JP6868642B2 - 車両性能評価システム、車両性能評価システム用情報処理装置、車両性能評価方法、及び車両性能評価システム用記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、車両性能評価システム、車両性能評価システム用情報処理装置、車両性能評価方法、及び車両性能評価システム用記録媒体に関するものである。

車両の性能評価には、車両のドライバビリティや乗り心地性能などを含めた運転のしやすさを評価することがある。

近年、このような評価を車両が完成する前に先取りして行うことが求められてはいるものの、評価項目の中には車両が完成した後にしか評価できないと考えられているものがある。このような評価項目としては、車軸に加わるトルクや車軸の回転数を周波数解析した場合に低周波数成分として現れる現象で、例えば運転中の揺れが挙げられる。

このような評価項目が車両の完成前に評価することができないとされていたのは、完成前の車両を試験するシステムは、特許文献１に示すように、車軸にダイナモメータを接続して性能評価するように構成されているので、タイヤという弾性体が取り外された状態で上述した評価項目を定量的に評価することは難しいと考えられていたからである。

特開２０１５−１２７６５１号公報

このような中で、本願発明者が鋭意検討した結果、上述した低周波数領域に現れる完成車両の不快性は、ベアリングやシャフトなどの駆動系に原因があることをつきとめた。

本願発明は、こうした鋭意検討の結果なされたものであり、完成前の車両を用いて完成車両に現れる不快性を定量的に評価できるようにすることをその主たる課題とするものである。

車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価システムにおいて、前記車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータと、前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出するセンサと、前記センサにより検出されたトルク又は回転数を複数の周波数成分に分解する演算部と、分解された前記複数の周波数成分のうち、所定の周波数成分の振幅を出力する出力部とを具備することを特徴とするものである。

このような車両性能評価システムであれば、完成前の車両の性能を評価することができる車両性能評価システムにおいて、完成車両の不快性に起因して現れる低周波成分の振幅を出力するので、完成前の車両を用いて完成車両に現れる不快性を定量的に評価することができる。

前記所定の周波数成分の振幅としては、完成車両の不快性に起因して現われる振幅であることが好ましい。

本発明の効果を顕著に発揮させるためには、車両性能評価システムが、完成前の車両の性能を試験するシステムであることが好ましい。

評価対象となっている不快性が許容範囲内であるかを簡単に評価できるようにするためには、前記所定の周波数成分の振幅に対して予め設定した閾値を、前記振幅とともに同一画面上に表示することが好ましい。

例えばベアリング等に起因して表れる低周波成分の振幅はエンジンの回転数に応じて変動が大きい。一方、シャフトの捩れ等に起因して表れる低周波成分の振幅はエンジンの回転数に応じて変動が小さい。
そこで、複数の周波数成分の振幅が前記閾値を超えている場合において、前記出力部が、エンジン回転数によらず前記閾値を超えたままとなる周波数成分と、エンジン回転数に応じて前記閾値を下回る周波数成分とを比較可能に出力することが好ましい。
このようにすれば、エンジンの異なる回転数に応じて得られる低周波数成分の振幅それぞれを比較可能に表示するので、エンジン回転数の違いによる振幅の変動を確認することで、現われている低周波成分の要因を絞ることができる。

車両を路上で走行させて得られる実走行データを用いて前記ダイナモメータを制御する制御部を具備することが好ましい。
このようにすることで、完成させようとする車両と同じ或いは似たタイプの完成車両を用いて実走行データを得ることで、車両の完成後に実走行させた際に現れる不快性を、完成前にある程度評価することができる。

具体的な実施態様としては、前記低周波数領域が２０Ｈｚ以下の周波数成分である態様が挙げられる。

また、本発明に係る車両性能評価システム用情報処理装置は、車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータと、前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出するセンサとを具備し、前記車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価システムに用いられる情報処理装置であって、前記センサにより検出されたトルク又は回転数を複数の周波数成分に分解する演算部と、分解された前記複数の周波数成分のうち、所定の周波数成分の振幅を出力する出力部とを具備することを特徴とするものである。

さらに、本発明に係る車両性能評価方法は、車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータを備えた車両性能評価システムを用いて前記車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価方法であって、前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出し、検出されたトルク又は回転数を複数の周波数成分に分解し、分解された前記複数の周波数成分のうち、所定の周波数成分の振幅を表示することを特徴とする方法である。

