(57)【要約】【課題】タイヤの接地状況によらず安定して軸トルク制御を行うことができるタイヤ試験装置の軸トルク制御器を提供すること。【解決手段】タイヤ軸トルク制御器６２は、タイヤのタイヤ駆動軸に連結されたタイヤ駆動モータと、タイヤを模擬路面に対し接地させたり離間させたりする垂直荷重調整モータと、を備えるタイヤ試験装置Ｓを制御対象とする。タイヤ軸トルク制御器６２は、タイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄとタイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈとの偏差信号ｅｔｓｈの積分演算を行うことにより第１入力Ｉ１を生成する積分器６２２と、軸トルク検出信号Ｔｓｈから高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させることにより第２入力Ｉ２を生成するローパスフィルタ６２３と、第１入力Ｉ１と第２入力Ｉ２とに基づいてモータトルク指令信号Ｉｔｉｒｅを生成するタイヤ軸トルク指令演算部６２４と、を備える。【選択図】図５
2020112515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤのタイヤ駆動軸に連結されたタイヤ駆動モータと、前記タイヤ駆動軸における軸トルクに応じた軸トルク検出信号を生成する軸トルクセンサと、前記タイヤを模擬路面に対し接地させたり離間させたりするタイヤ接地装置と、を備えるタイヤ試験装置を制御対象とし、前記軸トルク検出信号と当該軸トルク検出信号に対する軸トルク指令信号とに基づいて前記タイヤ駆動モータに対する制御入力を生成するタイヤ試験装置の軸トルク制御器であって、
前記軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差の積分演算を行うことにより第１入力を生成する積分器と、
前記軸トルク検出信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させることにより第２入力を生成するローパスフィルタと、
前記第１入力と第２入力とに基づいて前記制御入力を生成する制御入力生成部と、を備えることを特徴とするタイヤ試験装置の軸トルク制御器。
【請求項２】
前記積分器の積分ゲイン及び前記ローパスフィルタの入出力特性を特徴付ける複数の制御ゲインは、前記積分器及び前記ローパスフィルタによって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、前記タイヤ駆動モータの慣性モーメント及び前記タイヤ駆動軸のねじり剛性に基づいて定められる応答周波数ｆｒ及び所定の係数ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５によって特徴付けられる下記多項式Ｐｒ（ｓ）になるように設定されることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ試験装置の軸トルク制御器
【数１】
2020112515.tif 000012
【請求項３】
前記応答周波数ｆｒは、前記タイヤ駆動モータの慣性モーメントをＪ２とし、前記タイヤ駆動軸のねじり剛性をＫ１２とした場合、下記式によって設定されることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ試験装置の軸トルク制御器。
【数２】
2020112515.tif 000013
【請求項４】
前記ローパスフィルタの伝達関数ＧＬＰＦ（ｓ）は、４つの制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）によって下記式によって表されることを特徴とする請求項２又は３に記載のタイヤ試験装置の軸トルク制御器。
【数３】
2020112515.tif 000014
【請求項５】
前記積分器の積分ゲインＫｉ及び前記４つの制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）は、前記応答周波数ｆｒ及び複数の係数（ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５）を用いて下記式によって設定されることを特徴とする請求項４に記載のタイヤ試験装置の軸トルク制御器。
【数４】
2020112515.tif 000015
