JP4320406B2

JP4320406B2 - 路面上の車両の性能をシミュレートする方法

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Publication number: JP4320406B2
Application number: JP2000067242A
Authority: JP
Inventors: ゲルマンシュテファン; ノンハーラルト; コペッキヴォルフガング; アブラーゲオルク; ヴィッテローター; トランシュアンハイ; プファイファミヒャエル; ブロードベックペーター
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: EP1037030A2; JP2000329656A; DE50013244D1; US6754615B1; EP1037030A3; DE19910967C1; EP1037030B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパワートレイン又はドライブトレイン用のテストベッド上の路面上の車両の性能即ち挙動をシミュレートする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に説明されるパワートレイン用テストベッド上でのシミュレーション方法に加えて、ドイツ国特許第４３２５４１３Ｃ２号及びドイツ国特許出願第４０３０６５３Ａ１号は、実際の運転性能を特徴付けるが直接には測定されえない変数を推定する数学的な方法を記載している。推定を行なうには、測定値にアクセス可能なセンサ信号を、運動方程式を用いてタイヤモデルを考慮に入れて、所望の変数を生じさせるよう処理する。所望の変数を生じさせるために解くことができる一組の方程式を得るために、ドイツ国特許第４３２５４１３Ｃ２号は、例えばタイヤ力や車両ホイール及び路面間の粘着係数を準定常状態変数として扱う。車両の縦速度、縦及び横加速度、ヨーレート、ホイールの舵取り角、及び、ホイール角速度（いわゆるホイールｒｐｍ）を表わす信号は、測定されたセンサ信号としてコンピュータユニットへ入力される。
【０００３】
全ての車両運転条件における車両の姿勢又はハンドリングを特徴付ける変数を決定することを可能とするため、ドイツ国特許第４３２５４１３Ｃ２号によれば、運動方程式には、車両モデルに基づく例えば車両の横滑り角についての所望の一組の方程式が獲得され得るよう運動方程式と組み合わされうる測定方程式が補足される。測定方程式は、４輪モデルから導出される。平面に対する路面の横滑り角は、状態変数として用いられる。
【０００４】
ドイツ国特許出願第４０３０６５３Ａ１号には、ブレーキをかけられた車両のホイール又はアクスルの横滑り角、及び、ホイール及びタイヤ接触上のコーナリングフォース又は法線力のための推定方法が記載される。縦揺れ、横揺れ、及び上下運動を考慮に入れない簡単化された車両モデルが想定される。コーナリングフォース及び制動力は、測定された量としてホイール速度、ヨーレート、主ブレーキシリンダ圧、及び、ホイールブレーキ圧を用いて、ＨＳＲＩ（Highway Safety Research Institute of the University of Michigan）タイヤモデルから計算される。
【０００５】
ドイツ国特許出願第３７００４０９Ａ１号は、シミュレートされた車両を一組の車両運動方程式で表わす運動推定システムを記載する。システムは、コンピュータへ直接送信される測定された車両速度用のセンサと、ステアリングモデルにおいて使用される舵取り角のためのセンサとを用いる。コンピュータは、他の変数のうち横滑り角を推定し、またロールモデルにおいて用いられる横加速度値を供給する。ロールモデルは横加速度値から、コンピュータへ送信される車両ロール角を決定する。ディジタルコンピュータは、ステアリングモデル及びロールモデルのためのアナログ計算回路に接続され、このアナログ計算回路は、用いられる全体のモデルのうちのステアリングモデル及びロールモデルをシミュレートするよう動作し、コンピュータ推定のためにディジタルコンピュータへ前輪舵取り角及びロール角を供給する。次に、ディジタルコンピュータは、測定された車両速度を用いて平面運動モデルから所望の車両運動変数を計算する。これは、滑りをシミュレートすることを可能とするものではない。
【０００６】
