KR102660853B1 - 시험 장치, 시험 프로세스의 설정 방법 및 스티어링 장치의 시험 방법 - Google Patents

시험 장치, 시험 프로세스의 설정 방법 및 스티어링 장치의 시험 방법 Download PDF

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카즈히로 무라우치
히로유키 미우라
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카즈키 시노하라
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고쿠사이 게이소쿠키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 하나의 태양에 의하면, 공시체인 스티어링 장치의 스티어링 샤프트를 회전 구동 가능한 입력측 구동부와, 상기 입력측 구동부를 제어하고, 소정의 시험 파형에 따라 상기 스티어링 샤프트를 회전 구동시키는 제어부를 갖추고, 상기 제어부가, 상기 스티어링 샤프트의 각도 위치가 이 스티어링 샤프트의 가동 범위의 말단인 끝단 닿음 위치에 도달했을 때, 즉시 이 스티어링 샤프트의 회전 방향을 반전시키는 반전 제어를 실행 가능하게 구성되고, 상기 반전 제어가, 상기 스티어링 샤프트의 각도 위치가 상기 끝단 닿음 위치에 도달했을 때, 그 시점과 동일한 정도의 토크가 되는 것이 예상되는 다음의 제어 포인트로 점프하는 스킵 처리를 포함하는, 시험 장치가 제공된다.

Description

시험 장치, 시험 프로세스의 설정 방법 및 스티어링 장치의 시험 방법{TEST DEVICE, METHOD FOR SETTING TEST PROCESS, AND METHOD FOR TESTING STEERING DEVICE}
본 발명은 시험 장치, 시험 프로세스의 설정 방법 및 스티어링 장치의 시험 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 특허문헌 1(일본 특개 2015-219115호 공보)에 기재되어 있는 바와 같이, 차량의 스티어링 장치(조타 장치)의 내구성 등의 시험을 행하는 시험 장치가 알려져 있다.
스티어링 장치의 내구 시험에 있어서는, 스티어링 샤프트가 가동 범위 전역에 걸쳐 소정의 각속도로 반복하여 왕복 회전 구동된다. 스티어링 샤프트가 소정의 각속도로 구동되면서, 스티어링 장치의 가동 범위의 말단(끝단 닿음 위치)에 도달하면, 랙 엔드가 기어 케이스 등에 격하게 충돌하여, 순간적으로 허용값을 대폭 넘는 하중이 공시체에 가해지는 경우가 있다. 이와 같은 과대한 하중이 공시체에 가해지면, 시험 결과의 타당성이 손상된다.
본 발명의 제1, 제4 및 제5 태양은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 끝단 닿음 위치에 도달했을 때, 공시체에 허용값을 넘는 토크가 가해지지 않도록 스티어링 샤프트를 구동함으로써, 공시체의 보다 적정한 평가를 가능하게 하는 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 스티어링 장치의 시험에 있어서는, 타이 로드에 주는 부하를 정확하게 제어할 필요가 있다. 그러나, 시험 장치 및 공시체인 스티어링 장치의 구조가 복잡할 뿐만아니라, 특히 공시체의 강성이 비교적 낮기 때문에, 부하를 주는 모터의 제어량에 대한 부하의 변화(응답)가 매우 복잡한 것이 된다. 그 때문에, 모터의 제어량의 목표값과 측정값과의 오차(편차)가 비교적 커지기 때문에, 통상의 피드백 제어를 행해도 부하를 충분히 높은 정밀도로 제어하는 것이 어려웠다.
본 발명의 제2 태양은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 스티어링 장치에 주는 부하를 보다 높은 정밀도로 제어 가능하게 함으로써, 공시체의 보다 적정한 평가를 가능하게 하는 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 종래의 스티어링 장치의 시험에서는, 코일 스프링이나 판 스프링 등을 사용한 기계적인 기구에 의해 타이 로드에 부하가 주어지고 있었다. 그 때문에, 부하를 임의의 값으로 설정하는 것이 곤란했다. 또 종래의 기계적으로 부하를 주는 방법에서는, 실제의 차량에 있어서 타이 로드에 가해지는, 타각이나 회전 방향에 따라 변화하는 복잡한 부하를 줄 수 없었다.
본 발명의 제3 태양은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 스티어링 장치에 주어지는 부하의 자유도를 올려, 실제의 차량에 장착된 스티어링 장치에 가해지는 부하에 보다 가까운 부하를 주어, 공시체의 보다 적정한 평가를 가능하게 하는 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 스티어링 장치의 시험은, 시험 조건이 복잡화하고 있어, 시험 조건의 설정 작업이 번잡해지고 있다는 문제가 있었다.
본 발명의 제6 태양은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 시험 조건의 설정을 간략화하는 것을 목적으로 한다.
또한 스티어링 장치의 시험에 있어서는, 공시체의 종류에 따라 시험 장치로의 공시체의 부착 방법이 상이한데, 잘못된 부착 방법을 사용하면, 공시체에 과대한 부하가 가해져, 공시체가 파손될 가능성이 있다는 문제가 있었다.
본 발명의 제7 태양은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 공시체에 주는 부하를 설정값까지 서서히 증가시킴으로써, 공시체에 과대한 부하가 가해지기 전에 시험을 중지할 수 있도록 하여, 부착 방법의 잘못에 의한 공시체의 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 의하면, 공시체인 스티어링 장치의 스티어링 샤프트를 회전 구동 가능한 입력측 구동부와, 입력측 구동부를 제어하는 제어부와, 스티어링 샤프트의 각도 위치를 검출하는 위치 검출 수단을 갖추고, 제어부가, 스티어링 샤프트의 각도 위치가 스티어링 샤프트의 가동 범위의 말단인 끝단 닿음 위치에 도달했을 때, 스티어링 샤프트의 토크의 상한을 규제하도록 입력측 구동부를 제어 가능하게 구성된 시험 장치가 제공된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가, 스티어링 샤프트의 각도 위치를 제어량으로 하는 위치 제어, 및 스티어링 샤프트의 토크를 제어량으로 하는 토크 제어에 의해 스티어링 샤프트의 구동을 제어 가능하며, 스티어링 샤프트의 각도 위치가 끝단 닿음 위치를 포함하는 제1 각도 범위 밖에 있을 때, 위치 제어를 행하고, 스티어링 샤프트의 각도 위치가 제1 각도 범위 내에 도달했을 때, 위치 제어로부터 토크 제어로 전환하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 토크 제어에 있어서, 스티어링 샤프트의 각속도가 소정의 상한을 넘지 않도록 스티어링 샤프트의 회전이 제어되는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 위치 제어로부터 토크 제어로 전환될 때, 토크의 목표값으로 제1 목표 토크가 설정되고, 토크가 제1 목표 토크에 도달하고나서 소정의 지속 시간이 경과했을 때, 토크 제어로부터 위치 제어로 전환되는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 위치 제어로부터 토크 제어로 전환될 때, 토크의 목표값으로 제1 목표 토크가 설정되고, 토크가 제1 목표 토크에 도달했을 때, 토크의 목표값이 제1 목표 토크와는 상이한 제2 목표 토크로 변경되고, 제2 목표 토크에 도달하고나서 소정의 지속 시간이 경과했을 때, 토크 제어로부터 위치 제어로 전환되는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 토크가 제1 목표 토크에 도달하고나서 제2 목표 토크에 도달할 때까지의 동안, 토크가 소정의 속도로 변화하도록 입력측 구동부가 제어되는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 입력측 구동부가, 스티어링 샤프트의 각도 위치를 검출하는 위치 검출 수단과, 스티어링 샤프트의 토크를 검출하는 토크 검출 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 공시체인 스티어링 장치의 타이 로드에 축력으로서 부하를 주는 출력측 구동부와, 부하를 검출하는 부하 검출 수단을 갖추고, 출력측 구동부가 부하를 발생시키는 제1 모터를 갖춘 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 공시체인 스티어링 장치의 타이 로드에 축력으로서 부하를 주는 출력측 구동부와, 부하를 검출하는 부하 검출 수단과, 출력측 구동부를 제어하는 제어부를 갖추고, 출력측 구동부가 부하를 발생시키는 제1 모터를 갖추고, 제어부가 부하의 목표값에 기초하여 제1 모터의 제어량의 목표값을 계산하는 목표값 계산 수단을 갖추고, 목표값 계산 수단이 타이 로드에 동일한 파형의 부하를 반복하여 주는 경우에 있어서, 제1 모터의 제어량의 측정값에 기초하여 제1 모터의 제어량의 목표값을 계산하는 시험 장치가 제공된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 제1 모터의 제어량의 측정값에 기초하여 학습 데이터를 생성하는 학습 데이터 생성 수단을 갖추고, 목표값 계산 수단이 학습 데이터에 기초하여 목표값을 계산하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 목표값 계산 수단이, 부하의 목표값 및 측정값으로부터 부하의 편차를 계산하는 편차 계산 수단과, 부하의 편차로부터 제1 모터의 제어량의 보정값을 계산하는 보정값 계산 수단과, 학습 데이터의 값에 보정값을 더한 값을 제1 모터의 제어량의 목표값으로서 출력하는 보정 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 보정값 계산 수단이 부하를 제1 모터의 제어량으로 변환하는 변환 계수를 부하의 편차에 곱한 것을 보정값으로서 산출하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 학습 데이터 생성 수단이 제1 모터의 제어량의 복수의 측정값을 평균한 것을 학습 데이터로서 생성하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 복수의 제어 포인트로부터 구성되는 제어 사이클을 반복하여 실행하고, 학습 데이터가 제어량의 측정값을 소정의 복수의 제어 포인트에 대해서 평균한 것인 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 소정의 복수의 제어 포인트가, 그 시점에 있어서의 제어의 대상인 대상 제어 포인트에 대응하는 대응 제어 포인트 및 대응 제어 포인트의 근방의 근방 제어 포인트를 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 대응 제어 포인트가 대상 제어 포인트와 동일한 제어 포인트인 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 대상 제어 포인트와 대응 제어 포인트 사이의 위상차가 설정 가능한 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 복수의 제어 포인트로부터 구성되는 제어 사이클을 반복하여 실행하는 경우에 있어서, 학습 데이터가 제어량의 측정값을 가장 가까운 복수의 제어 사이클에 대해서 평균한 것인 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어 포인트마다 학습 데이터를 생성하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 목표값 계산 수단이, 취득된 제1 모터의 제어량의 측정값의 수가 소정 수보다 적은 경우에, 공시체의 스티어링 샤프트의 각속도를 제1 모터의 각속도로 환산한 환산 제어량을 학습 데이터로서 사용하여, 제1 모터의 제어량의 목표값을 계산하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제1 모터의 제어량이 각속도인 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제1 모터의 제어량이 축 토크인 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제1 모터가 서보 모터, 다이렉트 드라이브 모터 및 리니어 모터 중 어느 하나인 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 출력측 구동부가 제1 모터의 각도 위치 및 각속도의 적어도 일방을 검출하는 로터리 인코더를 갖춘 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부의 제어에 의해 공시체의 스티어링 샤프트를 회전 구동하는 입력측 구동부를 갖추고, 입력측 구동부가 스티어링 샤프트의 각도 위치를 검출하는 위치 검출 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 입력측 구동부가 스티어링 샤프트의 토크를 검출하는 토크 검출 수단을 갖추고, 제어부가 공시체의 가동 범위의 중심 위치 θC를 검출하는 중심내기 처리(centering process)를 실행 가능하게 구성되고, 중심내기 처리가, 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달할 때까지 스티어링 샤프트를 일방향으로 회전 구동하는 일방향 구동 스텝과, 일방향 구동 스텝에 의해 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달했을 때의 스티어링 샤프트의 각도 위치 θA를 검출하는 제1 끝단 닿음 위치 검출 스텝과, 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달할 때까지, 스티어링 샤프트를 역방향으로 회전 구동하는 역방향 구동 스텝과, 역방향 구동 스텝에 의해 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달했을 때의 스티어링 샤프트의 각도 위치 θB를 검출하는 제2 끝단 닿음 위치 검출 스텝과, 다음의 수식(1)에 의해 스티어링 샤프트의 가동 범위의 중심 위치 θC를 계산하는 중심 위치 계산 스텝을 포함하는 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제3 태양에 의하면, 공시체인 스티어링 장치의 타이 로드에 축력으로서 부하를 주는 출력측 구동부와, 공시체의 스티어링 샤프트의 각도 위치를 검출하는 위치 검출 수단과, 출력측 구동부를 제어하는 제어부를 갖추고, 제어부가 각도 위치에 따라 부하를 주도록 출력측 구동부를 제어하는 시험 장치가 제공된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 각도 위치에 대하여 부하가 단조로 증가 또는 감소하도록 출력측 구동부를 제어하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 각도 위치에 대한 부하의 변화율이 일정하게 되도록 출력측 구동부를 제어하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 스티어링 샤프트의 회전 방향에 따라 각도 위치와 부하와의 관계가 전환되도록 출력측 구동부를 제어하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 출력측 구동부가 타이 로드의 이동 방향과 역방향으로 부하를 주는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가, 출력측 구동부가 공시체의 좌우 일방측의 타이 로드에 접속된 경우에 있어서, 스티어링 샤프트의 회전 방향이 일방측으로 조타하는 방향일 때, 좌우 타방향측으로 조타하는 방향일 때보다, 스티어링 샤프트의 회전 각도에 대한 부하의 변화율이 커지도록 출력측 구동부를 제어하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 스티어링 샤프트의 토크를 검출하는 토크 검출 수단과, 스티어링 샤프트의 회전 방향을 검출하는 회전 방향 검출 수단을 갖추고, 제어부가, 스티어링 샤프트의 토크의 방향과 회전 방향이 합치하고 있지 않은 경우에는, 타이 로드에 부하가 가해지지 않도록 출력측 구동부를 제어하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가, 토크의 허용 범위의 상한의 설정값인 토크 상한값 및 토크 상한값과는 상이한 토크의 설정값을 나타내는 제1 지표의 입력을 접수 가능한 토크 설정값 접수 수단과, 토크 설정값 접수 수단에 의해 접수된 토크 상한값 및 제1 지표에 기초하여 토크의 설정값을 계산하는 토크 설정값 계산 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제1 지표가 토크 상한값에 대한 토크의 설정값의 비이며, 토크 설정값 계산 수단이 토크 상한값에 제1 지표를 곱한 것을 토크의 설정값으로서 산출하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 스티어링 샤프트를 구동하는 제2 모터를 갖추고, 제어부가 토크의 설정값에 기초하여 제2 모터의 지령값을 계산하는 지령값 계산 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 중심내기 처리를 실행 가능하게 구성되고, 중심내기 처리가, 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달할 때까지 스티어링 샤프트를 일방향으로 회전 구동하는 일방향 구동 스텝과, 일방향 구동 스텝에 의해 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달했을 때의 스티어링 샤프트의 각도 위치 θA를 검출하는 제1 끝단 닿음 위치 검출 스텝과, 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달할 때까지, 스티어링 샤프트를 역방향으로 회전 구동하는 역방향 구동 스텝과, 역방향 구동 스텝에 의해 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달했을 때의 스티어링 샤프트의 각도 위치 θB를 검출하는 제2 끝단 닿음 위치 검출 스텝과, 다음의 수식(1)에 의해 스티어링 샤프트의 가동 범위의 중심 위치 θC를 계산하는 중심 위치 계산 스텝을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 중심내기 처리가 스티어링 샤프트를 중심 위치 θC까지 회전 구동하는 중심 위치 이동 스텝을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 출력측 구동부가 타이 로드의 이동 방향과 직교하는 회전축의 둘레에 회전 구동되는 가동대를 갖추고, 가동대의 회전축으로부터 떨어진 개소에, 타이 로드의 로드 엔드를 부착 가능한 부착 구조가 설치된 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 가동대가, 회전축과 대략 직교하는 전후 방향으로 뻗고, 회전축을 포함하는 평면에 대하여 서로 대칭으로 형성된 한 쌍의 아암을 갖추고, 타이 로드가 한 쌍의 아암의 일방에 부착되는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 극성 체크 처리를 실행 가능하게 구성되고, 극성 체크 처리가, 공시체의 종류가 프론트 스티어용 및 리어 스티어용의 어느 쪽인지에 대한 입력을 접수하는 입력 접수 스텝과, 가동대의 각도 위치를 검출하는 제1 출력측 위치 검출 스텝과, 스티어링 샤프트를 소정의 회전 방향으로 소정의 회전 각도만큼 회전 구동하는 구동 스텝과, 구동 스텝 후의 가동대의 각도 위치를 검출하는 제2 출력측 위치 검출 스텝과, 제1 출력측 위치 검출 스텝 및 제2 출력측 위치 검출 스텝의 검출 결과에 기초하여 구동 스텝에 있어서의 가동대의 회전 방향을 판정하는 회전 방향 판정 스텝과, 스티어링 샤프트의 회전 방향과 가동대의 회전 방향과의 관계가, 공시체의 종류와 합치하고 있는지 여부를 판정하는 극성 판정 스텝을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 극성 체크 처리가, 구동 스텝 전에 스티어링 샤프트의 토크의 상한의 설정값인 토크 상한값을 내리는 토크 상한값 저감 스텝과, 구동 스텝 후에 토크 상한값을 원래의 값으로 되돌리는 토크 상한값 복원 스텝을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 속도 전달비 검출 처리를 실행 가능하게 구성되고, 속도 전달비 검출 처리가, 스티어링 샤프트를 그 가동 범위의 대략 전역에 걸쳐 회전 구동하는 전역 회전 구동 스텝과, 전역 회전 구동 스텝에 있어서, 스티어링 샤프트의 가동 범위의 대략 전역에 걸친 소정 간격의 복수의 각도 위치에 대해서 가동대의 각도 위치를 검출하는 전역 출력측 위치 검출 스텝과, 전역 출력측 위치 검출 스텝에 있어서의 검출 결과에 기초하여, 복수의 각도 위치에서 구획지어진 스티어링 샤프트의 가동 범위의 각 구간에 있어서의 스티어링 샤프트의 회전 각도에 대한 가동대의 회전 각도의 비인 속도 전달비를 계산하는 속도 전달비 계산 스텝을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 전역 회전 구동 스텝에 있어서, 스티어링 샤프트를 소정 간격으로 간헐적으로 구동하고, 전역 출력측 위치 검출 스텝에 있어서, 스티어링 샤프트가 소정 간격 회전 구동될 때마다 가동대의 각도 위치를 검출하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 속도 전달비 계산 스텝에서 계산된 각 구간의 속도 전달비의 값에 기초하여, 스티어링 샤프트의 각도 위치와 속도 전달비와의 관계를 나타내는 계산식을 결정하는 피팅 스텝을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가, 부하의 허용 범위의 상한의 설정값인 부하 상한값 및 부하 상한값과는 상이한 부하의 설정값을 나타내는 제2 지표를 접수 가능한 부하 설정값 접수 수단과, 부하 설정값 접수 수단에 의해 접수된 부하 상한값 및 제2 지표에 기초하여 부하의 설정값을 계산하는 부하 설정값 계산 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제2 지표가 부하 상한값에 대한 부하의 설정값의 비이며, 부하 설정값 계산 수단이 부하 상한값에 제2 지표를 곱한 것을 부하의 설정값으로서 출력하는 구성으로 해도 된다.
상기한 시험 장치에 있어서, 제어부가 부하의 설정값에 기초하여 제1 모터의 제어량의 목표값을 계산하는 목표값 계산 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제4 태양에 의하면, 공시체인 스티어링 장치의 스티어링 샤프트를 회전 구동 가능한 입력측 구동부와, 입력측 구동부에 의한 스티어링 샤프트의 회전 구동을 제어하는 제어부를 갖추고, 제어부가, 스티어링 샤프트의 각도 위치가 스티어링 샤프트의 가동 범위의 말단인 끝단 닿음 위치에 도달했을 때, 즉시 스티어링 샤프트의 회전 방향을 반전시키는 반전 제어를 실행 가능하게 구성되고, 반전 제어가, 스티어링 샤프트의 각도 위치가 끝단 닿음 위치에 도달했을 때, 그 시점과 동일한 정도의 토크가 되는 것이 예상되는 다음의 제어 포인트로 점프하는 스킵 처리를 포함하는, 시험 장치가 제공된다.
본 발명의 제5 태양에 의하면, 공시체인 스티어링 장치의 스티어링 샤프트를 회전 구동 가능한 입력측 구동부와, 입력측 구동부에 의한 스티어링 샤프트의 회전 구동을 제어하는 제어부를 갖추고, 제어부가, 스티어링 샤프트의 각도 위치가 스티어링 샤프트의 가동 범위의 말단인 끝단 닿음 위치에 도달했을 때 스티어링 샤프트의 회전 방향을 반전시키는 반전 제어를 실행 가능하게 구성되고, 반전 제어가, 스티어링 샤프트의 토크가 소정값을 넘었을 때, 스티어링 샤프트의 각도 위치의 목표값이 그 시점에 있어서의 값과 동일한 정도까지 내려가는 다음의 제어 포인트로 점프하는 스킵 처리를 포함하는, 시험 장치가 제공된다.
본 발명의 제6 태양에 의하면, 시간과 함께 변화하는 시험 프로세스를 설정하는 방법에 있어서, 시험 프로세스를 모듈화 및 계층화하여 설정하는, 시험 프로세스의 설정 방법이 제공된다.
상기한 설정 방법에 있어서, 시험 프로세스가 순차 실행되는 복수의 프로세스 모듈을 포함하고, 프로세스 모듈이 시험 프로세스의 일부를 정의하는 구성으로 해도 된다.
상기한 설정 방법에 있어서, 프로세스 모듈이, 시험 프로세스의 기본 단위를 정의하는 제1층의 프로세스 모듈과, 복수의 제1층의 프로세스 모듈을 포함하는 제2층의 프로세스 모듈을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 설정 방법에 있어서, 프로세스 모듈이, 적어도 하나의 제2층의 프로세스 모듈을 포함하는, 제1층 또는 제2층의 프로세스 모듈을 복수 포함하는 제3층의 프로세스 모듈을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 설정 방법에 있어서, 프로세스 모듈의 전구간에 적용되는 리미트인 글로벌 리미트의 설정과, 프로세스 모듈의 일부의 구간에 한정적으로 적용되는 리미트인 로컬 리미트의 설정을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 설정 방법에 있어서, 복수의 구간에 대해서 로컬 리미트의 설정이 가능한 구성으로 해도 된다.
상기한 설정 방법에 있어서, 리미트가 상한값 및 하한값을 포함하는 구성으로 해도 된다.
상기한 설정 방법에 있어서, 리미트가 다음의 (a) 내지 (d)의 적어도 하나를 포함하는 구성으로 해도 된다.