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ試験装置の軸トルク制御器に関する。より詳しくは、本発明は、タイヤ試験装置において試験対象であるタイヤのタイヤ駆動軸における軸トルクを制御する軸トルク制御器に関する。
【背景技術】
【０００２】
四輪の自動車や自動二輪車等の多くの車両には、少なくとも２つのタイヤが装着される。タイヤの性能は、その材質、形状、空気圧、路面への接触荷重、及び温度等の様々な要因によって変化する。このようなタイヤの性能を評価するタイヤ試験装置として、ベルトやローラ等の模擬路面上でタイヤを回転させながら、そのキャンバー角、スリップ角、及び垂直荷重等を調整しつつ、この際にタイヤに加わる力や転がり抵抗等を測定するものが公知となっている。このようなタイヤ試験装置によれば、タイヤを現実の車両に装着したり、さらにこの実車両をテストコースで実際に走行させたりすることなく、タイヤ単体で性能を評価できるため、試験にかかる時間が短く利便性が高い。
【０００３】
また近年では、上記のようなタイヤ試験装置で現実のタイヤを用いることで得られた情報を入力として、車両モデルを用いたシミュレーションによって車両全体の挙動を再現し、さらにこのシミュレーションによって得られた情報をタイヤ試験装置において現実のタイヤを運動させるアクチュエータにフィードバックする試験装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように、現実の装置（上記の例では、現実のタイヤ及びそのタイヤ試験装置）をシミュレーションに組み込んだ試験装置は、ＨＩＬ（Ｈａｒｄｗａｒｅ  Ｉｎ  ｔｈｅ  Ｌｏｏｐ）シミュレータとも呼称されている。
【０００４】
このような試験装置では、車両の挙動を再現するシミュレーションによって得られた情報をタイヤ試験装置に入力することにより、より実走行条件に近い条件でタイヤの試験を行うことができる。またタイヤは、ゴム、有機繊維、金属等の複合素材で構成され、大きな変化を伴う弾性体であり、路面状態や温度によって性能が大きく変化すること等から、タイヤの挙動を精度良く再現できるタイヤモデルを構築することは困難である。これに対し、上記試験装置によれば、実タイヤから得られた情報を用いて、シミュレーションによって車両の挙動を再現することにより、より実走行条件に近い条件で精密な車両挙動の解析が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１４６４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで試験装置では、実タイヤが模擬路面に接地している場合と接地していない場合とで、実タイヤを駆動するタイヤ駆動モータが負う負荷慣性が大きく変化する。より具体的には、タイヤ駆動モータは、実タイヤが模擬路面に接地している場合には実タイヤのタイヤ慣性と実タイヤが接する模擬路面との両方の慣性を負うが、実タイヤが模擬路面に接地していない場合にはタイヤ慣性のみを負う。このように試験装置では、タイヤ駆動モータと実タイヤとを連結するタイヤ駆動軸の軸トルクセンサで検出される共振周波数が大きく変化し得るため、安定してタイヤ駆動軸の軸トルク制御を行うことができなくなってしまうおそれがあるが、特許文献１にはこの点について十分に検討されていない。
【０００７】
本発明は、タイヤの接地状況によらず安定して軸トルク制御を行うことができるタイヤ試験装置の軸トルク制御器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る軸トルク制御器（例えば、後述のタイヤ軸トルク制御器６２）は、タイヤ（例えば、後述のタイヤＴ）のタイヤ駆動軸（例えば、後述のタイヤ駆動軸４２）に連結されたタイヤ駆動モータ（例えば、後述のタイヤ駆動モータ３８）と、前記タイヤ駆動軸における軸トルクに応じた軸トルク検出信号（Ｔｓｈ）を生成する軸トルクセンサ（例えば、後述のタイヤ軸トルクセンサ４０）と、前記タイヤを模擬路面（例えば、後述の模擬路面２５ａ）に対し接地させたり離間させたりするタイヤ接地装置（例えば、後述のタイヤ支持機構３及び垂直荷重調整モータ３７）と、を備えるタイヤ試験装置（例えば、後述のタイヤ試験装置Ｓ）を制御対象とし、前記軸トルク検出信号（Ｔｓｈ）と当該軸トルク検出信号に対する軸トルク指令信号（Ｔｓｈ＿ｃｍｄ）とに基づいて前記タイヤ駆動モータに対する制御入力（Ｉｔｉｒｅ）を生成するものである。