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1. WO2006040855 - タイヤHILシミュレータ

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明 細書

タイヤ HILシミュレータ

技術分野

[0001] 本発明は、車両の実走行試験条件に近い条件で試験が行えるようにした、タイヤ H ILシミュレータ(Tire Hardware- In- the Loop Simulator)に関するものである。

背景技術

[0002] 自動車の開発等において、タイヤ ·サスペンションシステムの最適化を検討する必 要性がある。この場合、タイヤの表面温度、内圧、接触荷重、さらにタイヤの材質や 形状等の数多くの条件設定が必要であると共に、最適な条件を設定するためには多 大な試験時間が必要となる。さら〖こ、サスペンションの機構やコンプライアンスがタイ ャ性能に与える影響の評価が必要とされるため、コンピュータシミュレーションでは複 雑なタイヤモデルをそのまま最適化の検討に適用することは難しい。一方、実走行試 験の場合、実際のタイヤ特性を直接得ることができるが、最適化を図る上で路面条件 等の再現性に難点がある。

[0003] そこで、実走行試験に代わるものとして、各種のタイヤ試験装置が提案されている。

[0004] 例えば特許文献 1においては、走行時に発生するタイヤ単体の特性を測定すること ができる試験装置が提案されているが、該特許文献 1の試験装置においては、車両 の特性を考慮することができな、。

[0005] また、特許文献 2に記載の装置においては、サスペンションの挙動を再現すべく演 算器力タイヤ保持力に相当する力をタイヤに与えることによって、実走行試験状態 に近づけようとする試みがなされている。しかし、該特許文献 2の試験装置において は、タイヤ横力が変化することにより、サスペンションを含めた車両の挙動が変化する ため、実走行状態を忠実に再現することは難しい。

[0006] 一方、特許文献 3に記載の試験装置においては、同装置に車両モデルを再現する シミュレーションモデルを組み込むことで、より実走行試験状態に近づける試みがな されている。ところが、該特許文献 3の試験装置においては、タイヤモデルも前記シミ ユレーシヨンモデルに組み込んでいるため、タイヤ特性の最適化を行う場合には、タ ィャモデルを新たに作る必要があり、手間がかかる。

[0007] そこで、上述の如き問題点を解決することが可能な装置として、実物のタイヤをノヽー ドウエアとして有するタイヤ試験装置にソフトウェアによるシミュレーションモデルの車 両モデルをインターフェイスを介して接続した HILシミュレータが提案されてヽる(非 特許文献 1参照)。該タイヤ HILシミュレータは、ソフトウェアに複雑なタイヤモデルを 用いることなぐ実物のタイヤをノヽードウエアとして有する装置構成とされているので、 実走行条件に近い条件で試験を行うことが可能である。

特許文献 1:特開昭 57— 91440号公報

特許文献 2:特開平 5— 5677号公報

特許文献 3:特開平 10— 2842号公報

非特許文献 1 :「134タイヤ HILシミュレータによる車両運動性能の研究 (第 1報)」( 社)自動車技術会学術講演会前刷集 No. 101— 02 (14〜19頁)「2002593」 発明の開示

[0008] 前記非特許文献 1に記載されるタイヤ HILシミュレータにおいては、車両モデルが 等価 2輪モデルとされているため、タイヤの挙動としては、タイヤの回転、タイヤ横滑り 角及びタイヤ接地荷重を制御する機構が存在するのみであり、車両モデルを 3次元 まで考慮した場合に発生する車両のローリング角によるタイヤのキャンバ角を試験装 置にて再現することができなヽと、う問題がある。

[0009] そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、タイヤ試験装置に車両モデルを組み込ん だ試験装置において、 3次元の車両モデルを用いた場合にも車両の 3次元的挙動に よるタイヤの挙動を再現することができる試験装置を提供することを目的とする。

[0010] さらに、走行シミュレータを組み合わせることによって、タイヤ部分は実物を用いた バーチャルな走行試験を実現することを目的とする。

[0011] 前記目的を達成するため、本発明は、次の手段を講じた。すなわち、本発明のタイ ャ HILシミュレータは、代用路面体に実物のタイヤを接触させてその走行試験を行う タイヤ試験装置と、車両モデルを備え、該タイヤ試験装置における計測データを入 力値として前記車両モデルにより所定の計算を行、、該計算結果に基づき前記タイ ャ試験装置のァクチユエータへ指令値を出力する制御装置とを有する。前記タイヤ

試験装置は、タイヤ横力を計測する横力計測手段と、前記タイヤに接地荷重、横滑り 角、およびキャンバ角を各々付与する各ァクチユエ一タとを有する。前記制御装置は 、ステアリング角度と前記横力計測手段力のタイヤ横力とを入力値として前記車両 モデルにより車両の 3次元的な運動を計算し、その計算結果に基づき前記接地荷重 、横滑り角、およびキャンバ角の各指令値を前記各ァクチユエータへ出力するもので ある。

