JP6486361B2 - カーブ走行をシミュレーションするための方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定量の算出のために、ローラシャシダイナモメータ上における試験されるべき車両のカーブ走行をシミュレーションするための方法に関するものである。

車両ローラシャシダイナモメータ上での多数の試験のために、できる限り現実に近いように長手方向の車両運動を再現することが決定的である。これには、車両の加速時の正確な応答特性、加速経過、一定の動作点における抵抗及び振動特性並びに減速時の惰走特性あるいは抵抗特性が含まれる。惰走特性及び加速特性は、シャシダイナモメータ上で測定される燃料消費率及びこれに関連した排出物質にも大きな影響を与える。例えば非特許文献１により定められているように、シャシダイナモメータでは、多くの場合道路上で測定された惰走特性を用いて惰走特性が再現される。

ここで決定的なことは、道路からシャシダイナモメータへの変更時に変化する環境影響が適切に考慮され、再現されることである。試験の目的に応じて、異なる影響が他のものよりも重要であるとともに、したがって正確に考察される必要がある。

ローラシャシダイナモメータ上の車両のテストを残りの事情により良好に近づけることができるバリエーションが例えば特許文献１に示されている。ここでは、環境のあり得る影響因子として、特に気温及び気圧の変化が考慮される。大きな高度におけるわずかな地圧により車両に対する抵抗が対応して低下することが引用される。この関係において、ローラが試験されるべき車両の車輪に対向する抵抗が、ローラシャシダイナモメータ上での試験状況においても走行抵抗をできる限り現実に近いように試験されるべき車両へもたらすことができるように、上述の因子に依存して適合される。

考慮されていないままの本質的な点は、例えば走行時にカーブによって生じるような動的な作用と、その転がり抵抗及びこれに関連する燃料消費率への影響である。

場合によっては生じ得るタイヤにおける横方向のスリップ、ディファレンシャルにおける損失及びカーブ走行時に追加的に駆動される、例えばパワーステアリング装置又はこれに類するもののような付帯ユニットによる損失が走行抵抗を対応して高める抵抗力が作用する。

従来のローラシャシダイナモメータでの操舵はローラ回転軸の強固な方向付けに基づき好都合ではないため、そこでは、式がこのカーブ特性に注目して左右の車輪の独立した回転数の設定によって描写される。このとき、車輪の回転軸は、ローラに対して平行に定常的に維持される。しかしながら、このために、例えば４輪の車両に対して、通常は４×４ローラシャシダイナモメータと呼ばれる個々に動作する４つのローラを有するシャシダイナモメータが用いられる。このとき、個々のローラの作動のために、通常は対応して複雑なシミュレーションモデルが応用されることになる。

個々に動作する４つの車輪の使用は、例えばディファレンシャルの測定時、ＡＢＳ及びＥＳＰの解析及び最適化並びにトルクベクタリングによる駆動コンセプトの場合に当たる、試験の目的が異なる車輪回転数に依存する場合に特に必要なものである。

多くの場合には、例えば燃料消費率、排ガス証明又は出力特性のような他の試験目的が中心を占める。しかし、これら測定が個々の車輪回転数及び車輪トルクではなく中央のパワートレーン回転数及びパワートレーントルクに依存するため、特性は、車輪個々の作動なしにも試験されることが可能である。このような用途に対しては、通常４×２ローラシャシダイナモメータと呼ばれる、両前輪が共通のローラ上に位置し、両後輪が共通のローラ上に位置するシャシダイナモメータあるいは２×１ローラシャシダイナモメータとも呼ばれる、単に１つのローラが駆動輪に割り当てられた更に簡易化されたバーションで十分である。このような、４×４ローラシャシダイナモメータと比較して削減されたシャシダイナモメータにおいては、建造のための技術的なコスト、したがって経済的なコストもかなり低いため、多くの場合に単に上述の４×２あるいは２×１ローラシャシダイナモメータが使用可能である。

このとき、カーブ走行時に生じる上述の作用を考慮することができないという欠点がある。なぜなら、カーブ内側の車輪及びカーブ外側の車輪が共通のローラ上にあるためである。

米国特許出願公開第２０１３／００６０５００号明細書

ＳＡＥ Ｊ２２６４（ＳＡＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ：「Ｃａｈｓｓｉｓ Ｄｙｎａｍｏｍｅｔｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏａｄｓ Ｌｏａｄ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏａｓｔｄｏｗｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」，Ｒｅｃｏｍｅｎｄｅｔ Ｐｒａｃｔｉｃｅ，１９９５年） Ｋａｒｌ Ｌｕｄｗｉｇ Ｈａｋｅｎ著、「Ｇｒｕｎｄｌａｇｅ ｆｕｅｒ ｄｅｎ Ｋｕｒｖｅｎｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ ｄｅｓ ｌｉｎｅａｒｅｎ Ｅｉｎｓｐｕｒｍｏｄｅｌｌｓ」、Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ出版社、ミュンヘン、２００８年

