JP2019537025A - 駆動系とテストスタンドによるテストランの間に負荷設定機械を制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動系テストスタンド１でテストランを実施する方法に関する。
このシミュレーションモデル２０で計算された、前後方向の力Ｆ_ｘｉにより引き起こされる回転モーメントＭ_Ｆｘｉが、追加的に制御ユニット９ｉに引き渡されて、制御ユニット９ｉで、その回転モーメントから、補正回転モーメントＭ_Ｋｉが、前後方向の力Ｆ_ｘｉにより引き起こされる回転モーメントＭ_Ｆｘｉ及び負荷設定機械８ｉの慣性モーメントＪ_Ｂとシミュレーションされる車両車輪１９の慣性モーメントＪ_Ｒｉの間の偏差の関数として計算されることと、
制御ユニット９ｉが、回転数コントローラ１７ｉを用いて、目標回転数ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}から回転モーメントＭ_ＲＥｉを計算することと、
負荷設定機械８ｉにより設定すべき回転モーメントＭ_{Ｂｉ，ｓｏｌｌ}が、補正回転モーメントＭ_Ｋｉと回転数コントローラ１７ｉにより計算された回転モーメントＭ_ＲＥｉの合計として計算されて、負荷設定機械８ｉにより設定される

Description

本発明は、駆動系テストスタンドにおいてテストランを実施する方法であって、この駆動系テストスタンドには、少なくとも一つのハーフシャフトを備えた駆動系が配置され、このハーフシャフトが負荷設定機械と接続され、このハーフシャフトの回転数が制御ユニットで制御され、シミュレーションモデルにおいて、このシミュレーションモデルでシミュレーションされる車両車輪のタイヤの前後方向の力と負荷設定機械の設定すべき目標回転数が計算され、この制御ユニットの目標回転数が回転数制御の目標値として負荷設定機械に引き渡される方法に関する。同様に、本発明は、それに対応する駆動系テストスタンドに関する。

駆動系を開発するためには、開発過程の間に、その駆動系を度々テストしなければならない、即ち、駆動系の反応を検査するために、テストランに基づき所定の負荷を与えなければならない。そして、テスト結果により、駆動系を更に発展又は改善するために、相応のステップをセットすることができる。駆動系を検査するために、様々な周知のアプローチが存在する。

駆動系は、例えば、実際の車両に組み込むことができ、その車両を用いて、実際の道路又はテスト用地でテスト走行を実施することができる。テスト走行の間に、車両又は駆動系において測定を行ない、テスト走行後に、評価することができる。その措置は、当然に非常に負担がかかる。更に、テストドライバーがテスト走行を複数回正確に同じように実行することができないので、テスト走行は殆ど再現できない。確かに、テスト用地では、テスト走行を再現可能にするために、走行ロボットとシフトロボット（変速機が有る場合）を使用することができるが、それは、明らかに負担を一層上昇させる。従って、そのようなテスト走行は、むしろ不利であり、今日では、総じて駆動系又は車両の非常に後期の開発段階でのみ採用されている。しかし、頻繁な変更とテストが必要である早期の開発段階では、それは殆ど適さない。

道路上での実際のテスト走行に代わって、ローラー式テストスタンドを用いることもでき、そのローラー式テストスタンドでは、車両がテストスタンドのローラー上に配置される。しかし、そのようなローラー式テストスタンドでは、ローラーの大きな慣性のために、（回転数や回転モーメントなどの制御変数を速く又は一時的に変更するとの意味での）動特性のテストは殆ど不可能である。従って、ローラー式テストスタンドも駆動系のテストに適さないか、或いは非常に限定的にしか適さない、少なくとも動特性の大きいテストには適さない。

この問題を取り除くために、既に駆動系テストスタンドも知られており、そこでは、駆動系に負荷を加えるために規定された回転モーメント又は回転数を駆動系に加えて、それにより駆動系による車両の実際の走行をシミュレーションする負荷設定機械（例えば、電気モーター）が、少なくとも駆動系の駆動されるハーフシャフトに配置されている。その場合、負荷設定機械を介して設定すべき回転数／回転モーメントは、シミュレーションモデルで計算される。その場合、シミュレーションモデルは、多くの場合、一つの車両モデル、一つ（又は複数の）車輪モデル、一つの道路モデル、一つのドライバーモデル及びそれ以外のモデルを有し、それらが、協力して動作して、一緒になって車両の動きをシミュレーションする。

特許文献１は、例えば、車両の動きをシミュレーションするシミュレーションモデルを有する駆動系テストスタンドを記載している。テストランの制御のために、回転モーメントに関する目標値を計算する車両モデルと組み合わせて、タイヤモデルを使用している。そのために、ハーフシャフトの回転数が測定されて、シミュレーションモデルに提供される。回転モーメントに関して計算された目標値が、その実現のために直に負荷設定機械に提供される。そのため、負荷設定機械は、開いた制御回路（オープンループ）により回転モーメントを制御される。そのアプローチの欠点は、実際に近いテストランのためには、慣性モーメントが、標準的に駆動系に配置されている本当の車輪の慣性モーメントと出来る限り正確に一致しなければならないことである。車輪の慣性モーメントは通常小さいので、負荷設定機械に対する高い要件となる。従って、それは、一般的にコスト及び動作の安全性に関して周知の欠点を有する同期式電気機械として実現されなければならない。更に、負荷設定機械のインバーターにおける回転モーメントの負担のかかる調整が必要である。

