コントローラとして実装することができる。更に別の例として、クラッチ制御に対する要求値は、クラッチコントローラが制御する慣性要求であってもよい。

図１を参照するに、動力計１０は、コントローラ１２、駆動部１４、およびモーター１６を含んでいてもよい。駆動部１４は、コントローラ１２と通信状態にあるかまたはその制御下にあってモーター１６を駆動する。モーター１６と車両駆動系２０との間にトルクセンサ１８が軸系２２を介して機械的に接続されていることにより、車両駆動系２０内のトルクを測定することができる。トルクセンサ１８は、コントローラ１２と通信状態にあってもよい。車両駆動系２０の速度センサ２４が軸系２２と機械的に接続されていてもよい。このセンサ２４からの情報を用いてモーター１６の速度制御を行なうことができる。

クラッチ２６および慣性弾み車２８（慣性要素）が、軸系２２を介して動力計１０と速度センサ２４との間に配置されていてもよい。図１の実施形態において、クラッチ２６はモーター１６の出力軸に接続されていて、クラッチ２６に動作可能に配置されたバルブ３０を介して制御可能であって、クラッチ２６に動作可能に配置されていてコントローラ１２と通信状態にある圧力センサ３２からの情報に少なくとも部分的に依存する圧力制御ループを用いる。しかし他のクラッチ制御ループも考察される。

コントローラ１２と通信状態にある速度センサ３４は、モーター１６のいずれかの側で軸系２２に機械的に接続されていてもよい。図示するように、速度センサ３４は、モーター１６とクラッチ２６との間で軸系２２を介して配置されている。速度センサ３４からの情報を用いてモーター１６および／またはクラッチ２６を制御することができる。

センサ１８、２４の回転慣性と組み合せた慣性弾み車２８の回転慣性、クラッチ２６のセンサ１８、２４に隣接する部分の回転慣性、および対応する軸系２２の回転慣性は、例えば、シミュレーション対象タイヤおよび車輪機構（および／または、駆動系２０に正常に取り付けられた他のシミュレーション対象要素）の等価な回転慣性を形成する。この等価な回転慣性は、シミュレーション対象要素の回転慣性と同じ筈である。

コントローラ１２は、モーター１６を動作させる駆動部１４を制御することができる。コントローラ１２はまた、例えば、シミュレーション対象タイヤのスリップを模倣すべく、または加速の最中だけシミュレーション対象タイヤのスリップを模倣すべくクラッチ２６を制御することができる。タイヤのスリップは、駆動系トルクが、タイヤ力とタイヤ半径の積を（決定された力に基づく値）を超えた場合に生じることがある。

図１は車両駆動系２０への入力が１個である単一動力計構成だけを示しているが、このような構成が任意の数の車輪（例：１０個の車輪）を含む車両の各車輪ハブに取り付け可能であることを理解されたい。

図２を参照するに、タイヤシミュレーション３６は、速度センサ２４からのタイヤ速度情報およびトルクセンサ１８からのトルク情報に基づいてタイヤ力を計算することができる。クラッチコントローラ３８は、クラッチ２６を介してトルクを伝達するのに必要な圧力を計算することができる。クラッチコントローラ３８は、圧力ループを閉じて、クラッチ２６内で適切な圧力を生成すべくバルブ３０へのバルブ流を要求することができる。図２の実施形態において、クラッチ２６は、圧力の関数としてトルクを伝達する装置である。クラッチコントローラ３８への所望のセットポイントとしてタイヤ力を用いることができる。クラッチ２６の両端での速度差またはクラッチ２６の慣性制御もまた適切であってもよい。しかし、他のクラッチ（例：湿式クラッチ、マルチディスククラッチ、乾式クラッチ等）および制御スキーム（本明細書で記述する）を用いてもよい。

駆動部１４を介したモーター１６の制御は、任意の適当な／公知の車輪制御解決策によって実現できる。これらの解決策は、車両シミュレーションおよび／または車輪スリップモデルを含むシミュレーション４０を必要とする場合がある。タイヤシミュレーション３６がスリップ速度を決定することによりタイヤ力を決定できるように、シミュレーション４０からシミュレーション対象タイヤの車両速度が必要となる場合がある。代替的に、タイヤシミュレーション３６からクラッチコントローラ３８へのセットポイント値としてタイヤ力の代わりにスリップ速度を用いる制御方法であってもよい。そのような場合、クラッチを通るトルクではなくクラッチを介した速度が制御される。

タイヤシミュレーション３６は、図３に示すように、タイヤ力をスリップの関数として決定する車輪スリップモデルを含んでいてもよい。図３の車輪スリップモデルは単純なモデルに代表例であって、Ｐａｃｅｊｋａタイヤモデル等、任意の数の公知のタイヤモデルで別途代替可能である。車輪スリップは論理的に２個の動作領域に分けられる。第１の（スリップ）領域は、スリップとタイヤ力の１対１関数に基づいて車輪がスリップする条件を記述している。この領域では、タイヤ力の各値に対して１個のスリップ値しか存在せず、その逆も成り立つ（一般にスリップ領域として知られる）。第２の（スピン）領域は、所与のタイヤ力に対してスリップの値が２個以上存在し得る条件を記述している（一般にスリップ領域として知られる）。スピン領域において、タイヤの加速度は、タイヤの慣性に作用した結果生じた力だけにより決定される。この加速に起因するタイヤ速度は、上述のように計算可能である。