[0012] なお、本発明にいう「タイヤ横力」は図 18及び図 19に示す力 Fyに相当する。同様 に、「接地荷重」は図 18に示す力 Fz、「キャンバ角」は図 18に示す角度ひ、「横滑り 角」は図 19に示す角度 βにそれぞれ相当する。

[0013] 本発明によれば、タイヤ試験装置に装着した実物のタイヤの特性を計測することが できる。そして、その計測データ (タイヤ横力)及びステアリング角度が車両モデルに 入力値として入力されることにより、該車両モデルによって上述の如き車両の動特性 (接地荷重、横滑り角及びキャンバ角)がリアルタイムに計算され、該計算によって得 られた値をタイヤ試験装置の各ァクチユエータに指令値として出力することによりこれ らの各ァクチユエータが作動し、これによつて、タイヤの代用路面体に対する支持状 態が制御されるのである。

[0014] このように、本発明によれば、実物のタイヤの特性を車両モデルに入力することが できると共に、入力されたタイヤ特性の影響を受けた車両モデルによる車両の動特 性を各ァクチユエータを介して再びタイヤ試験装置の実物のタイヤに付与することが でき、このタイヤ試験装置と制御装置の間の情報交換がリアルタイムに展開すること により、実走行試験状態に極めて近いシミュレーションを実現することが可能となる。

[0015] 以上のように、本発明によれば、より実走行条件に近い条件でタイヤ試験を行うこと ができる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1] (a)本発明の第 1の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータを示すシステム構 成図であり、(b)は、該タイヤ HILシミュレータのシステムブロック図である。

[図 2]該タイヤ HILシュミレータのタイヤ試験装置の平面図である。

[図 3]該タイヤ試験装置の正面図である。

圆 4]該タイヤ試験装置のタイヤ装着部のキャンバ角付与装置の構成を示す斜視図 である。

圆 5]該タイヤ装着部の接地加重付与装置の構成を示すイメージ図である。

圆 6]該タイヤ装着部の横滑り各付与装置の要部を示す斜視図である。

[図 7]前記タイヤ HILシミュレータに用いられる車両モデルのイメージ図である。

[図 8]本発明の第 2の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのタイヤ試験装置の 平面図である。

[図 9]本発明の第 2の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのシステム構成図であ る。

[図 10]本発明の第 3の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのタイヤ試験装置の 平面図である。

[図 11]本発明の第 3の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのシステム構成図で ある。

[図 12]本発明の第 4の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのタイヤ試験装置の 平面図である。

[図 13]本発明の第 4の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのシステム構成図で ある。

[図 14]本発明の第 5の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのタイヤ試験装置の 平面図である。

[図 15]本発明の第 5の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのシステム構成図で ある。

[図 16]本発明の第 6の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのシステム構成図で ある。

[図 17]本発明の第 7の実施の形態に係るタイヤ HILシミュレータのシステム構成図で ある。

圆 18]本発明で用いる用語の定義を示す説明図である。

圆 19]本発明で用いる用語の定義を示す説明図である。

圆 20]本発明で用いる用語の定義を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図 1 (a)は、本発明の実施の 形態を示すシステム構成図である。本発明に係るタイヤ HILシミュレータ 1は、タイヤ 試験装置 2と、該タイヤ試験装置 2における計測データが入力される制御装置 3とを 有し、この制御装置 3は前記タイヤ試験装置 2を制御する。

[0018] なお、図 1 (a)では、その左側領域に前記タイヤ試験装置 2が描かれ、その領域の 上側に前記タイヤ試験装置 2の正面図が、下側に同装置 2の平面図がそれぞれ描か れている(以下、図 9、図 11、図 13、図 15、図 16及び図 17において同じ)。

[0019] また、図示のタイヤ試験装置 2は 4輪車を前提として構成されたものである力本発 明では対象となる車両の車輪数を問わず、 2輪、 3輪、 6輪、 8輪、その他の場合にも 適用が可能である。

[0020] 前記タイヤ試験装置 2は、代用路面体 4に実物のタイヤ 4aを接触させて同タイヤ 4a の走行試験を行うものである。また、前記制御装置 3は車両モデル 5を備え、タイヤ試 験装置 2における計測データを入力値として前記車両モデル 5に基づき所定の計算 を行、、該計算結果に基づきタイヤ試験装置 2のァクチユエータへ指令値を出力す る。該車両モデル 5は、コンピュータのソフトウェアとして構成されている。

[0021] なお、本実施の形態では、前記車両モデル 5にステアリング機構が記述されて、な いので、この車両モデル 5とは別に、ステアリング機構が記述されたステアリングモデ ル 6が前記制御装置 3に備えられている。しかし、該ステアリングモデル 6は、車両モ デル 5と一体ィ匕されたものであっても良い。