更に、自動車産業では長年に亘って、車両のドライブシャフト上に搭載された電気的荷重装置を用いて車両及び車両ホイールの走行抵抗及び加速度性能をシミュレートすることにより車両のパワートレイン又はドライブトレインを試験するためにテストベッド即ち試験台を用いてきた。かかるテストベッドの一例としては、欧州特許第３３８，３７３Ｂ１号に記載されるものがあり、このテストベッドでは、主パワートレイン、アクスルギア、ドライブシャフト、クラッチ、トランスミッション、及び、燃焼エンジンの実際の性能は、既存の成分として計算に取り入れられる。
【０００７】
荷重装置は、コンピュータによって与えられる所定のトルク設定点値を有するトルク制御された電気モータである。この値は、タイヤ減衰又はタイヤのスプリング剛性に比例する時定数を有する積分器及びタイヤ減衰又は弾性定数に比例する利得係数を有する並列する比例要素へ送信されるホイール角速度差から発生される。トルク設定点は、積分器及び比例要素によって供給される弾性モーメント及び制動モーメントの総和から得られる。角速度差は、電気的荷重装置におけるドライブシャフトの測定された角速度及びホイール角速度と、車両速度に比例する角速度とから得られる。角速度は、シミュレートされるホイールのためのトルク設定値によって換算された走行抵抗モーメントを車両の慣性モーメントに比例する時定数を有する積分器の中で積分することによって決定される。
【０００８】
トルクを得るための上述の方法は、タイヤの弾性及び減衰を考慮した回転速度調整に基づくものであって、本質的にはタイヤの滑りを無視したものである。かかる欠点を克服するため、欧州特許第３３８，３７３Ｂ１号により、運動学的タイヤ滑りを考慮に入れるために、角速度とトルク設定点の関数として決定される滑り値との積が、このように変更された角速度に基づいて上述のホイール角速度の比較が行われる前に、車両速度に比例する角速度から差し引かれることが公知である。運動的滑りを考慮に入れるこの方法では、ホイール角速度勾配（ｒｐｍ勾配）を計算するために予想モーメント平衡を用いることが可能であるよう滑り中のドライブトレインの中のモーメント分布が分かっているべきであるが、このモーメント分布は特に動的プロセス中又は可変のモーメント又はトルク分布（スピン動作）を有するシステムでは正確には分からないという欠点が知られている。
【０００９】
従って、回転している又はブロックされたホイールは代わりのものとしてシミュレートされ、それによりトルク設定点は路面、タイヤ法線力、及び、タイヤ半径を表わす予め選択された粘着性値から計算される対応する一定の滑りモーメントに限られる。タイヤは、ホイールのロック又はスピンをシミュレートするためリミッタが回転速度調整装置をその限界まで作動させるトルク伝達条件状態を除いて滑りのないモデルでシミュレートされる。
【００１０】
タイヤ滑りを考慮に入れるというこの公知の方法は、単にタイヤの実際的なシミュレーションについての妥協を示すものであり、原則的に、タイヤシミュレーションは今日のパワートレイン用テストベッド上で行なわれず、タイヤ及びタイヤ滑りが夫々無視されうる車両性能の変数のみが試験される。許容できないトルク曲線値を回避するため、パワートレインの理論的な値にのみ対応するが実際の曲線値には対応しないトルク分布がトルク均衡調整器を用いてテストベッド上で想定される。
【００１１】
さもなければ、テストベッドは、従来の方法で代表的な試験ルート上のトルク及び回転速度を測定するための装置を装備された車両上で記録されるホイール角速度及び関心のホイール上のトルク又はモーメントの形式のデータを含む荷重に関して収集されたデータを再生するために用いられる。すると、試験対象は、試験ルート上の実際の条件下で得られた荷重収集データで走行させることにより、例えば荷重テストベッドとして動作されるテストベッド上の耐久力について試験されうる。ドイツ国特許出願第３８１８６６１号に記載される試験装置では、車両用テストベッド上に予め測定又は計算された荷重収集データもまた再生される。上記文献は所望の荷重収集データを指定し制御要素のための制御出力を決定するために試験装置のコンピュータの中でどのプログラムが用いられるか指定していない。上記文献によれば、シミュレーション中に発生される更新された測定された値を考慮に入れることなくシミュレーションドライブ、制御要素、及び、コンピュータによってシミュレートされる。制御要素において横の力及びトルクを発生させることにより、法線力及び横力はシミュレートされるが、シミュレーションは最終的には所定の荷重収集データに基づく。