更に、オープンループ式制御は、当然閉じた制御回路（クローズドループ）の場合のような制御誤差を補正する手法を持たず、ノイズ抑制手段も提供しない。そのため、個々の負荷設定機械のそれ自体では回避できない、製造又は動作に起因する偏差も、早くも駆動系テストスタンドの制御に対して直接的な（否定的な）影響を及ぼす。

そのような駆動系テストスタンドが、全輪駆動系に関する特許文献２からも明らかである。その場合、駆動系テストスタンドにおけるハーフシャフトの回転数及び回転モーメントが測定されて、シミュレーションモデルで、それらから、ハーフシャフトにおける回転数制御式負荷設定機械のための目標回転数が計算されている。しかし、タイヤモデルの代わりに、（タイヤのシミュレーションも含む）車輪モデルが用いられているので、シミュレーションモデルに関して、幾らかの別のアプローチが選択されている。そこでは、異なるモデルの協力した動作も詳しく記載されている。動特性テストに関しては、特に、タイヤのスリップを考慮することが重要であり、そのために、タイヤモデルが必要である。特許文献２は、そのことも記載している。

特許文献３も、車両モデルと車両モデルを有する駆動系テストスタンド及びそのテストスタンドにおける負荷設定機械の回転数制御とを提示している。

特許文献２及び３の欠点は、回転数制御が遅延と減衰を引き起こし、それにより、ハーフシャフトにおいて支配的な回転数がシミュレーションモデルでシミュレーションされた回転数に対して常に時間的に遅れることである。そのため、駆動系テストスタンドにおける駆動系の実際の状態が、所望のシミュレーションされた状態と一致せず、それが、駆動系のテストに悪い影響を及ぼしている。駆動系のテスト時に常に期待される動的な状態変更を可能にするために、回転数コントローラは、制御の安定性に不利な作用を及ぼす大きな増幅率を持たなければならない。最悪の場合、回転数制御が不安定になる可能性が有り、それは、駆動系テストスタンドを損傷するか、それどころか破壊する可能が有るが、少なくともテストランを中断させる。従って、要件を満たすように、コントローラを最適化しなければならず、それは、負担のかかるコントローラ設計又はコントローラ調整を必要とする。

この問題を取り除くために、非特許文献１では、タイヤモデルを含む車輪モデルをシミュレーションに適合させることが提案されている。しかし、それは、シミュレーション環境への介入と車輪モデルの置換又は適合を必要とする。しかし、通常は車輪及びタイヤに関する周知の標準モデルが使用されているので、そのような介入は、多くの場合、駆動系テストスタンドの運営者によって望まれておらず、従って、不可能である。多くの場合、シミュレーションモデルを含むシミュレーション環境は、テストスタンドで使用される前の早期の開発段階で既に存在して、変更されずにテストスタンドで使用されるべきである。テストスタンドは、目標回転数を出力して、駆動系テストスタンドで測定された変数をシミュレーションモデルに引き渡すためのインタフェースだけを提供する。従って、多くの場合、如何なる車輪モデルをシミュレーション環境で使用するのかさえ分からず、そのため、実際には多くの場合車輪モデルの変更も殆ど不可能である。

欧州特許公開第１０３７０３０号明細書 ドイツ特許第３８０１６４７号明細書 オーストリア特許第５０８０３１号明細書

Ｂａｕｅｒ， Ｒ．， "Ｎｅｕｅｓ Ｒｅｇｅｌｋｏｎｚｅｐｔ ｆｕｅｒ ｄｉｅ ｄｙｎａｍｉｓｃｈｅ Ａｎｔｒｉｅｂｓｓｔｒａｎｇｐｒｕｅｆｕｎｇ"， １７． Ｓｔｅｉｒｉｓｃｈｅｓ Ｓｅｍｉｎａｒ ｕｅｂｅｒ Ｒｅｇｅｌｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ ｕｎｄ Ｐｒｏｚｅｓｓａｕｔｏｍａｔｉｓｉｅｒｕｎｇ ｖｏｍ ５．−８．９．２０１１， Ｔａｇｕｎｇｓｂａｎｄ Ｓ．１０４−１１６ Ｐａｃｅｊｋｙ Ｈ． Ｂ．， ｅｔ ａｌ．， "Ｔｙｒｅ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｔｕｄｉｅｓ"， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ， Ｄｅｔｒｏｉｔ， Ｆｅｂ． ２３−２７， １９８７， ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ ８７０４２１

以上のことから、本発明の課題は、従来技術の問題を取り除くことである。

この課題は、シミュレーションモデルで計算された、前後方向の力により引き起こされる回転モーメントが、追加的に制御ユニットに引き渡されて、制御ユニットで、その回転モーメントから、補正回転モーメントが、前後方向の力により引き起こされる回転モーメント及び負荷設定機械の慣性モーメントとシミュレーションされる車両車輪の慣性モーメントの間の偏差の関数として計算され、制御ユニットが、回転数コントローラを用いて、目標回転数から回転モーメントを計算し、負荷設定機械により設定すべき回転モーメントが、補正回転モーメントと回転数コントローラにより計算された回転モーメントの合計として計算されて、負荷設定機械により設定されることによって解決される。この補正回転モーメントによって、慣性モーメントが異なるにも関わらず、負荷設定機械が、駆動系テストスタンドでシミュレーションされる車両車輪を良好にエミュレーションすることを実現できる。この場合、この補正回転モーメントは、制御変数として機能し、回転数コントローラは、それを用いて、駆動系テストスタンドで起こるかもしれない偏差だけを補正すればよい。同様に、それにより、回転数コントローラ、例えば、増幅率に対する要件を低減することができると同時に、それにより、回転数コントローラの（制御変数の変更速度との意味での）動特性及び速度を改善することができる。同様に、それにより、回転数コントローラの安定性を向上することができる。