(a)공시체의 스티어링 샤프트의 회전의 각도 위치
(b)공시체의 스티어링 샤프트에 가해지는 토크
(c)너클 아암에 상당하는 시험 장치의 아암의 선회의 각도 위치
(d)공시체의 타이 로드에 가해지는 부하
상기한 설정 방법에 있어서, 로컬 리미트가 글로벌 리미트에 대한 상대값으로서 설정되는 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제7 태양에 의하면, 공시체에 주는 축력인 부하를 설정값까지 서서히 증가시키는 슬로우 업 순서를 포함하는, 스티어링 장치의 시험 방법이 제공된다.
상기한 시험 방법에 있어서, 설정된 횟수로 부하를 단계적으로 증가시키는 구성으로 해도 된다.
본 발명의 제1, 제4 및 제5 태양에 의하면, 끝단 닿음 위치에 도달했을 때 공시체에 허용값을 넘지 않는 소정의 토크가 가해지도록 스티어링 샤프트를 구동 함으로써, 공시체의 보다 적정한 평가가 가능하게 된다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 스티어링 장치에 주는 부하를 보다 높은 정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되고, 이것에 의해 공시체의 보다 적정한 평가가 가능하게 된다.
본 발명의 제3 태양에 의하면, 스티어링 장치에 주어지는 부하의 자유도가 향상되어, 실제의 차량에 장착된 스티어링 장치에 가해지는 것에 보다 가까운 부하를 주는 것이 가능하게 되고, 그것에 의해 공시체의 보다 적정한 평가가 가능하게 된다.
본 발명의 제6 태양에 의하면, 스티어링 장치의 복잡한 시험 조건을 보다 효율적으로 설정하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제7 태양에 의하면, 공시체에 과대한 부하가 가해지기 전에 시험을 중지시킬 수 있기 때문에, 시험 장치로의 공시체의 부착 방법의 잘못에 의한 공시체의 파손을 방지하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 시험 장치의 외관도이다.
도 2는 공시체를 시험 장치의 각 부에 접속한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 입력측 구동부의 외관도이다.
도 4는 입력측 구동부의 외관도이다.
도 5는 지주부의 측면도이다.
도 6은 칼럼대의 외관도이다.
도 7은 출력측 구동부의 주요 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 출력측 구동부의 외관도이다.
도 9는 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 시험 장치의 기동 후에 표시되는 메뉴 화면이다.
도 11은 시험 조건 설정 처리에 있어서 표시되는 설정 화면이다.
도 12는 프로세스 모듈의 네스팅 구조를 설명하는 도면이다.
도 13은 전개 시퀸스 테이블의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 시험 그룹 설정 서브루틴의 실행중에 표시되는 설정 화면이다.
도 15는 시험 블록 설정 서브루틴의 실행중에 표시되는 설정 화면이다.
도 16은 파형 패턴 설정 서브루틴의 실행중에 표시되는 설정 화면이다.
도 17은 파형 패턴 편집 화면의 개략 구성을 나타낸 도면이다.
도 18은 리미트 설정 화면의 개략 구성을 나타낸 도면이다.
도 19는 스티어링 장치의 내구 시험의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 20은 극성 체크 처리의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 21은 중심내기 처리의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 22는 속도 전달비 검출 처리의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 23은 기본 구동 제어의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 24는 입력축 제어(위치 제어)의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 25는 부하 제어의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 26은 슬로우 업 처리의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 27은 슬로우 업 처리에 의한 부하율의 변화의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 28은 부하 제어의 변형예의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 29는 부하 제어의 변형예의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 30은 스프링 부하 제어의 실시예 1에 있어서의 스티어링 샤프트의 각도 위치와 부하와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 31은 스프링 부하 제어의 실시예 2에 있어서의 스티어링 샤프트의 각도 위치와 부하와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 32는 스프링 부하 제어의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 33은 가진 제어의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 34는 끝단 닿음 제어의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 35는 끝단 닿음 제어의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 36은 입력축 제어(토크 제어)의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 37은 반전 제어의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 38은 반전 제어의 동작을 설명하기 위한 그래프(입력축 시험 파형)이다.
도 39는 스킵 처리의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 40은 점프처 탐색 처리의 변형예의 동작을 설명하기 위한 그래프(입력축 시험 파형)이다.
도 41은 점프처 탐색 처리의 변형예의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 하나의 실시형태에 대해 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서, 동일한 또는 대응하는 사항에는 동일한 또는 대응하는 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다. 또 각 도면에 있어서, 부호가 공통되는 사항이 복수 표시되는 경우에는, 반드시 그들 복수의 표시 전부에 부호를 붙이지는 않고, 그들 복수의 표시의 일부에 대해서 부호의 부여를 적절히 생략한다. 또 좌우에 한 쌍이 설치된 구성에 대해서는, 원칙적으로 좌측의 구성에 대해 설명하고, 우측의 구성에 대해서는 각괄호를 씌워 병기하고, 중복되는 설명을 생략한다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따른 시험 장치(1)(소위 「스티어링 시험 장치」)는 자동차 등의 차량용의 스티어링 장치를 시험하는 것이 가능한 장치이다. 시험 장치(1)를 사용하여, 승용차, 트럭, 버스 및 트레일러 등의 특수 차량의 스티어링 장치의 시험을 행할 수 있다.
도 1은 시험 장치(1)의 외관도이다. 또한 이하의 설명에 있어서, 도 1에 있어서의 우상측으로부터 좌하측을 향하는 방향을 X축 방향, 좌상측으로부터 우하측을 향하는 방향을 Y축 방향, 하측으로부터 상측을 향하는 방향을 Z축 방향으로 정의한다. X축 방향 및 Y축 방향은 서로 직교하는 수평 방향이며, Z축 방향은 연직 방향이다. 또한 X축 방향은 공시체(W)인 스티어링 장치가 부착되는 차량의 주행 방향에 상당하고, X축 양의 방향을 「전방」, X축 음의 방향을 「후방」, Y축 양의 방향을 「좌」, Y축 음의 방향을 「우」라고 부른다.
도 2는 공시체(W)가 시험 장치(1)에 부착된 상태를 나타낸 개략도이다. 시험 장치(1)는 공시체(W)인 스티어링 장치의 좌우의 타이 로드(W4)에 축력(부하 L)을 주면서, 스티어링 샤프트(W1)를 회전시켜, 스티어링 장치의 성능이나 내구성을 시험하는 것이 가능한 장치이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 시험 장치(1)는 가대(10), 입력측 구동부(20), 입력측 구동부(20)를 지지하는 지주부(30), 칼럼대(40), 칼럼대(40)를 지지하는 지주부(50), 좌우 한 쌍의 출력측 구동부(60(60L, 60R)) 및 테이블(70)을 갖추고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 입력측 구동부(20)는 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)와 접속되어, 스티어링 샤프트(W1)를 회전 구동시킨다. 또 출력측 구동부(60L, 60R)는 공시체(W)의 좌우의 타이 로드(W4)와 각각 접속되어, 타이 로드(W4)에 부하 L을 준다. 칼럼대(40)에는 공시체(W)의 스티어링 칼럼(W2)이 부착되고, 테이블(70)에는 공시체(W)의 스티어링 기어 박스(W3)가 부착된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 지주부(30, 50), 출력측 구동부(60L, 60R) 및 테이블(70)은 가대(10) 상에 설치되어 있다. 또 입력측 구동부(20)는 지주부(30)에 부착되고, 칼럼대(40)는 지주부(50)에 부착되어 있다.
가대(10)는 전방에 배치된 고정 프레임(11)과, 고정 프레임(11)의 후방에 배치된 고정 프레임(12)과, 고정 프레임(12) 상에 배치된 좌우 한 쌍의 가동 프레임(15(15L, 15R))을 갖추고 있다. 고정 프레임(11) 상에는 중앙부에 테이블(70)의 좌우 한 쌍의 베이스(71)가 부착되고, 테이블(70)을 사이에 끼우고 좌우 양측에 한 쌍의 출력측 구동부(60L, 60R)의 베이스(611b)가 부착되어 있다. 우측의 가동 프레임(15R) 상에는 지주부(50)의 베이스(51)가 부착되고, 좌측의 가동 프레임(15L) 상에는 지주부(30)의 베이스(31)가 부착되어 있다.
고정 프레임(11)의 상면에는 테이블(70)을 사이에 끼우고 좌우 양측에 Y축 방향으로 뻗는 복수의 T홈(111)이, 좌우 중앙에는 X축 방향으로 뻗는 복수의 T홈(112)이 형성되어 있다. 고정 프레임(12)의 상면에는 Y축 방향으로 뻗는 복수의 T홈(121)이 형성되어 있다. 또 각 가동 프레임(15)의 상면에도 X축 방향으로 뻗는 복수의 T홈(151)이 형성되어 있다. 각 T홈(111, 112, 121 및 151)에는 각각 복수의 T홈 너트(도시하지 않음)가 끼워넣어져 있다.
또 각 고정 프레임(11, 12) 및 각 가동 프레임(15L, 15R)에는 각 T홈(111, 112, 121 및 151)과 평행하게 이송 나사 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
각 가동 프레임(15)은 각 T홈(121)에 끼워넣어진 T홈 너트와 볼트(도시하지 않음)에 의해 고정 프레임(12)에 고정되어 있다. 이 볼트를 느슨하게 하여, T홈(121)과 평행하게 설치된 이송 나사 기구를 움직임으로써, 가동 프레임(15)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 조정할 수 있다.
각 출력측 구동부(60)의 베이스(611b)는 각 T홈(111)에 끼워넣어진 T홈 너트와 볼트(도시하지 않음)에 의해 고정 프레임(11)에 고정되어 있다. 이 볼트를 느슨하게 하여, T홈(111)과 평행하게 설치된 이송 나사 기구를 움직임으로써, 각 출력측 구동부(60)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 조정할 수 있다.
테이블(70)의 각 베이스(71)는 각 T홈(112)에 끼워넣어진 T홈 너트와 볼트(도시하지 않음)에 의해 고정 프레임(11)에 고정되어 있다. 이 볼트를 느슨하게 하여, T홈(112)과 평행하게 설치된 이송 나사 기구를 움직임으로써, 테이블(70)의 X축 방향에 있어서의 위치를 조정할 수 있다.
지주부(30)의 베이스(31) 및 지주부(50)의 베이스(51)는 각각 가동 프레임(15)의 T홈(151)에 끼워넣어진 T홈 너트와 볼트(도시하지 않음)에 의해 가동 프레임(15)에 고정되어 있다. 이 볼트를 느슨하게 하여, T홈(151)과 평행하게 설치된 이송 나사 기구를 움직임으로써, 각 지주부(30 및 50)의 X축 방향에 있어서의 위치를 조정할 수 있다.
즉, 공시체(W)의 형상이나 사이즈에 따라, 지주부(30)(입력측 구동부(20)) 및 지주부(50)(칼럼대(40))의 전후좌우의 위치, 각 출력측 구동부(60)의 좌우의 위치, 및 테이블(70)의 전후의 위치가 조정 가능하게 되어 있다.
도 3 및 도 4는 지주부(30)에 부착된 입력측 구동부(20)를 나타낸 도면이며, 도 5는 지주부(30)(단, 후술하는 승강부(36)를 제외한다.)의 측면도이다. 지주부(30)는 베이스(31)와, 회전 스테이지(32)와, 직선 스테이지(33)와, 회전 기둥(34)과, 회전 기둥(34)에 승강 가능하게 부착된 승강부(36)(도 3, 도 4)를 갖추고 있다. 승강부(36)에는 입력측 구동부(20)가 부착되어 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 회전 스테이지(32)는 베이스(31)에 고정된 원통 형상의 통부(321)와, 통부(321) 내에 회전 가능하게 끼워넣어진 원기둥 형상의 기둥부(322)를 갖추고 있다.
직선 스테이지(33)는 그 하면의 슬라이드 방향(도시하는 배치에 있어서는 Y축 방향)에 있어서의 일단부에서 회전 스테이지(32)의 기둥부(322)의 상단부에 고정된 고정 블록(331)과, 고정 블록(331)에 대하여 상기한 슬라이드 방향으로 슬라이드 가능한 가동 블록(332)을 갖추고 있다.
회전 기둥(34)은 직선 스테이지(33)의 가동 블록(332) 상에 세워진 원기둥 형상의 기둥부(342)와, 기둥부(342)와 회전 가능하게 끼워맞추는 원통 형상의 통부(341)와, 통부(341)의 측면에 축과 평행하게 부착된 랙(343)을 갖추고 있다. 회전 스테이지(32)와 회전 기둥(34)은 각각 회전축을 연직을 향하게 하여, 직선 스테이지(33)를 통하여 편심하여 연결되어 있다. 서로 편심하여 연결된 회전 스테이지(32)와 회전 기둥(34)을 회전시켜, 직선 스테이지(33)를 슬라이드시킴으로써, 회전 기둥(34)의 통부(341)에 부착된 승강부(36)(및 승강부(36)에 부착된 입력측 구동부(20))의 Z축 둘레의 방향과 X축 및 Y축 방향에 있어서의 위치의 조정이 가능하게 되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 승강부(36)는 회전 기둥(34)의 통부(341)와 상하로 슬라이드 가능하게 끼워맞추는 본체부(361)와, 본체부(361)와 회전 가능하게 끼워맞춘 수평 방향으로 뻗는 샤프트(362)와, 샤프트(362)의 선단부에 부착된 회전부(363)를 갖추고 있다. 승강부(36)의 본체부(361)에는 랙(343)과 맞물리는 피니언(도시하지 않음)을 포함하는 기어 기구(361g)가 설치되어 있다. 기어 기구(361g)의 입력축과 결합한 핸들(361a)을 돌리면, 피니언이 회전하고, 승강부(36)가 회전 기둥(34)을 따라 연직 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 승강부(36)에 부착된 입력측 구동부(20)의 높이를 조정하는 것이 가능하게 되어 있다.
승강부(36)의 본체부(361)는 샤프트(362)를 중심축의 둘레에 회전시키는 회전 기구(도시하지 않음)를 갖추고 있다. 회전 기구에 접속된 핸들(도시하지 않음)을 돌리면, 샤프트(362)와 함께 회전부(363) 및 입력측 구동부(20)가 회전하고, 이것에 의해 입력측 구동부(20)의 수평축 회전의 기울기를 조정하는 것이 가능하게 되어 있다.
승강부(36)의 회전부(363)(도 3, 도 4)는 샤프트(362)(도 3)의 선단부에 고정된 고정 프레임(363a)과, 입력측 구동부(20)가 부착되는 가동 프레임(363b)과, 고정 프레임(363a)과 가동 프레임(363b)을 샤프트(362)에 수직인 일방향으로 슬라이드 가능하게 연결하는 슬라이드 기구(364)를 갖추고 있다. 슬라이드 기구(364)는 가동 프레임(363b)의 슬라이드를 안내하는 한 쌍의 레일(364a)(도 4)과, 가동 프레임(363b)을 슬라이드시키는 이송 나사 기구(364b)(도 3)를 갖추고 있다. 이송 나사 기구(364b)의 이송 나사와 결합한 핸들(도시하지 않음)을 돌리면, 이송 나사 기구(364b)에 의해, 입력측 구동부(20)가 부착된 회전부(363)의 가동 프레임(363b)이 샤프트(362)와 수직인 일방향(보다 구체적으로는 입력측 구동부(20)에 접속되는 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 축 방향)으로 이동한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 입력측 구동부(20)는 서보 모터(21)와, 서보 모터(21)의 출력의 회전수를 감속시키는 옵션인 감속기(22)와, 출력 토크를 검출하는 토크 센서(23)(토크 검출 수단)와, 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)가 부착되는 척(24)(출력축)을 갖추고 있다.
도 6은 지주부(50)에 부착된 칼럼대(40)를 나타낸 도면이다. 지주부(50)는 지주(55)와, 지주(55)에 승강 가능하게 부착된 승강부(56)와, 승강부(56)의 승강을 안내하는 직선 가이드부(52)와, 승강부(56)를 승강시키는 구동부(54)를 갖추고 있다.
직선 가이드부(52)는 지주(55)의 상단에 수평으로 부착된 상판(521)과, 지주(55)의 하부에 수평으로 부착된 하판(522)과, 상판(521)과 하판(522)을 연결하는 3개의 가이드 로드(523)(도 6에는 2개만 나타나 있다.)를 갖추고 있다. 승강부(56)에는 각 가이드 로드(523)와 슬라이드 가능하게 끼워맞추는 상하로 뻗은 3개의 홈(561)이 형성되어 있다. 3세트의 가이드 로드(523)와 홈(561)의 끼워맞춤에 의해, 승강부(56)의 가동 방향이 상하 방향만으로 규제되어 있다.
구동부(54)는 직선 가이드부(52)의 상판(521)과 하판(522)을 연결하는 웜(542)과, 승강부(56)에 부착된 기어 박스(544)를 갖추고 있다. 기어 박스(544)는 웜(542)과 맞물리는 웜 휠(도시하지 않음)과, 웜 휠과 연결한 핸들(도시하지 않음)을 갖추고 있다. 이 핸들을 돌리면, 웜 휠이 회전하고, 구동부(54) 및 승강부(56)가 승강된다.
승강부(56)는 칼럼대(40)를 수평인 축의 회전으로 회전시키는 회전 기구(562)(치차 기구)를 갖추고 있고, 칼럼대(40)는 회전 기구(562)의 수평으로 뻗는 샤프트(562b)(출력축)에 부착되어 있다. 회전 기구(562)의 입력축에 결합한 핸들(562a)을 돌리면, 샤프트(562b)가 감속되어 회전하고, 샤프트(562b)에 부착된 칼럼대(40)의 기울기가 변한다.
도 7 및 도 8은 우측의 출력측 구동부(60R)를 나타낸 도면이다. 도 7은 출력측 구동부(60R)의 주요 구조를 전방으로부터 본 도면이며, 도 8은 출력측 구동부(60R)를 좌측으로부터 본 외관도이다. 또 도 7 및 도 8에 있어서, 설명의 편의상, 출력측 구동부(60R)의 구성의 일부에 대해서 도시를 생략하고 있다.
출력측 구동부(60)는 프레임(61)(도 8), 서보 모터(62), 옵션인 감속기(63), 토크 센서(64), 볼 스플라인(65), 가동대(66), 서보 모터(67)(도 7) 및 직동 기구(68)(도 7)를 갖추고 있다. 볼 스플라인(65)은 스플라인축(651)과 너트(652)를 갖추고 있다. 스플라인축(651)과 너트(652)는 축 방향으로 슬라이드 가능하게 끼워맞추고 있다. 또한 토크 센서(64)는 서보 모터(62)가 발생시키고, 옵션인 감속기(63)에 의해 증폭된 토크를 검출하는 토크 검출 수단의 일례이다.
스플라인축(651)은 토크 센서(64)를 통하여 감속기(63)의 출력축에 접속되어 있다. 스플라인축(651)은 감속기(63)에 의해 감속된 서보 모터(62)의 출력에 의해 회전 구동된다. 스플라인축(651)과 끼워맞춘 너트(652)도 스플라인축(651)과 함께 회전 구동된다. 볼 스플라인(65)에 가해지는 토크는 토크 센서(64)에 의해 검출된다. 직동 기구(68)에 의해, 공시체(W)의 타이 로드(W4)가 부착되는 가동대(66)의 높이가 조정 가능하게 되어 있다. 직동 기구(68)는 서보 모터(67)에 의해 구동된다. 직동 기구(68)의 구성에 대해서는 후술한다.
가동대(66)는 스티어링 장치가 설치되는 차량에 있어서 조타륜의 차축을 지지하는 스티어링 너클에 대응하는 부분이며, 가동대(66)의 하부에는 볼 스플라인(65)의 축(즉, 가동대(66)의 회전축)과 대략 직교하는 전후 방향으로 뻗는 한 쌍의 아암(661)이 설치되어 있다. 한 쌍의 아암(661)은 전방으로 뻗는 전방 아암(661f)과, 후방으로 뻗는 후방 아암(661r)을 포함한다. 전방 아암(661f)과 후방 아암(661r)은 가동대(66)의 회전축을 포함하는 평면에 대하여 서로 대칭으로, 또 가동대(66)의 회전축에 대해서도 대략 대칭으로 형성되어 있다. 아암(661)은 차량의 너클 아암에 상당하는 부분이며, 공시체(W)의 타이 로드(W4)의 로드 엔드가 부착된다. 서보 모터(62)에 의해 가동대(66)에 토크가 가해지면, 공시체(W)의 타이 로드(W4)에 축력으로서 부하 L이 주어진다.
또 실제의 차량에 있어서는, 스티어링 장치의 타이 로드(W4)가 부착되는 스티어링 너클은 서스펜션에 의해 지지되기 때문에, 주행시에 차량의 프레임에 대하여 상하동한다. 즉, 실제의 차량에 부착된 스티어링 장치에는 주행시에 스티어링 너클에 의해 동적인 뒤틀림이 주어진다. 서보 모터(67) 및 직동 기구(68)에 의해 가동대(66)를 상하동시킴으로써, 차량 주행시와 마찬가지의 동적인 뒤틀림을 공시체(W)에 주는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 실제의 차량에 부착된 상태에 보다 가까운 시험 조건으로 공시체(W)를 시험하여, 공시체(W)를 보다 적정하게 평가하는 것이 가능하게 된다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 프레임(61)은 고정 프레임(11) 상에 부착된 하부 프레임(611)과, 하부 프레임(611)의 상판(611a)에 부착된 상부 프레임(612)을 갖추고 있다. 하부 프레임(611)의 상판(611a)에는 감속기(63) 및 서보 모터(67)(도 7)가 부착되어 있다.
도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 직동 기구(68)는 하부 프레임(611)에 고정된 상측 프레임(681) 및 하측 프레임(682)과, 상측 프레임(681)과 하측 프레임(682) 사이에 배치된 상하로 이동 가능한 가동 프레임(683)과, 가동 프레임(683)의 상하의 이동을 안내하는 슬라이드 가이드(684)(도 7)와, 가동 프레임(683)을 구동하는 이송 나사 기구(685)(도 7)를 갖추고 있다.
도 7에 나타내는 슬라이드 가이드(684)는 수직으로 세워진 로드(684a)와, 로드(684a)와 슬라이드 가능하게 끼워맞추는 부시(684b)를 갖추고 있다. 부시(684b)는 예를 들면 미끄럼 베어링 또는 볼이나 롤러 등의 전동체를 갖춘 구름 베어링이다. 로드(684a)는 상단부에 있어서 상측 프레임(681)에 고정되고, 하단부에 있어서 하측 프레임(682)에 고정되어 있다. 또 부시(684b)는 가동 프레임(683)에 고정되어 있다.