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、できるだけ現実的にホイールをシミュレートする電気的荷重装置（いわゆるダイナモメータ）を用いてパワートレイン又はドライブトレイン用テストベッド上の路面上の車両の性能即ち挙動をシミュレートすることを可能とする方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１の発明によって達成される。有利な改善点は従属項に記載される。本発明によれば、請求項１に記載される滑りシミュレーションを行なうため、車両速度はタイヤモデルにおいて計算され路面へ伝達される力のフィードバックを用いて車両モデル中で決定され、決定された車両速度は次にタイヤモデルへ供給される。路面へ伝達される力及びこの力について対応するトルク制御された荷重装置にために生ずるトルク設定点は、フィードバック系の中で測定されたホイール角速度と車両速度に対応する公称ホイール角速度との間の実際の滑りに対応する差が確立されるよう、車両速度から測定されたホイール角速度及びタイヤモデル中のタイヤ法線力について決定される。
【００１４】
上述の従来技術（欧州特許第３３８，３７３Ｂ１号）とは対照的に、本発明による方法は電気的荷重装置のためのトルク設定点を獲得するための回転速度制御を回避する。代わりに、トルク設定点はタイヤの滑り依存の摩擦をシミュレートするタイヤモデルを用いて決定される。特に、本発明の方法では、タイヤモデルはドライブシャフト上又は電気的装置上で測定されたホイール角速度からの力を決定するために用いられ、この力は実際の場合に生ずる恒久的な滑りを考慮に入れて上記ホイール角速度においてタイヤから路面へ伝達される力に対応する。これを行うために、タイヤ法線力及び車両速度は追加的な入力量としてタイヤモデルへ入力される。
【００１５】
上述の公知の回転速度制御とは対照的に、本発明では、測定されたホイール角速度と車両速度に比例する公称ホイール角速度との間の真の偏差又は差が、タイヤモデルを用いてフィードバック系において自動的に確立される。上記の真の偏差は、実際の運転条件下のものに対応する。これは、実際の運転条件をシミュレートすることを可能とする。更に、この方法は、路面上のタイヤ接触面積の可変量及び夫々の運転状況（まっすぐに運転する、コーナリング、異なる路面傾斜、及び結果として生ずる可変ホイール法線力）を含む、タイヤの接触性質を考慮に入れる。タイヤモデルへ入力されるパラメータは、特に夫々のパラメータについての摩擦係数の滑り依存度をシミュレートするために夫々のモデルの方程式中で使用されうる。滑りの関数としての摩擦係数の曲線は、原理的には異なる公知のタイヤモデルの中のPacejka、Bohm又はHSRIによるモデルと同様であり、ゼロの滑りから限界滑りにおける最大摩擦係数への急な勾配とそれに続いて滑りが１の値となるまでの摩擦係数の比較的緩やかな低下とを含む。
【００１６】
本発明による方法は特定のタイヤモデルに限られるものではない。しかしながら、タイヤモデルは上述の摩擦係数の原理的な曲線を滑りの関数として考慮に入れねばならず、また、実際の場合に夫々の要件に合う精度で確立される滑りを考慮に入れねばならない。次に、タイヤの法線力即ち接触力を用いて、或る条件下でタイヤから路面へ印加される力を決定し、タイヤをシミュレートする電気的装置のトルクについて対応する設定点を決定することが可能であり、従って、タイヤを現実的にシミュレートすることが可能である。次に、これらの条件下、即ち恒久的な滑り、において生ずる公称のホイール角度と実際のホイール角度との間の恒久的な偏差は、電気的荷重装置のトルクを自動的に制御する制御回路の中で各ホイール角速度値又はｒｐｍ値について自動的に確立される。
【００１７】
タイヤ−路面を考慮に入れる数学的表現の例は、１９９７年のSt.German による"Modeling and model-based control of the longitudinal dynamics of a vehicle"、VDI Bericht １２／３０９、第３４頁及びそれ以降のページ、並びに第５５ページ及びそれ以降のページに記載されている。様々な経験的及び理論的なタイヤモデルのための出典もまた記載されており様々なモデル理論が比較されている。更に、車両の縦運動、横運動、及び垂直運動を考慮に入れる方程式の例も記載されている。Pacejkaのモデルを用いて、このモデルの特定的なパラメータの値が推定され、モデルに従って理論的に決定されるパラメータと比較される。しかしながら、Pacejkaのタイヤモデルは、本発明による方法において使用されうるただ１つの可能なモデルである。当業者は、シミュレーションにおいて考慮に入れられるパラメータのみを含むよう、所望のタイヤモデルを変更し任意にそれを簡単化しうる。更に、１９９７年のM.Wurtenbergerによる文献"Model-based methods of supervision of dribing conditions of a passenger vehicle"、VDI Bericht １２／３１４、第３０乃至４１頁、及び第１５６乃至１５８頁が参照される。再び、Pacejkaのモデルを参照する。