加えて、本発明に係る車両性能評価システム用記録媒体は、車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータと、前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出するセンサとを具備し、前記車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価システムに用いられる記録媒体において、前記センサにより検出されたトルク又は回転数の時系列データを複数の周波数成分に分解する演算部と、分解された前記複数の周波数成分のうち、完成車両の不快性に起因して現れる低周波数成分の振幅を表示する出力部としての機能をコンピュータに発揮させるプログラムが記録されていることを特徴とするプログラムである。

このような車両性能評価システム用情報処理装置や車両性能評価方法や車両性能評価システム用記録媒体であれば、上述した車両性能評価システムと同様の作用効果を発揮させることができる。

このように構成した本発明によれば、完成前の車両を用いて完成車両に現れる不快性を定量的に評価することができる。

本実施形態の車両性能評価システムの全体構成を示す模式図。 本実施形態の情報処理装置の機能を示す機能ブロック図。 本実施形態の周波数分解を説明するための参考図。 本実施形態の出力部による表示内容を示す図。 その他の実施形態の出力部による表示内容を示す図。 その他の実施形態の出力部による表示内容を示す図。 その他の実施形態の車両性能評価システムの機能を示す機能ブロック図。 その他の実施形態の情報処理装置の機能を示す機能ブロック図。

１００・・・車両性能評価システム
１０ ・・・エンジン
２０ ・・・ダイナモメータ
３０ ・・・情報処理装置
３４ ・・・演算部
３５ ・・・出力部
４０ ・・・トルクセンサ

以下に本発明に係る車両性能評価システムの一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の車両性能評価システム１００は、車両の完成前に車両の一部の性能を評価するためのものであり、ここでは図１に示すように、トランスミッションＴＭ（マニュアル、オートマチック又はＣＶＴ）、プロペラシャフトＰＳ、ディファレンシャルギアＤＦ、ドライブシャフトＤＳ等から構成されるパワートレインＰＴ（ドライブラインともいう。）の性能評価を行うものである。
なお、本実施形態では、パワートレインＰＴの入力軸（具体的にはトランスミッションＴＭの入力軸ＴＭ１）にエンジン１０を接続しているが、エンジン１０の挙動を模擬する駆動用ダイナモメータを接続しても構わない。

この車両性能評価システム１００は、パワートレインＰＴの第１出力軸ＰＴ１及び第２出力軸ＰＴ２それぞれに接続されたダイナモメータ２０と、ダイナモメータ２０及びエンジン１０の動作を制御する情報処理装置３０とを具備している。

２つの出力軸ＰＴ１、ＰＴ２は、ディファレンシャルギアＤＦにより、互いに連結された軸であり、車輪が接続される車軸である。第１出力軸ＰＴ１及び第２出力軸ＰＴ２には、それぞれトルクセンサ４０が設けられており、検出されたトルクは情報処理装置３０に送られる。

ダイナモメータ２０は、情報処理装置３０からの制御信号を取得して出力軸ＰＴ１、ＰＴ２に負荷を与えるものである。この負荷は、例えば完成車両を実際の路面で走行させることにより得られる実走行データから抽出されたパラメータを用いて算出するようにしてあり、具体的には、実走行データに含まれる車両重量、車両速度、路面の勾配などから負荷を算出される。

情報処理装置３０は、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤ変換器、入出力インターフェイス、マウス又はキーボード等の入力手段、ディスプレイＤＰ等の表示手段等を備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、前記ＣＰＵやその周辺機器が協働することにより、図２に示すように、実走行データ格納部３１、トルク取得部３２、制御部３３としての機能を発揮するものである。
以下、各部について説明する。

実走行データ格納部３１は、前記メモリの所定領域に形成されており、完成車両を路上で走行させることにより得られる実走行データを格納している。
この実走行データは、実走行における車両の経時的な走行状態（以下、運転パターンともいう）を示すものであり、例えばアクセル操作量、ブレーキ操作量、ハンドル操作量、車両重量、エンジン回転数、車両速度、車両加速度、ホイール回転数、トルク、シャフトアングル、タイヤ温度、路面温度、路面状態（ＷＥＴ、ＤＲＹ、ＩＣＥ、アスファルト、砂利等）、路面の勾配、走行風等が挙げられる。なお、実走行データとしては、実走行における車両の経時的な走行状態を示すものに限らず、ユーザが上述した種々のパラメータを適宜設定することで予め作成した走行状態を示すものであっても構わない。

トルク取得部３２は、トルクセンサ４０により検出された検出値を示すトルク信号として取得し、このトルク信号を制御部３３に送信する。

制御部３３は、実走行データから得られた運転パターンに基づいてエンジン１０及びダイナモメータ２０の動作を制御する。

エンジン１０の動作制御に関して、前記制御部３３は、実走行データ格納部３１からエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいてエンジンの回転数を制御する。