[0022] 前記車両モデル 5を含む前記制御装置 3のソフトウェアと前記タイヤ試験装置 2から なるハードウェアとは、インターフェイス 7を介して接続されて、る。

[0023] 図 2及び図 3には、前記タイヤ試験装置 2の一例が示されている。このタイヤ試験装 置 2の主要部は、前記代用路面体 4を含む代用路面部 11と、前記タイヤ 4aが装着さ れるタイヤ装着部 12とで構成されて、る。

[0024] 前記代用路面部 11は、本体フレーム 13を備え、この本体フレーム 13は、基台 14 上に立設される 4本の柱と、これらの柱同士を連結する横架材とを有している。そして 、この本体フレーム 13に前記代用路面体 4が支持されている。

[0025] この実施の形態においては、前記代用路面体 4として円筒状外周面をもつ鋼製ドラ ムが例示され、そのドラム外周面に前記タイヤ 4aが接触した状態でその走行試験が 行われる。ただし、本発明では代用路面体 4の具体的構造を問わず、例えば特開 20 02— 39919号公報に記載されるような無端ベルトを代用路面体 4に採用してもよい

[0026] 前記代用路面体 4は、前記円筒状外周面をもつ本体ドラムと、その軸端に設けられ る一対の円形平板とを有し、この円形平板の中心を貫通するように軸体が設けられて いる。そして、この軸体が水平状態で前記本体フレーム 13に回転自在に枢支される ことにより、前記代用路面体 4の外周面が前記軸体を中心軸として鉛直面に沿う方向 に回転する。

[0027] この実施の形態では、前記代用路面体 4が前記本体フレーム 13に 2基設けられて いる。これらの代用路面体 4, 4は互いに同形でかつ同じ大きさとされ、両代用路面体 4, 4の軸体が水平な同一軸線上に並ぶように両代用路面体 4, 4が配置されている。

[0028] 前記本体フレーム 13の上部には、代用路面体 4を回転駆動させる駆動装置 15が 設けられている。この実施の形態において、該駆動装置 15は本体フレーム 13上に 2 台載置され、各駆動装置 15は電動機を備えている。そして、これらの駆動装置 15の 電動機の出力軸と前記各代用路面体 4の軸体とが巻き掛け伝動体 16を介して連結 されることにより、当該駆動装置 15の電動機出力軸と代用路面体 4とが互いに連動し て回転するように構成されて、る。

[0029] 前記タイヤ装着部 12は、前記各代用路面体 4の左右両側、すなわち、その回転軸 の方向と直交する方向の両側に 1基ずつ配備されている。従って、図示のタイヤ試験 装置 2は合計 4基のタイヤ装着部 12を備えている。そして、図 1 (a)に示すようにこれ ら 4基のタイヤ装着部 12がインターフェイス 7を介して前記制御装置 3に接続されるこ とにより、前記 4基のタイヤ装着部 12にそれぞれ装着される各タイヤ 4aが前記制御装 置 3における車両モデル 5の前後左右のタイヤとして設定されるようになっている。

[0030] 具体的に、図示の装置では、並置された一対の代用路面体 4, 4の一方の側方に 配備された 2基のタイヤ装着部 12, 12のタイヤ 4a, 4aがそれぞれ車両モデル 5の左 右一対の前輪として設定されると共に、前記一対の代用路面体 4, 4の他方の側方に 配備された 2基のタイヤ装着部 12, 12のタイヤ 4a, 4aがそれぞれ車両モデル 5の左 右一対の後輪として設定されてヽる。

[0031] 前記各タイヤ装着部 12は互いに同じ構造とされている。各タイヤ装着部 12には、 前記タイヤ 4aが前記代用路面体 4の前記軸線と平行な回転軸上を回転するように装 着される。

[0032] これらのタイヤ装着部 12は、接地荷重付与装置 17と、横滑り角付与装置 18と、キ ヤンバ角付与装置 19とを備えている。前記接地荷重付与装置 17は、代用路面体 4 の水平な直径線上にお、てドラム外周面にタイヤ 4aの外周面を近接自在に押圧さ せる。横滑り角付与装置 18及びキャンバ角付与装置 19は、タイヤ 4aに横滑り角度及 びキャンバ角度をそれぞれ付与する。

[0033] 図 2〜図 4に示す如ぐ前記キャンバ角度付与装置 19は、揺動フレーム (揺動部材 ) 20を有し、この揺動フレーム 20が前記本体フレーム 13にヒンジ 13aを介して垂直軸 心回りに回動自在に連結されている。そして、この垂直軸線に対する揺動フレーム 2 0の揺動角度 aが前記キャンバ角に相当して、る。

