JP6398826B2

JP6398826B2 - モデル高精度化方法

Info

Publication number: JP6398826B2
Application number: JP2015060632A
Authority: JP
Inventors: 彰一石垣; 勝之北条
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2035-03-24
Also published as: JP2016180656A

Description

本発明はモデル高精度化方法に関し、特にトランスミッションモデルの高精度化方法に関する。

近年、モデルベース開発が普及し、車両やユニットのモデリングの重要性が増している。ここで、モデリングに関し、例えば、特許文献１に記載された技術がある。

特許文献１では、駆動力伝達装置の各部を運動方程式を基にモデリングして、これらのモデルをつなぎ合わせ、伝達トルクを高精度で推定することについて開示している。

特開２０１４−０９５４４４号公報

特許文献１に記載された技術では、運動方程式のみでモデリングしているため、作成されたモデルによるシミュレーション結果と、実機による結果とに差が生じることが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、モデルが実機とどれだけ差があり、差がどの部位で発生しているのかが不明である。すなわち、作成したモデルにおいて、問題のある箇所を特定することが困難であった。

本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、モデルにおいて、高精度化が必要とされる箇所を特定することができるモデル高精度化方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかるモデル高精度化方法は、トランスミッションベンチを用いたモデル高精度化方法であって、実機のトランスミッションをトランスミッションベンチに取り付けてランダム加振するステップと、前記実機のトランスミッションを構成する部位間のランダム加振時の伝達特性を取得するステップと、前記実機のトランスミッションと同じ構成のシミュレーションモデルに対し、前記トランスミッションベンチによるランダム加振と同じ条件で加振するステップと、前記シミュレーションモデルのトランスミッションを構成する部位間のランダム加振時の伝達特性を取得するステップと、両伝達特性を比較するステップとを含むものである。

本発明によれば、モデルにおいて、高精度化が必要とされる箇所を特定することができるモデル高精度化方法を提供することができる。

実施の形態にかかるモデル高精度化方法の手順を示すフローチャートである。トランスミッションベンチに実機のトランスミッションを取り付けた様子を示す模式図である。トランスミッションベンチにおける伝達特性の取得対象について説明する図である。シミュレーションモデルについて模式的に示す図である。ベンチ試験により得られた伝達特性とシミュレーションにより得られた伝達特性の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかるモデル高精度化方法の手順を示すフローチャートである。本方法では、まず、トランスミッションベンチに実機のトランスミッションを取り付ける（Ｓ１：ステップ１）。図２は、トランスミッションベンチに実機であるトランスミッション１０を取り付けた様子を示す模式図である。図２に示されるように、ステップ１において、例えば、トランスミッション１０は、トランスミッション１０に駆動トルクを印加するダイナモメータ２０と、トランスミッション１０の出力トルクを吸収するダイナモメータ２１、２２に接続される。つまり、ダイナモメータ２０は駆動軸として機能する。また、ダイナモメータ２１、２２は吸収軸として機能し、回転制御が可能である。

次に、トランスミッションベンチにおいて、ランダム加振を行う（Ｓ２：ステップ２）。すなわち、ダイナモメータ２０によりランダム加振を実施する。そして、実機のトランスミッションを構成する部位間のランダム加振時の伝達特性を取得する（Ｓ３：ステップ３）。例えば、トランスミッション１０内部のトルク、角速度などについて伝達特性が取得される。なお、トルク、角速度などのトランスミッション１０の内部の情報は、多ければ多いほど、モデルの問題箇所の切り分け及び高精度化が容易となる。また、ギヤのガタ等により伝達特性は変化するため、ガタの影響をなくしたい場合は、ダイナモメータ２１又はダイナモメータ２２による回転制御でトランスミッションを連れ回しながら、０Ｎｍをまたがないように加振して伝達特性を取得すればよい。例えば、平均トルクを１００Ｎｍとし、ランダム加振トルクを５０Ｎｍとして、伝達特性を取得すればよい。

図３は、ステップ３における伝達特性の取得対象について説明する図である。図３では、トランスミッション１０の内部構成の一例として、トルクコンバータ１０１、プライマリタービン１０２、セカンダリタービン１０３、リダクション機構１０４、デファレンシャル装置１０５、及びドライブシャフト１０６が図示されている。したがって、ダイナモメータ２０からの駆動力は、トルクコンバータ１０１、プライマリタービン１０２、セカンダリタービン１０３、リダクション機構１０４、デファレンシャル装置１０５及びドライブシャフト１０６を介してダイナモメータ２１に伝達される。なお、図３に示した例では、理解を容易にするために、ダイナモメータ２２については省略している。