有利には、シミュレーションモデルは、タイヤモデルを含む車輪モデルと車両モデルとを有する。それによって、標準モデルを使用することができ、それは、シミュレーションを容易にする。

偏差として、負荷設定機械の慣性モーメントとシミュレーションされる車両車輪の慣性モーメントとの商又はシミュレーションされる車両車輪の慣性モーメントと負荷設定機械の慣性モーメントとの差を使用した場合に、この補正回転モーメントを簡単に計算することができる。

以下において、本発明の有利な実施形態を例示して、模式的に図示し、本発明を制限するものではない図１〜６を参照して本発明を詳しく説明する。

駆動系をテスト対象とする駆動系テストスタンドの実施例の模式図 シミュレーションモデルの有利なモデル構造の模式図 タイヤ座標系の例の模式図 駆動系テストスタンドにおける負荷設定機械の従来の回転数制御の模式図 駆動系テストスタンドにおける負荷設定機械の本発明による回転数制御の模式図 車両車輪における動特性状態変数の模式図 負荷設定機械における動特性状態変数の模式図

図１には、駆動系２のための駆動系テストスタンド１が模式的に図示されている。この駆動系２及び駆動系テストスタンド１のそれ以外の構成部品を移送、配置、保管及び固定するための所要の周知のテストスタンド構造は、見易さの理由から図示されていない。この駆動系２は、図示された実施例では、クラッチ４を介して駆動シャフトを用いて変速機５と接続された駆動機器３、例えば、燃焼エンジン、電気モーター又はそれらの組み合わせを有する。この変速機５は、差動装置６と接続され、その差動装置を介して、更に、駆動系２の二つのハーフシャフト７ａ，７ｂが駆動される。駆動系２の駆動されるハーフシャフト７ａ，７ｂには、負荷設定機械８ａ，８ｂ、例えば、電気モーターが配置されている。これらの負荷設定機械８ａ，８ｂは、回転モーメントを伝達できるように、周知の手法で配置されて、ハーフシャフト７ａ，７ｂと回転ずれしない形で接続されている。例えば、負荷設定機械８ａ，８ｂは、ハーフシャフト７ａ，７ｂの車輪フランジにフランジ接続されている。当然のことながら、この駆動系２は、同じ手法で全輪駆動系としても実現することができる。この場合、駆動される全てのハーフシャフトに負荷設定機械を同様に配置することができる。同様に、例えば、電気駆動式車軸（それ以外の駆動車軸との組み合わせも）などの駆動系２のそれ以外の駆動方式及び実現形態や、車輪ハブモーターの使用も考えられる。全く同様に、如何なる数の車軸又は如何なる数の駆動車軸が存在するのか、並びに如何なる数の車輪が一つの車軸に配置されているのかは関係ない。

この駆動系２は、駆動系２、特に、一つの駆動機構３、場合によっては、複数の駆動機構の構成部品を制御するために、例えば、エンジン制御ユニットＥＣＵや変速機制御ユニットＴＣＵなどの制御ユニットを備えることもできる。

駆動系２の具体的な実施形態は、本発明にとって重要ではない。少なくとも一つの負荷設定機械８ａ，８ｂを少なくとも一つのハーフシャフト７ａ，７ｂと接続できることだけが決定的に重要である。それは、有利には、駆動されるハーフシャフト７ａ，７ｂであるが、駆動されないハーフシャフトであるとすることもできる。駆動されないハーフシャフトの配置構成は、例えば、ハーフシャフトにおけるブレーキ又は制動挙動もシミュレーションしたい場合に意味を成すことができる。

更に、テストスタンド１には、テストスタンド１で実行するテストランを制御するテストスタンド自動化ユニット１０が配備されている。このテストスタンド自動化ユニット１０は、例えば、所要のソフトウェアを備えたコンピュータとして、或いは協力して動作するコンピュータの集合体として実現される。このテストスタンド自動化ユニット１０は、特に、負荷設定機械８ａ，８ｂを制御するが、駆動系２の構成部品、特に、駆動機構３又は変速機５も制御する。それは、例えば、テストスタンド自動化ユニット１０からエンジン制御ユニットＥＣＵに走行ペダル位置を伝送することによって、制御ユニットＥＣＵ，ＴＣＵを介して行なうこともできる。テストスタンド自動化ユニット１０と駆動系２又は駆動系テストスタンド１の構成部品との間の接続は、図１に表示されている通り、データバス１１、例えば、従来の車両バスを介して行なうこともできる。しかし、駆動系２の構成部品の制御形式は、本発明にとって重要ではない。

テストスタンド自動化ユニット１０には、仮想的な走行区間に沿った仮想的な（即ち、シミュレーションされる）テスト環境によって、駆動系２を備えた仮想的な（即ち、シミュレーションされる）車両の動きをシミュレーションするシミュレーションモデル２０が、シミュレーションハードウェア及び／又はシミュレーションソフトウェアの形で実装されている。この仮想的なテスト環境によって、少なくとも仮想的な走行区間（カーブ、勾配、道路の傾斜、路面）が決定される。そのために、走行区間を事前に定義することができる。多くの場合、実際の車両を用いて、実際の区間を走行し、その際、或るパラメータ（例えば、カーブ、勾配、道路の傾斜、路面（タイヤグリップ）、車両速度等）を測定する。そして、そのような実際の走行から、仮想的な走行区間を作成することができる。同様に、実際の走行から、走行プロファイルを、即ち、例えば、車両速度、走行区間の所定の位置でのシフト操作又は或る位置での速度変化を取得することができる。この走行プロファイルは、仮想的なテスト環境において、仮想的なドライバーにより実現され、それに関して、異なる走行プロファイルを、例えば、所望の速度変化を異なる形態で実現する、或いはカーブを異なる形態で走行する保守的又は攻撃的なドライバーを例として定義することもできる。しかし、使用者が、例えば、好適なエディタにおいて、全く自由に走行区間及び／又は走行プロファイルを定義することもできる。しかし、インタフェース（例えば、ハンドル、アクセルペダル、クラッチ、ブレーキペダル）がテストスタンドで提供されて、それを介して、本当の使用者が仮想的なテスト環境において仮想的な車両を制御する、例えば、操舵し、ガソリンを与え、制動し、シフトなどを行なうテストランの間に、テストスタンドにおいて初めて、走行プロファイルを少なくとも部分的に作成することもできる。しかし、例えば、交通標識、走行区間に沿った交通、走行路上の水溜まり又はアイスバーンなどの事象によって、この走行区間を補完することもできる。