また、ダイナモメータ２０の制御に関して、前記制御部３３は、トルク取得部３２からトルク信号を受け取り、このトルク信号に基づいて出力軸ＰＴ１、ＰＴ２に与えられる負荷が前記運転パターンに対応した挙動となるようにダイナモメータ２０を制御する。
より具体的に説明すると、前記制御部３３は、実走行データ格納部３１から車両重量、車両速度、路面の勾配などを取得して完成車両の車軸に加わる負荷を算出し、算出された負荷に基づいて、各ダイナモメータ２０を独立して制御する。

しかして、本実施形態の情報処理装置３０は、図２に示すように、演算部３４、出力部３５、及び報知部３６としての機能をさらに発揮する。

演算部３４は、上述したトルク取得部３２からトルク信号を受け取り、トルクセンサ４０により検出されたトルク（検出値）の時系列データを取得する。本実施形態では、２つのトルクセンサ４０それぞれに対応する時系列データを取得するようにしているが、２つのトルクセンサ４０により検出されたトルクの平均値の時系列データを取得するようにしても良い。

そして、この演算部３４は、いわゆるＦＦＴアナライザを利用してその機能を発揮するものであり、前記時系列データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析により複数の周波数成分に分解する。
具体的に本実施形態の演算部３４は、０Ｈｚ〜２０Ｈｚまでなどユーザにより設定された範囲において複数の周波数成分に分解するように構成されている。なお、周波数の上記設定は適宜変更して構わない。

演算部３４により複数の周波数成分に分解された時系列データは、周波数と振幅とが結びついたデータであり、一例として図３に示されるグラフ、すなわち一方の軸を周波数、他方の軸を振幅に設定したグラフに表される。

前記出力部３５は、演算部３４により分解された複数の周波数成分のうち、所定の周波数成分の振幅を出力するものであり、ここでは完成車両の不快性に起因して低周波数成分に現れる振幅を例えばディスプレイ等に表示する。なお、出力部３５は、少なくとも低周波数成分に現される振幅を表示するものであれば良いので、図３に示すように低周波数成分から高周波数成分に亘った振幅をグラフ表示しても良いし、着目する低周波成分のみの振幅をグラフ表示しても良い。

ここで、完成車両の不快性は、ドライバビリティ、乗り心地性能、安定性、制御性などの評価項目に関し、完成車両を運転したドライバによる官能評価の結果によるところ、ユーザによって評価対象とする項目は必ずしも同じではない。
そこで、本実施形態では、少なくとも上述したように低周波数成分の振幅として現れる不快性であり、例えばシャフトの捩れやベアリングの磨耗など、パワートレインの不具合に起因して生じる不快性を評価対象としている。具体的にこうした不快性としては、図３に示すように、０．２〜２Ｈｚ程度の低周波数成分として現れる揺れや、５〜１０Ｈｚ程度の低周波数成分として現れる揺れなどが挙げられる。

すなわち、本実施形態の出力部３５は、低周波数成分のうち予め定められた周波数の範囲（以下、評価周波数範囲ともいう）に含まれる複数の周波数成分を抽出して、これらの周波数成分の振幅を表示するように構成されている。

表示内容について詳述すると、本実施形態の出力部３５は、いわゆるイコライザを利用してその機能を発揮するものであり、図４に示すように、複数の評価周波数範囲（例えば、０〜２Ｈｚ、２〜４Ｈｚ、４〜６Ｈｚ、６〜８Ｈｚ、８〜１０Ｈｚなど）それぞれにおいて、各評価周波数範囲に含まれる周波数成分の振幅の最大値又は平均値をリアルタイムに表示する。さらに、この出力部３５は、各評価周波数範囲に対して予め設定された振幅の上限値（閾値）を、リアルタイム表示される振幅とともに同一画面上に表示する。

報知部３６は、表示される低周波数成分の振幅が前記閾値を超えているか否かを判断し、越えている場合には、そのことをユーザに報知するための報知信号を出力するものである。
報知部３６の具体的な実施態様としては、前記報知信号を出力部に出力してディスプレイの振幅が閾値を超えていることを表示させる態様や、図示しないスピーカやＬＥＤ等から音や光を発したりする態様が挙げられる。

このように構成された本実施形態に係る車両性能評価システム１００によれば、パワートレインＰＴの性能を評価する車両性能評価システム１００を用いて、完成車両の不快性に起因して現れる低周波成分の振幅を表示するので、完成前の車両を用いて完成車両に現れる不快性を定量的に評価することができる。