特定の実施態様において、スリップは次式で計算される。
１００％＊（ＶＴｉｒｅ−ＶＶｅｈｉｃｌｅ）／ＶＶｅｈｉｃｌｅ
ここで、ＶＴｉｒｅはタイヤ速度、ＶＶｅｈｉｃｌｅは車両速度である。タイヤ力は次いで、上述の計算からのスリップ値に対応する曲線上の位置により決定することができる。代替的に、車輪スリップ値をタイヤ力から計算でき、クラッチコントローラ３８はクラッチ２６を介した速度をスリップ速度の関数として制御することができる。タイヤ力は、駆動系で測定されたトルクから次式のように計算される。
測定トルク＝タイヤ力＊タイヤ半径＋タイヤ加速度＊タイヤおよび車両慣性
ここで、タイヤ半径と、タイヤおよび車両慣性とは所与であって、タイヤ加速度はシミュレーション対象タイヤ速度から導かれる。

本明細書に開示するアルゴリズムは、任意の既存の電子制御装置もまたは専用の電子制御装置を含む処理装置へ配信可能であってもよく、ＲＯＭ装置等の書き込み不能な記憶媒体に永久的に記憶された情報、および代替的にフロッピーディスク、磁気テープ、ＣＤ、ＲＡＭ装置および他の磁気および光媒体等の書き込み可能な記憶媒体に保存された情報を含むがこれに限定されない多くの形式であってもよい。アルゴリズムはまた、ソフトウェア実行可能オブジェクトに実装されていてもよい。代替的に、アルゴリズムは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、状態機械、コントローラまたは他ハードウェア要素または装置等の適切なハードウェア要素あるいはハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェア要素の組合せを用いて全体的にまたは部分的に実装することができる。

例示的な実施形態について上に述べてきたが、これらの実施形態で本発明の全ての可能な形式を記述することは意図していない。むしろ、本明細書で使用する語句は限定的ではなく記述的語句であり、本発明の概念および範囲から逸脱することなく各種の変型を行なうことができる点を理解されたい。また、各種の実装的実施形態の特徴を組み合せて本発明の更なる実施形態を形成することができる。

Claims (10)

1. （ｉ）動力計と車両駆動系との間で、前記動力計によりシミュレーション対象タイヤを表す所定の力に従いトルクを可変的に伝達し、（ｉｉ）前記車両駆動系内のトルクが所定の力に基づく値を超えた場合にスリップすべく構成されたクラッチと、
   前記シミュレーション対象タイヤと前記動力計との間での速度の差に基づいて前記クラッチの圧力を制御することによって、前記クラッチの入力側と出力側との間の速度の差を制御すべく構成されたコントローラと、
   を含むことを特徴とする車両駆動系用の試験台。
2. 請求項１に記載の試験台において、前記車両駆動系内のトルクと前記シミュレーション対象タイヤの力の差を用いて、前記クラッチおよび前記車両駆動系に動作可能に配置された慣性要素を加速させることを特徴とする試験台。
3. 請求項２に記載の試験台において、前記慣性要素の回転慣性が、前記シミュレーション対象タイヤの回転慣性に少なくとも等しいことを特徴とする試験台。
4. 請求項１に記載の試験台において、前記コントローラが、さらに、前記クラッチを介して伝達されるトルクを、前記シミュレーション対象タイヤの速度および前記駆動系内のトルクに基づいて制御すべく構成されていることを特徴とする試験台。
5. 動力計および弾み車に動作可能に配置されたクラッチと、
   前記弾み車の回転慣性が所望の回転慣性を示すように、前記動力計の回転慣性を前記弾み車の回転慣性から分離するように前記クラッチを制御し、前記シミュレーション対象タイヤと前記動力計との間での速度の差に基づいて前記クラッチの圧力を制御することによって前記クラッチの入力側と出力側との間の速度の差を制御すべく構成されたコントローラと含むことを特徴とする試験台。
6. 請求項５に記載の試験台において、前記コントローラが、測定されたトルクに従い前記クラッチを制御することを特徴とする試験台。
7. 動力計と車両駆動系との間で、前記動力計によりシミュレーション対象タイヤを表す所定の力に従いクラッチを介したトルクの可変的な伝達を生起させるステップと、
   前記車両駆動系内のトルクが前記所定の力に基づく値を超えた場合に前記クラッチをスリップさせるステップと、
   前記シミュレーション対象タイヤと前記動力計との間での速度の差に基づいて前記クラッチの圧力を制御することによって前記クラッチの入力側と出力側との間の速度の差を制御するステップと、
   を含むことを特徴とする車両駆動系の試験方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記クラッチおよび前記車両駆動系に動作可能に配置された慣性要素を、前記車両駆動系内のトルクと前記シミュレーション対象タイヤの力の差に基づいて加速させるステップを更に含むことを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記慣性要素の回転慣性が、前記シミュレーション対象タイヤの回転慣性に少なくとも等しいことを特徴とする方法。
10. 請求項７に記載の方法において、前記クラッチを介して伝達されるトルクが、前記シミュレーション対象タイヤの速度および前記駆動系内のトルクに基づいて制御されることを特徴とする方法。

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