[0034] 前記揺動フレーム 20は、前記本体フレーム 13に前記垂直軸心回りに揺動自在に 枢結された上下一対の横フレーム 21, 21と、該上下一対の横フレーム 21, 21の各 遊端側を結合する縦フレーム 22とを有している。上下一対の横フレーム 21, 21の前 記回動中心は、同一垂直軸線上にあり、該垂直軸線は代用路面体 4のドラム外周面 に接する位置に設けられて、る。

[0035] 前記揺動フレーム 20は、キャンバ角付与ァクチユエータ 23に連結され、このァクチ ユエータ 23より揺動操作される。具体的には、図 2及び図 3に示すように、前記揺動 フレーム 20の縦フレーム 22にアーム 24が突設され、このアーム 24に前記キャンバ 角付与ァクチユエータ 23が連結されて、る。

[0036] このキャンバ角付与ァクチユエータ 23は、前記アーム 24に連結されたスクリュー軸 25と、前記基台 14上に設置され、前記スクリュー軸 25に螺合されたナットを回転可 能に保持する送り装置 26と、該送り装置 26のナットを回動させる電動サーボモータ 2 7とを備え、このサーボモータ 27が図 1 (a)に示すようにインターフェイス 7を介して前 記制御装置 3の車両モデル 5に接続されている。そして、このキャンバ角付与ァクチ ユエータ 23に前記制御装置 3からの指令値が入力されることにより、該指令値に応じ て図 2に示す前記電動サーボモータ 27が前記送り装置 26のナットを回動させ、これ に伴ってスクリュー軸 25が軸方向に移動することにより、揺動フレーム 20が前記垂直 軸線回りに揺動し、その揺動角度 α分だけタイヤ 4aが代用路面体 4に対して傾斜す るとともに、その角度 αすなわちキャンバ角が所定の範囲内で制御される。

[0037] なお、前記キャンバ角付与装置 19は、図示のものに限られず、揺動フレーム 20を 揺動させる手段も特に問わない。例えば、油圧サーボモータや油圧シリンダなどで揺 動フレームを揺動させるものや、特開平 5— 52711号公報に記載の円弧状ラックに 嚙み合うピ-オンを駆動する形式のものであっても良い。

[0038] 図 4に示すように、前記接地荷重付与装置 17は前記キャンバ角付与装置 19の揺 動フレーム 20内に配備され、同フレーム 20に支持されている。この接地荷重付与装 置 17は、スライダ 29及び接地荷重付与ァクチユエータ 30を備えている。

[0039] 前記スライダ 29は、図 5に示すように、前記揺動フレーム 20の上下一対の横フレー ム 21 , 21に設けられた上下一対のガイドレール 28, 28に摺動自在に支持されること により、前記代用路面体 4に対して接離する方向にスライド可能となっている。前記接 地荷重付与ァクチユエータ 30は、前記スライダ 29を前記ガイドレール 28, 28間でス ライドさせることにより前記代用路面体 4の外周面に対して近接させる。

[0040] この実施の形態に示される接地荷重付与ァクチユエータ 30は、前記揺動フレーム 2 0の縦フレーム 22に固定されるスクリュジャッキ 31と、これに内蔵される図略のモータ とを備え、そのスクリュジャッキ 31の作動により前記スライダ 29を前記ガイドレール 28 , 28に沿ってスライド駆動する。また、前記スライダ 29側には、そのスライド駆動によ つて前記タイヤ 4aが前記代用路面体 4に押付けられる荷重すなわちタイヤ接地荷重 を検出するロードセル 32が設けられている。

[0041] この接地荷重付与ァクチユエータ 30は、図 1 (a)に示すように、インターフェイス 7を 介して制御装置 3の車両モデル 5に接続されている。そして、該制御装置 3が、ロード セル 32による計測データに基づいて車両モデル 5により指令値を導出し、この指令 値を前記接地荷重付与ァクチユエータ 30に入力することにより、この接地荷重付与 ァクチユエータ 30のスクリュジャッキ 31が該指令値に応じて作動し、これに伴って前 記スライダ 29が前記代用路面体 4に接触する。これによつてタイヤ 4aの接地荷重が 制御されるのである。

[0042] なお、該接地荷重付与装置 17は、上述の構成のものに限らず、例えば油圧シリン ダ等を用いたものであっても良い。また、特開平 3— 67148号公報に記載のものや、 特公平 1-15809号公報に記載のようにドラムを移動させる形式のものであっても良 い。

[0043] 前記横滑り角付与装置 18は、図 6に示すように前記接地荷重付与装置 17のスライ ダ 29に設けられており、このスライダ 29に左右一対のリンク機構 33a、 33aを介して 傾斜自在に連結された垂直台 33と、この垂直台 33を傾斜させるための横滑り角度 付与ァクチユエータ 35とを備えて、る。