도 7에 나타내는 이송 나사 기구(685)는 수직으로 세워진 볼 나사(685a)와, 볼 나사(685a)와 끼워맞추는 너트(685b)를 갖추고 있다. 볼 나사(685a)는 상단부에 있어서 상측 프레임(681)에 설치된 베어링(681b)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 하단부에 있어서 하측 프레임(682)에 설치된 베어링(682b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 또 너트(685b)는 가동 프레임(683)에 고정되어 있다.
스플라인축(651)은 상단부에 있어서 상측 프레임(681)에 설치된 베어링(681a)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 하단부에 있어서 하측 프레임(682)에 설치된 베어링(682a)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 스플라인축(651)과 슬라이드 가능하게 끼워맞추는 너트(652) 및 너트(652)에 부착된 가동대(66)는, 가동 프레임(683)에 설치된 베어링(683a)에 의해, 스플라인축(651)과 동축에 회전 가능하게 지지되어 있다. 가동대(66)는 볼 스플라인(65)과 함께 서보 모터(62)에 의해 회전 구동된다. 서보 모터(67) 및 직동 기구(68)에 의해 가동 프레임(683)이 상하로 구동되면, 너트(652) 및 가동대(66)도 가동 프레임(683)과 함께 상하동한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 가동대(66)는 차량의 직진 상태에 상당하는 초기 상태(초기 위치)에 있어서 전후로 뻗는, 상기 서술한 한 쌍의 아암(661)(전방 아암(661f), 후방 아암(661r))을 가진다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 아암(661)에는 공시체(W)의 타이 로드 엔드(W41)를 부착하기 위한, 아암(661)의 연장 방향으로 뻗는 긴 구멍(661h)이 형성되어 있다. 또한 전방 아암(661f)은 소위 「프론트 스티어」용의 공시체(W)를 부착하기 위한 아암(661)이며, 후방 아암(661r)은 소위 「리어 스티어」용의 공시체(W)를 부착하기 위한 아암(661)인데, 반대의 아암에(예를 들면 「프론트 스티어」용의 공시체(W)를 후방 아암(661r)에) 부착하여 시험을 행할 수도 있다. 단, 반대의 아암에 부착한 경우에는, 실제의 차량에 있어서의 스티어링 너클의 회전 방향과 가동대(66)의 회전 방향이 역방향이 되기 때문에, 시험 장치(1)의 극성(즉, 스티어링 샤프트(W1)의 회전 방향과 가동대(66)의 회전 방향과의 관계)을 「음(negative)」으로 설정할 필요가 있다.
아암(661)에는 공시체(W)의 타이 로드(W4)에 가해지는 축력(부하 L)을 검출하는 부하 검출 수단인 힘 센서(662)가 설치되어 있다. 공시체(W)의 타이 로드 엔드(W41)는 힘 센서(662)를 통하여 아암(661)(전방 아암(661f) 또는 후방 아암(661r))에 부착된다. 또한 부하 검출 수단은 공시체(W)에 직접 부착해도 된다. 예를 들면, 공시체(W)의 타이 로드(W4)의 표면에 뒤틀림 게이지를 첩부하고, 이 뒤틀림 게이지를 부하 검출 수단으로서 사용해도 된다.
도 9는 시험 장치(1)의 제어 시스템(1a)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 제어 시스템(1a)은 시험 장치(1) 전체의 동작을 제어하는 제어부(82) 및 각종 계측을 행하는 계측부(84)를 갖춘 컴퓨터 시스템이다. 제어부(82)는 CPU(821), 주기억 장치(822), 인터페이스부(823) 및 스토리지(824)(보조 기억 장치)를 갖추고 있다. 스토리지(824)는 예를 들면 HDD(hard disk drive)나 SSD(Solid State Drive)이며, 스토리지(824)에는 시험 장치(1)를 제어하기 위한 각종 프로그램(예를 들면, 후술하는 관리 프로그램(824a), 설정 프로그램(824b) 및 시험 프로그램(824c) 등)이나 각종 설정 데이터가 기억되어 있다.
인터페이스부(823)는 제어부(82)와 외부와의 입출력을 담당하는 유닛이다. 인터페이스부(823)는 예를 들면 유저와의 사이에서 입출력을 행하기 위한 유저 인터페이스, LAN(local area network) 등의 각종 네트워크(NW)와 유선 또는 무선으로 접속하기 위한 네트워크 인터페이스, 외부 기기와 유선 또는 무선으로 접속하기 위한 USB(universal serial bus)나 GPIB(general purpose interface bus) 등의 각종 통신 인터페이스의 하나 이상을 갖추고 있다. 유저 인터페이스는 예를 들면 각종 조작 스위치, 표시기, LCD(liquid crystal display) 등의 각종 디스플레이 장치, 마우스나 터치 패드 등의 각종 포인팅 디바이스, 터치 스크린, 비디오 카메라, 프린터, 스캐너, 버저, 스피커, 마이크로폰, 메모리 카드 리더 라이터 등의 각종 입출력 장치의 하나 이상을 포함한다. 또 제어부(82)와 통신 가능한 스마트폰 등의 포터블 단말을 인터페이스부(823) 또는 제어부(82)의 일부로서 사용해도 된다.
제어부(82)에는 입력측 구동부(20)의 서보 모터(21)와, 각 출력측 구동부(60R 및 60L)의 서보 모터(62 및 67)가 각각 서보 앰프(83)를 통하여 접속되어 있다.
제어부(82)와 각 서보 앰프(83)는 광 파이버에 의해 고속으로 통신 가능하게 접속되어 있다. 이것에 의해, 5개의 서보 모터(21, 62(60L), 62(60R), 67(60L), 67(60R))의 보다 고정밀도(시간축에 있어서 고분해 가능 또한 고확도)의 동기 제어가 가능하게 되어 있다. 또한 제어부(82)는 각 서보 모터에 대한 지령을 일정한 주기로 각 서보 앰프(83)에 송신한다. 본 명세서에 있어서는 하나의 지령에 의한 서보 모터의 1단위(1회)의 구동 제어, 또는 하나의 지령에 대응하는 구동 제어의 구간을 제어 포인트라고 한다.
계측부(84)에는 각 토크 센서(23, 64(60L), 64(60R)) 및 힘 센서(662(60L), 662(60R))가 접속되어 있다. 계측부(84)는 각 센서로부터 취득한 신호를 디지털 데이터로 변환하여, 제어부(82)에 송신한다. 또 각 서보 모터에 내장된 로터리 인코더(RE)가 검출한 축의 회전의 정보(구체적으로는 예를 들면 각도 위치 및 각속도)는 각 서보 앰프(83)를 통하여 제어부(82)에 입력된다. 또한 로터리 인코더(RE)는 각 서보 모터의 축의 각도 위치를 검출하는 위치 검출 수단의 일례이며, 또 각 서보 모터의 축의 각속도를 검출하는 속도 검출 수단의 일례이다.
시험 장치(1)는 외부 기기와 연계하여 동작 가능하게 구성되어 있다. 예를 들면, 공시체(W)의 온도를 조절하기 위한 항온조 등의 온도 조절 수단(ED1)(도 9)을 시험 장치(1)에 접속하여, 시험 장치(1)에 온도 조절 기능을 추가할 수 있다. 온도 조절 수단(ED1)은 예를 들면 공시체(W)의 전자 제어 장치(ECU:electronic control unit)를 지지하는 테이블(70)이나 칼럼대(40)에 설치된다.
제어부(82)는 인터페이스부(823)를 통하여 입력되는 시험 조건(예를 들면, 입력측 구동부(20)의 제어량〔각도 위치 θ20, 각속도 ω20〕이나 출력측 구동부(60)의 제어량〔부하 L, 가동대(66)의 상하의 변위 D, 속도 V 또는 가속도 A〕의 목표값을 포함한다)에 기초하여, 각 서보 모터의 구동을 동기 제어한다. 후술하는 도 19에 나타내는 처리는 제어부(82)에 의한 제어하에서 실행된다.
입력측 구동부(20)에 의한 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)(도 2)의 회전 구동의 제어(후술하는 입력축 제어 S10, S11)는, 일정한 각속도 ω20으로 구동하는 정속 모드, 일정한 파형 패턴에 따른 구동을 반복하는 패턴 모드 및 외부로부터 입력되는 연속 파형 신호에 기초하여 구동하는 외부 신호 모드 중 어느 하나에 의해 행해진다. 또한 입력측 구동부(20)에 의한 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 회전 구동의 제어는, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치(즉, 입력측 구동부(20)의 출력축의 각도 위치) θ20을 제어량으로 하는(즉, 서보 모터(21)의 축의 각도 위치 Θ21을 지령값으로 하는) 위치 제어 또는 각속도 ω20을 제어량으로 하는(즉, 서보 모터(21)의 축의 각속도 Ω21을 지령값으로 하는) 속도 제어가 가능하다.
출력측 구동부(60)에 의한 공시체(W)의 타이 로드(W4)(도 2)에 주어지는 부하 L의 제어(후술하는 부하 제어 S20, Sa20)는, 항상 일정한 부하 L을 주는 정부하 모드, 기본 파형에 따라 변동하는 부하 L을 소정의 주파수로 연속하여 주는 주파수 모드, 일정한 파형 패턴에 따라 변동하는 부하 L을 반복하여 주는 패턴 모드, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20에 따른 부하 L을 주는 타각 응답 모드 및 외부로부터 입력되는 연속 파형 신호에 따라 변동하는 부하 L을 주는 외부 신호 모드 중 어느 하나에 의해 행해진다. 또 부하 L의 제어는 입력측 구동부(20)에 의한 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 구동 제어(후술하는 입력축 제어 S10)나 출력측 구동부(60)의 서보 모터(67)에 의한 공시체(W)의 타이 로드 엔드(W41)를 상하로 가진 하는 제어(후술하는 가진 제어 S30)와 동기 또는 연동하여 행할 수 있다.
출력측 구동부(60)에 의한 공시체(W)의 타이 로드 엔드(W41)에 주는 상하의 변위 D의 제어는, 항상 일정한 변위 D를 주는 정변위 모드, 소정의 주파수로 연속하여 기본 파형에 따라 변동 변위 D(즉, 진동)를 주는 주파수 모드, 스티어링 샤프트(W1)의 회전에 동기하여 또는 비동기로 일정한 파형 패턴의 변동 변위 D를 반복하여 주는 패턴 모드 및 외부로부터 입력되는 연속 파형 신호에 따라 변동하는 변위 D를 주는 외부 신호 모드 중 어느 하나에 의해 행해진다. 또한 출력측 구동부(60)에 의한 공시체(W)의 타이 로드 엔드(W41)의 진동의 제어는, 타이 로드 엔드(W41)의 상하의 변위 D를 제어량으로 하는 위치 제어 이외에, 타이 로드 엔드(W41)의 상하동의 속도 V를 제어량으로 하는 속도 제어 또는 타이 로드 엔드(W41)의 상하동의 가속도 A를 제어량으로 하는 가속도 제어가 가능하다.
주파수 모드에서 사용되는 기본 파형으로서는, 정현파, 정현반파(하프 사인파), 톱니형상파(톱니파), 삼각파, 사다리꼴파 등의 프리세트된 파형 이외에, 실제의 차량의 주행중에 계측된 파형, 시뮬레이션 계산에 의해 얻어진 파형 또는 그 밖의 임의의 합성 파형(예를 들면, 펑션 제너레이터 등에 의해 생성된 파형)을 사용할 수 있다.
패턴 모드에서 사용되는 파형 패턴은, 미리 등록되어 있는 표준 패턴 이외에, 표준 패턴에 기초하여 유저가 편집한 편집 패턴, 유저에 의해 작성된 유저 패턴으로부터 선택된다.
또 외부 신호 모드에서 사용되는 연속 파형 신호에는, 예를 들면 실제의 차량의 주행중에 계측된 파형 신호나 시뮬레이션 계산에 의해 얻어진 파형 신호 또는 그 밖의 임의의 합성 파형(예를 들면, 펑션 제너레이터 등에 의해 생성된 파형)이 포함된다.
도 10은 시험 장치(1)의 기동(주전원 투입) 후에 인터페이스부(823)의 터치 스크린에 표시되는 메뉴 화면(Sc1)의 개략도이다. 터치 스크린에 표시되는 화면(화상 정보)은 제어부(82)에 의해 생성된다. 메뉴 화면(Sc1)은 시험 장치(1)의 기동 후에 호출되는 관리 프로그램(824a)(도 9)에 의해 생성된다.
메뉴 화면(Sc1)은 시험 개시 버튼(E11), 시험 조건 설정 버튼(E12) 및 종료 버튼(E13)을 갖추고 있다. 시험 개시 버튼(E11)이 터치되면, 후술하는 스티어링 장치의 시험(도 19)을 실행하는 시험 프로그램(824c)(도 9)이 호출되어, 내구 시험 등의 시험이 개시된다. 시험 조건 설정 버튼(E12)이 터치되면, 설정 프로그램(824b)(도 9)이 호출되어, 시험 조건 설정 처리가 개시된다. 또 종료 버튼(E13)이 터치되면, 안전하게 전원을 떨어뜨릴 수 있는 상태로 이행하기 위한 처리가 행해지고, 관리 프로그램(824a)이 종료된다.
도 11은 시험 조건 설정 처리에 있어서 표시되는 설정 화면(Sc2)이다. 본 실시형태의 시험 조건 설정 처리는 복잡한 시험 프로세스를 효율적으로 설정할 수 있도록, 모듈화 및 계층화된 시험 프로세스(이하, 「시험 시퀸스」라고 한다.)의 설정이 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태의 시험 조건 설정 처리는 프로세스 모듈을 순차(또는 병렬로) 결합함으로써 시험 프로세스를 설정할 수 있게 구성되어 있다. 또한 프로세스 모듈은 시험 프로세스의 설정을 구성하는, 기능적으로 합쳐진 부분이다.
또 본 실시형태에서는 프로세스 모듈에, 파형 패턴(제1층), 시험 블록(제2층) 및 시험 그룹(제3층)의 3계층의 네스팅 구조(포개어 넣을 수 있는 상자 구조)가 주어져 있다. 또한 네스팅 구조의 깊이(계층의 수)는 3층에 한정되지 않고, 2층 또는 4층 이상으로 해도 된다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 설정 화면(Sc2)은 윈도우(E20) 및 탭(E21-E24)을 갖추고 있다. 윈도우(E20)는 설정 항목별 설정 화면이 표시되는 표시 영역이다. 탭(E21-E24)을 터치함으로써, 터치된 탭(E21-E24)에 대응지어진 설정 항목이 선택되고, 윈도우(E20)에 표시되는 설정 항목별 설정 화면이 선택된 설정 항목에 대응하는 것으로 전환된다. 또한 도 11에는 후술하는 시험 조건 설정 화면(Sc3)이 윈도우(E20)에 표시된 상태가 나타나 있다.
탭(E21)은 전체적인 시험 조건의 설정에 대응지어져 있어, 탭(E21)이 터치되면, 시험 조건 설정 처리는 전체적인 시험 조건을 설정하기 위한 시험 조건 설정 서브루틴으로 이행하고, 윈도우(E20)의 표시가 시험 조건 설정 화면(Sc3)으로 전환된다.
탭(E22)은 시험 그룹의 설정에 대응지어져 있어, 탭(E22)이 터치되면, 시험 조건 설정 처리는 시험 그룹을 설정하기 위한 시험 그룹 설정 서브루틴으로 이행하고, 윈도우(E20)의 표시가 시험 그룹 설정 화면(Sc4)으로 전환된다(도 14).
탭(E23)은 시험 블록의 설정에 대응지어져 있어, 탭(E23)이 터치되면, 시험 조건 설정 처리는 시험 블록을 설정하기 위한 시험 블록 설정 서브루틴으로 이행하고, 윈도우(E20)의 표시가 시험 블록 설정 화면(Sc5)으로 전환된다(도 15).
탭(E24)은 파형 패턴의 설정에 대응지어져 있어, 탭(E24)이 터치되면, 시험 조건 설정 처리는 파형 패턴을 설정하기 위한 파형 패턴 설정 서브루틴으로 이행하고, 윈도우(E20)의 표시가 파형 패턴 설정 화면(Sc6)으로 전환된다(도 16).
도 12는 프로세스 모듈의 네스팅 구조를 설명하는 도면이다. 도 12(a)에는 6종류의 파형 패턴의 예(파형 패턴 A-F)가, 도 12(b)에는 2종류의 시험 블록의 예(시험 블록 G, H)가, 도 12(c)에는 2종류의 시험 그룹의 예(시험 그룹 I, J)가 각각 나타나 있다. 또한 파형 패턴 A-F, 시험 블록 G, H 및 시험 그룹 I, J는 도 11에 나타낸 후술하는 시퀸스 테이블(E37)에 설정된 것이다. 시험 블록 및 시험 그룹은 각각 복수의 하위의 프로세스 모듈(파형 패턴 또는 파형 블록)로부터 구성된다. 또한 도 12 및 도 13에 있어서, 「×n0」(단, n0은 자연수이며, 「반복 횟수」라고 한다.)라는 표기는 프로세스 모듈을 n0회 연속하여 실행하는 것을 나타내고 있다.
도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 파형 패턴은 최저차의(즉, 다른 프로세스 모듈을 포함하고 있지 않은, 가장 기본적인 구성의) 프로세스 모듈이다. 예를 들면, 주기적인 프로세스이면 1주기분의 서브프로세스가 파형 패턴으로서 설정된다. 또한 본 실시형태의 파형 패턴은 하나의 제어 대상(예를 들면, 입력측 구동부(20)의 서보 모터(21))의 동작 뿐만아니라, 시험 장치(1)의 전체 또는 일부의 동작(서브프로세스)을 규정한다.
도 12(b)에 나타내는 바와 같이, 시험 블록은 복수의 하위의 프로세스 모듈(즉, 파형 패턴)로부터 구성된다. 예를 들면, 시험 블록 G는 4개의 파형 패턴(2개의 파형 패턴 A와 2개의 파형 패턴 B)으로부터 구성되고, 시험 블록 H는 3개의 파형 패턴(하나의 파형 패턴 C와 2개의 파형 패턴 D)으로부터 구성되어 있다. 또한 시험 블록 G 및 H는 각각 복수 종류의 파형 패턴으로부터 구성되어 있지만, 단일 종류의 파형 패턴(단, 반복 횟수 n0은 2 이상.)으로부터 시험 블록을 구성할 수도 있다.
도 12(c)에 나타내는 바와 같이, 시험 그룹은 적어도 하나의 시험 블록을 포함하는 복수의 하위의 프로세스 모듈(즉, 파형 패턴 또는 시험 블록)로부터 구성된다. 예를 들면, 시험 그룹 I는 하나의 시험 블록 G와 2개의 파형 패턴 E로부터 구성되고, 시험 그룹 J는 하나의 파형 패턴 A와 2개의 시험 블록 H로부터 구성되어 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 시험 조건 설정 화면(Sc3)은 시험 모드 설정부(E31), 시험 사이클수 설정부(E32), 스프링 부하 설정부(E33), 학습 기능 설정부(E34), 끝단 닿음 제어 설정부(E35), 슬로우 업 처리 설정부(E36), 시퀸스 테이블(E37) 및 시험 조건 파일 조작부(E38)를 갖추고 있다.
시험 모드 설정부(E31)는 다음에 설명하는 시험 모드를 설정하기 위한 요소이다. 본 실시형태의 시험 모드 설정부(E31)는 후술하는 19종류의 시험 모드로부터 적용할 시험 모드를 선택 가능한 풀 다운 메뉴의 형태로 실장되어 있다.
시험 장치(1)는 상기 서술한 하드웨어 구성에 의해, 공시체(W)에 대하여 다음의 5개의 입력(1)-(5)을 하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
(1)스티어링 샤프트(W1)의 회전(입력축 회전)
(2)좌측의 타이 로드(W4)로의 부하 L의 부여(좌부하)
(3)우측의 타이 로드(W4)로의 부하 L의 부여(우부하)
(4)좌측의 타이 로드(W4)의 가진(좌가진)
(5)우측의 타이 로드(W4)의 가진(우가진)
상기 (1)은 입력측 구동부(20)의 구동에 의해, 상기 (2), (3)은 좌우의 출력측 구동부(60L, 60R)의 서보 모터(62)의 구동에 의해, 상기 (4), (5)는 좌우의 출력측 구동부(60L, 60R)의 서보 모터(67)의 구동에 의해, 각각 행해진다.
또 시험 장치(1)는 상기한 입력(1)-(5)의 조합에 의해, 다음의 19종류의 시험 모드(a)-(s)의 시험을 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
(a)입력축 회전
(b)좌부하
(c)우부하
(d)좌부하+우부하
(e)좌가진
(f)우가진
(g)좌가진+우가진
(h)입력축 회전+좌부하
(i)입력축 회전+우부하
(j)입력축 회전+좌부하+우부하
(k)입력축 회전+좌가진
(l)입력축 회전+우가진
(m)입력축 회전+좌가진+우가진
(n)입력축 회전+좌부하+좌가진
(o)입력축 회전+우부하+우가진
(p)입력축 회전+좌부하+우부하+좌가진+우가진
(q)좌부하+좌가진
(r)우부하+우가진
(s)좌부하+우부하+좌가진+우가진
시험 사이클수 설정부(E32)는 시퀸스 테이블(E37)에서 설정된 시험 시퀸스(시험 사이클)를 반복하여 실행하는 횟수(이하 「시험 사이클수」라고 한다.)를 설정하기 위한 요소이다. 본 실시형태의 시험 사이클수 설정부(E32)는 수치 입력이 가능한 텍스트 박스의 형태로 실장되어 있어, 유저가 입력한 수치를 시험 사이클수로 설정하도록 구성되어 있다.
스프링 부하 설정부(E33)는 후술하는 스프링 부하 제어에 사용되는 부하 조건(구체적으로는, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20과 부하 L의 목표값 RL과의 관계)을 설정하기 위한 요소이다. 각도 위치 θ20과 부하 L과의 관계를 나타내는 데이터(예를 들면, 함수 또는 수치 테이블)를 포함하는 파일인 부하 조건 파일이, 미리 제어부(82)의 스토리지(824) 또는 제어부(82)가 액세스 가능한 서버(SV) 등(이하 「스토리지(824) 등」이라고 한다.)에 저장되어 있다. 본 실시형태의 스프링 부하 설정부(E33)는 하나 이상의 부하 조건 파일이 선택지로서 설정된 풀 다운 메뉴의 형태로 실장되어 있어, 유저가 선택한 부하 조건 파일에 포함되는 부하 조건을 설정하도록 구성되어 있다.