前記軸トルク制御器は、前記軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差（ｅｔｓｈ）の積分演算を行うことにより第１入力（Ｉ１）を生成する積分器（例えば、後述の積分器６２２）と、前記軸トルク検出信号（Ｔｓｈ）から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させることにより第２入力（Ｉ２）を生成するローパスフィルタ（例えば、後述のローパスフィルタ６２３）と、前記第１入力（Ｉ１）と第２入力（Ｉ２）とに基づいて前記制御入力（Ｉｔｉｒｅ）を生成する制御入力生成部（例えば、後述のタイヤ軸トルク指令演算部６２４）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
（２）この場合、前記積分器の積分ゲイン及び前記ローパスフィルタの入出力特性を特徴付ける複数の制御ゲインは、前記積分器及び前記ローパスフィルタによって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、前記タイヤ駆動モータの慣性モーメント及び前記タイヤ駆動軸のねじり剛性に基づいて定められる応答周波数ｆｒ及び所定の係数ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５によって特徴付けられる下記多項式Ｐｒ（ｓ）になるように設定されることが好ましい。なお以下では、“ｓ”をラプラス演算子とする。
【数１】
2020112515.tif 000003
【００１０】
（３）この場合、前記応答周波数ｆｒは、前記タイヤ駆動モータの慣性モーメントをＪ２とし、前記タイヤ駆動軸のねじり剛性をＫ１２とした場合、下記式によって設定されることが好ましい。
【数２】
2020112515.tif 000004
【００１１】
（４）この場合、前記ローパスフィルタの伝達関数ＧＬＰＦ（ｓ）は、４つの制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）によって下記式によって表されることが好ましい。
【数３】
2020112515.tif 000005
【００１２】
（５）この場合、前記積分器の積分ゲインＫｉ及び前記４つの制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）は、前記応答周波数ｆｒ及び複数の係数（ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５）を用いて下記式によって設定されることが好ましい。
【数４】
2020112515.tif 000006
【発明の効果】
【００１３】
（１）本発明の軸トルク制御器は、軸トルク指令信号と軸トルクセンサによって検出される軸トルク検出信号との偏差の積分演算を行うことによって第１入力を生成する積分器と、上記軸トルク検出信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させることによって第２入力を生成するローパスフィルタと、これら第１入力と第２入力とに基づいてタイヤのタイヤ駆動軸に連結されたタイヤ駆動モータに対する制御入力を生成する制御入力生成部と、を備える。本発明の軸トルク制御器によれば、このような第１入力と第２入力とに基づいてタイヤ駆動モータに対する制御入力を生成することにより、タイヤが模擬路面に接地している場合には高応答に、またタイヤが模擬路面に接地していない場合には低応答であるが安定に、タイヤ駆動軸の軸トルクを制御できる。
【００１４】
（２）本発明の軸トルク制御器において、積分器の積分ゲイン及びローパスフィルタの入出力特性を特徴付ける複数の制御ゲインは、積分器及びローパスフィルタによって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、タイヤ駆動モータの慣性モーメント及びタイヤ駆動軸のねじり剛性に基づいて定められる応答周波数ｆｒ及び所定の係数ｐ１〜ｐ５によって特徴付けられる上記式（１）に示す多項式Ｐｒ（ｓ）になるように設定される。本発明の軸トルク制御器によれば、閉ループ伝達関数の特性多項式が上記式（１）に示すような５次の多項式になるように積分器の積分ゲイン及びローパスフィルタの制御ゲインを調整することにより、タイヤが模擬路面に接地している場合には高応答に、またタイヤが模擬路面に接地していない場合には低応答であるが安定に、タイヤ駆動軸の軸トルクを制御できる。
