JP7212691B2 - ダイナモメータを使用して試験する装置及び方法 - Google Patents

Description

[0001] 本願は、２０１７年１２月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／６１０，５４１号の利益を主張するものであり、この特許の内容は、参照により本明細書に援用される。

[0002] 本開示は、自動車の排ガス排出物質の測定及び分析と、車両のエネルギ効率の測定との分野に属する。より具体的には、本開示は、ハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）からの排出物質を含む、内燃機関（ＩＣＥ）を有する車両の排ガス排出物質の予測と、実験室試験時にシミュレーションした実世界状態に基づく、実世界で動作するすべてのタイプの動力伝達系に対する車両のエネルギ効率の予測との分野に属する。

[0003] ＩＣＥを有する現代の自動車は、地球に存在する環境状態、道路勾配状態、及び走行状態のほとんどどんな組み合わせのもとでも、確実に動作することができる。そのような車両は、世界中に普及しており、０℃のはるか下から４０℃を超えるまでの範囲の周囲温度と、乾燥した砂漠状態から多湿の多雨林までと、数珠つなぎののろい都市交通からドイツアウトバーンでの高速運転までとで、規則正しく、且つ確実に動作する。

[0004] 大量の自動車を管理する多くの国は、排ガス排出物質基準、すなわち、自動車メーカが遵守しなければならない「排気管」基準を有する。しかし、実世界で車両の排気物質及び燃費に影響を及ぼすと公知である、広範な実世界の環境状態、道路状態、及び走行状態のもとで車両を試験するのは困難であり、費用がかかることが経験上分かっている。そしてＨＥＶのエンジン効率、及び一回の充電でのＢＥＶの走行可能距離は、低い周囲温度で低下することがよく知られている。

[0005] 実験室ベースの排気管排出物質試験は、歴史上、範囲を限定された周囲状態、車両速度パターン、及び走行状態のもとで行われた。車両の台数は、近年世界中で劇的に増加しており、且つ車両は、次第にコンピュータ制御式になってきていることから、政府及び自動車メーカが、より広範な動作状態にわたる車両の排出物質をより深く理解することが必要になっており、それにより、国家環境大気質（ＮＡＡＱ）基準は、現在の環境大気「達成地域」において、引き続き満たすことができ、現在の「未達成地域」において、最終的に満たすことができる。車両メーカは、広範な周囲状態及び動作状態にわたる車両排出物質制御及び動力伝達系校正に対する変更の効果を評価できることも必要になっている。

[0006] 人間の健康に直接的に又は間接的に影響すると公知である特定の基準汚染物に対して、及び温室効果ガス排出物質の制御に対して、ＮＡＡＱの測定レベルによる新たな車両排ガス排出物質規定が一部で実施されている。ＮＡＡＱレベルは、汚染の可動性排出物質源及び汚染の固定供給源の両方に応じて、世界中で幅広く変わる。人口密度、気象条件、車両排出物質性能、現地で使用中の全車両の経年数及び構成、空気汚染の固定供給源、及び地理的特徴はすべてＮＡＡＱに影響する因子である。例えば、南カルフォルニアの空気品質は、高い人口密度と、地理的特徴及び大気状態による公知の大気温度逆転とが組み合わさるために特に悪い可能性がある。

[0007] ＩＣＥを有する自動車及びトラックは、「可動性供給源」からの、特に、「排気管排出物質」からの全汚染の一因になる。ＢＥＶは、汚染の「固定供給源」、すなわち、電力プラントからの排出物質の一因になる。実世界で動作する任意の特定車両の排気管排出物質及びエネルギ効率は、様々な環境状態と、道路の勾配と、運転者の挙動と、交通状態と、これらの因子に関連する車両の排出物質制御の有効性とを含む多数の因子に依存する。

[0008] ＢＥＶがますます増産されるならば、ＢＥＶは、将来的に「固定供給源」からの全汚染の重要な因子になる可能性があり、その理由は、ＢＥＶが、そのエネルギを電力網から得るからである。したがって、実世界の走行におけるＢＥＶのエネルギ効率を十分に理解することは重要である。

[0009] ＩＣＥを有する車両からの基準汚染物及び温室効果ガス排出物質を制御するための新たな排出物質基準の発布は、実験室ベースの試験体制及び関連方法と従来から結びつけて考えられ、その理由は、実験室ベースの試験が非常に再現性があり、量ベースの実世界の（すなわち、道路上の）試験は、最近まで、すなわち、可搬式排出物質測定システム（ＰＥＭＳ）の商業化以来不可能であったからである。

[0010] 実験室試験方法は、現行の試験状態下での排出物質測定に対してきわめて正確であり、再現性があることが公知であるが、実世界の走行は、従来の実験室試験プロトコルにはない広範な状態に車両を置くことがある。これには、実世界の温度及び大気圧状態の全範囲を実験室でシミュレートする困難さや、実際の交通状態のもとでの実世界の運転者の挙動の影響などを含む多数の理由がある。

[0011] ＩＣＥ車両に対する実験室のみの試験体制の制約に対処するために、車両が実世界で駆動されている間に、移動する車両による排ガス質量排出物質及び燃費の正確な実世界試験を行うＰＥＭＳ装置及び方法が開発された。これは、ＮＡＡＱ、温室効果ガス排出物質、及び車両の燃費に影響を及ぼす車両排出物質を理解する上でますます重要になっている。

[0012] 過去２０年にわたって、ＰＥＭＳは、規制者及び自動車メーカの両者によって広く使用される商業製品になった。例えば、ＰＥＭＳベースの実世界試験は、２０１７年に始まった、欧州連合での車両安全証明プロセスのための必要とされる試験方法になった。しかし、実験室試験は、車両開発プロセス時の車両メーカと規制者とにとって引き続き有効なツールであり、その理由は、試験プロトコルが、きわめて再現性の高い試験結果をもたらすからである。例えば、車両又は動力伝達系への大小の変更の排気管排出物質に対する効果は、そのような変更を導入した後、繰返し試験によって正確に求めることができる。