【００１８】
滑りを考慮に入れたタイヤモデルからトルク設定点を発生する本発明による方法の他の利点は、トルクの変化の遅延が、タイヤモデルを用いてラッチのシフト、路上のタイヤ接触面の可変部分によってシミュレートされうることである。
【００１９】
各場合に確立される動的なタイヤ半径は、ここではタイヤの接触面の平坦化によって考慮に入れられ得る。実際の場合にタイヤから路面へ伝達される本発明によって決定される力は、タイヤモデルにおいて使用される車両速度を決定するために記憶された車両モデルの中に入力される。これを行うために、車両速度に依存する車両抵抗力即ち抗力は、車両モデルにおいて計算されることが望ましく、当該のホイールから路面へ伝達される力は車両抵抗力の値から差し引かれる。すると、車両速度値は結果としての差及び車両の質量から決定される。
【００２０】
車両動力学を考慮に入れる車両モデルを用いて、タイヤ法線力は、各タイヤについて運転状況の関数として決定されうる。即ち、トルク分布について前もって知る必要なしに又は推定する必要なしに、各タイヤについて滑りをシミュレートすることが可能である。代わりに、本発明によるこのタイプの滑りシミュレーションによって実際的なトルク分布が自動的に確立される。
【００２１】
本発明による方法の１つの特定的な利点は、タイヤモデルが、荷重及びホイール角速度並びに車両速度だけでなくタイヤ又はホイールの横滑り角についてホイールの滑りの性質の依存度をシミュレートすることを可能とすることにある。横滑り角はホイール縦軸とホイール速度のベクトルとの間の角度である（上述の１９９７年のM.Wurtenbergerによる文献の第３４頁参照）。従って、本発明による方法のこの改善点では、車両速度はベクトルとしてタイヤモデルに入力され、このモデルはタイヤの縦力即ちペリフェラルフォースに加えてタイヤの横方向の力即ち横力を決定する。結果として得られる力ベクトルは、この力ベクトルを考慮に入れるホイールの並進速度ベクトルを決定する車両モデルへフィードバックされる。このようにして、車両及び個々のタイヤに対して作用する縦力又は横力が考慮に入れられる。
【００２２】
横力を考慮に入れるため、舵取り角もまた車両モデルにおいて使用される。次に、車両モデルにおいて、舵取り角及びホイールにおける結果としての舵取り角から各ホイールについて確立される横滑り角が決定され、この横滑り角はタイヤモデルへ入力される。
【００２３】
また、角タイヤについての転がり抵抗力をタイヤモデル中でタイヤ法線力及びホイール角速度の関数として決定し、夫々のタイヤから路面へ伝達される力を決定するときに上記転がり抵抗力を考慮にいれることが有利である。従来、転がり抵抗に対応するトルクは車両速度から決定され、車両の抵抗の全体のモーメントを考慮に入れてきた。
【００２４】
タイヤモデルのために、以下のパラメータ、即ち、滑りと摩擦係数との間の関係のためのモデル定数と、タイヤ半径と、タイヤから路面へ伝達される縦力及びタイヤ復元モーメント即ち復原トルクについてのタイヤ特性マップと、望ましくはタイヤから路面へ伝達される横力についてのタイヤ特性マップとが記憶されることが望ましい。
【００２５】
トルク設定点及びタイヤから路面へ印加される力に加えて、タイヤモデルは必要であれば（法線力、空気圧、回転速度等により）タイヤに対して作用する力の関数として変化する滑り値及び動的ホイール半径ｒ_dynを与えうる。
【００２６】
制動モーメント及びキングピン角は、タイヤモデル及び車両モデルに考慮に入れられるようコンピュータに入力される。
【００２７】
従って、本発明による方法では、様々な駆動系を解析するだけでなく、様々な運転状況における多様な異なる路面及び条件を考慮に入れることが可能である。更に、試験対象及び路面の条件とは無関係に道路のルートプロファイルが含まれうる。従って、例えばＧＰＳ（Global Positioning system）によって獲得されるルート情報もまたシミュレーションコンピュータに入力され、任意の所望の車両及びやはり入力されるタイヤデータと組み合わされうる。このように、テストベッド即ち試験台上で試験対象及びルートの様々な組合せがシミュレートされうる。これは、実際の車両でルートを運転し、荷重収集データを記録し、次にこれらの荷重収集データをテストベッド上でシミュレーション又は再生するという従来の方法と比較して大きな利点を有する。本発明によれば、まだ車両が存在せず、荷重収集データが記録されていなくても、対象を試験することが可能である。路面の性質（例えば乾いた路面及び濡れた路面）もまた所望であればシミュレーションにおいて変更されうる。