【００１５】
（３）本発明の軸トルク制御器では、軸トルク制御の応答性能を示す応答周波数ｆｒを、既知であるタイヤ駆動モータの慣性モーメントＪ２及びタイヤ駆動軸のねじり剛性Ｋ１２に基づいて上記式（２）によって設定する。これにより本発明の軸トルク制御器によれば、タイヤが模擬路面に接地している場合には高応答に、またタイヤが模擬路面に接地していない場合には低応答であるが安定に、タイヤ駆動軸の軸トルクを制御できる。
【００１６】
（４）本発明の軸トルク制御器では、ローパスフィルタの伝達関数ＧＬＰＦ（ｓ）を、４つの制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）によって上記式（３）によって設定する。本発明の軸トルク制御器によれば、積分器及びローパスフィルタによって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が上記式（１）に示すような５次の多項式になるようにローパスフィルタの制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）を調整することにより、タイヤが模擬路面に接地している場合には高応答に、またタイヤが模擬路面に接地していない場合には低応答であるが安定に、タイヤ駆動軸の軸トルクを制御できる。
【００１７】
（５）本発明の軸トルク制御器では、積分器の積分ゲインＫｉ及びローパスフィルタの制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）を、応答周波数ｆｒ及び複数の係数（ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５）を用いて上記式（４−１）〜（４−５）によって設定する。これにより本発明の軸トルク制御器によれば、上記閉ループ伝達関数の特性多項式が上記式（１）を満たすようになるので、タイヤが模擬路面に接地している場合には高応答に、またタイヤが模擬路面に接地していない場合には低応答であるが安定に、タイヤ駆動軸の軸トルクを制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るタイヤ試験装置の構成を示す図である。
【図２】タイヤ試験装置に設けられる複数のモータ及び複数のセンサを模式的に示す図である。
【図３Ａ】模擬路面上におけるスリップ角を示す図である。
【図３Ｂ】模擬路面上におけるキャンバー角を示す図である。
【図３Ｃ】模擬路面上で運動するタイヤに作用する力を示す図である。
【図４】総括制御装置のうちタイヤ軸トルク制御に係る制御モジュールの構成を示す図である。
【図５】タイヤ軸トルク制御器の制御回路の構成を示す図である。
【図６】タイヤが模擬路面に接地している状態でタイヤ軸トルク制御器にステップ状に変化するタイヤ軸トルク指令信号を入力した場合におけるタイヤ軸トルク検出信号の応答波形を示す図である。
【図７】タイヤが模擬路面に接地していない状態でタイヤ軸トルク制御器にステップ状に変化するタイヤ軸トルク指令信号を入力した場合におけるタイヤ軸トルク検出信号の応答波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るタイヤ試験装置Ｓの構成を示す図である。
図２は、タイヤ試験装置Ｓに設けられる複数のモータ及び複数のセンサを模式的に示す図である。
【００２０】
タイヤ試験装置Ｓは、複数のモータを用いて現実のタイヤＴに様々な外力を加えることによってタイヤＴを運動させるタイヤ試験ユニット１と、タイヤ試験ユニット１を制御する総括制御装置６と、を備える。
【００２１】
タイヤ試験装置Ｓは、タイヤ試験ユニット１において現実のタイヤＴを用いて得らえた情報を総括制御装置６への入力とし、総括制御装置６ではタイヤＴを構成要素の一部とした仮想車両の挙動を、モデルを用いたシミュレーションによって再現し、さらにこのシミュレーションによって得られた情報をタイヤ試験ユニット１にフィードバックする。なお以下では、タイヤ試験装置Ｓにおいて想定する仮想車両は、エンジンを動力発生源とした四輪の自動車とするが、仮想車両の車輪の数や動力発生源はこれらに限らない。またタイヤＴは、この仮想車両における動力発生源からの動力が伝達する駆動輪でありかつ運転者が操作可能なステアリングによって操舵角を変化させることができる転舵輪である場合について説明するが、仮想車両におけるタイヤＴの役割はこれに限らない。
【００２２】