しかし、仮想的な車両のシミュレーションによるテストランが具体的にどのように見えるのかは、本発明にとって重要ではない。この場合、仮想的な車両の動き、特に、空間内における静特性、動特性、即ち、速度及び加速度、並びにタイヤが動きた時の車両のタイヤと走行路の相互作用がシミュレーションされることだけが重要である。この場合、シミュレーションモデル２０は、シミュレーションの所与の時間ステップで、例えば、１０ｋＨｚの周波数で、駆動機構３に関する目標値、例えば、駆動機構３により設定される目標回転数ｎ_{Ａ，ｓｅｔ}、目標回転モーメントＭ_{Ａ，ｓｅｔ}、目標電流又は目標電圧を提供する。同様に、駆動系２の別の構成部品に関する目標値、例えば、変速機５に関するシフト命令を算出して送ることができる。それと同時に、シミュレーションモデル２０は、シミュレーションの所与の時間ステップで、使用する負荷設定機械８ａ，８ｂに関する目標値、有利には、目標回転数ｎ_{Ｂａ，ｓｅｔ}，ｎ_{Ｂｂ，ｓｅｔ}を提供する。このようにして、駆動系２は、シミュレーションされる車両がシミュレーションされるテスト区間に沿って走行した時に経験する状態とほぼ同じ状態を駆動系テストスタンド１において「体験」する。

これらの負荷設定機械８ａ，８ｂは、周知の手法により、それぞれ対応する制御ユニット９ａ，９ｂにより制御される。そのために、制御ユニット９ａ，９ｂは、対応する負荷設定機械８ａ，８ｂに関する目標値、本発明では、目標回転数ｎ_{Ｂａ，ｓｅｔ}，ｎ_{Ｂｂ，ｓｅｔ}を受信して、実装されたコントローラ、例えば、周知のＰＩコントローラ又はＰＩＤコントローラを用いて負荷設定機械を制御する。しかし、個々の負荷設定機械８ａ，８ｂの目標値は、当然同じである必要はない。

目標値を計算するとともに、制御ユニット９ａ，９ｂにより負荷設定機械８ａ，８ｂを制御するためにも、図１に表示されている通り、駆動系テストスタンド１において、駆動系２の実際の値も測定され、例えば、回転数測定ユニット１５ａ，１５ｂによる負荷設定機械８ａ，８ｂの実際の回転数ｎ_{Ｂａ，ｉｓｔ}，ｎ_{Ｂｂ，ｉｓｔ}の測定及び／又は回転モーメント測定ユニット１６ａ，１６ｂによるハーフシャフト７ａ，７ｂの実際の回転モーメントＭ_{Ｒａ，ｉｓｔ}，Ｍ_{Ｒｂ，ｉｓｔ}の測定も行なわれる。これらの変数を直接測定する代わりに、オブザーバーを用いて、駆動系２の別の測定変数から、これらの変数を計算することもできる。同様に、駆動系２のモデルから、これらの変数を計算することもできる。同様に、例えば、負荷設定機械８ａ，８ｂのシャフトモーメントＭ_Ｂａ，Ｍ_Ｂｂなどの別の変数を測定、計算又は推定することもできる。

仮想的な車両の動きのシミュレーションを実現するためには、図２に図示されている通り、シミュレーションモデル２０において、少なくとも、走行区間に沿った車両の動きをシミュレーションする車両モデル２２と、タイヤモデルを統合した車輪モデル２１とが必要である。この場合、タイヤモデル２３を含む車輪モデル２１が、車輪／タイヤと周囲環境、即ち、具体的には、テスト区間の道路との相互作用をシミュレーションする。この場合、タイヤモデル２３では、通常タイヤ１１から道路への力の伝達がシミュレーションされ、車輪モデル２１は、車両車輪の慣性と力伝達の力／モーメントを含む動特性をシミュレーションする。