학습 기능 설정부(E34)는 후술하는 부하 제어 Sa20에 의해 실현되는 학습 기능을 유효하게 할지 여부를 설정하기 위한 요소이다. 본 실시형태의 학습 기능 설정부(E34)는 「유효」 또는 「무효」를 선택 가능한 풀 다운 메뉴의 형태로 실장되어 있어, 유저의 선택에 따라 학습 기능의 유효 또는 무효를 설정하도록 구성되어 있다.
끝단 닿음 제어 설정부(E35)는 후술하는 끝단 닿음 제어 S9에 관한 설정을 행하기 위한 요소이다. 끝단 닿음 제어 설정부(E35)는 끝단 닿음 제어 S9를 유효하게 할지 여부를 설정하는 유효/무효 설정부(E351)와, 플러스측 및 마이너스측의 끝단 닿음 판정 각도 범위의 경계값을 각각 설정하는 플러스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E352) 및 마이너스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E353)를 갖추고 있다. 구체적으로는, 플러스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E352)에 의해 스티어링 샤프트(W1)를 시계 방향으로 회전시킬 때의 끝단 닿음 판정 각도 범위의 경계의 각도 위치 θ20의 값이 설정되고, 마이너스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E353)에 의해 스티어링 샤프트(W1)를 반시계 방향으로 회전시킬 때의 끝단 닿음 판정 각도 범위의 경계의 각도 위치 θ20의 값이 설정된다.
본 실시형태의 유효/무효 설정부(E351)는 「유효」 또는 「무효」를 선택 가능한 풀 다운 메뉴의 형태로 실장되어 있어, 유저의 선택에 따라 끝단 닿음 제어의 유효 또는 무효를 설정하도록 구성되어 있다.
또 본 실시형태의 플러스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E352) 및 마이너스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E353)는 수치 입력이 가능한 텍스트 박스의 형태로 실장되어 있어, 유저가 입력한 수치를 각각 플러스측 및 마이너스측의 끝단 닿음 판정 각도 범위의 경계의 각도 위치 θ20의 값으로 설정하도록 구성되어 있다.
슬로우 업 처리 설정부(E36)는 후술하는 슬로우 업 처리 S22(슬로우 업 순서)에 관한 설정을 행하기 위한 요소이다. 슬로우 업 처리 설정부(E36)는, 슬로우 업 처리 S22를 유효하게 할지 여부를 설정하는 유효/무효 설정부(E361)와, 구동 개시시의 부하율인 초기 부하율 rS0을 설정하는 초기 부하율 설정부(E362)와, 슬로우 업 횟수 NS를 설정하는 슬로우 업 횟수 설정부(E363)를 갖추고 있다. 또한 슬로우 업 처리 S22는 부하 제어 S20의 초기에 부하를 서서히 증가시키는 처리이며, 초기 부하율 rS0이란 제1 제어 사이클에 적용되는 부하율 rS(부하 L의 저감 배율)이다. 또 부하율 rS는 1 이하의 양의 소수이며, 슬로우 업 처리 S22가 적용되지 않은 경우의 부하 L의 목표값 RL에 대한 슬로우 업 처리 S22가 적용된 경우의 부하 L의 목표값 RL의 비율(즉, 부하 L의 저감 배율)로서 정의된다.
본 실시형태의 유효/무효 설정부(E361)는 「유효」 또는 「무효」를 선택 가능한 풀 다운 메뉴의 형태로 실장되어 있어, 유저의 선택에 따라 슬로우 업 처리의 유효 또는 무효를 설정하도록 구성되어 있다.
또 본 실시형태의 초기 부하율 설정부(E362) 및 슬로우 업 횟수 설정부(E363)는 수치 입력이 가능한 텍스트 박스의 형태로 실장되어 있어, 유저가 입력한 수치를 각각 초기 부하율 rS0 및 슬로우 업 횟수 NS로 설정하도록 구성되어 있다.
시퀸스 테이블(E37)의 각 행에는 단일의 프로세스 모듈(시험 그룹, 시험 블록 또는 파형 패턴)이 설정되고, 시퀸스 테이블(E37)의 행 번호(L1-L4)의 순서로 각 행에 설정된 프로세스 모듈이 실행된다.
시퀸스 테이블(E37)은 프로세스 모듈의 실행순을 나타내는 행 번호(L1-L4)가 설정되는 열 E371, 시험 그룹이 설정되는 열 E372, 시험 블록이 설정되는 열 E373, 파형 패턴이 설정되는 열 E374, 반복 횟수(프로세스 모듈을 반복 실행하는 횟수)가 설정되는 열 E375, 온도 설정 신호가 설정되는 열 E376 및 트리거가 설정되는 열 E377을 갖추고 있다. 또한 시퀸스 테이블(E37)의 각 행에는 시험 그룹(열 E372), 시험 블록(열 E373) 및 파형 패턴(열 E374)의 어느 하나가 설정된다.
도 13은 도 11에 나타낸 시퀸스 테이블(E37)에서 설정되어 있는 시험 시퀸스를 파형 패턴 단위로 전개한 전개 시퀸스를 나타내는 전개 시퀸스 테이블이다. 도 13에 있어서의 번호 L1~L4는 시퀸스 테이블(E37)의 열 E371에서 설정된, 프로세스 모듈의 실행순을 나타내는 행 번호이다. 또한 이 시험 시퀸스에 포함되는 시험 그룹 I, J 및 시험 블록 H의 구성은 도 12에 나타낸 것이다. 전개 시퀸스 테이블의 실행 번호의 순서로 시험 시퀸스를 구성하는 파형 패턴이 실행된다.
시험 장치(1)는 외부 기기와 연계하여 동작 가능하게 구성되어 있다. 예를 들면, 공시체(W)의 온도를 조절하기 위한 항온조 등의 온도 조절 수단(ED1)(도 9)을 시험 장치(1)에 접속하여, 시험 장치(1)에 온도 조절 기능을 추가할 수 있다. 온도 조절 수단(ED1)을 사용하는 경우에는, 온도 조절 수단(ED1)을 제어하기 위한 온도 설정 신호가 열 E376에 설정된다.
트리거(열 E377)도 외부 기기와 연계하여 동작하기 위한 설정 항목이다. 트리거가 설정된 행의 프로세스 모듈은 외부 기기로부터의(또는 시험 장치(1)의 내부 처리에 의해 발생한) 트리거 신호의 검출을 계기로 실행된다. 예를 들면, 온도 조절 수단(ED1)에 의한 온도 조절을 행하는 경우, 설정 온도에 도달했을 때 트리거 신호를 발생시키도록 온도 조절 수단(ED1)을 설정하고, 제어부(82)에 의한 이 트리거 신호의 검출을 계기로 프로세스 모듈을 실행하도록 시퀸스 테이블(E37)에 트리거를 설정할 수 있다. 이것에 의해, 정확한 온도 조건하에서 확실하게 시험을 행하는 것이 가능하게 된다.
시험 조건 파일 조작부(E38)는 파일 정보 표시부(E381), 별명 저장 버튼(E382), 덮어쓰기 저장 버튼(E383) 및 캔슬 버튼(E384)을 갖추고 있다. 파일 정보 표시부(E381)에는 적용중인 시험 조건 파일의 정보(예를 들면, 시험 조건 파일의 패스)가 표시된다. 시험 조건 파일에는 시험 조건 설정 화면(Sc3)에서 설정된 시험 조건이 격납된다. 별명 저장 버튼(E382)이 터치되면, 그 시점에 설정되어 있는 시험 조건을 격납한 시험 조건 파일이 새롭게 생성되어, 스토리지(824) 등에 저장된다. 덮어쓰기 저장 버튼(E383)이 터치되면, 적용중인 시험 조건 파일의 내용이 갱신(덮어쓰기 저장)된다. 또 캔슬 버튼(E384)이 터치되면, 설정중인 시험 조건이 저장되지 않고, 시험 조건 설정 처리가 종료된다.
본 실시형태에서는 시험 모드 설정부(E31), 스프링 부하 설정부(E33) 및 학습 기능 설정부(E34)는 각각 풀 다운 메뉴의 형태로 실장되어 있지만, 복수의 항목으로부터 목적으로 하는 항목을 선택 가능한 다른 종류(예를 들면 라디오 버튼이나 리스트 박스 등)의 위젯(즉, 그래피컬·유저·인터페이스를 구성하는 GUI 부품) 등의 요소로 실장해도 된다. 또 학습 기능 설정부(E34), 끝단 닿음 제어 설정부(E35)의 유효/무효 설정부(E351) 및 슬로우 업 처리 설정부(E36)의 유효/무효 설정부(E361)는 유효 또는 무효의 양자택일의 입력을 접수하는 수단이기 때문에, 예를 들면 체크 박스나 토글 스위치 등의 2개의 값들의 입력을 접수 가능한 다른 종류의 요소로 실장할 수도 있다.
또 본 실시형태에서는 시험 사이클수 설정부(E32), 플러스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E352), 마이너스측 끝단 닿음 판정 각도 설정부(E353), 초기 부하율 설정부(E362) 및 슬로우 업 횟수 설정부(E363)는 각각 텍스트 박스의 형태로 실장되어 있지만, 수치 입력이 가능한 다른 종류의 요소(예를 들면 슬라이더나 스핀 버튼 등)로 실장해도 된다.
도 14는 시험 그룹 설정 서브루틴의 실행중에 표시되는, 윈도우(E20)에 시험 그룹 설정 화면(Sc4)이 표시된 설정 화면(Sc2)의 개략도이다.
시험 그룹 설정 화면(Sc4)은 시험 그룹 리스트(E41) 및 시험 그룹 테이블(E42)을 갖추고 있다. 시험 그룹 리스트(E41)에는 등록 완료의 시험 그룹이 일람 표시된다. 시험 그룹 리스트(E41)에서는 선택되어 있는 시험 그룹이 반전 표시(배경이 검게 표시)된다. 또 시험 그룹 테이블(E42)에는 시험 그룹 리스트(E41)에서 선택되어 있는 시험 그룹의 내용이 표시된다. 시험 그룹은 시험 그룹 테이블(E42) 상에서 편집(설정)할 수 있다.
시험 그룹 리스트(E41)에는 상하 한 쌍의 화살표 버튼(E411), 갱신 버튼(E412), 추가 버튼(E413) 및 삭제 버튼(E414)이 부속된다. 화살표 버튼(E411)이 터치되면, 시험 그룹 리스트(E41) 상의 시험 그룹의 선택이 화살표의 방향으로 전환된다. 갱신 버튼(E412)이 터치되면, 시험 그룹의 설정 내용이 시험 그룹 테이블(E42) 상에서 편집중인 설정 내용으로 갱신된다. 추가 버튼(E413)이 터치되면, 시험 그룹 테이블(E42) 상에서 편집중인 설정 내용이 새로운 시험 그룹으로서 추가 등록된다. 삭제 버튼(E414)이 터치되면, 선택중인 시험 그룹의 등록이 삭제된다.
시험 그룹 테이블(E42)의 각 행에는 단일의 프로세스 모듈(시험 블록 또는 파형 패턴)이 설정된다. 시험 그룹 테이블(E42)의 행 번호(M1, M2)의 순서로 각 행에 설정된 프로세스 모듈이 실행된다.
시험 그룹 테이블(E42)은 프로세스 모듈의 실행순을 나타내는 행 번호(M1, M2)가 설정되는 열 E421, 시험 블록이 설정되는 열 E422, 파형 패턴이 설정되는 열 E423, 반복 횟수가 설정되는 열 E424, 온도 설정 신호가 설정되는 열 E425 및 트리거가 설정되는 열 E426을 갖추고 있다. 또한 시험 그룹 테이블(E42)의 각 행에는 시험 블록(열 E422) 및 파형 패턴(열 E423)의 어느 하나가 설정된다.
도 15는 시험 블록 설정 서브루틴의 실행중에 표시되는, 윈도우(E20)에 시험 블록 설정 화면(Sc5)이 표시된 설정 화면(Sc2)의 개략도이다.
시험 블록 설정 화면(Sc5)은 시험 블록 리스트(E51) 및 시험 블록 테이블(E52)을 갖추고 있다. 시험 블록 리스트(E51)에는 등록 완료의 시험 블록이 일람 표시된다. 시험 블록 리스트(E51)에서는 선택되어 있는 시험 블록이 반전 표시된다. 또 시험 블록 테이블(E52)에는 시험 블록 리스트(E51)에서 선택되어 있는 시험 블록의 설정 내용이 표시된다. 시험 블록은 시험 블록 테이블(E52) 상에서 편집(설정)할 수 있다.
시험 블록 리스트(E51)에는 상하 한 쌍의 화살표 버튼(E511), 갱신 버튼(E512), 추가 버튼(E513) 및 삭제 버튼(E514)이 부속된다. 화살표 버튼(E511)이 터치되면, 시험 블록 리스트(E51) 상의 시험 블록의 선택이 화살표의 방향으로 전환된다. 갱신 버튼(E512)이 터치되면, 시험 블록의 설정 내용이 시험 블록 테이블(E52) 상에서 편집중인 설정 내용으로 갱신된다. 추가 버튼(E513)이 터치되면, 시험 블록 테이블(E52) 상에서 편집중인 설정 내용이 새로운 시험 블록으로서 추가 등록된다. 삭제 버튼(E514)이 터치되면, 선택중인 시험 블록의 등록이 삭제된다.
시험 블록 테이블(E52)의 각 행에는 1종류의 파형 패턴이 설정되고, 시험 블록 테이블(E52)의 행 번호(N1, N2)의 순서로 각 행에 설정된 파형 패턴이 실행된다.
시험 블록 테이블(E52)은 파형 패턴의 실행순을 나타내는 행 번호(N1, N2)가 설정되는 열 E521, 파형 패턴이 설정되는 열 E522 및 반복 횟수가 설정되는 열 E523을 갖추고 있다.
도 16은 파형 패턴 설정 서브루틴의 실행중에 표시되는, 윈도우(E20)에 파형 패턴 설정 화면(Sc6)이 표시된 설정 화면(Sc2)의 개략도이다.
파형 패턴 설정 화면(Sc6)은 파형 패턴 리스트(E61), 파형 패턴 테이블(E62) 및 파형 패턴 뷰어(E63)를 갖추고 있다. 파형 패턴 리스트(E61)에는 등록 완료의 파형 패턴이 일람 표시된다. 파형 패턴 리스트(E61)에서는 선택되어 있는 파형 패턴이 반전 표시된다. 또 파형 패턴 테이블(E62)에는 파형 패턴 리스트(E61)에서 선택되어 있는 파형 패턴의 설정 내용이 표시된다. 파형 패턴 뷰어(E63)에는 파형 패턴 리스트(E61)에서 선택되어 있는 파형 패턴이 그래프 표시된다.
파형 패턴에는, 입력축 시험 파형(이하 「입력축 파형」이라고 약기한다.), 좌측 부하 시험 파형(이하 「좌부하 파형」이라고 약기한다.), 우측 부하 시험 파형(이하 「우부하 파형」이라고 약기한다.), 좌측 가진 시험 파형(이하 「좌가진 파형」이라고 약기한다.) 및 우측 가진 시험 파형(이하 「우가진 파형」이라고 약기한다.) 중의 시험에 사용되는 적어도 하나의 시험 파형이 설정된다. 입력축 파형은 입력측 구동부(20)의 출력축(즉, 척(24))의 각도 위치 θ20의 시간 변화를 나타내는 파형 데이터이다.
좌부하 파형[우부하 파형]은 출력측 구동부(60L[60R])에 의해 공시체(W)의 좌측[우측]의 타이 로드(W4)에 주어지는 부하 L의 시간 변화를 나타내는 파형 데이터이다. 또 좌가진 파형[우가진 파형]은 출력측 구동부(60L[60R])에 의해 공시체(W)의 좌측[우측]의 타이 로드 엔드(W41)에 주어지는 상하의 변위 D의 시간 변화를 나타내는 파형 데이터이다. 파형 패턴 뷰어(E63)에는 파형 패턴으로 설정된 적어도 하나의 시험 파형이 표시된다. 또한 도 16에 나타내는 파형 패턴에서는 입력축 파형, 좌부하 파형 및 우부하 파형이 설정되고, 이들 3개의 시험 파형이 파형 패턴 뷰어(E63)에 표시되어 있다.
또한 각 시험 파형은 시간에 대응하는 파라미터인 「제어 포인트」와 각 제어량에 대응하는 파라미터인 「진폭」이 대응지어진 것이며, 수치 테이블, 함수 또는 파형 식별 번호(이하 「파형 ID」라고 약기한다.)의 형태로 설정된다. 파형 ID는 미리 등록되어 있는 기본 파형(또는 유저에 의해 등록된 유저 등록 파형)에 각각 할당된 고유의 식별 번호이다.
파형 패턴 리스트(E61)에는 상하 한 쌍의 화살표 버튼(E611), 편집 버튼(E612), 추가 버튼(E613) 및 삭제 버튼(E614)이 부속된다. 화살표 버튼(E611)이 터치되면, 파형 패턴 리스트(E61) 상의 파형 패턴의 선택이 화살표의 방향으로 전환된다. 편집 버튼(E612)이 터치되면, 파형 패턴 편집 화면(Sc7)(도 17)이 표시되고, 선택되어 있는 파형 패턴의 편집이 가능하게 된다. 추가 버튼(E613)이 터치되면, 새로운 파형 패턴이 추가 등록되고, 삭제 버튼(E614)이 터치되면, 선택중인 파형 패턴의 등록이 삭제된다.
도 17은 파형 패턴 편집 화면(Sc7)의 개략도이다. 파형 패턴 편집 화면(Sc7)은 입력축 파형을 설정하는 입력축 파형 설정부(E71), 좌부하 파형을 설정하는 좌부하 파형 설정부(E72), 우부하 파형을 설정하는 우부하 파형 설정부(E73), 좌가진 파형을 설정하는 좌가진 파형 설정부(E74), 우가진 파형을 설정하는 우가진 파형 설정부(E75) 및 리미트 설정 버튼(E76)을 갖추고 있다. 또 각 설정부(E71-E75)는 각각 설정된 시험 파형을 그래프 표시하는 파형 뷰어(G71-G75)를 갖추고 있다.
도 18은 리미트 설정 버튼(E76)(도 17)이 터치되었을 때 표시되는 리미트 설정 화면(Sc8)의 개략도이다. 리미트 설정 화면(Sc8)은 입력축 회전에 관한 리미트를 설정하는 입력축 리미트 설정부(E81), 좌부하에 관한 리미트를 설정하는 좌부하 리미트 설정부(E82) 및 우부하에 관한 리미트를 설정하는 우부하 리미트 설정부(E83)를 갖추고 있다. 또한 파형 패턴 편집 화면(Sc7)(도 17)에 있어서 좌가진 파형 또는 우가진 파형이 설정되어 있는 경우에는, 추가로 좌가진 또는 우가진에 관한 리미트를 설정하는 좌가진 설정부 또는 우가진 설정부가 리미트 설정 화면(Sc8)에 설치된다.
본 실시형태는 각 입력에 대하여 각각 2단계로 리미트를 설정하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 제1 단계의 리미트(이하 「제1 리미트 레벨」이라고 한다.)는 전시험 시간에 걸쳐 적용되는(즉, 시험중에 상시 적용되는) 글로벌 리미트이며, 제2 단계의 리미트(이하 「제2 리미트 레벨」이라고 한다.)는 소정의 시간 범위에 한정적으로 적용되는 로컬 리미트이다. 이와 같이, 2단계로 리미트를 설정함으로써, 시간(제어 포인트)에 따라 변동하는 시험 조건(파형 패턴)에 따른 세세한 리미트의 설정이 가능하게 되기 때문에, 공시체(W)에 상정외의 과잉한 스트레스가 가해지는 것에 의해 시험 결과의 타당성이 손상되는 것을 보다 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다.
우부하 리미트 설정부(E83)는 글로벌 리미트를 설정하는 글로벌 리미트 설정부(E83G) 및 로컬 리미트를 설정하는 로컬 리미트 설정부(E83L)를 갖추고 있다.
글로벌 리미트 설정부(E83G)는 출력측 구동부(60R)의 가동대(66)의 각도 위치 θ60의 글로벌 리미트를 설정하는 각도 위치 글로벌 리미트 설정부(E83GP)와, 출력측 구동부(60R)가 공시체에 가하는 부하 L의 글로벌 리미트를 설정하는 부하 글로벌 리미트 설정부(E83GL)를 갖추고 있다.
각도 위치 글로벌 리미트 설정부(E83GP)는 각도 위치 θ60의 상한을 설정하는 상한 설정부(E83GPU)와, 각도 위치 θ60의 하한을 설정하는 하한 설정부(E83GPL)와, 각 설정 항목(상한, 하한)의 유효 또는 무효를 설정하는 체크 박스(유효화 설정부)(E83GPC)를 갖추고 있다.
부하 글로벌 리미트 설정부(E83GL)도 각도 위치 글로벌 리미트 설정부(E83GP)와 마찬가지로, 부하 L의 상한을 설정하는 상한 설정부(E83GLU)와, 부하 L의 하한을 설정하는 하한 설정부(E83GLL)와, 각 설정 항목의 유효 또는 무효를 설정하는 체크 박스(E83GLC)를 갖추고 있다.
로컬 리미트 설정부(E83L)는 부하 L의 로컬 리미트를 설정하는 부하 로컬 리미트 설정부(E83LL)를 갖추고 있다. 부하 로컬 리미트 설정부(E83LL)는 각 설정 항목의 유효 또는 무효를 설정하는 체크 박스(E83LLC)와, 로컬 리미트를 설정하는 시험 구간(시간)의 시점을 설정하는 시점 설정부(E83LLS)와, 시험 구간의 종점을 설정하는 종점 설정부(E83LLE)와, 부하 L의 상한을 설정하는 상한 설정부(E83LLU)와, 부하 L의 하한을 설정하는 하한 설정부(E83LLL)와, 기준 검출 횟수를 설정하는 기준 검출 횟수 설정부(E83LLD)를 갖추고 있다. 또 로컬 리미트 설정부(E83L)는 하나 이상의 시험 구간(도 18의 리미트 설정 화면(Sc8)에 있어서는 3구간)에 대해서, 로컬 리미트를 설정 가능하게 구성되어 있다. 또한 시점 설정부(E83LLS) 및 종점 설정부(E83LLE)에 있어서 「초」 단위로 입력되는 시험 구간의 시점과 종점은 파형 패턴 설정 화면(Sc6)(도 16)의 파형 패턴 테이블(E62)에 있어서 설정된 샘플링 시간에 기초하여 각각 대응하는 제어 포인트로 변환된다.