[0044] 前記垂直台 33の側面には、タイヤ 4aに連結されるべきタイヤ取付軸 34が突設され ており、このタイヤ取付軸 34の先端に前記タイヤ 4aの回転軸がボルト等の締結具を 介して回転自在に装着されている。該タイヤ 4aは、締結具による締結を解除すること によってタイヤ取付軸 34から容易に取り外すことができ、これによつて、タイヤ装着部 12のタイヤ 4aの取り替えが容易に行われるのである。

[0045] 前記横滑り角度付与ァクチユエータ 35は、スクリュジャッキ及びこれを回転させるモ ータを備え、そのスクリュジャッキが前記垂直台 33に連結されている。そして、前記モ ータの作動により、前記垂直台 33を傾斜させる。

[0046] この横滑り角度付与ァクチユエータ 35は、インターフェイス 7を介して制御装置 3の 車両モデル 5に接続され、その車両モデル 5により演算された指令値の入力を受けて 、その指令値に応じた角度だけ垂直台 33を傾斜させる。これによつてタイヤ取付軸 3 4の軸心が水平状態から上下方向に傾斜し、タイヤ 4aのタイヤ横滑り角が制御される のである。

[0047] なお、横滑り角付与装置 18は前記構成のものに限定されず、例えば、特公昭 62— 8739号公報に記載の構成を採用することができる。

[0048] 図 2に示すように、前記タイヤ試験装置 2の各タイヤ装着部 12には、横力計測手段 37がそれぞれ設けられている。各横力計測手段 37は、タイヤ 4aに加えられる横力を 計測するためのものであって、前記タイヤ取付軸 34のスライダ側の端部に連結され ている。これらの横力計測手段 37は、図 1 (a)に示すようにインターフェイス 7を介して 前記車両モデル 5に接続されており、この横力計測手段 37によって計測されたタイ ャ横力が前記車両モデル 5に入力されることにより、実物のタイヤ 4aのタイヤ横力を 車両モデル 5に付与した場合の車両の動的挙動が計算される。

[0049] この実施の形態に用いられる車両モデル 5の模式図を図 7に示す。図示のように、 この車両モデル 5は、車両及びサスペンション機構を有限要素法におけるはり要素あ るいはトラス要素を用いて 3次元でモデルィ匕したものであり、車両の剛性及びサスぺ ンシヨン機構の幾何学的非線形性を考慮している。該車両モデル 5において、各節 点は 6自由度を有し、各節点間は、有限要素法における大回転を考慮したはり要素 によって結合されている。これによつて車両モデル 5は、車両の上下方向、左右方向 及び前後方向の運動にカ卩えてピッチング方向、ローリング方向及びョーイング方向 の回転を考慮することができ、車両の 3次元的な運動を全て表現することができるも のとなつている。

[0050] なお、図 7に示す車両モデル 5は、ウィッシュボーン型サスペンションをモデル化し たものであり、サスペンションのばね力及び減衰力がはり要素の特性として表現され ている(詳細は文献:日本機械学会論文集 (C編)、 69卷 685号(2003— 9)を参照) 。本実施の形態においては、図 1 (b)に概念的に示す如ぐ前記ステアリングモデル 6 により設定されるステアリング角度と、前記横力計測手段 37によって計測されたタイ ャ横力とが入力値として車両モデル 5に入力されることにより、車両の 3次元的な運動 が計算され、その計算結果に基づいて導出された接地荷重、横滑り角度及びキャン バ角の各指令値が前記各ァクチユエータへ出力されることにより、各タイヤ 4aに付与 される接地荷重、横滑り角度及びキャンバ角が制御され、これによつて実走行状態に 近 、状態が再現されるのである。

[0051] 以下に、前記車両モデル 5によって前記各タイヤ 4aに付与される横滑り角の導出 過程について説明する。

[0052] 図 20に示すように、本実施の形態において、速度 Vで走行中の車両モデル 5に前 記ステアリングモデル 6によってステアリング角度 δが入力された場合、車両モデル 5 の前輪の X軸に対して成す角 T fは下記の式(1)によって与えられ、後輪の X軸に対 してなす角 γ ι·は下記の式(2)によって与えられる。

[0053] [数 1]


[0054] [数 2]


[0055] ここで、 Vは車両速度を示し、 Ifは前記重心 Οから前輪の回転軸の軸線までの距離 を示し、 lrは前記重心 O力も後輪の回転軸の軸線までの距離を示している。また、前 輪の向いている方向と X軸のなす角 Θ fは下記の式(3)によって与えられ、後輪の向 いている方向と X軸のなす角 Θ rは下記の式 (4)によって与えられる。

[0056] [数 3]

θ ί= θ ΖΟ + δ (3)

[0057] [数 4]


[0058] ここで、 θ ζοは前記重心 Οの進行方向と X軸のなす角であり、図 20中の角度 0に等 しい。そして、前輪の横滑り角 i8 fは下記の式 (5)によって導出され、後輪の横滑り角 β rは下記の式 (6)によって導出される。