そのために、図３に図示されている通り、タイヤ１１と関連付けられた座標系を使用することができる。この場合、一般的に湾曲した走行路１２上におけるの車両車輪１９のタイヤ１１が模式的に図示されている。このタイヤ１１は、車輪接触点Ｐにおいて走行路１２上に立っており（図３は、車輪接触点Ｐにおける湾曲した走行路１２との接平面１３を図示している）、このタイヤ１１は、車輪中心点Ｃにおいて回転軸ｙ_ｃの周りを回転する。この場合、タイヤ１１は、一点Ｐで走行路１２上に立っているのではなく、一般的にラッチＬと呼ばれるタイヤ接触面上に立っている。ｘ軸は、タイヤ１１の軌道に一致する。ｙ軸は、車輪接触点Ｐを通る回転軸ｙ_ｃの平行線であり、ｚ軸は、車輪接触点Ｐと車輪中心点Ｃを通る接続直線である。そのため、車輪接触点Ｐは、湾曲した走行路１２と車輪中心点Ｃの間の間隔を最小化する点である。それによって、選択された座標系に基づく垂直方向の力Ｆ_ｚ、軌道の方向における前後方向の力Ｆ_ｘ及び左右方向の力Ｆ_ｙ、転がり抵抗モーメントＭ_ｙ，ドリルモーメントＭ_ｚ及びピッチングモーメントＭ_ｘがタイヤ１１に生じる。これらの力とモーメントは、纏めて「タイヤの力レンチ」とも呼ばれる。走行路に対して固定された座標系で見た車両の車輪接触点Ｐの速度は、Ｖ（Ｐ）により表示されている。軌道上へのＶ（Ｐ）の射影は、車両の前後方向の速度と呼ばれて、ｖｘにより略語表記されている。同様に、ｙ方向における車両の左右方向の速度が得られる。

そして、車輪モデル２１は、例えば、次の形の運動方程式として実装することができる。

ここで、変数は以下の通りであり、
Ｊ_Ｗ：シミュレーションされる車両車輪の質量慣性モーメント

：（回転数などのアナログ変数としても測定できる）回転角度αの回転加速度
Ｍ_ｙ：転がり抵抗モーメント
Ｆ_ｘ：前後方向の力
ｒ：車両車輪の半径
Ｍ_Ｒ：例えば、駆動機構３から駆動系２に加えられる、ハーフシャフトに作用する回転モーメント
Ｍ_Ｂ：制動モーメント（任意選択の変数）
Ｍ_ａｕｘ：例えば、摩擦モーメント、空気抵抗モーメント等の追加モーメント（任意）。

これらの回転モーメントは、代数学的変数として、場合によっては、正負符号を付与される。負荷設定機械８ａ，８ｂとハーフシャフト７ａ，７ｂの間の機械的な接続は、通常少なくとも十分に硬いと看做され、その結果、回転角度αは、大抵負荷設定機械８ａ，８ｂの測定された実際の回転数ｎ_{Ｂａ，ｉｓｔ}，ｎ_{Ｂｂ，ｉｓｔ}から導き出すことができる。制動モーメントＭ_Ｂ及び駆動モーメントＭ_Ｒの変数は、測定されるか、テストランから判明するか、駆動系テストスタンド１で測定された別の変数から計算されるか、或いはオブザーバーで推定される。如何なる場合でも、車輪モデル２１は、シミュレーションされる車両車輪１９のタイヤ１１の変数として、タイヤ１１により生み出される前後方向の力Ｆ_ｘに由来する回転モーメントＭ_Ｆｘを考慮し、有利には、追加のタイヤ変数として、転がり抵抗モーメントＭ_ｙも考慮する。

この場合、少なくとも前後方向の力Ｆ_ｘは、車輪モデル２１のタイヤモデル２３で計算されるが、標準的には、更に、少なくとも転がり抵抗モーメントＭｙも、多くの場合、操縦される車輪を回転させて戻そうとする左右方向の力Ｆｙ及びドリルモーメントＭ_ｚも計算される。仮想的な車両の実際に作用する静特性及び動特性（位置、速度、加速度）に基づくが、例えば、能動的な回転モーメント分布などの実装された駆動方式の結果としても、車両の個々の車輪に作用するタイヤ力及びタイヤモーメントは当然同じである必要はならない。

所要のタイヤ力及び／又はタイヤモーメントを計算するために、任意の周知のタイヤモデル２３を使用することができる。周知のタイヤモデルは、例えば、パチェイカモデル、タマタイヤモデル、Ｆタイヤモデル、デルフトタイヤモデル又はＭＦ−ＳＷＩＦＴモデルである。多くの場合、例えば、非特許文献２に記載されているパチェイカモデルが使用される。これらのタイヤモデルは、十分に知られており、従って、詳しく説明しない。基本的に、タイヤモデルは、少なくともタイヤに作用する前記のタイヤ力及び／又はタイヤモーメントの中の幾つかを計算する。しかし、如何なるタイヤモデルを使用するのかは、本発明にとって重要ではない。同様に、例えば、前後方向の力Ｆ_ｘ及び左右方向の力Ｆ_ｙと前後方向のスリップ及び左右方向のスリップとの間の周知の関係を介して、車輪モデル２１又はタイヤモデル２３において、タイヤ１１の前後方向のスリップ及び／又は左右方向のスリップを考慮することができる。この関係は、例えば、特許文献１に記載されている通り、例えば、グラフ又は特性要因図の形で保存することができる。