【００２８】
更に、本発明による方法は、タイヤ法線力及び転がり抵抗とは無関係に、個々のタイヤを別個に考慮に入れることを可能とする。
【００２９】
所望であれば、車両モデルは車両の横滑り角を与えうる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳述する。図１は、タイヤによって路面に対して縦力Ｆ_xのみが印加され横力は印加されていない簡単な例を示す図である。滑りは、路面上のタイヤのゴムの摩擦によるタイヤと路面との間の相対運動の形で生ずることが知られている。ホイール接触力即ち法線力Ｆ_zと縦力Ｆ_xとは摩擦係数μを介して関連付けられる。しかしながら、この値は一定ではなく、滑りに依存する。この滑りλへの依存は、本発明によれば上述のタイヤモデルのうちの１つを用いてシミュレートされる。望ましい実施例では、いわゆる「拡張Pacejkaモデル」が用いられる。
【００３１】
図２は、静的タイヤモデルの出力量としての縦力即ちペリフェラルフォースＦ_xの曲線、横力即ち横方向Ｆ_yの曲線、及び復原トルクの曲線を、滑りλの関数として示す図である。図示される曲線は、縦運動のみ（ゼロの横力）又は横運動のみ（ゼロの縦力）の仮定の下でプロットされている。プロットされた値は、乗用車用の市販のタイヤについてドラム状テストベッド上で、一定のタイヤの法線力（即ちホイール荷重）で、ゼロのキングピン角度及び一定の速度で、記録された。タイヤモデルの入力量としての車両の量から計算された滑りは、ホイールの縦方向の滑り成分λ_x及びホイールの横方向の滑り成分λ_yを有するベクトル量を表わす。
【００３２】
図３は、簡単な例として、横力又は縦力を考慮に入れていない。シミュレーションコンピュータの機能ブロックは、図３のブロック図中の破線の左側に示され、テストベッドの要素は破線の右側に示される。この概略図は、パワートレイン用テストベッドのドライブシャフトを示すものであり、他の要素は単に図示されている。燃焼エンジン１０は、このドライブシャフトに対して作用する。トルク制御された電気的荷重装置２０は既知の方法でエンジン１０によって駆動されるシャフト１２上に搭載される。この装置の慣性は、ホイールの回転運動がこの装置によって現実的に動的にモデル化されシミュレートされる必要がないよう、１つのホイールの慣性に略対応することが望ましい。荷重装置２０及びそのトルク制御部（図示せず）は、生成される装置トルクができるだけ迅速にシミュレーションコンピュータによって決定された夫々のトルク設定点に達するよう設計される。
【００３３】
荷重装置２０及びそれによってシミュレートされるホイールの初期ホイール角速度を表わす駆動シャフト１２のホイール角速度（又はｒｐｍ）は、角度及び位相によって決められる略全ての回転位置について高い時間分解能でホイール速度センサ（図示せず）によって測定される。この値は次にホイールの角速度ω_R1としてシミュレーションコンピュータへ送信され、その中に記憶されたタイヤモデル３０へ入力される。更に、所与のタイプのタイヤを特徴付けるタイヤパラメータもまたタイヤモデルへ入力されうる。これらのタイヤパラメータは、摩擦−滑り曲線の夫々の係数についての定数の形及び／又は上述のようなタイヤ特性マップの形でコンピュータの中に記憶されうる。望ましくは所与のルートに依存する路面パラメータは、タイヤモデル３０へ入力される他の変数を表わす。車両動力学を考慮に入れる車両モデル４０からの車両速度ｖ及びタイヤの法線力Ｆ_Z1がタイヤモデル３０の中で用いられる。
【００３４】
タイヤモデルは、出力量として、トルク設定点Ｍ_Soll12とタイヤから路面へ伝達される縦力Ｆ_X1とを供給する。縦力Ｆ_X1は、考慮に入れられる他のタイヤの縦力と同様に、車両速度ｖの計算のために車両モデル４０へフィードバックされる。望ましい実施例では、車両速度ｖは、車両の質量に対応する積分時定数を用いてフィードバック縦力Ｆ_Xiの総和と車両抵抗力との間の差を積分することによって計算される。車両抵抗力即ち駆動抵抗力は、例えば路面の傾斜、車両の空気抵抗、及び車両速度に比例する転がり抵抗を考慮に入れる。しかしながら、これは上述のようにタイヤモデルにおいて考慮に入れられてもよい。
【００３５】