[0059] [数 5]


[0060] [数 6]


[0061] これら前輪及び後輪の横滑り角 j8 f、 j8 rは、車両モデル 5を介してコンピュータによ つて計算され、これら横滑り角 i8 f、 i8 rが指令値として各タイヤ装着部 12の横滑り角 度付与ァクチユエータ 35に入力されることにより、各タイヤ 4aに横滑り角が付与され る。同様に、図 1 (b)に示す如く前記ステアリング角度 δ及び横力計測手段 37によつ て計測された各タイヤ 4aのタイヤ横力 Yf、 Yrが車両モデル 5に入力されることにより、 車両モデル 5によってこれらの入力値に基づく前輪の接地荷重 Fzf及びキャンバ角 a fと後輪の接地荷重 Fzr及びキャンバ角 a rが導出され、これら接地荷重 Fzf 、 Fzr 及びキャンバ角 a f、 a rが指令値として各タイヤ装着部 12の接地荷重付与ァクチュ エータ 30及びキャンバ角付与ァクチユエータ 23に入力されることにより、各タイヤ 4a に接地荷重及びキャンバ角が付与される。

[0062] 以上の動作によって、車両モデル 5によって導出されたョーイング方向の回転運動 はもちろん、モデルィ匕したサスペンション機構の影響によるローリング方向の回転運 動も実際の 4本のタイヤ 4aに発生させることができ、これらの運動下でのタイヤ特性を 計測することができるのである。

[0063] このように、本実施の形態によれば、実物のタイヤ 4aの特性を車両モデル 5に入力 することができると共に、入力されたタイヤ特性の影響を受けた車両モデル 5による車 両の動特性を各ァクチユエータを介して再びタイヤ試験装置 2の実物のタイヤ 4aに 付与することができ、このようにして前記タイヤ試験装置 2と制御装置 3の間の情報交 換がリアルタイムに展開することにより、実走行試験状態に極めて近いシミュレーショ ンが実現されるのである。

[0064] 本発明の第 2の実施の形態を図 8及び図 9に示す。該実施の形態においては、図 8 に示すように、前記各タイヤ装着部 12にブレーキカァクチユエータ 38がそれぞれ設 けられている。該ブレーキカァクチユエータ 38は、タイヤ 4aにブレーキ力を付与する ためのものであって、前記横力計測手段 37の近傍にて各タイヤ 4aに連接され、図 9 に示すようにインターフェイス 7を介して車両モデル 5に接続されて!ヽる。

[0065] 該実施の形態にお!、ては、前記車両モデル 5にお、て導出された前輪及び後輪 のブレーキ力を指令値としてブレーキカァクチユエータ 38に入力することにより、各タ ィャ 4aに車両モデル 5によって導出されたブレーキ力を付与することができる。これ によって、車両モデル 5にピッチング方向の回転運動を発生させることができ、ブレー キカを付与した場合のシミュレーションが可能となる。

[0066] 本発明の第 3の実施の形態を図 10及び図 11に示す。該実施の形態においては、 図 10に示すように、代用路面体 4の駆動速度を検出するための速度検出手段 40が

駆動装置 15に設けられている。該速度検出手段 40及び駆動装置 15は、図 11に示 すようにインターフェイス 7を介して車両モデル 5に接続されて、る。

[0067] 該実施の形態にお!、ては、代用路面体 4の駆動速度(図例では代用路面体 4を構 成するドラムの回転速度)を計測し制御する手段が設けられているので、車両モデル 5において導出された駆動速度を代用路面体 4に付与することができ、これによつて 代用路面体 4の駆動速度を変化させた場合のシミュレーションが可能となる。

[0068] 本発明の第 4の実施の形態を図 12及び図 13に示す。該実施の形態においては、 図 12に示すように、前記駆動装置 15に代用路面体 4の駆動トルクを検出するための 駆動トルク検出手段 41がそれぞれ配備されている。該駆動トルク検出手段 41は、こ の実施の形態では、前記代用路面体 4を構成するドラムの回転速度を制御するため のドラム速度制御用電動機そのものによって構成され、図 13に示す如ぐインターフ ヱイス 7を介して車両モデル 5に接続されており、該車両モデル 5は、前記駆動トルク 検出手段 41から出力される駆動トルク検出値に基づいて導出される転がり抵抗をパ ラメータの一つとして有して、る。

[0069] 該実施の形態においては、前記駆動トルク検出手段 (ドラム速度制御用電動機) 41 によって検出されたドラム駆動トルク力転がり抵抗力が算出され、該転がり抵抗力 が前記車両モデル 5に入力されることにより、転がり抵抗の影響を考慮したシミュレ一 シヨンが可能となる。