タイヤ試験ユニット１は、ホイールにリム組みされたタイヤＴと、タイヤＴが接する路面模擬装置２と、タイヤＴをそのハブを中心として回転駆動しつつこのタイヤＴを路面模擬装置２に対し所定の姿勢で支持するタイヤ支持機構３と、を備える。
【００２３】
路面模擬装置２は、水平な床面に固定された基台２１と、この基台２１に対し垂直な鉛直方向に沿った回動軸ＯＳＡを中心として回動自在に設けられたベルトユニット２２と、このベルトユニット２２を、回動軸を中心として回動させるスリップ角モータ２３（図２参照）と、スリップ角センサ２９（図２参照）と、を備える。
【００２４】
ベルトユニット２２は、回転可能に設けられた一対の筒状のベルトドラム２４ａ，２４ｂと、これらベルトドラム２４ａ．２４ｂの外周に架け渡された無端帯状のフラットベルト２５と、を備える。フラットベルト２５の外周面には、実路面を模した加工が施されている。これにより、フラットベルト２５の外周面のうち鉛直上方の面は、タイヤＴが接する模擬路面２５ａとなっている。これらベルトドラム２４ａ，２４ｂの回転軸は、互いに平行でありかつ上記回動軸ＯＳＡに対し垂直となっている。
【００２５】
またベルトドラム２４ａには、その出力軸がベルトドラム２４ａに連結された路面駆動モータ２６（図２参照）と、路面駆動モータ２６の出力軸の回転速度を検出するベルト回転速度センサ２７（図２参照）と、出力軸に発生する軸トルクを検出するベルト軸トルクセンサ２８（図２参照）と、が設けられている。路面駆動モータ２６は、総括制御装置６からの指令信号に応じてドラム２４ａを回転駆動する。これにより、模擬路面２５ａは、ベルトドラム２４ａの回転速度に応じた速度で、回動軸ＯＳＡに対し垂直な平面内を、路面進行方向ＦＲに沿って流れる。ベルト回転速度センサ２７は、出力軸の回転速度、すなわちベルトドラム２４ａの回転速度を検出し、検出値に応じたベルト回転速度検出信号ωｂｅｌを総括制御装置６へ送信する。またベルト軸トルクセンサ２８は、出力軸に発生する軸トルクを検出し、検出値に応じたベルト軸トルク検出信号Ｔｂｅｌを総括制御装置６へ送信する。
【００２６】
スリップ角モータ２３は、総括制御装置６からの信号に応じてベルトユニット２２を、回動軸ＯＳＡを中心として回動させる。路面模擬装置２では、スリップ角モータ２３を用いてベルトユニット２２を回動させることにより、図３Ａに示すように、模擬路面２５ａ上におけるタイヤＴの回転軸Ｒと垂直なタイヤ進行方向ＦＴと路面進行方向ＦＲとの成す角αであるスリップ角を調整することができる。スリップ角センサ２９は、スリップ角に応じたスリップ角検出信号θＳＡを生成し、総括制御装置６へ送信する。
【００２７】
タイヤ支持機構３は、ベルトユニット２２のベルト送り方向である路面進行方向ＦＲの両端側の床面に固定された一対の台座３１ａ，３１ｂと、これら台座３１ａ，３１ｂによって両端部が支持された弧状のフレーム３３と、このフレーム３３によって支持された棒状の支持アーム３５と、このアーム３５の先端部に設けられた回転駆動ユニット３６と、を備える。
【００２８】
フレーム３３は、フラットベルト２５の鉛直上方を延びる。フレーム３３の両端部は、それぞれ、台座３１ａ，３１ｂによってフラットベルト２５の延在方向と略垂直な回動軸ＯＣＡを中心として回動自在に支持されている。また台座３１ａには、フレーム３３を、回動軸ＯＣＡを中心として回動駆動するキャンバー角調整モータ３２（図２参照）と、フレーム３３の模擬路面２５ａに対する角度を検出するキャンバー角センサ３４と、が設けられている。キャンバー角調整モータ３２は、総括制御装置６からの指令信号に応じてフレーム３３を、回動軸ＯＣＡを中心として回動させる。タイヤ支持機構３では、このキャンバー角調整モータ３２を用いてフレーム３３及びこれに支持された支持アーム３５を回動させることにより、図３Ｂに示すように、模擬路面２５ａ上におけるタイヤＴの回転軸Ｒと模擬路面２５ａとの成す角、すなわち模擬路面２５ａの法線と回転軸Ｒと垂直な面との成す角βであるキャンバー角を調整することができる。キャンバー角センサ３４は、キャンバー角に応じたキャンバー角検出信号θＣＡを生成し、総括制御装置６へ送信する。
【００２９】