[0013] ここで、特定の実施形態は、ＩＣＥ車両（又はその一部分）の正確で再現性のある排ガス質量排出物質試験と、あらゆる車両タイプのエネルギ効率測定との実施に関するものとすることができ、適用可能な場合に、この測定値は、任意の車両／エンジンモデルに対する、任意のルート上の、対象となる任意の周囲状態セットでの実世界のエネルギ効率及び排気管排出物質を表す。より具体的には、特定の実施形態は、主に実験室で試験を実施して、広範な実世界走行状態のもとで車両の排出物質及びエネルギ効率性能を測定する装置及び方法に関する。例えば、車両試験方法は、車両と、車両に道路負荷をかけるように構成されたダイナモメータとを、それぞれ車両が道路上を移動する実世界走行サイクルを規定する実世界車両スロットルスケジュール及び実世界速度スケジュールに従って動作させることと、この動作によって得られたダイナモメータからの出力トルクデータを取り込むことと、実世界走行サイクル時に、車両が受ける道路負荷を再現するために、それぞれ出力トルクデータ及び実世界速度スケジュールに従って車両及びダイナモメータを動作させることと、実世界走行サイクルをさらに規定する実世界シフトスケジュールに従って車両を動作させることと、を含むことができる。実世界周囲環境状態と、実世界走行サイクル時に車両が受ける道路負荷とに対応する実世界排出物質データを取り込むことができる。実世界周囲環境状態と、実世界走行サイクル時に車両が受ける道路負荷とに対応する実世界エネルギ効率を取り込むことができる。車両が受ける、再現した道路負荷に対応するシミュレートした実世界排出物質データを取り込むことができ、再現した道路負荷は、シミュレートした実世界排出物質データを実世界排出物質データと比較することで検証することができる。車両が受ける、再現した道路負荷に対応する実世界エネルギ効率データを取り込むことができ、再現した道路負荷は、シミュレートした実世界エネルギ効率データを実世界エネルギ効率データと比較して検証することができる。車両試験方法は、シミュレートした周囲環境状態のもとで車両を動作させ、排出物質データを取り込むこと、又はシミュレートした周囲環境状態のもとで車両を動作させ、エネルギ効率データを取り込むことをさらに含むことができる。

[0014] 車両試験実験室は、従来からのシャーシダイナモメータ、又はそれに代えて、各車両駆動ホイールごとの分離型アクスルシャフトダイナモメータと、さらには、適用可能な場合に、ＩＣＥ車両を試験するための質量排出物質サンプリング装置と、車両が試験されている間、試験車両を、例えば、外気温度、気圧、湿度などの対象となる環境状態セットに置くための補足的な試験装置セットとを装備する。

[0015] 実験室試験の前に、試験される車両は、所望する任意の環境及び交通状態のもとで、実世界の対象となる任意のルートで駆動される。例えば、ＮＡＡＱ「非達成地域」の高交通幹線道路は、研究者及び規制者にとって特に対象になり得る。寒中の燃費性能は、より寒冷な地域の顧客がより広く使用する車両モデルのメーカにとって特に対象になり得る。

[0016] 実世界走行時に、車両に対する規制上の排出物質安全証明要件に応じて、マイル当たりのグラム又はブレーキ馬力・ｈｒ当たりのグラムで表す質量排出物質を測定及び記録するために、任意選択で、ＩＣＥを装備した車両にＰＥＭＳを取り付けることができる。任意選択の排出物質データに加えて、試験期間全体にわたって、周囲の天候状態と、車両速度、アクセルペダル又はスロットル位置、或いはブレーキペダル位置又は状態（すなわち、オン／オフ）を含む、車両の動作を特性化するのに必要な他の試験パラメータとが同様に記録される。マニュアルトランスミッション車両に対して、ギヤ選択位置及びクラッチペダル位置も記録されなければならない。

[0017] 所望のルートでの実世界試験後、次いで、車両は、特別に装備された実験室に運ばれ、シャーシダイナモメータに置かれるか、又は任意選択で、アクスルシャフトダイナモメータに連結され（駆動ホイール当たり１つのダイナモメータ）、一方、実験室の質量排出物質サンプリング装置（ＩＣＥ車両の場合）は、質量排出物質を測定し、補足の試験装置セットは、車両の動作中に対象となる所望の環境状態、すなわち、実世界試験中に実際に置かれる環境状態と同じでよいし、又は異なってもよい環境状態をもたらすために採用される。

[0018] 最初の実験室試験において、運転者の介入及び環境状態を含めた実世界試験状態の完全セットが、道路上の車両速度を再現するようにダイナモメータの速度を制御し、それと同時に、道路上走行及び車両応答を再現するように、アクセルペダルの移動又はスロットル位置、及びブレーキ作用を制御することで、シャーシダイナモメータ上に再現される。動力伝達系のタイプに応じた質量排出物質又はエネルギ効率とダイナモメータ出力（フィードバック）トルク信号とが、試験全体にわたって、通常の態様で記録される。

[0019] ＰＥＭＳの排出物質データか、又はエネルギ消費かのいずれかが、実世界走行時に任意選択で収集される場合に、これらのデータは、同じ状態のもとで実験室試験中に収集された実験室での排出物質又はエネルギ消費データと直接比較されて、これらの比較したデータが、許容可能な範囲内で同等であることを保証することができる。この任意選択の「検証」プロセスは、実験室での測定及び実世界測定の両方が正確でもあり、再現性もあるという高い信頼度を記録に残すのに役立つ。

[0020] 任意選択の検証のほかに、最初のダイナモメータ試験は、同じ車両が、同じ運転者によって、同じ交通状態で動作する場合に、広範な環境状態において、同じ車両に対して得ることができる車両トルクの良好な近似値である、試験車両の実世界ホイールトルクを表す全トルク出力履歴をもたらす。次いで、実験室で得られるこの実世界トルク履歴は、シミュレートした様々な周囲環境試験状態のもとで実施される次のダイナモメータ試験において、「トルク合わせ」に使用される。したがって、「トルク合わせ」の原理は、対象となる任意の周囲状態のもとで、同じ車両、速度履歴、運転者の影響、及び交通パターンに対する実世界走行を的確且つ正確にシミュレートすることを可能にする。