例えば、特許文献２又は３に記載されている通り、駆動系テストスタンド１における負荷設定機械８ｉの従来から周知の制御が図４に図示されている。以下において、シミュレーションされるｉ番目の車両車輪に関するシミュレーションとしての負荷設定機械８ｉに関する記述だけを行なうが、その記述は、駆動系テストスタンド１で用いられるそれ以外の負荷設定機械にも同様に有効である。車両モデル２２では、例えば、駆動される車両車輪に対する前後方向の力Ｆ_ｘｉと、例えば、車両の質量、走行路の勾配、走行路の傾斜、ｉ番目の車輪のドリフト角、実際に作用するスリップ、空気抵抗、車両のピッチング運動及びローリング運動、走行路の状態などのそれ以外の既知の、或いはパラメータ化された幾何学的又は運動学的な影響変数とから、車両の状態変数、特に、車両の前後方向の速度_ｖｘが計算され、大抵はヨーレイトも計算される。車両モデル２２では、シミュレーションされる車両の実際に作用する静特性（重力）と動特性（空間内の位置、速度、加速度）から、車両車輪に対するタイヤ接触力として、実際の垂直方向の力Ｆ_ｚｉも計算される。例えば、車輪モデル２１のタイヤモデル２３において、その力から、道路とタイヤの間の粘着値と共に、車輪における前後方向の力Ｆ_ｘを計算することができる。ｉ番目の車両車輪の車輪モデル２１ｉ又はそこに統合されたタイヤモデル２３ｉにおいて、場合によっては、ｉ番目の車両車輪の転がり抵抗モーメントＭ_ｙｉも計算される。そのために、ハーフシャフト７ｉにおける実際の回転モーメントＭ_{Ｒｉ，ｉｓｔ}も決定（測定、推定）されて、車輪モデル２１ｉに提供される。少なくともシミュレーションされる車両の前後方向の速度ｖ_ｘ、垂直方向の力Ｆｚ_ｉ、場合によっては、ｉ番目の車両車輪の実際の回転数ｎ_{Ｂｉ，ｉｓｔ}、それに対応するハーフシャフト７ｉの実際の回転モーメントＭ_{Ｒｉ，ｉｓｔ}から、場合によっては、ロールモーメントＭ_ｙｉ及びそれ以外の回転モーメントと共に、前後方向の力Ｆ_ｘｉが計算されて、その力は、更に、車両モデル２２に提供される。そのため、例えば、走行区間とタイヤ１１の間の実際の粘着値又はドリフト角などの所要のパラメータも当然提供される。同様に、特に、現実に近いテストランや、動特性の大きいテストランに関する前後方向の力Ｆ_ｘｉを計算する場合に、スリップを考慮することもできる。車輪モデル２１において、シミュレーションの実際の時間ステップで計算された前後方向の速度ｖ_ｘから、負荷設定機械８ｉによってハーフシャフト７ｉに対して設定すべき目標回転数ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}が計算されて、制御の目標値として、回転数コントローラ１７ｉを実装された、それに対応する制御ユニット９ｉに引き渡される。この回転数コントローラ１７ｉは、その目標値から、実装されたコントローラに基づき、制御モーメントＭ_ＲＥｉを計算して、設定すべき回転モーメントＭ_{Ｂｉ，ｓｏｌｌ}として負荷設定機械８ｉに引き渡す。この負荷設定機械８ｉに対する制御変数は、周知の手法により、負荷設定機械８ｉのパワーエレクトロニクス機器（例えば、インバーター）でモーター電流に換算される。この回転数コントローラ１７ｉは、例えば、ハーフシャフト７ｉの実際の（例えば、測定された）回転数ｎ_{Ｂｉ，ｉｓｔ}と目標回転数ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}の間の偏差としての制御誤差を補正する従来のフィードバックコントローラとして実現されている。

ここで、図５を参照して、負荷設定機械８ｉの本発明による回転数制御を説明する。図４により説明した通りの従来の制御と異なり、本発明では、負荷設定機械８ｉの回転数制御は、慣性モーメント補正により補完される。この慣性モーメント補正によって、負荷設定機械８ｉの既知の慣性モーメントＪ_Ｂｉとシミュレーションされる仮想的な車両車輪の既知の慣性モーメントＪ_Ｒｉの間の偏差が考慮される。言い換えると、それによって、駆動系テストスタンド１において、シミュレーションと現実の間の偏差が考慮されて、その影響が軽減されている。

そのために、車輪モデル２１ｉは、テストスタンド自動化ユニット１０のインタフェース３０において、従来技術などでの目標回転数ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}以外に、更に、前後方向の力Ｆ_ｘｉにより引き起こされる回転モーメントＭ_Ｆｘｉも制御ユニット９ｉに引き渡す。

それと同様に、当然前後方向の力Ｆ_ｘｉも、場合によっては、車両車輪の半径ｒ_ｉと共に引き渡すことができる。従って、これは、本発明の意味において、「回転モーメントＭ_Ｆｘｉの引き渡し」であるとも理解される。テストランを実行するためには、何れにせよ車輪モデル２１ｉにおいて、この回転モーメントＭ_Ｆｘｉを計算しなければならないので、車輪モデル２１ｉを適合させる必要はない。シミュレーションモデル２０と制御ユニット９ｉの間で追加の変数を引き渡すこと、例えば、テストスタンド自動化ユニット１０において回転モーメントＭ_Ｆｘｉを引き渡すための追加のインタフェースだけが規定され、それは容易に実装できる。

制御ユニット９ｉでは、回転モーメントＭ_Ｆｘｉ及び負荷設定機械の慣性モーメントＪ_Ｂｉとシミュレーションされる車両車輪の慣性モーメントＪ_Ｒｉの間の偏差Ａ_Ｊｉから、即ち、Ｍ_Ｋｉ＝ｆ（Ｍ_Ｆｘｉ，Ａ_Ｊｉ）となる補正回転モーメントＭ_Ｋｉを計算する補正ユニット１８ｉが配備されている。この計算された補正回転モーメントＭ_Ｋｉは、有利には、制御の時間ステップ毎に新たに計算される。この補正回転モーメントＭ_Ｋｉは、制御ユニット９ｉの回転数コントローラ１７ｉ（例えば、従来のＰＩコントローラ又はＰＩＤコントローラ）に実装されたコントローラ規則に基づき計算された回転モーメントＭＲ_Ｅｉに加算される。そして、この合計回転モーメントは、設定すべき回転モーメントＭ_{Ｂｉ，ｓｏｌｌ}として負荷設定機械８ｉに与えられる。