支持アーム３５は、模擬路面２５ａに対し垂直な鉛直方向に沿って延びる。支持アーム３５の基端部は、フレーム３３によって支持アーム３５の延在方向に沿って摺動自在に支持されている。フレーム３３には、支持アーム３５を、支持アーム３５の延在方向に沿って変位させる垂直荷重調整モータ３７（図２参照）が設けられている。垂直荷重調整モータ３７は、総括制御装置６からの指令信号に応じて、支持アーム３５を、その延在方向に沿って変位させる。タイヤ支持機構３では、この垂直荷重調整モータ３７を用いて支持アーム３５を変位させることにより、タイヤＴを模擬路面２５ａに対し接地させたり、タイヤＴを模擬路面２５ａに対し離間させたりする。またタイヤ支持機構３では、この垂直荷重調整モータ３７を用いて支持アーム３５を変位させることにより、タイヤＴを模擬路面２５ａに押さえつける力である垂直荷重を調整することも可能となっている。
【００３０】
回転駆動ユニット３６は、支持アーム３５の先端部において、タイヤＴを回転自在に支持する。図２に示すように、回転駆動ユニット３６は、タイヤ駆動モータ３８と、力センサ３９と、タイヤ軸トルクセンサ４０と、タイヤ回転速度センサ４１と、タイヤ駆動軸４２と、を備える。
【００３１】
タイヤ駆動軸４２は、支持アーム３５に対し略垂直に延び、タイヤ駆動モータ３８とタイヤＴとを連結する。タイヤ駆動軸４２の先端側は、タイヤＴのハブに連結され、基端側は、タイヤ駆動モータ３８の出力軸に連結されている。タイヤ駆動モータ３８は、総括制御装置６からの指令信号に応じてタイヤＴを回動駆動する。タイヤ回転速度センサ４１は、タイヤ駆動モータ３８の出力軸の回転速度、すなわちタイヤＴの回転速度を検出し、検出値に応じたタイヤ回転速度検出信号ωｔｉｒｅを総括制御装置６へ送信する。
【００３２】
力センサ３９は、模擬路面２５ａ上で運動するタイヤＴに作用する力を検出する。この力センサ３９には、例えば、図３Ｃに示すようにタイヤＴに作用する６分力のうちの５つを検出する５分力計が用いられる。より具体的には、力センサ３９は、タイヤＴの進行方向軸Ｘに沿った前後力に応じた前後力検出信号Ｆｘと、タイヤＴの横方向軸Ｙに沿った横力に応じた横力検出信号Ｆｙと、タイヤＴの縦方向軸Ｚに沿った垂直荷重に応じた垂直荷重検出信号Ｆｚと、タイヤＴの進行方向軸Ｘ周りのモーメントに応じたオーバターニング検出信号Ｍｘと、及びタイヤＴの縦方向軸周りのモーメントに応じたセルフアライニングトルク検出信号Ｍｚと、を総括制御装置６へ送信する。なお以下では、力センサ３９によって生成される上記５つの信号Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｚをまとめて“Ｆ５”と表記する。
【００３３】
タイヤ軸トルクセンサ４０は、タイヤ駆動軸４２における軸トルク、すなわちタイヤＴの横方向軸周りのモーメントに応じたタイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈを生成し、このタイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈを総括制御装置６へ送信する。
【００３４】
総括制御装置６は、各種センサ２７，２８，２９，３４，３９，４０，４１等から送信される入力信号をＡ／Ｄ変換したり、各種モータ２３，２６，３２，３７，３８等へ入力される出力信号をＤ／Ａ変換したりするＩ／Ｏインターフェース、各種プログラムに従って演算処理を実行するＣＰＵ、各種データを記憶するＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶手段、作業者が各種指令を入力するために操作可能な入力手段、並びに演算結果等を作業者が視認可能な態様で表示する表示手段等のハードウェアによって構成されるコンピュータである。
【００３５】
総括制御装置６では、各種センサ２７，２８，２９，３４，３９，４０，４１等から送信される入力信号に基づいて、タイヤＴを構成要素の一部とした仮想車両の挙動を再現するシミュレーション演算を行うとともに、このシミュレーション演算によって各種モータ２３，２６，３２，３７，３８等への出力信号を生成し、各種モータ２３，２６，３２，３７，３８等へ入力する。
【００３６】
図４は、総括制御装置６のうちタイヤ駆動軸４２に作用するタイヤ軸トルク制御に係る制御モジュールの構成を示す図である。総括制御装置６は、タイヤ軸トルク制御に係る制御モジュールとして、タイヤ駆動車両モデル演算部６１と、タイヤ軸トルク制御器６２と、を備える。
【００３７】