로컬 리미트의 리미트값(상한, 하한)은 글로벌 리미트의 상한과 하한의 사이에 설정된다. 글로벌 리미트의 상한 또는 하한을 한번이라도 넘으면, 시험은 즉시 중지된다. 이에 대해, 로컬 리미트는 상한 또는 하한을 기준 검출 횟수 연속해서 넘었을 경우에 비로소 시험이 중지된다. 또 시험 프로그램(824c)은 측정값이 글로벌 리미트의 상한 또는 하한을 넘은 경우에는, 시험 사이클의 도중이라도 즉시 시험 장치(1)의 동작을 정지시키는데, 측정값이 로컬 리미트의 상한 또는 하한을 기준 검출 횟수 연속해서 넘은 경우에는, 그 시험 사이클이 완료하고나서 시험 장치(1)의 동작을 정지시키도록 구성되어 있다.
글로벌 리미트는 공시체(W)의 부착 미스나 시험 장치(1)의 고장 등의 이상의 검지를 주목적으로 설정되는 제한값이며, 로컬 리미트는 공시체(W)의 피로에 의한 고장의 검지를 주목적으로 설정되는 제한값이다. 공시체(W)의 피로에 의한 고장은 서서히 진행되는 경우가 많으며, 완전히 고장나기 전에 공시체(W)의 동작이 불안정하게 되어, 일시적으로 측정값이 이상값을 나타내는 경우가 많다. 또 공시체(W)가 완전히 고장나면, 측정값이 일정 시간을 넘어서 연속해서 이상값을 나타내게 된다. 본 실시형태에서는 이 지견을 이용하여, 측정값이 로컬 리미트의 상한 또는 하한을 기준 검출 횟수 연속해서 넘었을 경우에 공시체(W)가 고장난 것이라고 판단하고, 시험을 자동적으로 종료하도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 시험중에 공시체(W)가 고장난 경우에, 시험이 자동적으로 종료되기 때문에, 공시체(W)의 고장 후에 쓸데없이 시험을 계속하는 것이 방지된다. 또 공시체(W)가 고장나기 전에 시험이 중단되는 것이 방지된다.
또 시험에 의해 공시체(W)가 열화한 경우, 공시체(W)에 큰 스트레스가 가해지는 타이밍에 이상이 나타나고, 스트레스가 작을 때에는 정상적으로 동작하는 일이 많지만, 공시체(W)가 고장나면, 스트레스가 작을 때라도 이상이 나타나는 일이 많다. 그 때문에 공시체(W)에 가해지는 스트레스가 작은(즉, 고장 전에 측정값의 이상이 생기기 어려운) 타이밍으로 로컬 리미트를 설정함으로써, 고장의 발생을 보다 정확하게 검지하는 것이 가능하게 된다.
본 실시형태에서는 상한 설정부(E83LLU) 및 하한 설정부(E83LLL)에 있어서, 부하 L의 로컬 리미트(상한, 하한)가 절대값이 아니라, 부하 글로벌 리미트 설정부(E83GL)의 상한 설정부(E83GLU) 및 하한 설정부(E83GLL)에 있어서 각각 설정된 부하 L의 글로벌 리미트(상한, 하한)에 대한 상대값(단위:%)으로서 설정 가능하게 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 부하 L의 글로벌 리미트의 설정을 변경하는 경우에, 부하 L의 로컬 리미트가 자동적으로 적절한 크기로 변경되기 때문에, 부하 L의 로컬 리미트의 설정을 하나 하나 변경할 필요가 없어지고, 번잡한 리미트의 설정이 간략화된다.
좌부하 리미트 설정부(E82)에 대해서는, 상기 서술한 우부하 리미트 설정부(E83)와 구성이 공통되기 때문에, 설명을 생략한다.
입력축 리미트 설정부(E81)는 글로벌 리미트를 설정하는 글로벌 리미트 설정부(E81G) 및 로컬 리미트를 설정하는 로컬 리미트 설정부(E81L)를 갖추고 있다.
글로벌 리미트 설정부(E81G)는 입력측 구동부(20)의 출력축의 각도 위치 θ20(즉, 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20)의 글로벌 리미트를 설정하는 각도 위치 글로벌 리미트 설정부(E81GP)와, 입력측 구동부(20)의 출력축에 가해지는 토크 T의 글로벌 리미트를 설정하는 토크 글로벌 리미트 설정부(E81GT)를 갖추고 있다. 각도 위치 글로벌 리미트 설정부(E81GP) 및 토크 글로벌 리미트 설정부(E81GT)의 구성은 상기 서술한 우부하 리미트 설정부(E83)의 각도 위치 글로벌 리미트 설정부(E83GP)나 부하 글로벌 리미트 설정부(E83GL)의 구성과 공통되기 때문에, 설명을 생략한다.
로컬 리미트 설정부(E81L)는 입력측 구동부(20)의 각도 위치 θ20에 관한 로컬 리미트를 설정하는 각도 위치 로컬 리미트 설정부(E81LP)와, 입력측 구동부(20)의 토크 T에 관한 로컬 리미트를 설정하는 토크 로컬 리미트 설정부(E81LT)를 갖추고 있다. 각도 위치 로컬 리미트 설정부(E81LP) 및 토크 로컬 리미트 설정부(E81LT)의 구성은 상기 서술한 우부하 리미트 설정부(E83)의 부하 로컬 리미트 설정부(E83LL)의 구성과 공통되기 때문에, 설명을 생략한다.
이어서, 스티어링 장치의 내구 시험을 행할 때 시험 장치(1)가 행하는 처리에 대해 설명한다.
도 19는 시험 장치(1)를 사용한 스티어링 장치의 내구 시험의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 또한 이하에 설명하는 초기화 S1로부터 속도 전달비 검출 처리 S6까지는 본 시험 전의 준비 단계의 처리이며, 처리 S7 이후가 본 시험의 처리이다.
터치 스크린에 표시된 메뉴 화면(Sc1)(도 10)에 있어서 시험 개시 버튼(E11)이 터치되면, 내구 시험이 개시되고, 우선 시험 장치(1)의 초기화 S1이 행해진다. 초기화 S1에서는 시험 장치(1)에 의한 제어나 계측에 사용되는 각종의 설정값이 읽어들여진다. 또 시험 장치(1)의 각 가동부의 원점 복귀 및 초기 위치로의 이동이 행해진다. 초기화 S1의 완료 후, 공시체(W)가 시험 장치(1)에 부착된다.
(극성 체크 처리)
공시체(W)가 시험 장치(1)에 부착된 후, 극성 체크 처리 S2가 행해진다.
공시체(W)의 종류에 따라, 스티어링 샤프트(W1)의 회전 방향과 타이 로드(W4)의 이동 방향과의 관계가 상이하다. 예를 들면, 타이 로드(W4)가 차축보다 전방에서 스티어링 너클과 접속되는 소위 「프론트 스티어」용의 스티어링 장치에서는, 스티어링 휠을 순방향(시계 방향, CW)으로 회전시켰을 때 타이 로드(W4)는 우(Y축 음의 방향)측으로 이동하고, 스티어링 휠을 역방향(반시계 방향, CCW)으로 회전시켰을 때 타이 로드(W4)는 좌(Y축 양의 방향)측으로 이동하도록 구성되어 있다. 또 타이 로드(W4)가 차축보다 후방에서 스티어링 너클과 접속되는 소위 「리어 스티어」용의 스티어링 장치에서는, 스티어링 휠을 순방향으로 회전시켰을 때 타이 로드(W4)는 좌측으로 이동하고, 스티어링 휠을 역방향으로 회전시켰을 때 타이 로드(W4)는 우측으로 이동하도록 구성되어 있다. 본 명세서에서는 이와 같은 스티어링 샤프트(W1)의 회전 방향과 타이 로드(W4)의 이동 방향과의 관계를 스티어링 장치(공시체(W))의 극성이라고 한다. 또 「프론트 스티어」용의 스티어링 장치의 극성을 양의 극성이라고 하고, 「리어 스티어」용의 스티어링 장치의 극성을 음의 극성이라고 한다.
또 상기 서술한 바와 같이, 출력측 구동부(60)의 가동대(66)에는 공시체(W)의 타이 로드 엔드(W41)를 부착하기 위한 한 쌍의 아암(661)(전방 아암(661f), 후방 아암(661r))이 가동대(66)의 회전축의 전방 및 후방의 2개소에 설치되어 있어, 어느 아암(661)(타이 로드 접속 부분)에 타이 로드(W4)를 접속하는지에 따라 타이 로드(W4)의 이동 방향과 가동대(66)의 회전 방향과의 관계가 정해진다. 즉, 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 회전 방향과 출력측 구동부(60)의 가동대(66)의 회전 방향(또는, 타이 로드(W4)의 이동 방향)과의 관계(즉, 시험 시스템 전체의 극성. 이하 「시스템 극성」이라고 한다.)는 공시체(W)의 종류 및 타이 로드(W4)가 어느 아암(661)(전방 아암(661f), 후방 아암(661r))에 접속되는지에 따라 상이한 것이 된다.
시스템 극성은 미리 시험 조건으로서 설정되는데, 잘못 설정된 경우, 공시체(W)에 과대한 부하 L이 가해져 공시체(W)가 파손될 가능성이 있다. 그 때문에, 시험을 행하기 전에, 시스템 극성의 설정이 정확한지 여부를 확인하는 극성 체크 처리 S2가 행해진다.
도 20은 극성 체크 처리 S2의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 극성 체크 처리 S2에서는 우선 부하 L의 상한이 공시체(W)에 영향을 주지 않는 작은 값(예를 들면 5kN)으로 내려진다(S201). 출력측 구동부(60)는 설정된 부하 L의 상한을 넘지 않도록 동작하기 때문에, 처리 S201을 행함으로써, 시스템 극성의 설정이 잘못되어 있던 경우라도, 공시체(W)의 손상이나 열화가 방지된다.
이어서, 출력측 구동부(60)의 가동대(66)에 설치된 힘 센서(662)가 검출하는 부하 L이 판독된다(S202). 이어서, 입력측 구동부(20)의 서보 모터(21)가 구동되고, 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)가 순방향으로 소정 각도(예를 들면 20~30도정도) 회전 구동되고(S203), 회전 구동 후에 다시 힘 센서(662)가 검출하는 부하 L이 판독된다(S204). 부하 측정(S204) 후, 입력측 구동부(20)에 의해 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)가 역방향(반시계 방향, CCW)으로 CW 구동 S203과 동일한 각도만큼 회전 구동되어, 초기의 각도 위치로 되돌려지고나서(S205), 부하 L의 상한이 처리 S201에서 변경되기 전의 설정값으로 되돌려진다(S206). 이어서, CW 구동 S203의 전후에서의 부하 L의 변화(증가 또는 감소)가 미리 설정된 시스템 극성과 합치하고 있는지 여부가 판정되고(S207), 합치하고 있지 않은 경우(S207:아니오)에는, 시스템 극성의 설정(즉, 공시체(W)의 극성 또는 공시체(W)의 타이 로드(W4)의 부착 개소)이 잘못되어 있는 것을 나타내는 경보가 출력되고(S208), 내구 시험은 중지된다. 또 부하 L의 측정값의 변화와 공시체(W)의 극성의 설정이 합치하고 있는 경우(S207:예)에는, 극성 체크 처리 S2가 종료되고, 다음의 처리 S3(도 19)으로 진행된다.
(중심내기 처리)
이어서, 공시체(W)의 중심내기 처리 S4를 행하는 설정으로 되어 있는지 여부가 확인된다(S3). 중심내기 처리 S4는 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 회전 가능한 각도 위치 θ20의 범위(가동 범위) 및 그 중심 위치 θC를 자동적으로 조사하여 설정하는 처리이다. 공시체(W)의 가동 범위가 설정되어 있지 않은 경우에 중심내기 처리 S4가 유효(ON)로 설정되고, 공시체(W)의 가동 범위가 이미 알려진 경우에는, 미리 가동 범위가 입력되고, 중심내기 처리 S4는 무효(OFF)로 설정된다. 중심내기 처리가 유효(ON)로 설정되어 있는 경우(S3:예)는 중심내기 처리 S4가 실행되고, 중심내기 처리 S4가 무효(OFF)로 설정되어 있는 경우(S3:아니오)는 중심내기 처리 S4를 건너뛰고 다음의 처리 S5로 진행된다.
도 21은 중심내기 처리 S4의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 중심내기 처리 S4에서는 우선 구동 제어 S401이 행해진다. 구동 제어 S401에서는 입력측 구동부(20)의 토크 센서(23)가 검출하는 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T를 감시하면서, 토크 T의 크기가 증대할(구체적으로는, 토크 T가 기준값 τ를 넘을) 때까지, 입력측 구동부(20)에 의해 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)가 설정되어 있는 구동 방향(예를 들면 CW)으로 일정 속도로 천천히 회전 구동된다(S4011~S4014)〔일방향 구동 스텝〕.
구동 제어 S401에 있어서의 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20은 기준값 τ를 넘는 토크 T가 검출되고나서 구동이 정지될 때까지, 공시체(W)의 허용 토크를 넘는 토크 T가 발생하지 않도록 하는 크기로 설정되어 있다. 예를 들면, 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20은 공시체(W)가 가동 범위의 말단(후술하는 끝단 닿음 위치)에 도달했을 때의 토크 T의 증가량(기준값 τ를 넘는 전후의 측정값의 증가량)이 기준값 τ 이하가 되도록 설정된다.
또 토크 T의 기준값 τ는 공시체(W)에 반복하여 주어도 공시체(W)가 파손되지 않을 정도의 작은 값이다. 본 실시형태에서는 기준값 τ는 공시체(W)가 끝단 닿음 위치에 도달하고 있지 않은 상태에서 스티어링 샤프트(W1)를 회전시켰을 때 검출되는 토크 T의 최대값보다 큰 값(보다 구체적으로는, 예를 들면 끝단 닿음 위치에 도달하고 있지 않은 상태에서 스티어링 샤프트(W1)를 회전시켰을 때 검출되는 토크 T의 평균값보다 표준편차의 3배 이상 큰 값)으로 설정되어 있다.
토크 T의 크기가 기준값 τ 이상이 되면(S4013:예), 스티어링 샤프트(W1)의 구동이 정지되고(S4014), 구동 제어 S401이 종료된다. 그리고, 최초의 구동 제어 S401에 있어서 토크 T의 크기가 기준값 τ에 도달했을 때의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 값 θA가 검출되고 기억된다(S402)〔제1 끝단 닿음 위치 검출 스텝〕. 또한 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치(즉, 입력측 구동부(20)의 각도 위치 θ20)는 입력측 구동부(20)의 서보 모터(21)에 내장된 로터리 인코더(RE)의 검출값(즉, 서보 모터(21)의 축의 각도 위치 Θ21)과 감속기(22)의 감속비 r22로부터 계산된다.
이어서, 스티어링 샤프트(W1)의 구동 방향이 역방향(예를 들면 CCW)으로 전환되고(S403), 다시 구동 제어 S401이 행해진다〔역방향 구동 스텝〕. 그리고, 역방향의 구동 제어 S401에 있어서 토크 T의 크기가 기준값 τ 이상이 되었을 때(S4013:예), 구동이 정지되고(S4014), 이 때의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 값 θB가 검출되고 기억된다(S404)〔제2 끝단 닿음 위치 검출 스텝〕.
이어서, 하기의 수식(1)에 의해, 스티어링 샤프트(W1)의 가동 범위의 중심인 중심 위치 θC가 계산되고(S405)〔중심 위치 계산 스텝〕, 계산 결과가 기억된다(S406). 그리고, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치가 중심 위치 θC로 이동되고(S407)〔중심 위치 이동 스텝〕, 중심내기 처리 S4가 종료된다.
또한 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20이 가동 범위의 말단에 도달했을 때, 공시체(W)의 랙 엔드(보다 구체적으로는 랙 엔드에 설치된 스토퍼)가 스티어링 기어 박스(W3)에 닿은 상태(이하 「끝단 닿음 상태」라고 한다.)가 된다. 본 명세서에 있어서는 끝단 닿음 상태가 되는 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치를 끝단 닿음 위치라고 부른다. 일정한 각속도 ω20으로 회전 구동되는 스티어링 샤프트(W1)가 끝단 닿음 위치에 도달하면, 스티어링 샤프트(W1)의 회전이 저지되기 때문에, 토크 T가 급격하게 상승하여 기준값 τ를 넘는다. 즉, 중심내기 처리 S4에서는 공시체(W)의 양측의 끝단 닿음 위치 θA 및 θB가 검출되고, 그 중앙에 중심 위치 θC가 설정된다.
(속도 전달비 검출 처리)
이어서, 속도 전달비 검출 처리 S6이 유효(ON)로 설정되어 있는지 여부가 확인된다(S5).
속도 전달비 검출 처리 S6은 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 회전각(즉, 입력측 구동부(20)의 각도 위치의 변화량 Δθ20)에 대한 스티어링 너클에 상당하는 가동대(66)의 회전각(즉, 출력측 구동부(60)의 가동대(66)의 각도 위치의 변화량 Δθ60)의 비(이하 「속도 전달비 Tr」라고 한다.)를 자동적으로 검출하여 설정하는 처리이다. 속도 전달비 Tr은 스티어링 기어비에 상당하는 파라미터이다. 속도 전달비 Tr은 출력측 구동부(60)의 제어량을 결정할 때 필요하게 된다. 입력측 구동부(20)에 의한 스티어링 샤프트(W1)의 구동량(각속도 ω20 또는 회전각 Δθ20)에 속도 전달비 Tr을 곱한 양만큼 출력측 구동부(60)의 가동대(66)를 회전 구동함으로써, 공시체(W)에 가해지는 부하 L을 바꾸지 않고 공시체(W)를 회전 구동할 수 있다. 공시체(W)의 속도 전달비 Tr이 설정되어 있지 않은 경우에 속도 전달비 검출 처리 S6이 유효(ON)로 설정되고, 공시체(W)의 속도 전달비 Tr이 설정되어 있는 경우에는, 속도 전달비 검출 처리 S6은 무효(OFF)로 설정된다. 또한 본 실시형태의 속도 전달비 검출 처리 S6은 스티어링 기어비가 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20에 따라 변화하는 기어비 가변식 스티어링 장치(VGR:Variable gear ratio)에 대응하고 있다. 공시체(W)의 종류가 VGR로서 설정되어 있는 경우에는, 속도 전달비 검출 처리 S6이 자동적으로 유효로 설정된다.
S5(도 19)에 있어서, 속도 전달비 검출 처리 S6이 유효(ON)로 설정되어 있는 경우(S5:예)는 속도 전달비 검출 처리 S6이 실행되고, 속도 전달비 검출 처리 S6이 무효(OFF)로 설정되어 있는 경우(S5:아니오)는 속도 전달비 검출 처리 S6을 건너뛰고 다음의 처리 S7로 진행된다.
도 22는 속도 전달비 검출 처리 S6의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 속도 전달비 검출 처리 S6에서는 우선 부하 L의 목표값 RL이 제로(무부하)로 설정되고(S601), 출력측 구동부(60)에 의한 부하 제어가 개시된다(S602). 이것에 의해, 무부하의 상태에서, 출력측 구동부(60)의 동작을 공시체(W)의 타이 로드(W4)의 움직임에 자동적으로 추종시키는 것이 가능하게 된다. 부하 제어는 속도 전달비 검출 처리 S6이 종료될 때까지 계속된다.
이어서, 일방의 끝단 닿음 위치 θA까지 입력측 구동부(20)에 의해 스티어링 샤프트(W1)가 회전 구동되고(S603), 끝단 닿음 위치 θA에 있어서의 출력측 구동부(60)의 가동대(66)의 각도 위치 θ60이 취득된다(S604). 또한 출력측 구동부(60)의 각도 위치 θ60은 출력측 구동부(60)의 서보 모터(62)에 내장된 로터리 인코더(RE)의 검출값(서보 모터(62)의 축의 각도 위치 Θ62)과 감속기(63)의 감속비 r63으로부터 계산된다.
이어서, 입력측 구동부(20)에 의해 스티어링 샤프트(W1)가 1회전(360°)만 회전 구동되고(S605), 출력측 구동부(60)의 각도 위치 θ60이 취득된다(S607).
이어서, 수식(2)에 의해, 직전의 회전 구동 S605의 전후에서의 입력측 구동부(20)의 각도 위치의 변화량 Δθ20(360°) 및 출력측 구동부(60)의 각도 위치의 변화량 Δθ60으로부터 속도 전달비 Tr이 계산된다(S608).
이어서, 공시체(W)에 관한 설정 정보가 참조되어, 공시체(W)가 VGR인지 여부가 판단된다(S609).
VGR은 스티어링 기어비가 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20에 따라 서서히 변화하도록 구성되어 있다. 그 때문에, VGR에 대해서 시험을 행하기 위해서는 스티어링 샤프트(W1)의 가동 범위 전역에 걸쳐 각도 위치 θ20과 스티어링 기어비와의 관계를 나타내는 정보가 필요하게 된다.
공시체(W)의 종류가 VGR로 설정되어 있는 경우에는(S609:예), 현재의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20과 속도 전달비 Tr이 대응지어져 기억된다(S610). 그리고, 처리 S605로 되돌아가, 끝단 닿음 위치 θB에 도달할 때까지, 처리 S605-S610이 반복된다. 이것에 의해, 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)가 1회전씩 구동될(즉, 공시체(W)의 피니언이 1회전 할) 때마다, 각 각도 위치 θ20에 있어서의 속도 전달비 Tr이 취득되고, 각도 위치 θ20과 함께 기억된다.
끝단 닿음 위치 θB에 도달하면(S606:예), 이어서 피팅 처리 S612(피팅 스텝)가 행해지고, 속도 전달비 검출 처리 S6이 종료된다. 피팅 처리 S612에서는 상기한 처리 S603-S610에 있어서 취득된 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20과 속도 전달비 Tr의 복수 쌍에 기초하여, 각도 위치 θ20으로부터 속도 전달비 Tr을 구하기 위한 계산식이 결정되고 기억된다. 속도 전달비 Tr의 계산식은 예를 들면 취득된 각도 위치 θ20과 속도 전달비 Tr의 복수 쌍에 기초하여 최소제곱법 등의 회귀 분석에 의해 구해지는 다항식이다. 내삽법(보간법) 등의 회귀 분석 이외의 수법에 의해 속도 전달비 Tr의 계산식을 결정해도 된다.