[0021] 「トルク合わせ」はまた、他の動力伝達系修正、例えば、動力伝達系の校正の変更、又は触媒コンバータの貴金属導入を行った後に実世界走行を的確且つ正確にシミュレートすることと、車両の道路負荷にあまり影響しない任意の修正に対して、車両の排出物質又はエネルギ効率性能に及ぼすそのような修正の影響を評価することとを可能にする。

[0022] 道路上のトルクの直接測定と実験室での次の「トルク合わせ」とは任意選択であるが、試験用の車両を用意するかなり多くの作業を必要とすると理解されたい。例えば、出力トルク信号を提供する特殊な「トルクホイール」が、通常のホイールの代わりに取り付けられることがある。

[0023] 最初の実験室試験後、次いで、周囲状態、動力伝達系の校正、排出物質制御の変更、又は他の動力伝達系修正を行うことができ、試験は、ダイナモメータの「検証」試験中に得られた記録済みダイナモメータトルク信号か、又は道路上のトルク測定かのいずれかから得られたトルクを再現する、又はそのトルクに「合わせる」ようにアクセルペダル又はブレーキペダルを制御して再度実施される。

[0024] 「トルク合わせ」を使用するさらなる試験は、所望通りの広範な環境状態及び動力伝達系構成のもとで、試験車両又は動力伝達系の排出物質特性又はエネルギ効率を完全に特性化するために、所望通りの多数の異なる環境状態及び動力伝達系の変更のもとで行うことができる。

車両の排出物質及び／又はエネルギ効率に影響を及ぼす様々な車両、走行、及び交通の状態を示している。 試験実験室で試験を再現するのに十分な測定値セットを得るために、並びに任意選択で、実際の道路上排出物質及び／又はエネルギ効率のデータを収集するために、実世界で試験されている車両を示している。 ダイナモメータトルクが、次の実験室試験目的でどのようにして得られるかと、任意選択の「検証」試験が、環境チャンバを使用してどのように行われるかとを示している。 実世界走行をシミュレートし、環境チャンバ内でシャーシダイナモメータを使用して、車両からのシミュレートした実世界排出物質データを収集するために使用される試験装置を示している。 ダイナモメータトルクが、次の実験室試験目的でどのようにして得られるかと、任意選択の「検証」試験が、環境チャンバの代わりに環境状態シミュレータを使用してどのように行われるかとを示している。 実世界走行をシミュレートし、環境状態シミュレータを使用して、車両からのシミュレートした実世界排出物質データを収集するために使用される試験装置を示している。 ダイナモメータトルクが、次の実験室試験目的でどのようにして得られるかと、任意選択の「検証」試験が、アクスルシャフトダイナモメータを使用してどのように行われるかとを示している。 実世界走行をシミュレートし、アクスル取付け式ダイナモメータを使用して、車両からのシミュレートした実世界排出物質データを収集するために使用される試験装置を示している。 例示的な全プロセス又は試験方法を示す流れ図である。

[0034] 本開示の様々な実施形態が本明細書で説明される。しかし、開示する実施形態は単なる例示であり、他の実施形態は、明確に例示又は説明されない様々な代替の形態を取ることができる。図は必ずしも一定の縮尺ではなく、一部の特徴部は、特定の構成要素の細部を示すために誇張する、又は最小化することができる。したがって、本明細書に開示する特定の構造上及び機能上の細部については、限定と解釈するのではなくて、単に、本発明を多岐にわたって使用するのに、当業者に教示するための典型的な基本と解釈すべきである。当業者が理解した場合に、図の任意の１つに関連して例示及び説明される様々な特徴を１つ又は複数の他の図に示す特徴と組み合わせて、明確に例示及び説明されない実施形態を創出することができる。例示した特徴の組み合わせは、典型的な用途に対する典型的な実施形態をもたらす。しかし、本開示の教示と一貫性のある特徴の様々な組み合わせ及び修正は、特定の用途又は実施例に対して望ましい。

[0035] ＰＥＭＳの使用は、現在の実験室ベースの試験プロトコルが、多くの場合、典型的な実験室試験を実施する際に必要とされる高いコスト及び大きな労力のために、実世界で動作する車両の排出物質性能又はエネルギ効率（燃費）を上記に列挙した広範な関連因子にわたって正確に特性化しないことを明らかにした。実世界の走行状態のもとで、より低い外気温度において実世界で動作する車両のエネルギ効率の完全な理解を制限する、ＢＥＶに対する同様の試験制限が存在する。

[0036] 一部の例では、任意の車両に対する正確な実世界排出物質及びエネルギ効率の試験データを、通常は実験室環境で再現されない広範な環境状態にわたって、正確で再現性のある態様で収集する装置及び方法が企図される。以下の説明は、試験実験室が、任意の車両と、所望する環境状態の任意の組み合わせとに対して、実世界状態を正確にシミュレートするのにどのように使用され得るかを示す。この方法では、排出物質の法令遵守を効率的に達成し、顧客にとっての燃費を最大化するために、排出物質及びエネルギ効率基準の遵守は、規制者によって保証することができ、車両の動力伝達系、又は動力伝達系の校正の変更の効果は、自動車メーカによって正確に求めることができる。

[0037] 上記の試験方法は、実世界走行でのスロットル位置の使用、及び／又はダイナモメータを制御するためのトルクの使用に対する代用物として、他の車両動作パラメータを使用することができる。例えば、車両動作時の動力伝達系トルクを計算するための燃料流量、燃料インジェクタパルス幅、及び動力伝達系のコンピュータ計算は、実験室試験に対する同じ実際の、又はシミュレートした環境状態のもとでの次の車両又はダイナモメータ制御のためのスロット位置又はトルクに類似している。