本発明の課題は、ローラシャシダイナモメータ上の試験されるべき車両の試験中に、車輪個々の回転数の制御を許容するローラシャシダイナモメータを強制的に仮定することなしに、カーブ走行時に生じるような追加的に作用する抵抗を考慮することを可能とすることにある。

上記課題は、本発明により、ローラシャシダイナモメータにおける試験されるべき車両が、直線走行に合わせて動作されることと、カーブ走行のシミュレーションのために、このとき追加的に作用する抵抗力が補正量の形態で考慮されることとによって解決される。

これは、存在する４×２又は２×１ローラシャシダイナモメータを用いるローラシャシダイナモメータにカーブ走行時に現実に作用する走行抵抗を転用することを可能とするものである。４×４ローラシャシダイナモメータにおける応用時には、通常必要な複雑なシミュレーションモデルを省略することが可能であり、これにより、制御コストを大幅に削減することが可能である。補正量がカーブ走行時に追加的に作用する抵抗力のみを考慮することで、提案された方法は、ローラシャシダイナモメータに通常応用される方法についての拡張あるいは簡易化を表す。この方法を、当然、４つより多い車輪又は４つより少ない車輪を有する試験されるべき車両に対して設定されたローラシャシダイナモメータに応用することが可能である。

本発明の発展形態は、カーブ走行時に追加的に作用する抵抗力を合計することにより形成され、かつ、ローラシャシダイナモメータにおいてローラシャシダイナモメータから試験されるべき車両へ作用し、変化する抵抗の形態で考慮される合計抵抗力が補正量として用いられるようになっている。

例えばタイヤにおけるスリップ、ディファレンシャルでの損失、カーブ走行時に追加的に駆動される付帯ユニットによる損失などのようなカーブ走行時に追加的に作用する抵抗力の合計が１つの合計抵抗力へまとめられることにより、直線走行時に生じる通常の抵抗力に上記合計抵抗力を加えることで、車両シャシダイナモメータ上の試験されるべき車両の試験時にカーブ走行による影響を容易に考慮することが可能である。

本発明の他の形態は、算出された測定量を補正する、計算による補正因子が、補正量として用いられることにある。

例えば燃料消費率が算出されるべき測定量であれば、補正量は、カーブ走行時に生じる高められた燃料消費率に関連する。走行されるカーブのシミュレーションされた種類及び数に応じて、評価時に、上述の場合においては燃料消費率である測定結果に例えば単純な加算によって計算により適用される対応する補正因子が特定され得る。

本発明の別の有利な形態は、補正量を記述する特性曲線が、試験されるべき車両の異なる半径を有する複数のカーブにおける実際の惰走試験によって作成されるようになっている。

補正量あるいは関連する、記載された特性曲線が実際の試験によって作成されると、例えば上述のディファレンシャルにおける損失及び他の損失のような実際に生じる全ての抵抗も必然的に含まれ、これにより現実に近づく最適化が達成される。

本発明の別の有利な形態は、補正量が物理モデルの使用の下で演算されることにある。

これは、上述の実際の惰走試験を実行する必要なく、カーブ走行時に生じる異なる抵抗の考慮を可能とするものである。このとき、物理モデルの使用により、カーブ半径及び走行速度を適宜に精密に段階付けを行うことが可能となる。さらに、例えば計算時間又は考慮される影響量に関連した、存在する要求に基づいて、異なる物理モデルを応用することができ、当然、物理モデルの複雑性が大きくなるのに伴い、また考慮される影響量の数が多くなるのに伴い、現実へのより良好な近似がなされる。

本発明の別の形態は、試験されるべき車両のタイヤ及びシャシへ作用する力によって生じる抵抗力が物理モデルによって考慮されるようになっている。

同様に、本発明の他の有利な形態は、試験されるべき車両のパワートレーンにおける損失によって生じる抵抗力及び／又は試験されるべき車両の操舵に依存する付帯ユニットにより生じる抵抗力が物理モデルによって考慮されるようになっている。

あり得る抵抗力についての異なる根源の分離した考慮により、物理モデルを必要に応じて適合することが可能となる。

本発明を、例示的で概略的かつ本発明の有利な実施形態を制限することなく示す図１〜図３を参照しつつ以下に詳細に説明する。

ローラシャシダイナモメータ上における試験されるべき車両を示す図である。 速度及びカーブ半径に依存するカーブ抵抗についての特性曲線である。 測定量の直接的な補正のための図式である。