ステップ３では、例えば、ダイナモメータ２０とダイナモメータ２１間のトルクの伝達特性、ダイナモメータ２０とプライマリタービン１０２間の角速度の伝達特性、プライマリタービン１０２とセカンダリタービン１０３間の角速度の伝達特性、及び、セカンダリタービン１０３とダイナモメータ２１間の角速度の伝達特性が取得される。

次に、実機のトランスミッションと同じ構成のシミュレーションモデルに対し、ステップ２におけるトランスミッションベンチによるランダム加振と同じ条件で加振する（Ｓ４：ステップ４）。具体的には、図４に示されるように、トランスミッション１０と同じ構成のトランスミッションのシミュレーションモデルであるトランスミッションモデル３０を、ダイナモメータモデル４０、４１、４２と結合し、ランダム加振を実施する。ここで、ダイナモメータモデル４０は、ダイナモメータ２０の特性が同定されたモデルである。また、ダイナモメータモデル４１も、ダイナモメータ２１の特性が完全に同定されたモデルである。さらに、ダイナモメータモデル４２も、ダイナモメータ２２の特性が完全に同定されたモデルである。よって、ダイナモメータモデル４０、４１、４２は、例えば、共振周波数などの機械特性と、時定数、むだ時間などの制御遅れとが同定されている。

そして、ステップ３と同様、トランスミッションモデルを構成する部位間のランダム加振時の伝達特性を取得する（Ｓ５：ステップ５）。

次に、ステップ３で得られたベンチ試験による伝達特性と、ステップ５で得られたシミュレーションによる伝達特性とを比較する（Ｓ６：ステップ６）。図５は、ベンチ試験により得られた伝達特性とシミュレーションにより得られた伝達特性の比較結果の一例を示す図である。図５では、両伝達特性を重ね合わせて比較している。図５において、ステップ３で得られたベンチ試験による伝達特性は破線で表され、ステップ５で得られたシミュレーションによる伝達特性は実線で表されている。なお、図５（ａ）は、ダイナモメータ２０とダイナモメータ２１間のトルクの伝達特性、及びダイナモメータモデル４０とダイナモメータモデル４１間のトルクの伝達特性を示すボード線図である。また、図５（ｂ）は、ダイナモメータ２０とプライマリタービン１０２間の角速度の伝達特性、及びダイナモメータモデル４０とプライマリタービン１０２に相当する図示しないプライマリタービンモデル間の角速度の伝達特性を示すボード線図である。また、図５（ｃ）は、プライマリタービン１０２とセカンダリタービン１０３間の角速度の伝達特性、及びプライマリタービン１０２に相当する図示しないプライマリタービンモデルとセカンダリタービン１０３に相当する図示しないセカンダリタービンモデル間の角速度の伝達特性を示すボード線図である。さらに、図５（ｄ）は、セカンダリタービン１０３とダイナモメータ２１間の角速度の伝達特性、及びセカンダリタービン１０３に相当する図示しないセカンダリタービンモデルとダイナモメータモデル４１間の角速度の伝達特性を示すボード線図である。

図５に示されるように、シミュレーションモデルが実機と異なっている場合、伝達特性の差として表れる。例えば、図５に示した例では、ダイナモメータ２０とプライマリタービン１０２間の伝達特性を示すゲイン線図の特定の周波数帯で、ベンチ試験による伝達特性とシミュレーションによる伝達特性の差が顕著になっている。このことから、ダイナモメータ２０・プライマリタービン１０２間のモデル化が十分でないことがわかる。したがって、この部分をさらに高精度化する必要があることが把握される。このように、本実施の形態では、モデルにおいて、高精度化が必要とされる箇所を特定することができる。

ステップ６における比較結果から不十分な箇所が判別されたら、シミュレーションによる伝達特性が、ベンチ試験による伝達特性に合うように、モデルの調整を行う（Ｓ７：ステップ７）。