タイヤ駆動車両モデル演算部６１は、エンジントルク指令信号Ｔｅｎｇ及びタイヤ回転センサ４１から送信されるタイヤ回転速度検出信号ωｔｉｒｅに基づいて、タイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈに対する目標に相当するタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄを生成し、このタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄをタイヤ軸トルク制御器６２へ入力する。ここでエンジントルク指令信号Ｔｅｎｇは、仮想車両に搭載されるエンジンで発生するエンジントルクに対する指令信号であり、仮想車両におけるアクセルペダルの開度に相当する。このエンジントルク指令信号Ｔｅｎｇは、図示しないシミュレーション演算によって算出される。
【００３８】
一般的な車両において、エンジンで発生した動力をタイヤに伝達するドライブトレインには、クラッチやドライブシャフト等の様々なばね要素が存在する。このためエンジントルクを急激に変化させると、これらばね要素のねじり振動によってタイヤを駆動する軸トルクが振動する。そこでタイヤ駆動車両モデル演算部６１では、エンジントルク指令信号Ｔｅｎｇ及びタイヤ回転速度検出信号ωｔｉｒｅに基づいて、仮想車両におけるドライブトレインの動作を模擬した演算を行うことによってタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄを生成する。
【００３９】
タイヤ軸トルク制御器６２は、タイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈと上記タイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄとに基づいて、タイヤ駆動モータ３８に対する制御入力に相当するモータトルク指令信号Ｉｔｉｒｅを生成し、このモータトルク指令信号Ｉｔｉｒｅをタイヤ駆動モータ３８へ入力する。
【００４０】
図５は、タイヤ軸トルク制御器６２の制御回路の構成を示す図である。タイヤ軸トルク制御器６２は、軸トルク偏差演算部６２１と、積分器６２２と、ローパスフィルタ６２３と、タイヤ軸トルク指令演算部６２４と、を備え、これらを用いることによってモータトルク指令信号Ｉｔｉｒｅを生成する。
【００４１】
軸トルク偏差演算部６２１は、タイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄからタイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈを減算することによって軸トルク偏差信号ｅｔｓｈを生成し、この軸トルク偏差信号ｅｔｓｈを積分器６２２へ入力する。
【００４２】
積分器６２２は、軸トルク偏差信号ｅｔｓｈに所定の積分ゲインＫｉを乗算したものの積分演算を行うことによって第１入力Ｉ１を生成し、この第１入力Ｉ１をタイヤ軸トルク指令演算部６２４へ入力する。積分器６２２の入出力特性を表す伝達関数ＧＩ（ｓ）は、積分ゲインＫｉ及びラプラス演算子ｓを用いて、下記式（５）によって表される。
【数５】
2020112515.tif 000007
【００４３】
ローパスフィルタ６２３は、軸トルク検出信号Ｔｓｈから高周波数成分を減衰させかつ低周波数成分を通過させることによって第２入力Ｉ２を生成し、この第２入力Ｉ２をタイヤ軸トルク指令演算部６２４へ入力する。ローパスフィルタ６２３の入出力特性を表す伝達関数ＧＬＰＦ（ｓ）は、４つの所定の制御ゲイン（Ｋｐ，Ｋｄ，ａ１，ａ２）及びラプラス演算子ｓを用いて、下記式（６）によって表される。
【数６】
2020112515.tif 000008
【００４４】
タイヤ軸トルク指令演算部６２４は、第１入力Ｉ１と第２入力Ｉ２とに基づいてモータトルク指令信号Ｉｔｉｒｅを生成し、このモータトルク指令信号Ｉｔｉｒｅをタイヤ駆動モータ３８へ入力する。より具体的には、タイヤ軸トルク指令演算部６２４は、第１入力Ｉ１から第２入力Ｉ２を減算することによってモータトルク指令信号Ｉｔｉｒｅを生成する。
【００４５】
次に、このタイヤ軸トルク制御器６２の入出力特性を特徴付ける積分ゲインＫｉ及び４つの制御ゲイン（Ｋｄ，Ｋｐ，ａ１，ａ２）を設定する手順について説明する。上述のようにタイヤ試験装置Ｓにおいて、タイヤＴは、垂直荷重調整モータ３７によって模擬路面２５ａに対し接地させたり離間させたりすることが可能となっている。このためタイヤ駆動モータ３８が負う慣性は、タイヤＴが模擬路面２５ａに接地している場合と接地していない場合とで大きく変化するため、タイヤ軸トルクセンサ４０で検出される共振周波数は大きく変化し得る。
【００４６】