図１には、ローラシャシダイナモメータ１上の試験されるべき車両２の典型的な配置が示されており、試験されるべき車両２は、例えば４輪車で構成されている。試験されるべき車両２の４つの車輪が互いに独立した２つのローラに割り当てられた４×２ローラシャシダイナモメータ１が例示的に示されている。ここで、試験されるべき車両２の両前輪が共通のローラ４上に位置し（このような場合には当然共通の軸上の２つのローラであり得る）、試験されるべき車両２の両後輪が共通のローラ３上に位置している。２×１ローラシャシダイナモメータとして構成され、通常は試験されるべき車両２の駆動輪に割り当てられたローラ３のみが設けられたローラシャシダイナモメータ１の利用も考えられる。同様に、試験されるべき車両２の４輪の各車輪に独立したローラが割り当てられている４×４シャシダイナモメータでの利用も考えられる。上述のように、本方法は、４輪の試験されるべき車両２のためのローラシャシダイナモメータへの応用に限定されるものではない。

試験されるべき車両２は、ローラシャシダイナモメータ１上において直線走行で動作される。ここで、直線走行中とは、試験されるべき車両２の全ての車輪が通常の直線走行時及び全ての車輪の最適なロードグリップ時のように同一の回転数を有していることが前提とされ得ると理解され得る。

図１において見て取れるように、ローラシャシダイナモメータ１は、環境モデル５及び追加的な抵抗モデル６に接続されている。

環境モデル５は、試験されるべき車両２の試験の過程において走行すべきシミュレーションされた走行路を含むカーブについての情報を含む（このモデルが処理する他の走行路データ、例えば勾配についてはここでは詳しく考察しない）。

環境モデル５は、試験されるべき車両２の車輪において測定された、進んだ距離に換算される実際の速度７をローラシャシダイナモメータ１から受け取る。進んだ距離に基づき、シミュレーションされた走行路のどの箇所に試験されるべき車両２が現時点で存在するのかを特定することが可能である。カーブの通過時には、実際のカーブ半径８が抵抗モデル６へ転送される。

抵抗モデル６では、環境モデル５によってあらかじめ設定された実際の走行路部分で試験されるべき車両２が受ける、カーブ走行時に追加的に生じる抵抗力が特定される。追加的に生じるこの抵抗力は、１つの値にまとめられ、これにつづいて、補正量９の形態でローラシャシダイナモメータ１へ伝達される。

図１に示された図式では、抵抗力を合計することにより生じる合計抵抗力１０が補正量９を示している。合計抵抗力１０は当然速度に依存するため、実際の速度７も抵抗モデル６へ伝達される。合計抵抗力１０は、補正量９の形態でローラシャシダイナモメータ１へ伝達される。

したがって、補正量９が合計抵抗力１０によって形成されていれば、これにつづいて、ローラシャシダイナモメータ１のローラ３及び４が試験されるべき車両２に対抗する抵抗力が、走行するカーブに依存して適合される。

抵抗モデル６には、直線走行時に作用する各抵抗力は含まれていない。補正量９がここでもカーブ走行時に追加的に生じる抵抗力のみをまとめた合計抵抗力１０のみを考慮することで、想像上の走行が、ローラシャシダイナモメータ上で通常応用される方法についての拡張又は簡易化を示す。

このような拡張可能な通常の方法は、例えば以下の式を含んでいる：

ここで、
Ｆ 牽引力
Ｆ_０ 牽引力における速度に無関係な成分
Ｆ_１ 牽引力における速度に依存する線形成分についての係数
Ｆ_２ 牽引力における速度に依存する非線形な成分についての係数
Ｖ 車速
ｎ 可変指数
Ｒ_Ｗ 車両基準重量
Ｒ_Ｇ ローラシャシダイナモメータの基本慣性
Ｒ_Ｗ＝Ｒ_Ｗ−Ｒ_Ｇ 電気的にシミュレーションされた質量慣性
Δｖ／Δｔ 加速度
Ｇ 重力加速度
Ｒ_Ｗ＊ｇ＊ｓｉｎα 道路勾配の克服のための牽引力の成分
である。

見て取れるように、カーブ走行時には追加的に生じる抵抗力が考慮されていない。

抵抗モデル６において用いられる、補正量９の特定のためのデータの算出は、２つの種類において行われることが可能である。

これについて、図２には、例えば合計抵抗力１０が実際の速度７及びカーブ半径Ｒに依存して特定され得る特性曲線１２が示されている。この特性曲線は、カーブ半径に依存する異なる惰走曲線１１によって形成されている。このとき、試験されるべき車両２の惰走曲線１１は、例えばテストコースにおける実際の惰走試験によって算出される。ここで、惰走試験は、試験されるべき車両２が異なるカーブ曲線を有する複数のカーブを通過する複数の過程を含んでいる。ここで、惰走曲線１１とは、試験されるべき車両２の速度と、通過するカーブと、試験されるべき車両２の車輪において生じる抵抗力との間の関係と理解される。