[0070] ここで、前記転がり抵抗力の算出手段としては、ドラム速度制御用電動機の駆動ト ルクを計測し、タイヤ 4aを代用路面体 4の外周面に押し付けて、な、状態での駆動ト ルクと押し付た状態での駆動トルクの差力も転がり抵抗を算出するようにする。すなわ ち、転がり抵抗力 F Rは下記の式(7)によって与えられる。

[0071] [数 7]

FR= (T2~Tl) (7)

[0072] ここで、 T1はタイヤ 4aを代用路面体 4の外周面に押し付けていない状態でのドラム 駆動トルク、 T2はタイヤ 4aを代用路面体 4の外周面に押し付けて、る状態でのドラム 駆動トルク、 rは代用路面体 4のドラム半径、 nは一つの代用路面体 4に対して接触す るタイヤ 4aの数であり、図 13の場合には n= 2である。

[0073] 本発明の第 5の実施の形態を図 14及び図 15に示す。該実施の形態においては、 図 14に示すように、各タイヤ装着部 12のスライダ 29の上端部にトラクティブ荷重計測 手段 39がそれぞれ設けられている。該トラタティブ荷重計測手段 39は、代用路面体 4を駆動してタイヤ 4aを回転させた場合にタイヤ 4aに生じる牽引抵抗力 F ' x (図 19) をトラクティブ荷重(「トラクシヨン荷重」または「駆動力」とも、う。)として計測するため のものであり、図 15に示す如ぐインターフェイス 7を介して車両モデル 5に接続され ている。また、車両モデル 5は、前記トラクティブ荷重をパラメータの一つとして有して いる。

[0074] 該実施の形態においては、トラクティブ荷重計測手段 39によって検出されたトラク ティブ荷重を車両モデル 5に入力することにより、該トラタティブ荷重の影響を考慮し たシミュレーションが可能となる。

[0075] 本発明の第 6の実施の形態を図 16に示す。この実施の形態では、タイヤ試験装置 2の各タイヤ装着部 12に、タイヤ 4aの横方向変位を付与する横方向変位ァクチユエ ータ 42が配備されている。該横方向変位ァクチユエータ 42は、インターフェイス 7を 介して車両モデル 5に接続されて、る。

[0076] 該実施の形態においては、前記車両モデル 5により演算される指令値を前記横方 向変位ァクチユエータ 42に入力することにより、各タイヤ 4aを横方向に変位させた場 合のシミュレーションが可能となる。

[0077] 図 17は、本発明の第 7の実施の形態を示すシステム構成図であり、この実施の形 態では、前記制御装置 3に前記タイヤ試験装置 2に加えて模擬運転席装置 44が接 続されている。該模擬運転装置 44は、枠体 45によって覆われた運転室 46を備え、 該運転室 46には、実際の車両と同様のシート 47が配備されると共に、回転操作が可 能なステアリングホイール 48、アクセルペダル、ブレーキペダル、計器パネル等を有 する運転操作装置 49が配備されてヽる。

[0078] 該運転操作装置 49は、走行状態のフロントガラスの景色などを表示するディスプレ ィ 50を備えると共に、インターフェイスを介して前記車両モデル 5を具備する制御 装置 3に接続されている。また、運転室 46は油圧装置等により駆動される運動装置 5

1によって支持されており、該運動装置 51は、前記制御装置 3に前記インターフェイ ス Ί' を介して接続され、実走行と同じ車体の運動を前記運転室 46に与えるように構 成されている。

[0079] この実施の形態では、前記運転操作装置 49のステアリングホイール 48を操作する ことにより、その操作角が前記車両モデル 5のステアリング角度として制御装置 3のコ ンピュータに取り込まれる。さらに、その状態量およびタイヤ横力も制御装置 3に入力 されて同装置 3が車両モデル 5により車両の動的挙動を計算し、その計算結果から得 られた指令値をタイヤ試験装置 2の各タイヤ装着部 12の上記各ァクチユエ一タに出 力することにより、タイヤ試験装置 2の各タイヤ 4aが制御されると共に、前記車両の動 的挙動に応じた指令値が前記制御装置 3から運転操作装置 49及び運動装置 51に 入力されることにより、模擬運転装置 44も制御されることとなる。

[0080] したがって、本実施の形態によれば、走行時の車両挙動を実走行試験状態に極め て近、状態として再現することができる。

[0081] なお、本発明は、前記実施の形態に示したものに限定されるものではない。例えば 、タイヤ試験装置 2に上述のブレーキカァクチユエータ 38、速度検出手段 40、駆動ト ルク検出手段 41、トラクティブ荷重計測手段 39及び横方向変位ァクチユエータ 42を 備え、さらに制御装置 3に運転席操作装置 44を接続した構成であってもよぐまた、こ れらの内の複数を備えた構成であってもよい。