望ましい実施例では、車両モデルとして、縦及び横の運動だけでなく垂直軸回りの回転運動の自由度を有する２次元平面運動が適用される。
【００３６】
上述の横力成分及びタイヤの横方向の結果としての滑り成分λ_X1が考慮に入れられる場合、タイヤモデル中の横力、縦力、及び復原トルクは、動的タイヤ性能のシミュレーションのためにこれらの変数が関連付けられる３次元特性マップから導出されることが望ましい。これらのマップは、シミュレートされるべきタイヤの製造者によって与えられる。本発明の第１の実施例では、対応するマップを有するタイヤ、（Continental社によって製造される）225/40 ZR 18 Conti CSC及び265/35 ZR 18 Conti CSC、がシミュレートされる。
【００３７】
かかる特徴マップ及びパラメータを関連付ける対応する方程式の例は、上述のM.Wurtenbergerによる文献に記載されている。縦力Ｆ_x及び横力Ｆ_ｙ並びに復原トルクは、車両モデルへフィードバックされるタイヤモデルの出力量として獲得される。摩擦係数μ_x及びμ_ｙは、両方の滑り成分λ_x及びλ_ｙが生ずる項である。従って、横力Ｆ_ｙは、Ｆ_x（μ_x）及びｒ_dynから計算されるトルク設定点に反映される。当該のタイヤの動的タイヤ性能の制御回路全体中の他のタイヤに対する影響は、両方の力成分Ｆ_x及びＦ_ｙを車両モデルへフィードバックすることによって考慮に入れられる。これは、真の４輪モデルをシミュレートすることを可能とする。次に、車両モデルは、少なくともｘ及びｙ成分がタイヤモデルへ入力されたとき、車両速度ｖをベクトルとして計算する。個々のホイールについて車両モデルによって出力される法線力Ｆ_zは、タイヤの横力の関数として変化する。
【００３８】
各タイヤに対して異なるタイヤモデルが使用されうる。車両全体は、ただ１つのドライブサイド、例えばリアドライブのみがあり、全てのタイヤが「存在」するとはかぎらない場合でも、常に４つのタイヤモデルを用いてシミュレートされることが望ましい。
【００３９】
上述の引用文献及び更にその中に引用される文献により、車両モデルは、例えば路面の傾斜、向かい風、路面の横傾斜、ホイール法線力に対する縦揺れ及び横揺れの挙動の影響を考慮に入れるために、車両に対して作用する空気力及び重力を考慮に入れて、できる限り現実的であるよう設計されうる。車両モデルには、横滑り角も考慮に入れられ得る。個々の座標系は、外部慣性系から車両モデル内のホイール系へ変換されうる。これは望ましい実施例において行なわれる。
【００４０】
荷重装置のために設けられるシミュレーションコンピュータ及びトルク制御部は、非常に迅速にホイール滑りシミュレーション制御回路として動作するため、滑りに依存する摩擦係数の曲線はできる限り現実的にシミュレートされうる。このために、モデルの計算頻度及びトルク制御時間は最適化される。強い結合は、制御回路の高い回路利得、短い遅延、短いサンプリング時間、及び高いサンプリング速度によって達成される。１つの実施例では、例えば、２００Ｎｍ／ｒａｄの利得、０．６ｍｓの遅延、３ｋＨｚのサンプリング速度といった値が用いられる。トルク設定点の規定のためのサイクル時間は、１ミリ秒よりも少ないことが望ましい。制御回路のサンプリング時間及び解析時間は、電気的荷重装置の設計から生ずる最適制御時間と同期されることが望ましい。更に、サンプリング要素、所定の遅延時間を有する遅延要素、最大変化率を制限するためのランプ、減衰要素等といった自動制御技術から既知の手段が使用される。制御回路のハードウエア及びソフトウエア構成要素は、高速データインタフェースによってテストベッドに連結される。
【００４１】
本発明の実施において、以下のハードウエア及びソフトウエアが使用されうる。
【００４２】
コンピュータ：IIMOS Transputer IMST805及び他の実施例では、PC Pentium 3、256MB RAM，Radisys社のINTIME又はMicrosoftのWindows NT オペレーティングシステム。
【００４３】
荷重装置：オーストリア国Wien所在のElin社によって製造される、装置のトルク制御用のベクトル調整制御装置を含む、振り子ステータを有するダイナモメータとして設計される三相非同期発電器の形状の「APA Asyncron Pendel Maschinen」
角速度センサ：ドイツ国Traunreut所在のHeidenhain社によって製造されるROD 42。
【００４４】
ドライブトレインを含む試験燃焼エンジン：ドイツ国Porsche社のZ3.2DL996 C4。
【００４５】