ｉ番目の車両車輪１９ｉに関する偏差Ａ_Ｊｉを算出するために、以下の通り進めることができ、ここで、図６を参照する。角速度ω_Ｒｉで回転する、慣性モーメントＪ_Ｒｉを有する車両車輪１９ｉには、前後方向の力Ｆ_ｘｉにより引き起こされる回転モーメントＭ_Ｆｘｉと、ハーフシャフト７ｉに作用する回転モーメントＭ_Ｒｉとが作用する（図６ａ）。これに関する角運動量の法則を記述すると、次の式

が得られる。角速度ω_Ｂｉで回転する、負荷設定機械８ｉのシャフトには、負荷回転モーメントＭ_Ｂｉが作用するとともに（図１）、負荷設定機械８ｉは、回転モーメントＭ_Ｄｉを発生させる（図６ｂ）。これに関する角運動量の法則を記述すると、次の式

が得られる。ここで、負荷設定機械８ｉは、駆動系テストスタンド１において、車両車輪１９ｉを出来る限り良好にエミュレーションすべきである。従って、ハーフシャフト７ｉと負荷設定機械８ｉのシャフトにおける回転加速度が同じである、即ち、次の式の通りであることを要求でき、

そのことから、両方の角運動量の法則により、次の式を直接導き出すことができる。

駆動系２との負荷設定機械８ｉの機械的な連結の機械的な剛性が（少なくとも十分に）大きいと仮定すると、簡単化のために、ハーフシャフト７ｉに作用する回転モーメントＭ_Ｒｉが負荷設定機械８ｉの回転モーメントＭ_Ｂｉと等しいとすることができ、それは、次の式を生み出す。

従って、駆動系テストスタンド１において、両方の回転モーメントの中の一つだけを算出すればよい。そのため、この偏差Ａ_Ｊｉは、負荷設定機械８ｉの慣性モーメントＪ_Ｂｉとシミュレーションされる車両車輪１９ｉの慣性モーメントＪ_Ｒｉとの商として表される。それに代わって、Ｍ_Ｂｉ＝Ｍ_Ｒｉであることも要求でき、そのことから、両方の角運動量の法則により、次の式を直接導き出すことができる。

駆動系２との負荷設定機械８ｉの機械的な連結の機械的な剛性が（少なくとも十分に）大きいと仮定すると、簡単化のために、ハーフシャフト７ｉにおける回転数ｎ_Ｒｉ（又はω_Ｒｉ）が負荷設定機械８ｉの回転数ｎ_Ｂｉ（又はω_Ｂｉ）と等しいとすることができ、それは、次の式を生み出す。

従って、駆動系テストスタンド１において、両方の回転数の中の一つだけを算出すればよい。そのため、この偏差Ａ_Ｊｉは、シミュレーションされる車両車輪１９ｉの慣性モーメントＪ_Ｒｉと負荷設定機械８ｉの慣性モーメントＪ_Ｂｉとの差として表される。これらの慣性モーメントＪ_Ｂｉ，Ｊ_Ｒｉが等しい場合、この式は、Ｍ_Ｄｉ＝Ｍ_Ｆｘｉに減縮される。回転モーメントＭ_Ｂｉ及び／又はＭ_Ｒｉ、或いは回転数ｎ_Ｂｉ及び／又はｎ_Ｒｉは、又もや測定、計算又は推定することができ、従って、慣性モーメントの補正のために、既知であることを前提にすることができる。

従って、負荷設定機械８ｉが、異なる慣性モーメントＪ_Ｒｉ，Ｊ_Ｂｉにも関わらず車両車輪１９ｉを良好にエミュレーションするためには、負荷設定機械８ｉは、回転モーメントＭ_Ｄｉを生み出さなければならない。従って、補正回転モーメントＭ_Ｋｉがこの回転モーメントＭ_Ｄｉと等しいとされる。従って、補正回転モーメントＭ_Ｋｉを制御変数と看做すこともでき、そして、回転数コントローラ１７ｉは、起こるかもしれない偏差だけを補正すればよい。そのため、同様に回転数コントローラ１７ｉ、例えば、増幅率に対する要件を低減することができると同時に、それにより、回転数コントローラ１７ｉの（制御変数の変化速度との意味での）動特性と速度を改善することができる。同様に、それにより回転数コントローラ１７ｉの安定性を向上することができる。

上記の車両車輪１９ｉに関する角運動量の法則では、更に別のタイヤ変数、特に、転がり抵抗モーメントＭ_ｙｉも当然考慮することができる。これは、シミュレーションモデル２０と制御ユニット９の間の別のインタフェースを必要とする。

駆動系２を駆動系テストスタンド１に如何に配置するのかは、本発明にとって重要ではない。実際の車両全体を駆動系テストスタンド１に配置したり、少なくとも駆動される車両車輪だけを負荷設定機械８ｉにより置き換えることもできる。同様に、車両車輪を備えた実際の車両を駆動系テストスタンド１のローラーに配置することができる。負荷設定機械８ｉは、そのローラーを駆動して、それにより駆動系２に直接的に作用するか、或いは負荷設定機械８ｉが、それによって間接的にハーフシャフトと接続される。複数のローラーを、例えば、駆動される車両車輪毎又は車軸毎に一つのローラーを配備することもできる。しかし、そのようなローラー式テストスタンドでは、通常動特性の大きなテストランを実施することはできない。

Claims (7)