본 실시형태에서는 스티어링 샤프트(W1)의 회전각(또는 각속도)에 대한 가동대(66)의 회전각(또는 각속도)의 비율이 속도 전달비 Tr로서 정의되는데, 속도 전달비 Tr의 정의는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 입력측 구동부(20)의 서보 모터(21)의 축 또는 스티어링 샤프트(W1)의 회전각에 대한 출력측 구동부(60)의 서보 모터(62)의 축 또는 가동대(66)의 회전각의 비율을 속도 전달비 Tr로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 서보 모터(21)의 축과 서보 모터(62)의 축의 회전각의 비율을 속도 전달비 Tr로 한 경우, 서보 모터(21)의 구동 제어의 목표값에 속도 전달비 Tr을 곱함으로써 서보 모터(62)의 제어(단, 부하 L을 변화시키지 않는 제어)의 목표값이 용이하게 얻어지기 때문에, 서보 모터(62)의 구동 제어의 목표값의 계산을 간소화할 수 있다.
공시체(W)가 VGR이 아니라, 고정된 기어비를 가지는 경우에는(S609:아니오), 속도 전달비 Tr이 기억되고(S611), 속도 전달비 검출 처리 S6이 종료된다.
계속해서, 내구 시험의 본 시험(S7~S9. 도 19 참조.)으로 처리가 이행한다. 본 시험에서는 우선 후술하는 끝단 닿음 제어 S9가 유효(ON)로 설정되어 있는지 여부가 확인된다(S7). 끝단 닿음 제어 S9는 끝단 닿음 위치에 도달했을 때 생기는 충격을 완화하여, 스티어링 샤프트(W1)에 허용값을 넘는 토크 T가 가해지는 것을 방지하는 제어이다. 토크 리미터 등을 사용하여 기계적으로 토크 T를 제한하는 종래의 방법으로 시험을 행하는 경우에는, 끝단 닿음 제어가 무효(OFF)로 설정된다. 또한 기계적으로 토크 T를 제한하는 종래의 방법으로는, 정확한 토크 제어를 할 수 없고, 또 장기간에 걸친 내구성 시험의 경우에는 토크 리미터 등의 기계 부품이 시험중에 고장나거나 열화에 의해 특성이 변화하거나 하는 일이 있기 때문에, 통상적으로는 끝단 닿음 제어가 유효(ON)로 설정된다. 끝단 닿음 제어가 유효(ON)로 설정되어 있는 경우에는(S7:예) 이어서 끝단 닿음 제어 S9가 실행되고, 끝단 닿음 제어가 무효(OFF)로 설정되어 있는 경우에는(S7:아니오), 이어서 기본 구동 제어 S8이 실행된다.
(기본 구동 제어)
도 23은 기본 구동 제어 S8의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 기본 구동 제어 S8에서는 3개의 제어(입력축 제어 S10, 부하 제어 S20 및 가진 제어 S30)가 병렬로 실행된다. 입력축 제어 S10은 입력측 구동부(20)에 의한 공시체(W)의 입력단(스티어링 샤프트(W1))에 대한 회전 운동의 구동 제어이며, 부하 제어 S20 및 가진 제어 S30은 출력측 구동부(60(60L, 60R))에 의한 공시체(W)의 출력단(타이 로드(W4))에 대한 직선 운동의 구동 제어이다.
또한 본 실시형태에 있어서는, 부하 제어 S20 및 가진 제어 S30은 임의로 부가적으로 실행되는 제어이다. 부하 제어 S20은 타이 로드(W4)에 축력(부하 L)을 주는 제어이며, 가진 제어 S30은 타이 로드 엔드(W41)에 상하 방향(대략 수평으로 배치되는 타이 로드(W4)에 축에 수직인 방향)의 진동을 주는 제어이다. 가진 제어 S30은 실제로 차량이 주행할 때 서스펜션의 작동에 따라 생기는, 차축의 상하동을 모의한 제어이다. 부하 제어 S20 및 가진 제어 S30은 좌우의 출력측 구동부(60L, 60R)에 대해서 각각 행해진다. 또한 부하 제어 S20 및 가진 제어 S30을 OFF로 설정하는 경우에는, 출력측 구동부(60)를 공시체(W)로부터 분리한 상태에서 시험이 행해진다. 또 무부하(부하 L=0)로 설정하여 부하 제어 S20을 행함으로써, 출력측 구동부(60)를 공시체(W)에 접속시킨 상태에서 타이 로드(W4)에 부하 L을 가하지 않고 시험을 행하는 것이 가능하게 된다.
(입력축 제어〔위치 제어〕)
도 24는 입력축 제어 S10의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 상기 서술한 바와 같이, 입력축 제어 S10은 입력측 구동부(20)에 의해 공시체(W)의 입력축인 스티어링 샤프트(W1)를 회전 구동하는 제어이다. 입력축 제어 S10에 있어서는 입력측 구동부(20)에 접속된 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20을 제어량으로 하는 위치 제어가 행해진다. 입력축 제어 S10에서는 우선 현재의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20이 취득되고(S1001), 토크 센서(23)에 의해 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T가 측정되어(S1002), 취득된 토크 T와 각도 위치 θ20이 기억된다(S1003).
이어서, 시험 조건의 설정에 기초하여 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 목표값 Rθ 및 편차 Eθ가 계산된다(S1004, S1005). 그리고, 이 편차 Eθ와 감속기(22)의 감속비 r22로부터 서보 모터(21)의 지령값(즉, 조작량)이 계산된다(S1006). 또한 입력축 제어 S10에 있어서, 서보 모터(21)는 축의 각도 위치 Θ21을 제어량으로 하는 위치 제어에 의해 구동이 제어된다. 처리 S1006에 있어서는, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 편차 Eθ가 해소되도록, 서보 모터(21)의 지령값(각도 위치 Θ21)이 계산된다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 입력측 구동부(20)의 각도 위치 θ20의 목표값 Rθ에 대해서, 편차 Eθ를 빼는 보정을 행하고, 보정 후의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 목표값 Rθ에 대응하는 서보 모터(21)의 축의 각도 위치 Θ21이 서보 모터(21)에 대한 지령값이 된다. 그리고, 이 지령값에 기초하여 서보 모터(21)가 구동되고(S1007), 1회(1제어 포인트)의 입력축 제어(S1001-S1007)가 종료된다. 시험이 종료될 때까지, 입력축 제어(S1001-S1007)가 반복 실행된다(S1009).
또한 입력축 제어 S10은 후술하는 끝단 닿음 제어 S9에 있어서도 실행되는데, 끝단 닿음 제어 S9에 있어서는(S1008:예), 처리 S1001-S1007이 반복되지 않고, 서보 모터(21)가 구동(S1007)되면, 입력축 제어 S10이 종료된다.
상기한 입력축 제어 S10에서는 서보 모터(21)는 축의 각도 위치 Θ21을 제어량으로 하는 위치 제어에 의해 구동이 제어되는데, 각속도 Ω21을 제어량으로 하는 속도 제어에 의해 구동이 제어되는 구성으로 해도 된다.
(부하 제어)
도 25는 부하 제어 S20의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 부하 제어 S20에서는 우선 현재의 출력측 구동부(60)의 서보 모터(62)의 각도 위치 Θ62 및 각속도 Ω62와 입력측 구동부(20)의 각속도 ω20이 취득되고(S2001), 힘 센서(662)에 의해 타이 로드(W4)의 부하 L이 측정되어(S2002), 취득된 부하 L, 각도 위치 Θ62, 각속도 Ω62 및 ω20의 값이 기억된다(S2003).
이어서, 타이 로드(W4)의 부하 L의 목표값(초기 설정값) RL이 취득되고(S2004), 슬로우 업 처리 S22가 행해진다.
도 26은 슬로우 업 처리 S22의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 슬로우 업 처리 S22는 부하 제어 S20의 개시 직후로부터 부하 L의 초기 설정값의 100%를 공시체(W)에 주는 것이 아니라, 부하 제어 S20의 초기에 부하 L을 서서히 증가시켜 초기 설정값에 근접시키는 처리이다. 구체적으로는, 슬로우 업 처리 S22에서는 부하 제어 S20의 초기의 미리 설정된 횟수의 제어 사이클에 있어서, 부하 L의 목표값 RL에 제어 사이클의 실행 번호 n에 따른 계수(부하율 rS)를 곱하는 처리가 행해진다.
도 27은 슬로우 업 처리 S22에 의한 부하율 rS의 변화의 일례를 나타낸 그래프이다. 이 그래프는 초기 부하율 rS0을 0.2(20%), 슬로우 업 횟수 NS를 4회로 설정한 경우의 것이다.
슬로우 업 처리 S22에서는 우선 설정되어 있는 부하 L의 제어가 패턴 모드 인지 여부(S2201), 및 슬로우 업 처리 S22가 유효하게 설정되어 있는지 여부(S2202)가 판정된다. 본 실시형태에서는 슬로우 업 처리 S22는 패턴 모드에 한정하여 적용되기 때문에, 부하 L의 제어가 패턴 모드 이외인 경우에는(S2201:아니오), 실질적인 처리(후술하는 처리 S2204-S2205)는 행해지지 않고, 슬로우 업 처리 S22가 종료된다. 또 슬로우 업 처리 S22가 무효로 설정되어 있는 경우도(S2202:아니오), 실질적인 처리는 행해지지 않고, 슬로우 업 처리 S22가 종료된다.
이어서, 대상의 제어 사이클(제n 제어 사이클)의 실행 번호 n이 슬로우 업 횟수 NS+1 이하인지 여부가 판정된다(N2203). 또한 슬로우 업 횟수 NS는 슬로우 업 횟수 설정부(E363)(도 11)에 의해 설정되는 값이다. 슬로우 업 처리 S22는 제1 제어 사이클로부터 제NS+1 제어 사이클까지 한정하여 적용되기 때문에, 제어 사이클의 실행 번호 n이 NS+1보다 큰 경우에는(N2203:아니오), 실질적인 처리(후술하는 S2204-S2205)는 행해지지 않고, 슬로우 업 처리 S22가 종료된다.
이어서, 하기의 수식(3)에 의해, 부하율 rS가 계산된다(S2204).
단,
rS:부하율
rS0:초기 부하율
n:제어 사이클의 실행 번호
NS:슬로우 업 횟수
또한 rS 및 rS0는 1 미만의 양의 소수이며, n 및 NS는 양의 정수이다.
그리고, 부하 L의 목표값 RL에 부하율 rS가 곱해지고(S2205), 슬로우 업 처리 S22가 종료된다.
상기 서술한 슬로우 업 처리 S22를 행함으로써, 부하 제어 S20의 초기에 공시체(W)에 가해지는 부하 L을 서서히 크게 하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 예를 들면 공시체(W)가 시험 장치(1)에 정확하게 부착되어 있지 않은 경우 등에, 잘못해서 큰 하중이 공시체(W)에 가해지기 전에 시험 장치(1)를 정지시키는 조작을 행하는 것이 가능하게 되기 때문에, 공시체(W)의 파손의 방지가 가능하게 된다.
또한 본 실시형태에서는 슬로우 업 처리 S22가 패턴 모드에 한정하여 적용되는데, 다른 제어 모드에도 슬로우 업 처리를 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 초기 부하율 rS0과 슬로우 업 횟수 NS에 더하여 슬로우 업 처리 S22를 행하는 슬로우 업 기간 TSU(초)을 미리 설정하고, 제어 사이클의 실행 번호 n 대신에 부하 제어 S20 개시로부터의 경과 시간 t에 대하여 부하율 rS를 계산함으로써, 다른 제어 모드에 슬로우 업 처리를 적용하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 예를 들면 슬로우 업 기간 TSU 중의 부하율 rS를 다음의 수식(4)에 의해 계산할 수 있다.
단,
TSU:슬로우 업 기간(초)
t:부하 제어 S20 개시로부터의 경과 시간(초)
이어서, 부하 L의 목표값 RL과 측정값 YL로부터 부하 L의 편차 EL(=RL-YL)가 계산된다(S2005). 스토리지(824) 등에는 미리 실험적으로 또는 시뮬레이션에 의해 얻어진, 서보 모터(62)의 구동량과 부하 L의 변화량과의 관계를 나타내는 데이터(예를 들면, 서보 모터(62)의 단위 회전각당의, 또는 1회(1제어 포인트)의 구동 제어에 의한 단위 각속도당의 부하 L의 변화량을 나타내는 수치)가 기억되어 있다. 이 데이터와 부하 L의 편차 EL로부터, 서보 모터(62)의 지령값이 계산된다(S2006).
또한 본 실시형태에서는 부하 제어 S20에 있어서, 서보 모터(62)의 구동은 각속도 Ω62를 제어량으로 하는 속도 제어에 의해 제어된다. 부하 제어 S20에서는 예를 들면 1회(1제어 포인트) 또는 소정의 복수회의 구동에 의해 부하 L의 편차 EL이 해소되도록, 다음의 수식(5)에 의해 서보 모터(62)의 지령값 UΩ(각속도 Ω62)이 계산된다.
단,
UΩ:서보 모터(62)의 지령값 UΩ(각속도 Ω62)
RΩ:각속도 Ω62의 목표값
EΩ':각속도 Ω62의 보정값(각속도 Ω62의 편차 EΩ에 상당)
Tr:속도 전달비
ω20:입력측 구동부(20)의 각속도
r63:감속기(63)의 감속비
KL-Ω:게인(부하 L-각속도 Ω 변환 계수)
EL:부하 L의 편차
RL:부하 L의 목표값
YL:부하 L의 측정값
또한 상기한 수식(5)의 제1항은 서보 모터(62)의 각속도 Ω62의 목표값 RΩ이며, 입력측 구동부(20)의 각속도 ω20에 대응하는 출력측 구동부(60)의 서보 모터(62)의 각속도 Ω62의 환산값(Tr·ω20/r63)이 목표값 RΩ로서 사용된다. 또 제2항은 각속도 Ω62의 보정값 EΩ'이다. 보정값 EΩ'는 각속도 Ω62의 편차 EΩ에 상당하는 값이며, 부하 L의 편차 EL에 게인 KL-Ω을 곱하여 계산된다.
또한 게인 KL-Ω(부하 L-각속도 Ω 변환 계수)은 부하 L을 서보 모터(62)의 각속도 Ω62로 변환하는 계수이다. 보다 구체적으로는, 게인 KL-Ω은 1회(1제어 포인트)의 구동 제어에 의해 부하 L을 1단위(예를 들면 1N) 변화시키는 각속도 Ω62로서 정의된다. 게인 KL-Ω은 미리 실험적으로 또는 시뮬레이션에 의해 취득된다.
그리고, 상기한 수식(5)에 의해 계산된 지령값 UΩ에 기초하여 서보 모터(62)가 구동되고(S2007), 1회(1제어 포인트)의 부하 제어(S2001-S2007)가 종료된다. 시험이 종료될 때까지, 부하 제어(S2001-S2007)가 반복 실행된다(S2008).
또한 상기한 부하 제어 S20에서는 서보 모터(62)는 축의 각속도 Ω62를 제어량으로 하는 속도 제어에 의해 구동이 제어되는데, 각도 위치 Θ62를 제어량으로 하는 위치 제어에 의해 구동이 제어되어도 된다. 또 부하 L에 대응하는 축 토크를 제어량으로 하는 토크 제어에 의해 서보 모터(62)의 구동을 제어해도 된다. 또 서보 모터(62) 대신에, 예를 들면 다이렉트 드라이브 모터나 리니어 모터 등의 기어 기구를 포함하지 않는 모터를 사용해도 된다. 기어 기구를 배제함으로써, 보다 응답이 빠르고 안정적인 제어가 가능하게 된다.
이어서, 상기 서술한 부하 제어 S20의 변형예인 부하 제어 Sa20에 대해 설명한다. 이하에 설명하는 부하 제어 Sa20은 동일한 파형의 부하 L을 반복하여 가하는 주파수 모드 또는 패턴 모드에 있어서, 기본 파형(또는 파형 패턴)의 동일한 위상(제어 포인트)에 있어서의 서보 모터(62)의 제어량의 실적값(후술하는 「학습 데이터 LD」)에 기초하여 목표값을 결정함으로써, 제어의 정밀도를 높인 것이다. 여기서, 제어량의 실적값이란 제어 대상의 제어 포인트(대상 제어 포인트)에 대응하는 위상(또는 위상 영역)에 있어서의 제어량의 측정값, 그 평균(예를 들면, 상가평균, 가중평균, 기하평균, 조화평균 등) 또는 평균에 준하는 것이다. 본 명세서에서는 이와 같이 예를 들면 부하 제어에 있어서, 부하 L의 목표값으로부터 계산되는 서보 모터(62)의 제어량(예를 들면, 각도 위치 Θ62나 각속도 Ω62)의 목표값 대신에, 서보 모터의 제어량의 실적값을 사용하는 제어 방식을 학습 제어(학습 기능)라고 부른다. 또한 주파수 모드 및 패턴 모드에 있어서는, 복수의 제어 포인트로부터 구성되는 제어 사이클에 의해 하나의 기본 파형 또는 파형 패턴에 따른 구동 제어가 행해지고, 이 제어 사이클이 반복 실행된다.
도 28-29는 부하 제어 Sa20의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 부하 제어 Sa20에서는 우선 학습 제어가 유효로 설정되어 있는지 여부가 확인된다(Sa2001). 학습 제어가 무효로 설정되어 있으면(Sa2001:아니오), 상기 서술한 부하 제어 S20이 실행된다. 학습 제어가 유효로 설정되어 있으면(Sa2001:예), 이어서, 설정된 동작 모드가 학습 제어에 적합한지 여부(구체적으로는, 동작 모드가 주파수 모드 또는 패턴 모드인지 여부)가 판정된다(Sa2002). 동작 모드가 학습 제어에 적합하지 않으면(Sa2002:아니오), 상기 서술한 부하 제어 S20이 실행된다. 동작 모드가 학습 제어에 적합한 경우에는(Sa2002:예), 출력측 구동부(60)의 서보 모터(62)의 각도 위치 Θ62, 각속도 Ω62 및 부하 L의 측정값이 취득되고 기억된다(Sa2003~2006). 이어서, 부하 L의 목표값(초기 설정값) RL이 취득된다(Sa2007).
이어서, 상기 서술한 슬로우 업 처리 S22(도 26)가 행해지고, 동작 모드가 슬로우 업 처리 S22에 적합하고, 또한 슬로우 업 처리 S22가 유효로 설정되어 있는 경우에, 초기의 소정 횟수의 제어 사이클에 대해서 부하 L의 목표값 RL이 저감된다. 그리고, 부하 L의 목표값 RL과 측정값 YL로부터 부하 L의 편차 EL(=RL-YL)이 계산된다(Sa2008).
이어서, 하기의 수식(6)에 의해, 부하 L의 편차 EL로부터 서보 모터(62)의 제어량(예를 들면, 각속도 Ω62)의 보정값 EΩ'가 계산된다(Sa2009). 또한 보정값 EΩ'는 서보 모터(62)의 제어량인 각속도 Ω62의 편차 EΩ에 상당하는 값이며, 부하 L의 편차 EL에 게인 KL-Ω을 곱하여 계산된다.
단,
EΩ':각속도 Ω62의 보정값(각속도 Ω62의 편차 EΩ에 상당)
KL-Ω:게인(부하 L-각속도 Ω 변환 계수)
EL:부하 L의 편차
RL:부하 L의 목표값
YL:부하 L의 측정값
이어서, 최초의 제어 사이클인 경우에는(Sa2010:예), 입력측 구동부(20)의 각속도 ω20이 취득되고(Sa2011), 상기 서술한 부하 제어 S20과 마찬가지로, 입력측 구동부(20)의 각속도 ω20으로부터 계산되는 서보 모터(62)의 각속도 Ω62의 환산값(Tr·ω20/r63)이 서보 모터(62)의 제어량의 목표값 RΩ로서 사용된다(Sa2012).
2회째 이후의 제어 사이클인 경우에는(Sa2010:아니오), 우선 학습 데이터 LD가 계산된다(Sa2013). 본 실시형태의 학습 데이터 LD는 과거의(예를 들면 가장 가까운 1~수사이클의) 서보 모터(62)의 제어 결과(제어량인 각속도 Ω62의 측정값)로부터 계산되는 제어량 YΩ의 실적값이며, 부하 L의 목표값 RL로부터 계산되는 각속도 Ω62의 목표값 RΩ 대신에 사용된다. 제어량의 실적값을 목표값으로서 사용함으로써, 편차가 작아지기 때문에, 제어의 정밀도가 향상된다.
제n 제어 사이클의 제m 제어 포인트(즉, 그 시점에 있어서의 제어 대상의 제어 포인트인 대상 제어 포인트)에 대응하는 학습 데이터 LD(n, m)는 다음의 수식(7)에 의해 계산된다.
단,
LD(n, m):학습 데이터(제n 제어 사이클, 제m 제어 포인트)
n, m:양의 정수
YΩ(i, j):각속도 Ω62의 제어량(제i 제어 사이클, 제j 제어 포인트)
p:n보다 작은 양의 정수(평균하는 제어 사이클의 범위를 나타내는 상수)
q:m보다 작은 양의 정수(평균하는 제어 포인트의 범위를 나타내는 상수)
즉, 가장 가까운 복수의 제어 사이클(제n-p 제어 사이클로부터 제n-1 제어 사이클까지의 p회의 제어 사이클)에 대해서, 제m 제어 포인트의 근방의 제어 포인트(제m-q 포인트로부터 제m+q 포인트까지의 범위 내의 2q+1개의 제어 포인트. 「근방 제어 포인트」라고 한다.)의 제어량 YΩ(i, j)을 평균한 것이 학습 데이터 LD(n, m)가 된다. 또한 상수 p는 평균화하는 제어 사이클의 범위를 정하는 파라미터이며, 상수 q는 평균화하는 제어 포인트의 범위를 정하는 파라미터이다.
이와 같이, 부하 제어 Sa20에서는 복수의 제어 사이클의 제어량 YΩ(i, j)을 평균한 학습 데이터 LD(n, m)를 사용함으로써, 외란의 영향이 적은 제어가 가능하게 되어 있다. 또 복수의 제어 포인트의 제어량 YΩ(i, j)을 평균한 학습 데이터 LD(n, m)를 사용함으로써도, 외란의 영향이 적은 제어가 가능하게 되어 있다.
그리고, 학습 데이터 LD가 서보 모터(62)의 각속도 Ω62의 목표값 RΩ로 설정된다(Sa2014).
이어서, 하기의 수식(8)에 의해, 서보 모터(62)의 지령값 UΩ가 계산된다(Sa2015). 또한 최초의 제어 사이클인 경우, 수식(8)은 상기 서술한 수식(5)과 동일한 식이 된다.