[0038] 特定の実施形態が下記に説明される。しかし、試験方法は、使用される装置と無関係に基本的に同じとすることができる。当然のことながら、これらの特定の実施形態は、単に例示目的であり、この、又は他の任意の単一の実施形態よりもはるかに広い適用可能性がある。すべてのそのような実施形態が本明細書によって企図される。

[0039] 図１は、ＩＣＥを有する車両の排気管排出物質と、さらには、実世界でのすべての車両のエネルギ効率及び動作可能距離とに影響を及ぼす多数の様々な因子を示している。因子は、車両設計と、車両と車両の環境（外気温度、気圧、湿度、道路勾配、交通状態）との相互作用と、走行スタイル（速度、加速率、ブレーキングハビット（braking habit））と、運転者が選択可能なオプションの使用とに関係付けられる。

[0040] 図２は、実世界で試験される任意の車両１を示している。ＩＣＥ動力伝達系に対して、実世界排気管２０排出物質及び燃費データ（１９まとめて）が、任意選択で、ＩＣＥ車両１の場合に車載ＰＥＭＳ４から連続的に収集されるか、又はエネルギ消費及び効率測定値が、任意選択で、ＢＥＶ動力伝達系から連続的に収集される。実世界試験からの排出物質及び燃費データ又はエネルギ効率データは、車両の排出物質又はエネルギ効率性能を評価するのにそれ自体で非常に有用であるが、そのデータは、単に、一般的な状態のもとでの車両１の全体的な実世界性能を限定的に見たものに過ぎない、又はその全体的な実世界性能の「断片」に過ぎない。これは、任意の所与の試験が、任意の単一の実世界試験中に置かれる非常に特殊な試験状態セットのもとで行われるからである。一部の実施形態は、広範な環境及び動力伝達系設計の状態のもとで、同じ車両の正確で再現可能なシミュレーションを可能にし、その広範な状態にわたって、典型的な排出物質及び燃費データを収集するために、比較的少回数の実世界試験から学習したものを強化する手段及び方法を提供する。

[0041] より具体的には、実世界道路試験要素の主な目的は２つの部分からなる。第１に、同じ実世界環境状態の実験室でのシミュレーションの検証に後で使用するために、排出物質及び／又はエネルギ効率のデータを任意選択で取得することである。第２に、特殊な「トルクホイール」５８又は他のトルク測定装置を使用する，又は取り付けることなく、実世界試験全体を通じて被動ホイールに加えられたトルクを正確に求めるのに十分なデータを取得するためである。当然、「トルクホイール」測定も、任意選択で使用することができる。

[0042] 実世界試験トルクスケジュールを求める（又は直接測定する）ことで、修正した、又は非修正の車両が、同じ、又は任意選択で異なる環境状態のもとで、シャーシダイナモメータに連結され、次に、試験実験室でシミュレートされている間、同じトルクスケジュールを被動ホイールに加えることができる。

[0043] 実世界試験ルートは、研究者によって自身の目的のために選択される。例えば、実世界試験ルートは、ラッシュアワー時の高交通量の小型乗用車通勤路とすることができるし、又はそれぞれが高交通量の通勤路であるいくつかのサブルートを含む、長時間かかるルートとすることができるし、又は規制者か、若しくは自動車メーカのいずれかにとって対象となる他の任意のルートとすることができる。又は、試験ルートは、規制上の目的で、従来からエンジンダイナモメータ上で試験される高馬力エンジンを使用する大型車両に、より適用可能であるものとすることができる。

[0044] 図２を参照すると、車両１が、通常走行の態様か、又は特定の試験目的と一貫性のある態様かのいずれかで、道路２上で駆動されている。例えば、運転者の積極性は、排出物質制御システムのロバスト性を試験する試験条件であり得る。それらに限定するものではないが、空調と「スポーツ」対「エコノミー」走行モードとを含む運転者が選択可能なオプションは、実世界試験に対して研究目的と一貫した形で所望通りに選択される。運転者の選択は、次に実験室試験で再現するために記録される。

[0045] 実世界試験の全継続時間の間、車両速度信号１６、アクセルペダル位置又はスロットル位置の信号１８、運転者のブレーキ作用又はブレーキ力の信号２０、クラッチペダル位置信号２１、及びギヤ選択信号５５は、車両速度、アクセルペダル又はスロットル位置、クラッチ及びブレーキ力信号に対して、例えば、５０～１００Ｈｚの適切な周波数ですべて記録される。ＣＡＮバス信号は、十分な周波数で得ることができる場合に、この目的に対して、それ以外に電子制御式動力伝達系に対して理想的であり、信号は、適切なワイヤハーネス位置で信号を直接検出することで容易に得ることができる。一般的に使用される他のデータロギング手段を使用することもできる。

[0046] それぞれがそれ自体の利点及び欠点を有する、車両速度を記録する他の多数の方法がある。例えば、車両のＣＡＮバスを介してアクセス可能な、最新の車両用の車両自体の歯車速度センサを使用するのは簡便な方法である。歯車速度センサが、研究者によってアクセスできない、又は約５０～１００Ｈｚ以上で利用できない場合、或いは、例えば、より古い車両に対して、車両のＣＡＮバスに接続する必要なしに速度測定を実施するのが望ましい場合に、他の方法を使用することができる。

[0047] ＧＰＳは、通常ＰＥＭＳで使用されるが、速度は、十分に高い周波数で更新することができず、高い更新率でのわずかな速度変更については、測定の不確実性が高まる恐れがある。

[0048] 試験車両に取り付け可能な路面レーダシステムは、高い更新率で車両速度を得るための別のオプションであるが、ＧＰＳと同様に、わずかな速度変更は、車両の垂直動作で誘発される誤差によってあいまいになることがある。システムは、道路への入射角が車両依存性の場合に、校正されなければならないことがある。