1. 駆動系テストスタンド（１）でテストランを実施する方法であって、
   この駆動系テストスタンドには、少なくとも一つのハーフシャフト（７ｉ）を備えた駆動系（２）が配置され、このハーフシャフト（７ｉ）は、負荷設定機械（８ｉ）と接続されて、このハーフシャフト（７ｉ）の回転数が制御ユニット（９ｉ）で制御され、
   シミュレーションモデル（２０）において、このシミュレーションモデル（２０）でシミュレーションされる車両車輪（１９）のタイヤ（１１）の前後方向の力（Ｆ_ｘｉ）と負荷設定機械（８ｉ）の設定すべき目標回転数（ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}）が計算されて、この目標回転数（ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}）が、負荷設定機械（８ｉ）の回転数制御の目標値として制御ユニット（９ｉ）に引き渡される、
   方法において、
   このシミュレーションモデル（２０）で計算された、前後方向の力（Ｆ_ｘｉ）により引き起こされる回転モーメント（Ｍ_Ｆｘｉ）が、追加的に制御ユニット（９ｉ）に引き渡されて、制御ユニット（９ｉ）で、その回転モーメントから、補正回転モーメント（Ｍ_Ｋｉ）が、前後方向の力（Ｆ_ｘｉ）により引き起こされる回転モーメント（Ｍ_Ｆｘｉ）及び負荷設定機械（８ｉ）の慣性モーメント（Ｊ_Ｂｉ）とシミュレーションされる車両車輪（１９）の慣性モーメント（Ｊ_Ｒｉ）の間の偏差の関数として計算されることと、
   制御ユニット（９ｉ）が、回転数コントローラ（１７ｉ）を用いて、目標回転数（ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}）から回転モーメント（Ｍ_ＲＥｉ）を計算することと、
   負荷設定機械（８ｉ）により設定すべき回転モーメント（Ｍ_{Ｂｉ，ｓｏｌｌ}）が、補正回転モーメント（Ｍ_Ｋｉ）と回転数コントローラ（１７ｉ）により計算された回転モーメント（Ｍ_ＲＥｉ）の合計として計算されて、負荷設定機械（８ｉ）により設定されることと、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記のシミュレーションモデル（２０）が、タイヤモデル（２３）を含む車輪モデル（２１ｉ）と車両モデル（２２）とを有し、この車両モデル（２２）が、シミュレーションされる車両の前後方向の速度（ｖ_ｘ）と車両車輪（１９）の垂直方向の力（Ｆ_ｚｉ）を計算して、車両モデル（２２）に引き渡し、車輪モデル（２１ｉ）が、タイヤモデル（２３ｉ）を用いて、前後方向の力（Ｆ_ｘｉ）を計算して、車両モデル（２２）に引き渡すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 負荷設定機械（８ｉ）の慣性モーメント（Ｊ_Ｂｉ）とシミュレーションされる車両車輪（１９）の慣性モーメント（Ｊ_Ｒｉ）との商が偏差（Ａ_Ｊｉ）として使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記の補正回転モーメント（Ｍ_Ｋｉ）が、ハーフシャフト（７ｉ）に作用する回転モーメント（Ｍ_Ｒｉ）と負荷設定機械（８ｉ）のシャフトでの回転モーメント（Ｍ_Ｂｉ）を用いて、次の関係式
   又は
   から計算されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. シミュレーションされる車両車輪（１９）の慣性モーメント（Ｊ_Ｒｉ）と負荷設定機械（８ｉ）の慣性モーメント（Ｊ_Ｂｉ）との差が偏差（Ａ_Ｊｉ）として使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記の補正回転モーメント（Ｍ_Ｋｉ）が、ハーフシャフト（７ｉ）に作用する回転加速度（
   ）と負荷設定機械（８ｉ）のシャフトに作用する回転モーメント（
   ）を用いて、次の関係式
   又は
   から計算されることを特徴とする請求項１、２又は５に記載の方法。
7. 車両の駆動系（２）を検査対象とする駆動系テストスタンドであって、
   この駆動系（２）が駆動系テストスタンド（１）でテストランを受けさせられ、
   この駆動系（２）の少なくとも一つのハーフシャフト（７ｉ）が負荷設定機械（８ｉ）と接続されており、テストランの規定に基づき、このハーフシャフト（７ｉ）の回転数を制御するための制御ユニット（９ｉ）が配備され、
   この駆動系テストスタンド（１）には、車両の車両車輪（１９）をシミュレーションするためのシミュレーションモデル（２０）が実装されており、このシミュレーションモデルが、車両車輪（１９）のタイヤ（１１）の前後方向の力（Ｆ_ｘｉ）と負荷設定機械（８ｉ）の目標回転数（ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}）を計算する、
   駆動系テストスタンドにおいて、
   この制御ユニット（９ｉ）には、前後方向の力（Ｆ_ｘｉ）により引き起こされる回転モーメント（Ｍ_Ｆｘｉ）及び負荷設定機械（８ｉ）の慣性モーメント（Ｊ_Ｂｉ）とシミュレーションされる車両車輪（１９）の慣性モーメント（Ｊ_Ｒｉ）の間の偏差から、補正回転モーメント（Ｍ_Ｋｉ）を計算する補正ユニット（１８ｉ）が配備されていることと、
   この制御ユニット（９ｉ）には、目標回転数（ｎ_{Ｂｉ，ｓｅｔ}）から回転モーメント（Ｍ_ＲＥｉ）を計算する回転数コントローラ（１７ｉ）が実装されていることと、
   この負荷設定機械（８ｉ）が、補正回転モーメント（Ｍ_Ｋｉ）と回転数コントローラ（１７ｉ）により計算された回転モーメント（Ｍ_ＲＥｉ）の合計を駆動系テストスタンド（１）において設定することと、
   を特徴とする駆動系テストスタンド。