また、低周波成分の振幅に対して予め設定した閾値を、その振幅とともに同一画面上に表示しているので、評価対象となっている不快性が許容範囲内であるかを簡単に評価することができる。

さらに、制御部３３が、実走行データから得られた運転パターンに基づいてエンジン１０及びダイナモメータ２０の動作を制御するので、完成させようとする車両と同じ或いは似たタイプの完成車両を用いて実走行データを得ることができ、車両の完成後に実走行させた際に現れる不快性を、完成前にある程度評価することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、車軸に加わるトルクに基づく性能評価について説明したが、車軸の回転数に基づいて性能評価しても良い。
すなわち、電磁式や光電式等の回転計を用いて車軸の回転数を経時的に検出し、検出された回転数の時系列データを周波数分解する。そして、分解された複数の周波数成分のうち、完成車両の不快性に起因して現れる低周波数成分の振幅を表示することで、評価対象とする不快性を定量的に評価しても良い。

また、トルク取得部３２や演算部３４や出力部３５は、情報処理装置３０とは別のコンピュータに備えさても良い。すなわち、ダイナモメータ２０などを制御するコンピュータ（前記実施形態の情報処理装置３０）と、トルクセンサ４０により検出されたトルクの時系列データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析するコンピュータとは別であっても良い。

ところで、例えばベアリング等に起因して表れる低周波成分の振幅はエンジンの回転数に応じて変動が大きい。一方、シャフトの捩れ等に起因して表れる低周波成分の振幅はエンジンの回転数に応じて変動が小さい。
そこで、本発明に係る車両性能評価システム１００としては、図５に示すように、複数の周波数成分の振幅が予め設定された閾値を超えている場合において、出力部３５が、エンジン回転数によらず閾値を超えたままとなる周波数成分と、エンジン回転数に応じて閾値を下回る周波数成分とを比較可能に出力する。

より具体的に説明すると、例えば制御部３３がエンジン１０を互いに異なる回転数で稼動させた場合それぞれにおいて、トルク取得部３２がトルクセンサ４０により経時的に検出されたトルクを取得する。
これらのトルクを演算部３４がそれぞれＦＦＴ解析により複数の周波数成分に分解して、これらの解析結果を例えば一時的に記憶するようにしておく。なお、演算部３４とは別に解析結果を記憶する内部メモリ又は外部メモリを設けても良い。
そして、出力部３５が、図５に示すように、エンジン１０の異なる回転数に応じて記憶された複数の解析結果において、例えば低周波成分の振幅のうち、エンジン回転数によらず閾値を超えたままとなる周波数成分と、エンジン回転数に応じて閾値を下回る周波数成分（この場合は例えば８Ｈｚ付近）とを比較可能に表示する。
このような構成であれば、エンジン１０の異なる回転数に応じて得られる低周波数成分の振幅それぞれを比較可能に表示するので、エンジン回転数の違いによる振幅の変動を確認することで、現われている低周波成分の要因を絞ることができる。

さらに、出力部３５は、図６に示すように、一方の軸を時間、他方の軸を振幅としたグラフに互いに異なる複数の低周波数成分を重ねて表示しても良い。ここでは、０．２〜２Ｈｚ程度の低周波数成分と、５〜１０Ｈｚ程度の低周波数成分が、所定の閾値とともに同じグラフ上に表示されている。これにより、どの時刻にどの低周波成分の振幅が閾値を超えたかを容易に知ることができる。なお、出力部３５は、図６に示す表示内容を、例えば図４や図５に示す表示内容と切替可能に出力するものであっても良い。
さらに、出力部３５は、図６に示すグラフに、供試体や制御部３３から取得される例えばエンジン回転数などの種々の試験データを上述した低周波成分とともに表示しても良い。
これにより、ユーザは低周波成分の振幅として現れる揺れの原因を解析しやすくなる。

また、前記実施形態の車両性能評価システムは、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ形式）の車両に搭載されるパワートレインＰＴの性能を評価するためのものであったが、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ形式）の車両や４ＷＤ（四輪駆動）の車両に搭載されるパワートレインの性能を評価するものであっても良いし、パワートレインＰＴの一部の性能を評価するものであっても良いし、エンジンの性能を評価するものであっても良い。なお、完成車両を評価対象としても良い。