그리고, 이 지령값 UΩ에 기초하여 서보 모터(62)가 구동되고(Sa2016), 1회(1제어 포인트)의 부하 제어(Sa2003-Sa2016)가 종료된다. 시험이 종료될 때까지, 부하 제어(Sa2003-Sa2016)가 반복 실행된다(Sa2017).
부하 제어 Sa20에서는 제어 사이클 i 및 제어 포인트 j의 양쪽에 대해서 제어량 YΩ(i, j)을 평균한 것을 학습 데이터 LD(n, m)로 하고 있는데, 제어 사이클 i 및 제어 포인트 j의 적어도 일방에 대해서 평균을 취하지 않고 학습 데이터 LD(n, m)를 계산하는 구성으로 해도 된다. 예를 들면, 제어 사이클 i 및 제어 포인트 j의 어느 것에 대해서도 평균을 취하지 않고, 전회의 제어 사이클에 있어서의 동일한(또는 대응하는) 제어 포인트의 제어량 YΩ(n-1, m)의 값을 그대로 학습 데이터 LD(n, m)로서 사용해도 된다.
또한 상기한 수식(7)에서는, 평균하는 제어 포인트의 전역(제m-q 제어 포인트로부터 제m+q 제어 포인트까지의 전범위)에 대해서, 제n-p 제어 사이클로부터 제n-1 제어 사이클까지의 제어량 YΩ(i, j)이 사용되고 있지만, 이미 제n 제어 사이클의 제어량 YΩ(n, j)이 취득되어 있는 제m-q 제어 포인트로부터 제m-1 제어 포인트에 대해서는, 제n-p+1 제어 사이클로부터 제n 제어 사이클까지의 제어량 YΩ(i, j)을 사용하여 학습 데이터 LD(n, m)를 계산하는 구성으로 해도 된다.
상기한 수식(7)에서는, 그 시점에 있어서의 제어의 대상인 대상 제어 포인트(제m 제어 포인트)에 대한 학습 데이터 LD(n, m)가 제m 제어 포인트를 중심으로 하는 제어 포인트의 범위 내의 제어량 YΩ(i, j)의 측정값을 사용하여 계산된다. 즉, 학습 데이터 LD(n, m)는 대상 제어 포인트와 동위상의 제어량 YΩ(i, j)의 측정값으로부터 계산되고 있다. 그러나, 응답에 위상 지연이 있는 경우에는, 다음의 수식(9)에 나타내는 바와 같이, 학습 데이터 LD(n, m)의 계산에 사용하는 위상 포인트의 범위에 위상 지연을 상쇄하도록 위상차(위상 조정량 r)를 주면, 보다 안정적인 제어가 가능하게 된다. 또한 이 경우, 대상 제어 포인트(제m 제어 포인트)로부터 위상 조정량 r만큼 위상을 어긋나게 한 제m-r 제어 포인트가 대상 제어 포인트에 대응하는 대응 제어 포인트가 된다.
단, r은 위상 조정량을 나타내는 양의 정수
또한 상기한 부하 제어 Sa20에서는, 서보 모터(62)는 축의 각속도 Ω62를 제어량으로 하는 속도 제어에 의해 구동이 제어되는데, 각도 위치 Θ62를 제어량으로 하는 위치 제어에 의해 서보 모터(62)의 구동을 제어해도 된다. 또 축 토크를 지령값(제어량)으로 하는 토크 제어에 의해 서보 모터(62)의 구동을 제어해도 된다. 서보 모터(62)의 축 토크는 부하 L에 비례하기 때문에, 토크 제어에 있어서는 부하 L이 실질적으로 서보 모터(62)의 제어량이 된다. 또 서보 모터(62) 대신에, 예를 들면 다이렉트 드라이브 모터나 리니어 모터 등의 기어 기구를 포함하지 않는 모터를 사용해도 된다. 기어 기구를 배제함으로써, 보다 응답이 빠르고 안정적인 제어가 가능하게 된다.
또한 본 실시형태에서는 상기 서술한 바와 같이 서보 모터(62)의 제어량(예를 들면, 각도 위치 Θ62나 각속도 Ω62)의 실적값에 기초하여 제어량의 목표값(학습 데이터 LD)이 결정되는데, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 모터에 조작량(예를 들면, 모터에 공급하는 구동 전류)의 실적값에 기초하여 제어량(예를 들면, 모터의 각도 위치나 각속도)의 목표값을 결정하는(예를 들면, 가장 가까운 수 회의 제어 사이클에 있어서의 근방의 제어 포인트의 제어량 Y의 평균을 목표값으로서 사용하는) 구성으로 해도 된다.
(스프링 부하 제어)
상기 서술한 바와 같이, 부하 제어 S20 및 Sa20은 정부하 모드, 주파수 모드, 패턴 모드, 타각 응답 모드 및 외부 신호 모드 등의 각종 제어 모드에 대응하고 있다. 이들 제어 모드는 처리 S2004(도 25) 또는 처리 Sa2007(도 28)에 있어서 취득되는 부하 L의 목표값 RL에 의해 결정된다.
이어서, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20에 따른 부하 L을 주는 타각 응답 모드의 하나의 태양인 스프링 부하 제어에 대해 설명한다. 스프링 부하 제어는 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20에 따라 탄성적으로 변화(단조로 증가 또는 감소)하는 부하 L을 주는 제어이다. 스프링 부하 제어에 의해, 실제의 차량에 편입된 경우에 스티어링 장치에 가해지는 부하에 가까운 부하 L을 공시체(W)에 주는 것이 가능하게 되고, 실제로 차량에 편입된 상태를 보다 정확하게 재현하는 것이 가능하게 된다. 또한 스프링 부하 제어는 부하 제어 S20에 있어서의 처리 S2004 또는 부하 제어 Sa20에 있어서의 처리 Sa2007의 하나의 태양이다.
<실시예 1>
도 30은 스프링 부하 제어의 실시예 1에서 사용되는 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20과 부하 L의 목표값 RL과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 30에 있어서, 실선(R)이 우측의 타이 로드(W4)에 가해지는 부하 L을 나타내고, 파선(L)이 좌측의 타이 로드(W4)에 가해지는 부하 L을 나타낸다. 도 30에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 스프링 부하 제어에서는 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20에 대하여 직선적(탄성적)으로 변화하는 부하 L이 공시체(W)의 타이 로드(W4)에 주어진다. 조타각이 커질수록 타이 로드(W4)에 큰 항력(부하 L)이 가해진다(조타각에 대하여 부하 L이 단조로 증가한다)고 하는 실제의 차량에 있어서의 부하 L의 동태를 반영한 것으로 되어 있다.
도 30에 나타내는 각도 위치 θ20과 부하 L의 목표값 RL과의 관계를 나타내는 정보는, 예를 들면 수치 테이블이나 함수의 형태로 스토리지(824) 등에 기억되어 있다. 처리 S2004 또는 Sa2007에 있어서, 제어부(82)에 기억된 각도 위치 θ20과 부하 L의 목표값 RL과의 관계를 나타내는 정보가 읽어들여지고, 이 관계에 기초하여 그 시점에 있어서의 각도 위치 θ20에 대응하는 부하 L의 목표값 RL이 취득된다. 목표값 RL에 기초하여 예를 들면 수식(5)에 의해 계산된 지령값 UΩ에 의해 서보 모터(62)가 구동됨으로써, 실시예 1의 스프링 부하 제어가 실현된다.
스프링 부하 제어에서는, 공시체(W)의 출력(타이 로드(W4)의 움직임)이 아니라 입력(스티어링 샤프트(W1)의 회전)에 기초하여 부하 L이 제어된다. 그 때문에, 공시체(W)가 가지는 기어 기구를 통하지 않고 제어가 행해지기 때문에, 공시체(W)의 기어 기구의 유격에 의한 응답의 지연이 방지되어, 보다 정밀도가 높은 제어가 가능하게 된다. 또 공시체(W)의 제어 기구를 통하지 않고 제어가 행해지기 때문에, 공시체(W)의 ECU에 의한 제어와의 간섭이 회피되어, 보다 안정적인 제어가 가능하게 된다.
상기 서술한 실시예 1의 스프링 부하 제어에서는, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20과 좌우의 부하 L의 목표값 RL이 각각 일대일로 대응하고 있기 때문에, 스티어링 샤프트(W1)의 회전 방향에 상관없이, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20에 대하여 동일한 부하 L이 가해지는 제어로 되어 있다. 그러나, 실제의 차량에 있어서 타이 로드(W4)에 가해지는 부하 L에는 스티어링 샤프트(W1)의 회전 방향에 따라 상이한 값이 되는 히스테리시스 특성이 있다. 즉, 부하 L은, 스티어링 샤프트(W1)의 회전에 대한 항력으로서 가해지기 때문에, 부하 L의 방향도 스티어링 샤프트(W1)를 돌리는 방향에 따라 상이한 것이 된다.
<실시예 2>
이어서 설명하는 스프링 부하 제어의 실시예 2(스프링 부하 제어 S21)는, 실제의 차량과 마찬가지로 히스테리시스를 가지는 부하 L을 공시체(W)에 주는 것에 의해, 실제의 차량에 편입되었을 때 받는 부하를 보다 정확하게 재현하는 것을 가능하게 한 것이다.
도 31은 실시예 2에 있어서의 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20과 부하 L의 목표값 RL과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 31의 그래프는 다음의 4개의 곡선(R/CW, L/CW, R/CCW, L/CCW)으로부터 구성되어 있다. 그 때문에, 각도 위치 θ20만으로부터는 부하 L의 목표값 RL이 일의적으로 정해지지 않고, 4개의 곡선의 어느 것이 적용되어야 할지를 판단하는 처리가 필요하게 된다.
(1)스티어링 샤프트(W1)를 시계 방향으로 돌리고 있을 때 우측의 타이 로드(W4)에 가해지는 부하 L(R/CW)
(2)스티어링 샤프트(W1)를 시계 방향으로 돌리고 있을 때 좌측의 타이 로드(W4)에 가해지는 부하 L(L/CW)
(3)스티어링 샤프트(W1)를 반시계 방향으로 돌리고 있을 때 우측의 타이 로드(W4)에 가해지는 부하 L(R/CCW)
(4)스티어링 샤프트(W1)를 반시계 방향으로 돌리고 있을 때 좌측의 타이 로드(W4)에 가해지는 부하 L(L/CCW)
도 32는 실시예 2의 스프링 부하 제어(부하 L의 목표값 RL을 취득하는 처리) S21의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 스프링 부하 제어 S21은 부하 제어 S20에 있어서의 처리 S2004 또는 부하 제어 Sa20에 있어서의 처리 Sa2007에 적용된다.
스프링 부하 제어 S21에서는 우선 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T 및 각속도 ω20이 취득된다(S2101). 이어서 토크 T와 각속도 ω20의 방향이 대비된다(S2102).
토크 T와 각속도 ω20의 방향이 합치하고 있지 않으면(S2102:아니오), 핸들로부터 손이 떨어진 상황에 있다고 판단되어, 좌우의 출력측 구동부(60L, 60R)에 의해 공시체(W)에 주어지는 부하 L이 어느 것이나 무부하(부하 L의 목표값 RL=0)로 설정된다(S2103).
토크 T와 각속도 ω20의 방향이 합치하고 있는 경우에는(S2102:예), 이어서 스티어링 샤프트(W1)의 회전 방향이 판단된다(S2104). 스티어링 샤프트(W1)가 CW 방향으로 회전하고 있는 경우(S2104:예), 우측의 출력측 구동부(60R)에 대한 부하 L의 목표값 RL이 함수(또는 수치 테이블) R/CW에 의해 결정되고, 좌측의 출력측 구동부(60L)에 대한 부하 L의 목표값 RL이 함수(또는 수치 테이블) L/CW에 의해 결정된다. 또 스티어링 샤프트(W1)가 CCW 방향으로 회전하고 있는 경우(S2104:아니오), 우측의 출력측 구동부(60R)에 대한 부하 L의 목표값 RL이 함수(또는 수치 테이블) R/CCW에 의해 결정되고, 좌측의 출력측 구동부(60L)에 대한 부하 L의 목표값 RL이 함수(또는 수치 테이블) L/CCW에 의해 결정된다.
도 31의 그래프에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 스프링 부하 제어 S21에서는, 스티어링 샤프트(W1)의 회전에 따른 타이 로드(W4)의 이동에 거스르는 방향의 부하 L이 작용한다. 또한 부하 L의 부호는 외측 방향(즉, 우측의 타이 로드(W4)에 대해서는 우방향, 좌측의 타이 로드(W4)에 대해서는 좌방향)을 정으로 하여 정의된다.
또 외측 방향으로 조타할 때(R/CW, L/CCW)에는 각도 위치 θ20에 대한 부하 L의 변화가 크고, 내측 방향으로 조타할 때(L/CW, R/CCW)에는 각도 위치 θ20에 대한 부하 L의 변화가 작게 되어 있다.
이와 같이, 실시예 2의 스프링 부하 제어 S21은 실제의 차량의 주행시에 타이 로드(W4)에 가해지는 부하의 방향성(히스테리시스 특성)이 반영된 것으로 되어 있기 때문에, 실제의 차량에 편입되었을 때 받는 부하를 보다 정확하게 재현하는 것이 가능하게 된다.
또한 스프링 부하 제어 S21에 있어서, 토크 T(및/또는 각속도 ω20)가 작을 때는, S2102 및 S2104의 판정 결과가 빈번하게 변하고, 제어가 불안정하게 될 가능성이 있다. 그 때문에 예를 들면 토크 T(및/또는 각속도 ω20)가 소정값보다 작은 경우에, 좌우의 출력측 구동부(60L, 60R)를 무부하로 설정하는 구성으로 해도 된다.
또한 자동 운전에 대응한 공시체(W)를 자동 운전 모드로 작동시킨 상태에서 시험을 행하는 경우에는, 입력측 구동부(20)는 사용되지 않고, 인터페이스부(823)를 통하여 공시체(W)의 ECU를 제어부(82)에 접속하여, 제어부(82)가 공시체(W)의 ECU에 조타를 제어시킨다. 이 경우, 로터리 인코더 및 토크 센서를 갖춘 입력측 계측 유닛이 입력측 구동부(20) 대신에 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)에 접속된다. 그리고, 입력측 계측 유닛에 의해 계측된 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T 및 각속도 ω20에 기초하여 스프링 부하 제어 S21이 행해진다.
또 토크 T를 검출할 수 없는 경우에는, 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20만에 기초하여 스프링 부하 제어 S21을 행하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 처리 S2102-S2103이 생략된다.
또 공시체(W)의 ECU로부터 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20을 나타내는 각도 신호 및 토크 T를 나타내는 토크 신호를 취출할 수 있는 경우에는, 이들 신호에 기초하여 스프링 부하 제어 S21을 행할 수도 있다.
(가진 제어)
도 33은 가진 제어 S30의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 가진 제어 S30에서는, 우선, 설정된 시험 조건으로부터 얻어지는 가동대(66)의 높이 Ht의 목표값과 이송 나사 기구(364b)의 이송 나사의 피치로부터 출력측 구동부(60)의 서보 모터(67)의 축의 각도 위치 Θ67의 지령값이 계산된다(S3001). 그리고, 이 각도 위치 Θ67의 지령값에 의해 서보 모터(67)가 구동된다(S3002).
이어서, 서보 모터(67)에 내장된 로터리 인코더(RE)에 의해 검출된 축의 각도 위치 Θ67의 측정값이 취득되고(S3003), 각도 위치 Θ67의 측정값과 이송 나사 기구(364b)의 이송 나사의 피치로부터 가동대(66)의 높이 Ht가 계산되어(S3004) 기억되고(S3005), 1회(1제어 포인트)의 가진 제어(S3001-S3005)가 종료된다. 시험이 종료될 때까지, 가진 제어(S3001-S3005)가 반복 실행된다(S3006).
(끝단 닿음 제어)
스티어링 장치의 내구 시험에서는, 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)가 그 가동 범위의 전역(일방의 끝단 닿음 위치로부터 타방의 끝단 닿음 위치까지)에 걸쳐 소정의 횟수(또는 소정의 시험 시간)만큼 반복 왕복 구동된다. 종래의 시험 장치에서는, 가동 범위의 말단에 도달할 때까지 일정한 속도로 스티어링 샤프트(W1)가 회전 구동되고, 가동 범위의 말단에 도달(끝단 닿음)했을 때 발생하는 토크의 뛰어오름이 검출되고나서 스티어링 샤프트(W1)의 구동 방향을 반전시키는 제어가 행해지고 있었다. 그 때문에, 예를 들면 랙 앤드 피니언식의 스티어링 장치인 경우, 일정한 속도로 끝단 닿음 위치에 도달하면, 랙 엔드가 기어 케이스에 충돌하기 때문에, 공시체(W)에 파괴적인 충격이 가해질 수 있다. 다른 방식의 스티어링 장치에도 랙 앤드 피니언식과 마찬가지로 가동 범위를 규제하는 스토퍼가 설치되어 있기 때문에, 끝단 닿음 위치에 도달했을 때 마찬가지의 파괴적인 충격이 발생할 수 있다.
본 실시형태의 끝단 닿음 제어 S9는 끝단 닿음시에 공시체(W)의 스티어링 샤프트(W1)에 미리 설정된 상한 이상의 토크가 가해지지 않도록 제어함으로써, 끝단 닿음시에 발생하는 충격에 의한 공시체(W)의 파손의 방지를 가능하게 하는 구동 제어이다.
도 34-35는 끝단 닿음 제어 S9의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 끝단 닿음 제어 S9에서는 우선 위치 제어, 즉 입력측 구동부(20)에 대한 입력축 제어 S10(도 24)가 행해지고, 미리 설정된 각속도 ω20으로 스티어링 샤프트(W1)가 회전 구동된다. 또한 본 실시형태의 입력축 제어 S10은 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20을 제어량으로 하는 위치 제어이며, 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20의 설정값으로부터 계산된 각도 위치 θ20의 목표값에 의해 제어가 행해진다. 또 끝단 닿음 제어 S9에 있어서는 입력축 제어(S1001-S1007)는 반복되지 않고(즉, 판단 S1009가 스킵되고), 1회만 실행된다.
이어서, 입력축 제어 S10에서 취득된 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20이 끝단 닿음 판정 각도 범위 내인지 여부가 판정된다(끝단 닿음 판정 S901). 끝단 닿음 판정 각도 범위는 끝단 닿음 위치 및 그 근방에 설정된 영역이다. 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20이 끝단 닿음 판정 각도 범위 내에 도달할 때까지, 입력축 제어 S10이 계속된다. 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20이 끝단 닿음 판정 각도 범위 내에 도달하면(S901:예), 이 때의 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T가 끝단 닿음 전의 초기 토크 T0으로서 기억된다(S902).
그리고, 끝단 닿음 상태에 도달할(S903:예) 때까지, 계속해서 입력축 제어 S10이 반복하여 행해진다. 또한 본 실시형태에 있어서는 끝단 닿음 상태인지 여부는 다음의 수식(10)이 충족되는지 여부에 의해 판정된다(끝단 닿음 판정).
단,
T:토크 측정값
rT:끝단 닿음 판정 기준(%)
T1:토크 상한
T0:초기 토크
또한 초기 토크 T0은 공시체(W)의 부착 방법 등에 의해 변동하여, 토크의 측정값에 오차를 주는 요인의 하나이다. 수식(10)에 나타내는 바와 같이 초기 토크 T0을 공제함으로써, 끝단 닿음 판정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 초기 토크 T0을 공제하지 않고, 다음의 수식(10')에 의해 끝단 닿음 판정을 해도 된다. 이 경우, 토크 상한 T1(「제1 목표 토크」라고 한다.)에 판정 기준 rT를 곱한 것이 끝단 닿음 상태인지 여부를 판정하기 위한 토크의 기준값(설정값)이 된다.
또한 수식(10) 또는 (10')에 의한 판정은 제어부(82)에 의해 행해진다. 이 판정에 있어서, 제어부(82)는 토크 설정값 계산 수단으로서 기능하고, 각 수식의 우변에 의해, 토크 상한 T1 및 끝단 닿음 판정 기준 rT에 기초하여, 토크 상한 T1과는 상이한 토크의 설정값을 계산한다. 구체적으로는 제어부(82)(토크 설정값 계산 수단)는 예를 들면 토크 상한에 판정 기준 rT를 곱한 것을 토크의 설정값으로서 산출한다.
토크 상한 T1은 미리 설정된 토크의 상한이며, 예를 들면 공시체(W)의 토크 허용값의 상한 이하의 값으로 설정된다. 끝단 닿음 판정 기준 rT는 끝단 닿음 상태라고 판정하는 토크의 크기의 기준값(「끝단 닿음 판정 토크 Td」라고 한다.)의 지표이며, 각각 초기 토크 T0로 영점 보정된 토크 상한 T1에 대한 끝단 닿음 판정 토크 Td의 비(백분율)로서 정의된다. 보다 구체적으로는 끝단 닿음 판정 기준 rT는 다음의 수식(11)에 의해 정의된다.
백분율의 끝단 닿음 판정 기준 rT를 사용하여 토크의 기준값을 설정함으로써, 판정 기준을 직관적으로 파악할 수 있게 되고, 또 공시체(W)의 종류(즉, 토크 허용값의 차이)에 따르지 않고 동일한 판정 기준 rT를 사용하는 것이 가능하게 된다. 또한 끝단 닿음 판정 기준 rT 대신에 끝단 닿음 판정 토크 Td를 직접 설정할 수 있도록 해도 된다.
또한 토크 상한 T1은 리미트 설정 화면(Sc8)(도 18)의 토크 로컬 리미트 설정부(E81LT)에 의해 설정된다. 또 끝단 닿음 판정 토크 Td는 예를 들면 파형 패턴 편집 화면(Sc7)에 의해 설정된다. 즉, 토크 로컬 리미트 설정부(E81LT) 및 파형 패턴 편집 화면(Sc7)은 토크 제어의 조건(토크 T의 설정값)의 유저 입력을 접수하는 토크 설정값 접수 수단으로서 기능한다.
끝단 닿음 상태에 도달하면(S903:예), 토크 상한 T1이 후술하는 입력축 제어(토크 제어) S11의 목표값 TS로 설정되고(S904), 토크 제어 S11에 있어서의 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20(즉, 입력측 구동부(20)의 각속도 ω20)의 상한이 설정된다(S905). 그리고, 입력측 구동부(20)의 구동 제어가 위치 제어 S10으로부터 토크 제어 S11로 전환된다. S905에 있어서 각속도 ω20의 상한이 설정됨으로써, 스티어링 샤프트(W1)의 회전이, 설정된 각속도 ω20의 상한을 넘지 않도록 제어되기 때문에, 스티어링 샤프트(W1)의 급격한 구동에 따른 충격의 발생이 방지된다.