[0082] 以上のように、本発明によれば、実物のタイヤの特性を車両モデルに入力すること ができると共に、入力されたタイヤ特性の影響を受けた車両モデルによる車両の動特 性を各ァクチユエータを介して再びタイヤ試験装置の実物のタイヤに付与することが でき、このタイヤ試験装置と制御装置の間の情報交換がリアルタイムに展開すること により、実走行試験状態に極めて近いシミュレーションを実現することが可能となる。

[0083] 前記タイヤ試験装置は、車両の前後左右の 4本のタイヤを同時装着できるものが好 ましぐその場合に前記車両モデルは、四輪乗用車を対象としてサスペンション機構 を備えた 3次元車両モデルであるのが好ましい。この構成〖こよれば、四輪乗用車の 如く車両の前後左右の 4本のタイヤの特性をそれぞれ計測することができると共に前 記車両モデルの動特性を前後左右の 4本のタイヤにそれぞれ付与することができ、さ らに実走行試験状態に近いシミュレーションを実現することが可能となる。また、サス ペンション機構を考慮した 3次元車両モデルを採用することにより、ョーイング方向に 加えて、ピッチング方向及びローリング方向の回転運動を考慮した車両の動特性を 計算することができる。

[0084] 前記タイヤ試験装置は、前記代用路面体に対して前記キャンバ角が変化する方向 に揺動可能となるように設置される揺動部材を備え、この揺動部材に前記タイヤ及び 前記接地荷重付与用のァクチユエータが支持されるとともに、前記揺動部材にこの 揺動部材を揺動させるように前記キャンバ角付与用のァクチユエータが連結されたも のが、好適である。この構成によれば、前記揺動部材の揺動によって適当なキャンバ 角が与えられるとともに、この揺動部材に支持されている接地荷重付与用のァクチュ エータを作動させることによって前記キャンバ角でもって代用路面体に前記タイヤを 所定の接地荷重で接触させることができる。

[0085] 前記タイヤ試験装置は、タイヤのブレーキ力を付与するブレーキカァクチユエータ を有し、前記車両モデルは前記ブレーキカァクチユエータへの指令値を出力するも のであるのが好ましい。この構成によれば、タイヤにブレーキ力を作用させた場合の タイヤの特性を計測することができる。

[0086] また、前記タイヤ試験装置は代用路面体を駆動する駆動装置を有し、前記車両モ デルは前記駆動装置への指令値を出力するものであるのが好まし、。この構成によ れば、車両モデル力もの指令値が駆動装置に入力されることによって、代用路面体 の駆動を変化させた場合のタイヤの特性を計測することができる。

[0087] また、前記駆動装置には駆動トルク検出手段が設けられ、前記車両モデルは前記 駆動トルク検出手段により検出される駆動トルクに基づき算出された転がり抵抗をパ ラメータの一つに有しているのが好ましい。この構成によれば、転がり抵抗を考慮した 車両の動特性を計算することができる。なお、本発明における転がり抵抗とは、タイヤ が代用路面体に接触することによって生じる代用路面体の駆動抵抗力に相当する力 であり、タイヤを代用路面体に押し付けている状態での前記駆動装置の駆動トルクと タイヤを代用路面体に押し付けて、な、状態での前記駆動装置の駆動トルクの差に 比例する。

[0088] また、前記タイヤ試験装置にはタイヤのトラクティブ荷重計測手段が設けられ、前記 車両モデルはトラクティブ荷重をパラメータの一つに有しているのが好ましい。この構 成によれば、トラクティブ荷重を考慮したタイヤの特性を計測することができる。なお、 本発明におけるトラクティブ荷重とは、図 19中に F' xで示されるタイヤ走行時の牽引 抵抗力であり、該牽引抵抗力をタイヤに作用させることによって、車両の走行速度を 変化させることが可能である。

[0089] 前記タイヤ試験装置はタイヤの横方向変位を付与する横方向変位ァクチユエータ を有し、前記車両モデルは前記横方向変位ァクチユエータへ指令値を出力するもの であるのが好ましい。この構成によれば、前記制御装置の車両モデルにおいて計算 された横方向変位を前記タイヤ試験装置のタイヤに作用させることができ、該横方向 変位を付与した場合のタイヤの特性を計測することができる。なお、本発明における 横方向変位とは、タイヤ走行方向とは直角方向のタイヤの変位であり、所謂横滑りに 相当する。

[0090] また、本発明のタイヤ HILシミュレータにおいて、前記制御装置には、模擬運転席 装置が接続されているのが好ましい。このような模擬運転席装置を設けることにより、 バーチャルな走行試験を実現することができる。

[0091] その場合、前記模擬運転席装置は、ステアリングホイールを有し、このステアリング ホイールの操作角に相当する角度をステアリング角として前記制御装置に入力する ものとすれば、使用者は前記ステアリングホイールを回転させるという実走行に近似 した操作で所望のステアリング角度を制御装置に入力することができる。

産業上の利用可能性

[0092] 本発明は、自動車関連、タイヤ関連の産業に利用できる。