[0049] 車両速度を高周波数で求める別の方法は、遠隔光センサ、より具体的には、送信機及び受信機の両方が同じハウジングに配置され、光ビームが、可動部に付けられた反射面から反射する逆反射センサを使用することによる。この場合に、反射塗料又はステッカーが車両のタイヤの１つに付けられ、センサは、タイヤの位置に対して静止した車両１のサスペンションのコントロールアームに固定される。速度検出手段からの出力周波数は、タイヤの回転周波数に等しく、車両速度に比例し、比例定数は、公知の方法で容易に求められる。

[0050] 車載の「天候ステーション」は、大気圧、温度、湿度、及び空気速度の測定値が、適切な周波数、例えば、１Ｈｚですべて記録される周囲大気状態の連続更新３０を可能にする。

[0051] ＩＣＥ車両１に対して、任意選択でＰＥＭＳ４を使用して、（炭素収支技術によって）道路試験用の実世界排気管排出物質及び燃費データ１９を収集することができるし、又は他の手段、例えば、燃料流量計（図示せず）を使用して、任意選択の燃料消費データを得ることができる。ＢＥＶ車両１に対して、現場で通常使用される電気手段（図示せず）を使用して、電力消費が実世界走行全体にわたって任意選択で記録される。

[0052] 図３は、実験室試験装置の第１実施形態を示しており、図２に示すように、実世界で前もって試験された車両１は、次に、図３に示すように、温度、気圧、及び湿度制御型環境チャンバ５０に配置された電動シャーシダイナモメータ１０を装備した実験室で試験される。当業者には明らかなように、図を参照して説明する、シャーシダイナモメータでの車両試験のための技術は、当然、エンジンダイナモメータなどでの動力伝達系試験に適用される。

[0053] シャーシダイナモメータ１０は、「速度モード」で制御されるように設定される、すなわち、ダイナモメータロール１２の速度は、車両１の所望の速度を制御信号１６として使用して、ロール１２の所望の速度を時間の関数として設定することで制御される。車両１が、ダイナモメータロール１２を回転させている、又はダイナモメータロール１２の回転に抗している間、車両１によってダイナモメータロール１２に加えられるトルクを示す、ダイナモメータ制御パネル１１からの動トルク出力信号１７も、記録手段（図示せず）を使用して監視及び記録される。

[0054] 通常、ロボットドライバ１３が現場で通常使用されるし、又はそれに代えて、類似の電子信号走行制御手段（図示せず）も使用される。ロボットドライバ１３は、車両との電子的相互作用が不可能である、又は望ましくない場合に、研究者にとってより魅力のあるものとなることができる。例えば、電子信号手段は、電子制御装置と相互作用するために必要な情報へのアクセスに制限がない場合に、車両メーカ又は製造業者にとってより魅力のあるものとなることができる。ロボットドライバ１３は、車両１のアクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダル、及びギヤ選択レバーをプログラム及び適切な連係によって制御することができる。又は、適用可能な場合に、直接電子信号制御手段を使用して、同じ結果に影響を及ぼすことができる。

[0055] 車両１は、実験室での排出物質及び／又はエネルギ効率試験を行うために、電動ダイナモメータロール１２に通常の態様で置かれる。ダイナモメータ１０は、最大で車両タイヤ当たり１つのロールまで任意の数量の独立ロールを有することができる。環境制御型試験セルチャンバ５０の温度、気圧、及び湿度制御装置（図示せず）は、意図された試験状態にするために、所望の値にすべて設定されるか、又は変化する値セットを維持するようにプログラムによる制御下に置かれる。例えば、動的プログラム制御は、特に、実世界試験が様々な標高で行われる場合に、前の実世界試験が置かれた、変化する環境状態を再現するのに望ましい。ＢＥＶの場合に、環境試験セルチャンバ５０の温度だけを制御して所望の固定温度にすれば、又は動的温度スケジュールを使用すれば十分であり得る。

[0056] 大型の可変速ファン１５を使用して、車両１の下及び周囲の空気流をシミュレートする、又はそれに代えて、小型の可変速ファンを使用して、車両１のラジエータに冷気を供給することができる。動的な道路上空気流をシミュレートできる大型のファンは、コールドスタート試験、特に、触媒コンバータ５６を使用する車両１に対して好ましく、それにより、実世界冷却効果が再現される。どちらの場合でも、冷却空気の速度は、天候ステーションで取り込んだ道路上空気速度をシミュレートするために、実世界空気速度又はダイナモメータロール１２速度に、或いはそれらの速度に比例して理想的に制御される。

[0057] 実世界走行時に前もって記録された１００Ｈｚの車両速度データ１６のスケジュールは、実験室試験時にダイナモメータ１０の速度を制御するために使用される。

[0058] 実世界試験時に測定された大気状態３０は、環境試験チャンバ５０を使用してシミュレートされる。ＢＥＶ車両１に対して、試験セル温度だけを制御すれば十分であり得る。環境状態は、適切な場合に、固定値とすることができるし、又は車両速度及び他の車両パラメータとプログラムによって連係させることもでき、そのため、環境状態は、図２にすでに示した実世界試験時に記録された車両動作に適切に対応する。

[0059] この場合に、ダイナモメータロール１２の速度は、実世界走行からの記録された車両速度１６を使用して制御され、一方、マニュアルトランスミッションの場合に、アクセルペダル又はスロットル位置と、ブレーキ作用又はブレーキ力と、クラッチペダルと、トランスミッションギヤセレクタとは、図２に示す実世界走行時に得られた同じ位置又は値３５にすべて制御される。さらに、これらの制御、ダイナモメータ速度、及び他のシミュレートした状態は、時間的に適切にすべて同期されて、実世界試験時に置かれた状態と正確に同じになる。この方法では、車両１のタイヤによってダイナモメータロール１２に加えられるトルクは、きわめて近い近似値まで、同じ車両１が実世界試験時に路面２にすでに加えたトルクに合わせられる。

[0060] 出力ダイナモメータトルク信号１７は、様々なシミュレートした環境状態のもとで行われる次の試験に使用するために、ダイナモメータ制御パネル１１から記録される。