データインタフェース：RS 422 Transputerlink及び他の実施例ではFirewire（IEEE 1394）。
【００４６】
シミュレートされるタイヤとして上述のContiタイヤを用いて、様々な異なる状況、通常の状況、及び極限の状況がシミュレートされる。結果としての測定されたモーメント及びホイール角速度値は、実際の駆動条件かで獲得されるであろうモーメント及び角速度と比較される。様々な荷重サイクルは、本発明による方法が路面上の車両の性能を高い信頼性でシミュレートする可能性を提供することを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】路面の一部の上で回転するタイヤを示す図である。
【図２】タイヤの滑りの関数として縦力、横力、及び復原トルクの測定された定常状態特性マップを示す図である。
【図３】本発明による方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０燃焼エンジン
１２シャフト
２０荷重装置
３０タイヤモデル
４０車両モデル

Claims

車両のパワートレインのシャフト上に搭載されるトルク制御された電気的荷重装置を用いて、また、車両モデル及び滑りに依存する摩擦をシミュレートするタイヤモデルが記憶されたコンピュータを用いて、路面上の車両の性能をパワートレイン用テストベッド上でシミュレートする方法であって、
（ａ）少なくとも１つのシャフト上で角速度が測定され、上記角速度はタイヤモデルへ供給され、
（ｂ）タイヤモデルにおいて、測定されたホイール角速度においてタイヤから路面へ伝達される力と上記少なくとも１つのシャフト上に搭載されるトルク制御された荷重装置についてのトルク設定点値とが決定され、
上記タイヤから路面へ伝達される力及び上記トルク設定点値を計算する際に、上記車両モデルから上記タイヤモデルへ供給される車両速度及びタイヤ法線力が考慮に入れられ、
上記タイヤから路面へ伝達される力はタイヤモデルに再び入力される車両速度を計算するために車両モデルへフィードバックされ、
（ｃ）上記トルク設定点値は、上記測定されたホイール角速度と計算された車両速度に対応する公称ホイール角速度値との間に生ずる実際の滑りに対応する差がフィードバック系において自動的に確立される条件下で、タイヤモデルにおいて決定される方法。
シミュレートされるべきタイヤのパラメータ及び路面のパラメータが上記タイヤモデルの中へ入力される、請求項１記載の方法。
コンピュータの車両モデルにおいて車両速度に依存する車両抵抗力が計算され、
上記抵抗力から当該のホイールから路面へ伝達される力が差し引かれ、
結果として得られる差及び車両の質量から車両速度が決定される、請求項１又は２記載の方法。
上記車両モデルにおいて所与の舵取り角から生ずるホイールの舵取り角が決定され、
このようにして確立されるホイール又はタイヤの横滑り角は、タイヤモデルにおいてタイヤの横及び縦の滑りを計算するために用いられ、
上記縦及び横の滑りから、タイヤの横力、縦力、及び復原トルクが決定されえ、車両モデルへフィードバックされうる、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
動力学を考慮に入れた上記車両モデルからタイヤ法線力を決定する、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
コンピュータのタイヤモデルにおいて、タイヤ法線力及びホイール角速度の関数として転がり抵抗力が計算され、夫々のホイールから路面へ伝達される力を決定するときに考慮に入れられる、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
上記タイヤモデルのためのタイヤパラメータとして、滑り動力学及び夫々の減衰及びタイヤ半径についての定数だけでなく、路面へ伝達される縦力についての特徴マップ、タイヤによって路面へ印加される横力についての特徴マップ、及び、タイヤの復原トルクについての特徴マップも記憶される、請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の方法。
上記タイヤモデル及び上記車両モデルを考慮に入れるためコンピュータに対してキングピン角度及び制動モーメントが入力される、請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の方法。
使用される電気的荷重装置は、ホイールの慣性の夫々のモーメントをシミュレートする、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の方法