なお、トランスミッションモデル３０において、共振周波数を再現する場合には、次のような手順をとることが好ましい。まず、トランスミッションモデル３０における慣性、ばね剛性などのパラメータとしては、再現したい現象に合うよう調整した値を設定するのではなく、設計値を設定する。そして、ゲインのピークを基に共振周波数を把握する。把握された共振周波数が再現可能であるか否かを調べる際には、トランスミッションモデル３０に含まれる非線形の要素を一時的に取り除いて再現を試みることが好ましい。非線形の要素が含まれる場合、共振が埋もれてしまい顕現化しない可能性があるためである。実機における共振周波数とシミュレーションモデルの共振周波数が異なる場合には、トランスミッションモデル３０において慣性・ばね要素の過不足があるか、上記設計値が間違っているということになる。

また、トランスミッションモデル３０における再現精度を向上させるためには、次のような手順をとることが好ましい。トランスミッションモデル３０の問題箇所を特定後、振動モードを調べ、どのバネ剛性の前後で振動しているかを確認する。そして、トランスミッションモデル３０における伝達特性の絶対値を実機のものと合わせる際、振動モードを調べた際に特定したバネ剛性の箇所の減衰を調整し、さらにヒステリシスや引きずりなどの非線形要素を追加して、ゲイン及び位相を実機に合わせる。なお、減衰の調整の際には、現実的な値を設定し、非線形要素の追加についても根拠のある追加を行うのがよい。

次に、本実施の形態について具体例を用いて説明する。ここでは、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）のトランスミッションモデルを例にする。具体的には、エンジンが１気筒失火した際のクランク軸回転変動の変化をトランスミッションモデルで再現することを想定する。これを再現するためには、エンジンとつながるトランスミッションモデルの高精度化が求められる。ここでは、高精度化したい周波数範囲が８〜２５Ｈｚであるとする。なお、このように、モデルを高精度化する際、全周波数帯の挙動をモデルで再現することは困難であるため、再現したい現象が発生する周波数帯に絞ってモデルの高精度化を実施することが好ましい。

このトランスミッションモデルを高精度化するためには、まず、上述の通り、トランスミッションベンチにより、ランダム加振により実機の伝達特性を取得する。つぎに、実機と同様の構成からなる高精度化対象のトランスミッションモデルにおいても、トランスミッションベンチと同じ条件でシミュレーションを行い、伝達特性を取得する。そして、両伝達特性を比較する。ここで、実機において、８〜２５Ｈｚの範囲に共振が存在しているものとする。この場合、例えば、ダンパヒステリシスなどの非線形要素を一時的にトランスミッションモデルから外し、再度、シミュレーションを行う。これにより、シミュレーション結果においても、共振が発生しうる。シミュレーションにおいても共振の発生が確認された場合、振動モード解析を行う。ここでは、振動モード解析により、ドライブシャフトとロックアンプダンパの前後で振動していることが確認されたものとする。最後に、ドライブシャフトとロックアップダンパの減衰を調整し、さらにヒステリシスなどの非線形要素をトランスミッションモデルに追加して、トランスミッションベンチで取得した実機の伝達特性とゲイン及び位相が合うように調整する。これにより、トランスミッションモデルの高精度化がなされる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０トランスミッション
２０、２１、２２ダイナモメータ
３０トランスミッションモデル
４０、４１、４２ダイナモメータモデル
１０１トルクコンバータ
１０２プライマリタービン
１０３セカンダリタービン
１０４リダクション機構
１０５デファレンシャル装置
１０６ドライブシャフト

Claims

トランスミッションベンチを用いたモデル高精度化方法であって、
実機のトランスミッションをトランスミッションベンチに取り付けてランダム加振するステップと、
前記実機のトランスミッションを構成する部位間のランダム加振時の伝達特性を取得するステップと、
前記実機のトランスミッションと同じ構成のシミュレーションモデルに対し、前記トランスミッションベンチによるランダム加振と同じ条件で加振するステップと、
前記シミュレーションモデルのトランスミッションを構成する部位間のランダム加振時の伝達特性を取得するステップと、
両伝達特性を比較するステップと、
非線形要素を一時的に前記シミュレーションモデルから外し、再度、前記ランダム加振を行うことにより共振の発生を確認し、振動モード解析を行うステップと、
前記振動モード解析により、振動の発生箇所を特定するステップと、
前記シミュレーションモデルにおいて、前記発生箇所の部位の減衰を調整するとともに、前記非線形要素を追加して、前記実機の伝達特性と前記シミュレーションモデルの伝達特性が合うように調整するステップと
を含むモデル高精度化方法。