[0061] 標準実験室排出物質測定サンプリング１４又は任意選択でＰＥＭＳ排出物質測定装置４は、ＩＣＥ車両１に対して通常の態様で質量排出物質データを測定するために使用され、エネルギ消費測定は、ＢＥＶ車両１に対して通常の態様で行われる。

[0062] ＰＥＭＳデータ１９又はエネルギ消費データが、実世界走行（図２）時に任意選択で記録された場合に、最初の実験室試験が、図３に示す「検証」試験としての役割を果たすのも望ましい。検証のために、実験室で測定された排出物質及びエネルギ効率のデータは、許容基準セットに対する試験及び方法の妥当度を示すために、実際の実世界試験時に任意選択で得られた、相当する結果と比較することができる。

[0063] 図４を参照して、次いで、同じルート上で動作する同じ車両の排出物質及び／又はエネルギ効率を同じ交通状態であるが異なる環境又は周囲状態で評価する，又は示すために、次のダイナモメータ試験を行うことができる。又は、次の試験は、車両１又は車両の排出物質制御システムの設計変更、動力伝達系の校正の変更、或いは車両１の道路負荷に大きく影響を及ぼさない車両１の任意の変更を評価するためとすることができる。

[0064] 実世界試験とは異なる状態のもとで、そのような補足試験を行うために、ダイナモメータ１０は、もう一度「速度モード」で制御される。しかし、車両１のアクセルペダル、ブレーキペダル、又はスロットル位置は異なって制御される。上記の実世界アクセルペダル位置又は移動１８と同じにするのではなくて、アクセルペダル（スロットル位置）及び／又はブレーキペダルは、フィードバックループを使用して、ロボットドライバ１３又は直接電子手段によって制御され、これは、アクセルペダル又はブレーキペダルの位置の乱れを招くことがある。フィードバックループ用のフィードバック信号は、出力ダイナモメータトルク信号である。達成されるべき動的設定値又は動的目標値は、上記のシミュレートされた実世界試験時に、ダイナモメータ制御パネル１１から記録されたトルクスケジュール１７である。このように車両を制御することで、車両１に対して行われた変更によって、又は同じ交通状態であるが、要望通りの異なる環境状態のもとで、同じ車両を同じルート上で動作させることでもたらされる変化によって生じる車両１の排出物質及び／又はエネルギ効率への影響を評価することが可能である。補足試験は、車両１自体に対する任意の所望する変更（道路負荷に大きな影響を及ぼさない変更）を導入後に行うこともできる。

[0065] この新たな試験方法を使用する場合に、温度、気圧、及び湿度の値のきわめて限定された範囲にわたって行われる単一の道路試験は、広範な周囲状態及び車両設計変更にわたって、同じ車両１の排出物質及び／又はエネルギ効率性能を特性化するための、所望するだけの実験室試験を行うことを可能にするために使用することができる。試験は実験室で行われるので、試験は、きわめて再現性のある態様で行うことができる。車両の道路負荷に大きく影響を及ぼさない排出物質制御又は動力伝達系の校正に対する変更の効果は、そのような変更が行われる前後に、繰返し試験を行うことで評価することができる。

[0066] 様々な所望する大気試験状態のもとでの繰返し試験は、広範な環境状態のもとでの車両１の排出物質及び／又はエネルギ効率を推測するために、上記のように行われる。

[0067] さらに、「検証」試験を行う必要がない場合に、実世界試験に必要とされる装置は、単に、データロガと様々なペダル位置又は運転者によって加えられるペダル踏み力を測定する手段とに過ぎない。

[0068] ＩＣＥを装備した車両を試験する第２実施形態が図５に示されている。より資本集約的な環境試験チャンバを使用するのではなくて、最近、排出物質試験装置メーカで利用可能になった「環境状態シミュレータ」５７が使用されている。これは、標準排出物質試験セル５１の使用を可能にする。外気状態は、可動性でもあり、他の試験セルと共用できる環境状態シミュレータ５７によってシミュレートされる。シミュレータ５７は、吸気ホース２６によって、車両のエンジン３の車両１の吸気システムに接続され、排ガスホース２７によって、車両の排気管２０に接続されており、それにより、シミュレータ５７は、吸気圧及び排気背圧を固定値か、選択値か、又は実世界試験時に記録された状態３０（図２）と同じにするためにプログラムによって制御される動的値かのいずれかに制御し、ダイナモメータロール１２の速度と適切に同期する。吸気の湿度も制御され、ＰＥＭＳ排出物質測定システム４か、又は標準実験室排出物質測定１４のいずれかは、シミュレートした環境状態のもとでの車両の排出物質及び燃費性能を記録に残すようにされる。

[0069] 環境シミュレータ５７を用いた試験は、上記と同じ態様で行われる。可変速ファン２５は、動力伝達系を冷却し、車両の対地速度を使用してか、又は、好ましくは、道路上走行時に天候ステーションを使用して記録された測定済み風速を用いてかのいずれかで制御される。

[0070] 今度も、最初の実験室試験は、検証試験としての役割を果たすことができるし、又は、単に、様々なシミュレータした環境状態のもとでの、又は車両１の設計変更が行われた後の次の試験に使用される、対応する実世界道路負荷トルクを表すトルクスケジュール１７を取り込むようにすることもできる。

[0071] 図６を参照して、様々な環境及び／又は車両設計試験状態のもとでの繰返し試験は、広範な環境及び設計状態のもとでの車両１の排出物質及び／又はエネルギ効率を推測するのに寄与するために、上記のように行われる。実世界道路負荷に対応する前もって取り込んだトルクスケジュール１７は、基準信号として使用され、トルクフィードバックループ用のアクチュエータとしてロボットドライバ１３を使用してスロットルを制御するために、フィーバック信号として使用される出力ダイナモメータトルクと併用される。