도 36은 토크 제어 S11의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 토크 제어 S11은 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T를 제어량으로 하는 입력측 구동부(20)의 구동 제어이다. 토크 제어 S11에서는 우선 하기의 수식(12)에 의해 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 편차 Eθ가 계산된다(S1101). 또한 변환 계수 KT-θ는 토크 T를 1단위(예를 들면 1N·m) 변화시키는 각도 위치의 변화량 Δθ20으로서 정의되는 상수이며, 미리 실험적으로 또는 시뮬레이션에 의해 얻어진다.
단,
Eθ:스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 편차
KT-θ:토크 T-각도 위치 θ20 변환 계수
ET:토크 T의 편차
RT:스티어링 샤프트(W1)의 토크 T의 목표값
YT:스티어링 샤프트(W1)의 토크 T의 측정값
이어서, 편차 Eθ의 크기가 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20의 상한에 상당하는 최대 조작량 δθmax 이하인지 여부가 판정된다(S1102). 편차 Eθ의 크기가 최대 조작량 δθmax 이하이면(S1102:예), 편차 Eθ가 해소되도록, 편차 Eθ의 값이 조작량 δθ20으로 설정된다(S1103). 또 편차 Eθ의 크기가 입력측 구동부(20)의 최대 조작량 δθmax보다 큰 경우에는(S1102:아니오), 입력측 구동부(20)의 조작량 δθ20은 최대 조작량 δθmax와 동일한 크기이며, 편차 Eθ와 동일한 부호의 값으로 설정된다(S1104). 그리고, 조작량 δθ20에 상당하는 각도 δΘ21(=δθ20/r22)만큼 서보 모터(21)가 구동된다(S1105).
이어서, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20이 취득되고(S1106), 토크 T가 측정되며(S1107), 각도 위치 θ20 및 토크 T가 기억되어(S1108), 1사이클의 토크 제어 S11이 종료된다. 토크 제어 S11은 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T의 크기가 목표값 TS(즉, 토크 상한 T1)의 크기 이상이 될(S906:예) 때까지 반복된다.
이어서, 토크 완화 속도 rRT(단위:N·m/s)가 설정되어 있는 경우에는(S907:예), 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20의 상한이 토크 완화 속도 rRT에 상당하는 값 KT-θ·rRT로 변경된다(S908). 이것에 의해, 토크가 토크 완화 속도 rRT로 완만하게 변화하기 때문에, 토크 제어의 안정성이 향상된다. 또 토크 완화 속도 rRT가 설정되어 있지 않은 경우에는(S907:아니오), 스티어링 샤프트(W1)의 각속도 ω20의 상한의 설정이 해제된다(S909). 또한 토크 완화 속도 rRT가 설정되어 있지 않은 경우에, 각속도 ω20의 상한의 설정을 해제하지 않고, 처리 S905에 있어서 설정된 각속도 ω20의 상한을 유지하는 구성으로 해도 된다.
그리고, 미리 설정된 유지 토크 T2(「제2 목표 토크」라고 한다.)가 토크 제어 S11의 목표값 TS로 설정되고(S910), 토크 제어 S11이 행해진다. 토크 T가 실질적으로 목표값 TS(즉, 유지 토크 T2)에 도달하면(S911:예), 타이머가 시동되고(S912), 설정 시간(「지속 시간」이라고 한다.)이 경과할 때까지 토크 제어 S11이 계속되어, 설정 시간만큼 스티어링 샤프트(W1)의 유지 토크 T2가 유지된다. 시험이 종료될(S914:예) 때까지, 상기한 끝단 닿음 제어 S9가 반복 실행된다. 또한 시험이 계속되는 경우(S914:아니오)에는 입력측 구동부(20)의 구동 제어의 방식이 위치 제어 S10으로부터 토크 제어 S11로 전환된다.
(반전 제어)
상기 서술한 끝단 닿음 제어 S9는 끝단 닿음 위치에 있어서 스티어링 샤프트(W1)에 소정의 역적을 주는(구체적으로는, 소정의 유지 토크 T2를 설정 시간 유지하는) 제어인데, 끝단 닿음 위치에 있어서 스티어링 샤프트(W1)에 역적을 주지 않고 즉시 회전 방향을 반전시키는 제어가 요구되는 경우도 있다. 이와 같은 반전 구동을 통상적인 위치 제어에 의해 행하면, 반전시에 의도치 않은 토크의 급격한 변동(충격)이 발생하여, 시험 결과의 타당성이 손상될 가능성이 있다. 이어서 설명하는 반전 제어 S50은 끝단 닿음 위치에 도달했을 때 토크의 급격한 변동이 생기지 않도록 스티어링 샤프트(W1)를 반전 구동하는 제어이다.
도 37은 반전 제어 S50의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 또 도 38은 반전 제어 S50의 동작을 설명하기 위한 그래프(입력축 파형)이다. 구체적으로는, 도 38은 제어량인 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20의 파형이며, 가로축이 시간축에 상당하는 제어 포인트 k를 나타내고, 세로축이 각도 위치 θ20을 나타낸다. 또한 반전 제어 S50은 후술하는 스킵 처리 S5100(및 스킵 처리 S5100을 실행할지 여부의 판단 S5004)을 포함하고 있는 점을 제외하고는 통상적인 위치 제어인 입력축 제어 S10과 마찬가지의 처리이다.
반전 제어 S50에서는 우선 제어 포인트 k를 나타내는 카운터 k가 초기값 「1」로 리셋된다(S5001). 이어서, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20 및 토크 T의 측정값이 취득되고(S5002), 카운터 k와 대응지어져 기억된다(S5003).
이어서, 스티어링 샤프트(W1)의 토크 T의 크기가 기준값 τ를 넘고 있는지(즉, 끝단 닿음 위치에 도달했는지) 여부가 판단된다(S5004). 토크 T의 크기가 기준값 τ를 넘고 있고, 끝단 닿음 위치에 도달했다고 판단된 경우에는(S5004:예), 이어서 스킵 처리 S5100이 행해진다. 스킵 처리 S5100은 끝단 닿음에 의해 토크 T가 기준값 τ를 크게 넘는 것이 예상되는 제어 포인트 k의 영역(도 38에 있어서 점선으로 나타낸 부분)을 건너뛰고, 토크 T가 그 시점의 것(즉, 기준값 τ)과 동일한 정도가 되는 것이 예상되는 제어 포인트 k(예를 들면, 도 38에 있어서의 kA'，kB')로 카운터를 진행시키는 처리이다. 스킵 처리 S5100의 상세에 대해서는 후술한다.
토크 T의 크기가 기준값 τ를 넘고 있지 않으면(S5004:아니오), 제어 포인트 k에 대응하는 각도 위치 θ20의 목표값 Rθ가 취득된다(S5005). 목표값 Rθ는 미리 설정된 입력축 파형(도 38에 나타내는 제어 포인트 k와 각도 위치 θ20과의 관계를 나타내는 수치 테이블 또는 함수)에 기초하여 계산된다. 이어서, 각도 위치 θ20의 편차 Eθ가 계산되고(S5006), 편차 Eθ에 기초하여 서보 모터(62)의 지령값 Ω62가 계산되고(S5007), 지령값 Ω62에 의해 서보 모터(62)가 구동된다(S5008). 시험을 계속하는 경우에는(S5009:예), 카운터 k를 인크리먼트하고(S5010), 처리 S5002로 되돌아간다. 시험이 종료될 때까지, 처리 S5002~S5010이 반복 실행된다.
이어서, 스킵 처리 S5100에 대해 설명한다. 도 38에 나타내는 입력축 파형에는 1주기(제어 사이클)분의 파형이 설정되어 있고, 이 입력축 파형에 기초하는 스티어링 샤프트(W1)의 회전 구동의 제어가 소정의 기간(예를 들면 2000시간)에 걸쳐 연속하여 반복된다.
도 38에 나타내는 입력축 제어는 스티어링 샤프트(W1)의 상정되는 가동 범위의 양단(상정 끝단 닿음 위치 θE1, θE2) 사이에서 일정한 각속도 ω20으로 왕복 회전 구동하는 것이다. 스티어링 샤프트(W1)의 끝단 닿음 위치는 장기에 걸친 내구 시험 동안에 서서히 변화한다. 그 때문에, 끝단 닿음 위치까지 확실하게 도달할 수 있도록, 상정 끝단 닿음 위치 θE1, θE2는 내구 시험 전에 중심내기 처리 S4 등에 의해 조사된 실제의 초기의 끝단 닿음 위치 θA, θB보다 외측(즉, 중심 위치 θC로부터 멀어진 위치)으로 설정된다. 따라서, 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θ20이 상정 끝단 닿음 위치 θE1, θE2에 도달하기 전에, 실제의 끝단 닿음 위치 θA, θB에 도달하고, 토크 T가 기준값 τ를 넘게 된다.
도 39는 스킵 처리 S5100의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 상기 서술한 바와 같이, 스킵 처리 S5100은 도 38에 나타내는 입력축 파형 상의 점 EA, EB(즉, 끝단 닿음 위치 θA, θB)에 도달하여 토크 T의 크기가 기준값 τ를 넘었을 때, 토크 T가 기준값 τ를 크게 넘는 것이 예측되는 입력축 파형 상의 점 E1, E2(즉, 상정 끝단 닿음 위치 θE1, θE2)의 근방의 점선부를 건너뛰고, 점 EA, EB로부터 동일한 각도 위치 θA, θB의 점 EA', EB'로 이동하는 처리이다.
그 때문에, 우선 점 EA, EB와 동일한 각도 위치 θA, θB의 입력축 파형 상의 점 EA', EB'가 탐색된다(S5110). 도 38에 나타내는 입력축 파형의 예에서는, 점 EA와 점 EA'는 점 E1을 통과하는 수선 P1에 대하여 대칭인 위치에 있고, 점 EB와 점 EB'는 점 E2를 통과하는 수선 P2에 대하여 대칭인 위치에 있다. 또 입력축 파형을 구성하는 제어 포인트의 수 K는 미리 설정된 이미 알려진 값이며, 점 E1과 점 E2는 각각 입력축 파형의 1/4주기와 3/4주기에 위치하고 있기 때문에, 점 E1의 제어 포인트 k1 및 점 E2의 제어 포인트 k2는 각각 K/4와 및 K3/4이 된다. 따라서, 점 EA'의 제어 포인트 kA'와 점 EB'의 제어 포인트 kB'는 다음의 수식(13)과 수식(14)에 의해 각각 계산된다.
그리고, 스티어링 샤프트(W1)를 CW 방향으로 회전 구동중에 토크 T의 크기가 기준값 τ를 넘은 경우(즉, 점 EA에 도달한 경우)에는, 수식(13)에 의해 계산되는 제어 포인트 kA'(점 EA')로 점프하고(S5120), 스킵 처리 S5100이 종료된다. 이후, 토크 T의 크기가 다시 기준값 τ를 넘을 때까지, 통상적인 위치 제어에 의해, 입력축 파형에 따라 스티어링 샤프트(W1)가 회전 구동된다.
또한 점 EA로부터 점 EA'로의 점프의 전후에서 입력축 파형의 기울기가 역방향으로 변화하고 있는 점에서 알 수 있는 바와 같이, 점프의 전후(즉, 끝단 닿음 위치 θA)에서 스티어링 샤프트(W1)의 회전 구동의 방향이 반전된다. 또 이 반전의 전후에서 스티어링 샤프트(W1)의 각도 위치 θA가 변화하지 않기 때문에, 반전의 전후에서 토크 T에 큰 변화는 생기지 않고, 충격없이 스무스하게 구동이 반전된다. 그 때문에, 공시체(W)나 시험 장치(1)에 반전시의 충격에 따른 계획 밖의 데미지를 주지 않고 시험을 행하는 것이 가능하다.
<변형예>
처리 S5110에 있어서의 상기한 수식(13), (14)에 의한 점프처의 제어 포인트 kA', kB'의 계산은 입력축 파형이 점 E1, E2의 부근에서 각각 수선 P1, P2에 대하여 대칭인 것이 전제로 되어 있다. 그러나, 입력축 파형은 임의로 설정할 수 있기 때문에, 입력축 파형이 상기한 대칭성을 가진다고는 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 40에 나타내는 바와 같이, 입력축 파형의 점 E1 부근의 형상이 수선 P1에 대하여 비대칭인 경우, 수식(13)에 의해 얻어지는 점 EA'(제어 포인트 kA')의 각도 위치 θA'는 끝단 닿음 위치 θA보다 더욱 외측이 된다(즉, 중심 위치 θC로부터 떨어진다). 그 때문에, 점 EA'에 있어서는 각도 위치 θ20을 중심 위치 θC측으로 되돌리고자 하는 강한 토크 T가 스티어링 샤프트(W1)에 작용한다. 따라서, 제어 포인트 kA(점 EA)로부터 제어 포인트 kA'(점 EA')로 점프하면, 급격한 토크 T의 상승(즉 충격)이 발생하기 때문에, 공시체(W)에 계획 밖의 스트레스가 가해지게 되고, 시험 결과의 타당성이 손상될 가능성이 있다.
이하에 설명하는 처리 S5110의 변형예는 수선 P1, P2에 대하여 비대칭인 입력축 파형으로 시험을 행하는 경우라도, 반전시의 충격의 발생을 유효하게 방지하는 것이다.
도 41은 점프처 탐색 처리 S5110의 변형예의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 본 변형예에서는 우선 도 40에 나타내는 점프처의 후보점 EA*가 결정된다(S5111). 상기 서술한 바와 같이, 도 40에 나타내는 바와 같은 수선 P1에 대하여 비대칭인 입력축 파형인 경우에는, 수식(13)에 의해 얻어지는 제어 포인트 kA'의 점 EA'로 점프하면 충격이 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 본 변형예에서는 점 EA'보다 더욱 앞의(제어 포인트 k의 값이 큰) 점 EA*를 후보점으로 한다. 구체적으로는, 다음의 수식(15)에 의해 후보점 EA*의 제어 포인트 kA*가 계산된다.
단, α는 양수
이어서 수식(15)에 의해 얻어진 후보점 EA*의 제어 포인트 kA*와 입력축 파형으로부터, 후보점 EA*의 각도 위치 θA*를 계산하고, 후보점 EA*의 각도 위치 θA*가 끝단 닿음 위치 θA에 충분히(즉, 후보점 EA*로 점프했을 때 시험 결과에 영향을 줄 수 있는 충격이 발생하지 않을 정도로) 가까운지 여부가 판단된다(S5112). 구체적으로는, 다음의 수식(16)을 만족하는(즉, 끝단 닿음 위치 θA로부터의 각도 위치 θA*의 편차가 기준값 δθA 이하인)지 여부에 따라, 후보점 EA*의 각도 위치 θA*가 끝단 닿음 위치 θA에 충분히 가까운지 여부가 판단된다.
단, δθA는 양의 상수(판단 S5112의 기준값)
후보점 EA*의 각도 위치 θA*가 끝단 닿음 위치 θA에 충분히 가까우면(S5112:예), 점프처를 탐색하는 처리 S5110은 종료된다. 각도 위치 θA*가 끝단 닿음 위치 θA에 충분히 가깝지 않으면(S5112:아니오), 제어 포인트 kA*를 1개 빼고, 후보점 EA*를 점 E1측으로 이동시킨다(S5114). 그리고, 처리 S5112로 되돌아가, 이동 후의 후보점 EA*의 각도 위치 θA*가 끝단 닿음 위치 θA에 충분히 가까운지 여부가 판단된다. 후보점 EA*의 각도 위치 θA*가 끝단 닿음 위치 θA에 충분히 가깝다고 판단될 때까지, 처리 S5112-S5114가 반복된다. 또한 도 40에 나타내는 입력축 파형에서는 후보점 EA*가 점 EA"(또는 그 근방)에 도달하면, 후보점 EA*의 각도 위치 θA*가 끝단 닿음 위치 θA에 충분히 가깝다고 판단된다.
상기한 변형예에서는 점프처의 점 EA"의 각도 위치 θA"가 끝단 닿음 위치 θA(현재 위치)에 충분히 가까운 것이 확인되고나서, 제어 포인트의 점프가 행해지기 때문에, 스티어링 샤프트(W1)의 회전 구동의 반전시에 발생하는 충격을 보다 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다.
상기한 변형예에서는 최초의 후보점 EA*가 끝단 닿음 위치 θA보다 내측(중심 위치 θC측)으로 설정되고, 내측으로부터 외측을 향하여(도 40의 그래프에 있어서는 화살표 M으로 나타내는 바와 같이 상측을 향하여) 점프처의 탐색이 행해지는데, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 상기한 변형예와는 반대로, 끝단 닿음 위치 θA보다 외측의 점(예를 들면, 점 E1이나 점 EA')으로부터 내측을 향하여 점프처를 탐색해도 된다.
또한 점 E1을 시점으로 하여 탐색을 행하는 경우에는, 시점은 용이하게 설정할 수 있지만, 탐색의 도달점인 점 EA"까지의 거리(제어 포인트수)가 점 EA*나 점 EA'보다 멀기 때문에, 점프처의 탐색에 필요한 계산량이 많아진다. 그 때문에, 점 E1보다 앞에 있는(즉, 제어 포인트수가 큰) 점을 시점으로 설정한 편이 점프처의 탐색을 효율적으로 행할 수 있다.
또 점프처의 탐색의 방향(즉, 처리 S5114에 있어서 후보점 EA*를 이동시키는 방향)은 당연히 탐색의 도달점 EA"에 근접시키는 방향으로 행할 필요가 있다. 상기한 변형예에서는 최초의 점프처의 후보점 EA*를 정하는 상수 α가 탐색의 도달점 EA"보다 반드시 앞(도 40에 있어서 우측)에 후보점 EA*가 설정되도록, 큰 값으로 설정되어 있다. 그 때문에 처리 S5114에 있어서, 제어 포인트수를 빼고, 후보점 EA*를 도 40에 있어서 좌측으로 이동시키는 처리가 무조건적으로 행해진다. 그러나, 상수 α를 비교적 작은 값으로 설정하는 경우나, 최초의 점프처의 후보점 EA*를 예를 들면 점 EA'(수선 P1까지의 거리가 점 EA와 동일한 점)으로 설정하는 경우에는, 도 40에 있어서 후보점 EA*가 탐색의 도달점 EA"의 좌측에 위치하기 때문에, 처리 S5114에 있어서 후보점 EA*를 우측으로 이동시키는 것이 필요하게 된다. 그 때문에, 이와 같은 경우에는, 예를 들면 후보점 EA*와 탐색의 도달점 EA"의 위치 관계(제어 포인트 k의 대소 관계)를 판단하는 처리도 마련하여, 그 판단 결과에 따라 후보점 EA*를 이동시키는 방향을 결정하도록 구성할 필요가 있다.
이상이 본 발명의 하나의 실시형태의 설명이다. 본 발명의 실시형태는 상기에 설명한 것에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면 본 명세서 중에 예시적으로 명시된 실시형태 등의 구성 및/또는 본 명세서중의 기재로부터 당업자에게 자명한 실시형태 등의 구성을 적절히 조합한 구성도 본원의 실시형태에 포함된다.
상기한 실시형태에서는 부하 제어 Sa20에 있어서, 최초의 제어 사이클인 경우(Sa2010:예)에만 입력측 구동부(20)의 각속도 ω20으로부터 계산되는 각속도 Ω62의 환산값(Tr·ω20/r63)이 목표값 RΩ로서 사용되는데(Sa2012), 초기의 복수의 제어 사이클에 대하여 처리 Sa2012를 적용하는 구성으로 해도 된다.
상기한 실시형태에서는 끝단 닿음 제어 S9에 있어서, 토크 T를 토크 상한 T1까지 일단 올리고나서 유지 토크 T2까지 완만하게 변화시키는 제어가 행해지는데, 이 과정을 생략하고, 최초부터 유지 토크 T2를 목표값으로 설정하여 토크 제어 S11을 행하는 구성으로 해도 된다.
상기한 실시형태에서는 끝단 닿음 제어 S9에 있어서, 유지 토크 T2가 토크 상한 T1보다 낮은 값으로 설정되어 있는데, 유지 토크 T2를 토크 상한 T1보다 높은 값으로 설정해도 된다.
상기한 실시형태에서는 단일의 파형 패턴에 의해 시험 장치(1) 전체의 동작이 규정되는데, 시험 장치(1)의 상이한 일부의 동작을 규정하는 복수의 파형 패턴(예를 들면, 입력측 구동부(20), 출력측 구동부(60R), 출력측 구동부(60L)의 동작을 각각 규정하는 입력측, 우출력측 및 좌출력측의 3개의 파형 패턴)으로부터 시퀸스 테이블을 구성해도 된다.

Claims (2)

  1. 공시체인 스티어링 장치의 스티어링 샤프트를 회전 구동 가능한 입력측 구동부와,
    상기 스티어링 샤프트의 각도 위치를 검출하는 위치 검출 수단과,
    상기 스티어링 샤프트의 토크를 검출하는 토크 검출 수단과,
    상기 위치 검출 수단 및 상기 토크 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 입력측 구동부를 제어하는 제어부
    를 갖추고,
    상기 제어부가 중심내기 처리를 실행 가능하게 구성되고,
    상기 중심내기 처리가,
    상기 스티어링 샤프트의 토크가 소정값에 도달할 때까지 상기 스티어링 샤프트를 일방향으로 회전 구동하는 일방향 구동 스텝과,
    상기 일방향 구동 스텝에 의해 상기 스티어링 샤프트의 토크가 상기 소정값에 도달했을 때의 상기 스티어링 샤프트의 각도 위치 θA를 검출하는 제1 끝단 닿음 위치 검출 스텝과,
    상기 스티어링 샤프트의 토크가 상기 소정값에 도달할 때까지, 상기 스티어링 샤프트를 역방향으로 회전 구동하는 역방향 구동 스텝과,
    상기 역방향 구동 스텝에 의해 상기 스티어링 샤프트의 토크가 상기 소정값에 도달했을 때의 상기 스티어링 샤프트의 각도 위치 θB를 검출하는 제2 끝단 닿음 위치 검출 스텝과,
    다음의 수식(1)에 의해 상기 스티어링 샤프트의 가동 범위의 중심 위치 θC를 계산하는 중심 위치 계산 스텝을 포함하는,

    것을 특징으로 하는 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중심내기 처리가,
    상기 스티어링 샤프트를 상기 중심 위치 θC까지 회전 구동하는 중심 위치 이동 스텝을 포함하는,
    것을 특징으로 하는 시험 장치.
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