さらに、車両性能評価システム１００は、図６に示すように、演算部３４により算出された低周波数成分の振幅が所定の閾値を超えた場合に、そのことを契機として、供試体や制御部３３から出力される試験データを取得する試験データ取得部３７を備えていても良い。
具体的には、情報処理装置３０が、例えばエンジン回転数、エンジントルク、パワートレインＰＴから取得される種々の情報（例えば変速機の変速比、シャフトの回転数、シャフトのトルクなど）を含む試験データを時系列で格納する試験データ格納部３８を備えており、この試験データ格納部３８から試験データ取得部３７が試験データを取得する態様が挙げられる。この試験データ取得部３７は、低周波成分の振幅が閾値を超える前後の所定期間に亘る試験データを取得することが好ましい。
なお、試験データ取得部３７は、情報処理装置３０とは別のコンピュータ等に備えさせても良いし、情報処理装置３０に備えさせても良い。
このような構成であれば、試験データ取得部３７により取得された試験データを解析することで、低周波数成分の振幅として現れる不快性の原因を解析することが可能となる。

そのうえ、車両性能評価システム１００としては、低周波数成分の振幅として現れる揺れを再現できるように構成されていても良い。
具体的には図８に示すように、情報処理装置３０が、演算部３４の演算結果に基づいて低周波数成分の振幅として現れる揺れを再現するための揺れ信号を出力する揺れ再現部３９としての機能を備えている構成が挙げられる。この揺れ再現部３９は、例えばユーザが着席する座席Ｓを揺らすモータ等の揺れ発生機構Ｘに揺れ信号を出力するものであり、例えば演算部３４が演算した低周波成分及びこの低周波数成分の振幅と同じ周波数及び振幅で座席Ｓを揺らすように構成されている。ただし、振幅は適宜増幅又は減衰させても良い。
なお、座席Ｓは、例えば供試体が配置される試験室とは別の制御室に設けられており、この座席Ｓの近傍にはハンドル、アクセル、及びブレーキの形状を模擬したハンドル操作量入力部、アクセル操作量入力部、及びブレーキ操作量入力部が設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、ユーザが各操作量入力部に入力した各操作量から算出される負荷を供試体に与えて性能試験をすることができ、その入力時に低周波数成分の振幅として現れる揺れを座席に発生させるので、ユーザは実走行に近い臨場感を持って各操作量入力部を操作することができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

本発明によれば、完成前の車両を用いて完成車両に現れる不快性を定量的に評価することができる。

Claims (10)

1. 車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価システムにおいて、
   前記車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータと、
   前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出するセンサと、
   前記センサにより検出されたトルク又は回転数を複数の周波数成分に分解する演算部と、
   分解された前記複数の周波数成分のうち、所定の周波数成分の振幅を出力する出力部とを具備する車両性能評価システム。
2. 前記所定の周波数成分の振幅が、完成車両の不快性に起因して現われる振幅である請求項１記載の車両性能評価システム。
3. 完成前の車両の性能を試験する請求項１又は２記載の車両性能評価システム。
4. 前記所定の周波数成分の振幅に対して予め設定した閾値を、前記振幅とともに同一画面上に表示する請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の車両性能評価システム。
5. 複数の周波数成分の振幅が前記閾値を超えている場合において、前記出力部が、エンジン回転数によらず前記閾値を超えたままとなる周波数成分と、エンジン回転数に応じて前記閾値を下回る周波数成分とを比較可能に出力する請求項４記載の車両性能評価システム。
6. 車両を路上で走行させて得られる実走行データを用いて前記ダイナモメータを制御する制御部を具備する請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の車両性能評価システム。
7. 前記所定の周波数成分が、２０Ｈｚ以下の周波数成分である請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の車両性能評価システム。
8. 車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータと、前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出するセンサとを具備し、前記車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価システムに用いられる情報処理装置であって、
   前記センサにより検出されたトルク又は回転数を複数の周波数成分に分解する演算部と、
   分解された前記複数の周波数成分のうち、所定の周波数成分の振幅を出力する出力部とを具備する車両性能評価システム用情報処理装置。
9. 車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータを備えた車両性能評価システムを用いて前記車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価方法であって、
   前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出し、
   検出されたトルク又は回転数を複数の周波数成分に分解し、
   分解された前記複数の周波数成分のうち、所定の周波数成分の振幅を表示する車両性能評価方法。
10. 車両又はその一部の回転軸に接続されるダイナモメータと、前記回転軸に加わるトルク又は前記回転軸の回転数を検出するセンサとを具備し、前記車両又はその一部の性能を試験する車両性能評価システムに用いられる記録媒体において、
    前記センサにより検出されたトルク又は回転数の時系列データを複数の周波数成分に分解する演算部と、
    分解された前記複数の周波数成分のうち、完成車両の不快性に起因して現れる低周波数成分の振幅を表示する出力部としての機能をコンピュータに発揮させるプログラムが記録されている車両性能評価システム用記録媒体。

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