[0072] 図７は、装置のさらに別の実施形態を示している。この実施形態は、図５で使用されているシャーシダイナモメータ１０及びダイナモメータロール１２の代わりに、駆動アクスルダイナモメータ３４、３５を使用することを除いて、図５に示す実施形態と同様である。ロック可能なハブベアリング５０、５１を使用する特殊化ホイール３２、３３は、ハブベアリング５０、５１が「ロック解除」位置に設定されたときに、ダイナモメータ入力シャフト３６、３７を駆動するために、駆動アクスルシャフト４５、４６がホイール内で自由に回転するのを可能にするのに使用される。ハブベアリング５０、５１が「ロック」位置に設定されたときに、駆動アクスルシャフトは、特殊化ホイール３２、３３を通常の態様で駆動し、そのため、車両は駆動されて、試験のために所望の場所に移動することができる。

[0073] 試験時に、ダイナモメータ３４、３５の回転速度は、前の実世界試験時に使用されたホイールの直径を踏まえた、シミュレートされる実世界車両速度１６に対応する適切な回転周波数で制御される。

[0074] それ以外では、試験は上記と同じ態様で行われる。図２に示す実世界試験が行われた後、実世界試験からの車両１の制御ペダル位置３５は、環境チャンバ５０か、又は環境状態シミュレータ５７を用いて実世界試験周囲状態をシミュレートしながら車両を制御するのに使用される。ダイナモメータ３４、３５のトルク１７（２つの信号）は記録され、排出物質は任意選択で測定され、所望する場合に、検証するために、上記に説明したのと同じ態様で使用される。

[0075] 図８は、次の実験室試験が、駆動アクスルダイナモメータ３４、３５を使用してどのように行われるかを示している。シミュレートした周囲状態は、試験セルを収容する環境制御型チャンバ５０か、又は上記の環境シミュレータ５７を使用して、対象となる他の所望の値に変えられる。アクセルペダルを実世界試験時と同じペダル位置が得られるように制御するのではなくて、アクセルペダルは、初期の実験室又は検証試験時に、上記のフィードバックループを使用して、ダイナモメータ３４、３５から記録されたのと同じトルクスケジュール１７が得られるようにロボットドライバ１３を用いて制御される。排気ミッション及び／又はエネルギ効率パラメータは、実世界走行時に収集された場合に、試験時に検証目的で測定及び記録される。それ以外に、排ガス及びエネルギ効率パラメータは、どんな変更がシミュレートした環境状態又は車両設計に対して行われようともその効果を検証するために、もとの実験室試験結果と比較される。

[0076] 図７及び図８に示す実施形態は、車両の排出物質又は効率基準よりむしろ、内燃機関又は動力伝達系の構成要素の排出物質又は効率基準を満たすと証明されたエンジン又は構成要素を使用する車両及び機械の典型的な「実世界」排出物質及びエネルギ効率試験を行うのに最も有用であり得る。

[0077] 実世界走行データを量を限定して収集し、そのデータを使用して、実世界トルクスケジュールを取得し、次に実験室で実世界走行をシミュレートする試験プロセスが上記に説明され、図９に示されている。実世界走行時に、ＰＥＭＳ又はエネルギ効率データを収集することで、実世界走行を試験検証目的で使用することも可能になる。

[0078] 実世界車両データを収集し、そのデータを上記の装置及び方法の１つと共に使用することで、車両１（又は車両１の一部分）の排出物質及び／又はエネルギは、広範な環境状態のもとで特性化することができる。車両設計の変更（車両の道路負荷に影響を及ぼさない変更）によって生じる車両（又は車両の一部分）の排出物質性能又はエネルギ効率への効果は、任意の所望のルート又は実世界交通状態セットに対して上記に示したように、ダイナモメータ（例えば、シャーシダイナモメータ、エンジンダイナモメータなど）によって評価することもできる。

[0079] 本明細書に開示したプロセス、方法、又はアルゴリズムは、任意の既存のプログラム可能な電子制御ユニット叉は専用の電子制御ユニットを含むことができる処理装置、コントローラ、又はコンピュータに供与することができ、これらによって実施することができる。同様に、プロセス、方法、又はアルゴリズムは、それらに限定するものではないが、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）装置などの書込み不可能な記憶媒体に永続的に保存される情報と、フロッピーディスク、磁気テープ、コンパクトディスク（ＣＤ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）装置、並びに他の磁気及び光媒体などの書込み可能な記憶媒体に変更可能に保存される情報とを含む任意の形態で、データ、及びコントローラ又はコンピュータで実行可能な命令として保存することができる。プロセス、方法、又はアルゴリズムは、ソフトウェア実行可能物で実施することもできる。或いは、プロセス、方法、又はアルゴリズムは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルアレイ（ＦＰＧＡ）、状態機械、コントローラ、又は他のハードウェア要素若しくは装置などの適切なハードウェア要素、或いはハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェア要素の組み合わせを使用して、全体的に又は部分的に具現化することができる。

[0080] 本明細書で使用される文言は、限定ではなくて説明のための文言であり、当然のことながら、本開示及び特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。

[0081] すでに説明したように、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、明示的に説明又は例示されないこともあるさらなる実施形態を形成することができる。様々な実施形態が、１つ又は他の所望する特性に関して、他の実施形態又は先行技術の実施例よりも利益をもたらす、又は好ましいとして説明されたが、当業者には、１つ又は複数の特徴又は特性は、特定の用途及び実施に依存する、システム全体の所望する属性を得るために犠牲になることがあると分かる。これらの属性には、それらに限定するのものではないが、コスト、強度、耐久性、ライフサイクルコスト、市場性、見た目、実装、大きさ、保守性、重量、製造性、組立の容易さが含まれる。したがって、１つ又は複数の特性に関して、他の実施形態又は先行技術の実施例ほど望ましくないとみなされる実施形態は、本開示の範囲外ではなく、特定の用途に対して望ましい。

Claims (18)