別の可能性は、合計抵抗力１０を物理的なモデルを用いて算出することにある。

このために、例えば、非特許文献２による線形な二輪車モデルのカーブ抵抗のための数式：

が用いられ、ここで、
ｍ_Ｇｅｓ 車両質量（揚力及びダウンフォースを含む）
ｌ ホイールベース
ｌ_ｈ，ｌ_ｖ リヤアクスル／フロントアクスルの重心距離
ｖ 車速
Ｒ_ｈ，Ｒ_ｖ 後方／前方のカーブ半径
Ｃ_Ｓｈ，Ｃ_Ｓｖ 後方／前方の傾斜剛性
であり、更に、車両質量は、

であり、ここで、
ｍ 車両質量
Ｆｍ 車両重量
Ｆａ 揚力
であり、揚力は、

であり、ここで、
Ｃａ 揚力係数
Ａ 基準面積
ρ 空気密度
である。

この単純な物理モデルのほかに、当然、試験されるべき車両のタイヤ及びシャシに作用する力、パワートレーンにおける損失及び／又は操舵に依存する付帯ユニットによって生じる抵抗力の考慮を含むより複雑なモデルも考えられる。

図３には、測定量１３を直接補正するために補正量９が用いられる図式が示されている。補正量９は、必ずしも上述のように合計抵抗力１０によって形成される必要はない。基本的には、ローラシャシダイナモメータ１において特定されるべき測定量に応じて、このローラシャシダイナモメータに適用することも可能である。このとき、例えば、試験されるべき車両２の燃料消費率が得られるべき測定量１３であり得る。この場合、図２に記載された特性曲線１２は、試験されるべき車両２の合計抵抗力１０ではなくその燃料消費率が速度７及びカーブ半径Ｒに依存して特定されるように変更される。

ローラシャシダイナモメータ１の測定結果が評価されれば、補正量９を得られた測定量１３へ直接適用することができるとともに、したがって、この測定量が走行したカーブに依存して補正され得る。

Claims (6)

1. 測定量（１３）の算出のために、ローラシャシダイナモメータ（１）上における試験されるべき車両（２）のカーブ走行をシミュレーションするための方法において、
   前記ローラシャシダイナモメータ（１）における前記試験されるべき車両（２）が、該試験されるべき車両（２）の全ての車輪が同一の回転数を有する直線走行において動作されること、及びカーブ走行をシミュレーションするために、カーブ走行時に直線走行に対して追加的に作用する抵抗力を合計することにより形成される合計抵抗力（１０）がカーブ走行をシミュレーションするための補正量（９）として用いられ、かつ、この合計抵抗力（１０）が、前記ローラシャシダイナモメータ（１）が前記試験されるべき車両（２）へ作用する抵抗の形態で、前記ローラシャシダイナモメータ（１）へ伝達され、前記補正量（９）を記述する特性曲線（１２）が、前記試験されるべき車両（２）の異なる半径（Ｒ）を有する複数のカーブにおける実際の惰走試験によって作成されるか、又は前記補正量（９）が物理モデルを使用して演算されることを特徴とする方法。
2. 測定量（１３）の算出のために、ローラシャシダイナモメータ（１）上における試験されるべき車両（２）のカーブ走行をシミュレーションするための方法において、
   前記ローラシャシダイナモメータ（１）における前記試験されるべき車両（２）が、該試験されるべき車両（２）の全ての車輪が同一の回転数を有する直線走行において動作されること、及びカーブ走行をシミュレーションするために、カーブ走行時に直線走行に対して追加的に作用する抵抗力に依存する補正量（９）が、算出された前記測定量（１３）に加えられ、前記補正量（９）を記述する特性曲線（１２）が、前記試験されるべき車両（２）の異なる半径（Ｒ）を有する複数のカーブにおける実際の惰走試験によって作成されるか、又は前記補正量が物理モデルを使用して演算されることを特徴とする方法。
3. 前記試験されるべき車両（２）のタイヤ及びシャシへ作用する力によって生じる抵抗力が物理モデルによって考慮されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記試験されるべき車両（２）のパワートレーンにおける損失によって生じる抵抗力が物理モデルによって考慮されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記試験されるべき車両（２）の操舵に依存し、カーブ走行時に追加的に駆動される付帯ユニットにより生じる抵抗力が物理モデルによって考慮されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記測定量（１３）及び前記補正量（９）として、前記試験されるべき車両（２）の燃料消費率が用いられることを特徴とする請求項２に記載の方法。

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