1. 車両の動力伝達系の試験方法であって、
   ダイナモメータ上での第１車両又は第１車両の一部分の第１試験中に、（ｉ）負荷スケジュールに従って、アクセルペダル、アクセルペダル信号、燃料インジェクタ、マニホルド圧、モータコントローラ、又は絞り弁を連係的に制御し、（ｉｉ）前記ダイナモメータが、前記第１車両の、又は前記第１車両の一部分の動力伝達系に動的動力伝達系トルクを発生させる動的トルクを加えるように、速度スケジュールに従って前記ダイナモメータを連係的に制御することと、
   前記動的トルクの履歴を規定する値を記録することと、
   前記ダイナモメータ又は別のダイナモメータ上での前記第１車両、又は前記第１車両の一部分の第２試験中に、或いは前記ダイナモメータ又は別のダイナモメータ上での第２車両の、又は第２車両の一部分の第２試験中に、（ｉｉｉ）前記動的トルクの前記履歴を規定する前記値に従って、アクセルペダル、アクセルペダル信号、燃料インジェクタ、マニホルド圧、モータコントローラ、又は絞り弁を連係的に制御し、（ｉｖ）前記ダイナモメータ又は前記別のダイナモメータが、前記第１車両又は前記第１車両の一部分の動力伝達系に、或いは前記第２車両又は前記第２車両の一部分の動力伝達系に前記動的動力伝達系トルクを再現させる動的トルクを加えるように、前記速度スケジュールに従って、前記ダイナモメータ又は前記別のダイナモメータを連係的に制御することと、を含む、試験方法。
2. 前記第１試験中に、さらに、外気スケジュールに従って、排ガス背圧、吸気湿度、吸気圧、又は吸気温度を連係的に制御することをさらに含む、請求項１に記載の試験方法。
3. 前記第２試験中に、さらに、前記第１試験中に使用した外気スケジュールとは異なる外気スケジュールに従って、排ガス背圧、吸気湿度、吸気圧、又は吸気温度を連係的に制御することをさらに含む、請求項１に記載の試験方法。
4. 前記第２試験を行う前に、前記第１車両又は前記第１車両の一部分の校正を変更することをさらに含む、請求項１に記載の試験方法。
5. 前記校正は、排ガス後処理校正又は動力伝達系校正である、請求項４に記載の試験方法。
6. 前記第２試験を行う前に、前記第１車両又は前記第１車両の一部分の排ガス後処理を変更することをさらに含む、請求項１に記載の試験方法。
7. 前記第２試験を行う前に、前記第１車両又は前記第１車両の一部分の部品を変更することをさらに含む、請求項１に記載の試験方法。
8. 前記第２試験中に、前記アクセルペダルの位置又はブレーキペダルの位置を乱すことをさらに含む、請求項１に記載の試験方法。
9. 車両の動力伝達系の試験方法であって、
   動的動力伝達系トルクが、道路上で第１車両を駆動する第１試験中に、
   負荷スケジュールを規定する前記動的動力伝達系トルクを示す、又は動的運転者トルク要求を示す車両パラメータ値を記録することと、
   速度スケジュールを規定する車両速度又はエンジン速度を記録することと、
   ダイナモメータ上での前記第１車両又は前記第１車両の一部分の第２試験中に、又はダイナモメータ上での第２車両又は第２車両の一部分の第２試験中に、（ｉ）前記負荷スケジュールに従って、アクセルペダル、アクセルペダル信号、燃料インジェクタ、対応するマニホルド、モータコントローラ、又は絞り弁を連係的に制御し、（ｉｉ）前記ダイナモメータが、前記第１車両又は前記第１車両の一部分の動力伝達系に、或いは前記第２車両又は前記第２車両の一部分の動力伝達系に前記動的動力伝達系トルクを再現させる動的トルクを加えるように、前記速度スケジュールに従って前記ダイナモメータを連係的に制御することと、を含む、試験方法。
10. 前記ダイナモメータ又は別のダイナモメータ上での前記第１車両又は前記第１車両の一部分の第３試験中に、或いは前記ダイナモメータ又は別のダイナモメータ上での第２車両又は第２車両の一部分の第３試験中に、（ｉｉｉ）前記動的トルクの前記履歴を規定する値に従って、アクセルペダル、アクセルペダル信号、燃料インジェクタ、対応するマニホルド、モータコントローラ、又は絞り弁を連係的に制御し、（ｉｖ）前記ダイナモメータ又は前記別のダイナモメータが、前記第１車両又は前記第１車両の一部分の前記動力伝達系に、或いは前記第２車両又は前記第２車両の一部分の前記動力伝達系に前記動的動力伝達系トルクを再度再現させる動的トルクを加えるように、前記速度スケジュールに従って、前記ダイナモメータ又は前記別のダイナモメータを連係的に制御することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１試験中に、外気スケジュールを規定する外気湿度、外気温度、又は大気圧を記録することと、
    第２試験中に、さらに、前記外気スケジュールに従って、排ガス背圧、吸気湿度、吸気圧、又は吸気温度を連係的に制御することと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記第１及び第２試験中に、排ガス排出物質、燃費、又は動力駆動系の効率を示すパラメータを記録することと、
    前記第１試験からの前記パラメータを前記第２試験からの前記パラメータと比較することと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記ダイナモメータ又は前記別のダイナモメータ上での前記第１車両又は前記第１車両の一部分の第３試験中に、或いは前記ダイナモメータ又は前記別のダイナモメータ上での前記第２車両又は前記第２車両の一部分の第３試験中に、さらに、前記第２試験中に使用されるのと同じ外気スケジュール、又は異なる外気スケジュールに従って、排ガス背圧、吸気湿度、吸気圧、又は吸気温度を連係的に制御することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記第３試験を行う前に、前記第１車両又は前記第１車両の一部分の校正、或いは前記第２車両又は前記第２車両の一部分の校正を変更することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記校正は、動力伝達系の校正である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第３試験を行う前に、前記第２車両又は前記第２車両の一部分の排ガス後処理又は排ガス後処理校正を変更することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記第３試験を行う前に、前記第２車両又は前記第２車両の一部分の部品を変更することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
18. 前記第３試験中に、前記アクセルペダルの位置又はブレーキペダルの位置を乱すことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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