そこでタイヤ軸トルク制御器６２では、タイヤＴの模擬路面２５ａに対する接地状況によらず安定してタイヤ軸トルク制御を実行できるようにするため、積分ゲインＫｉ及び４つの制御ゲイン（Ｋｄ，Ｋｐ，ａ１，ａ２）は、タイヤ軸トルク制御器６２によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式Ｐｒ（ｓ）が、下記式（７）に示すように所定の係数（ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５）によって特徴付けられる５次の多項式となるように設定される。
【数７】
2020112515.tif 000009
【００４７】
上記式（７）において、係数（ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５）は、タイヤ軸トルク制御器６２によって所望の制御特性が得られるように設定される。また上記式（７）において、“ｆｒ”は、タイヤ軸トルク制御器６２の応答特性を特徴付ける応答周波数である。より具体的には、この応答周波数ｆｒは、既知であるタイヤ駆動モータ３８の慣性モーメントＪ２及びタイヤ駆動軸４２のねじり剛性Ｋ１２を用いることにより、下記式（８）によって設定される。
【数８】
2020112515.tif 000010
【００４８】
以上のような条件の下、積分ゲインＫｉ及び４つの制御ゲイン（Ｋｄ，Ｋｐ，ａ１，ａ２）は、応答周波数ｆｒ及び係数（ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５）を用いて、例えば下記式（９−１）〜（９−５）によって設定される。すなわち、下記式（９−１）〜（９−５）は、上記閉ループ伝達関数の特性多項式Ｐｒ（ｓ）を上記式（７）に示すような５次の多項式とする積分ゲインＫｉ及び４つの制御ゲイン（Ｋｄ，Ｋｐ，ａ１，ａ２）の解の一例である。なおタイヤＴが模擬路面２５ａに接地している場合、タイヤ駆動モータ３８に作用する慣性は、このタイヤ駆動モータ３８の慣性モーメントＪ２よりも十分に大きくなる。そこで下記式（９−１）〜（９−５）を導出するにあたり、タイヤＴの慣性モーメントは無限大であると近似した。
【数９】
2020112515.tif 000011
【００４９】
次に、図６及び図７を参照して、本実施形態に係るタイヤ軸トルク制御器６２の効果について説明する。
図６は、タイヤＴが模擬路面２５ａに接地している状態でタイヤ軸トルク制御器６２にステップ状に変化するタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄ（図６中破線参照）を入力した場合におけるタイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈ（図６中実線参照）の応答波形を示す図である。
【００５０】
図７は、タイヤＴが模擬路面２５ａに接地していない状態でタイヤ軸トルク制御器６２にステップ状に変化するタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄ（図７中破線参照）を入力した場合におけるタイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈ（図７中実線参照）の応答波形を示す図である。
【００５１】
図６に示すように、時刻ｔ１においてタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄを正の所定値ｔｓｔｅｐへステップ状に変化させると、タイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈは、オーバーシュートすることなく速やかにこのタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄへ収束する。
【００５２】
また図７に示すように、時刻ｔ１においてタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄを正の所定値ｔｓｔｅｐへステップ状に変化させると、タイヤ軸トルク検出信号Ｔｓｈは、タイヤＴが模擬路面２５ａに接地している場合（図６参照）と比較して遅れがあるものの、オーバーシュートすることなくタイヤ軸トルク指令信号Ｔｓｈ＿ｃｍｄへ収束する。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係るタイヤ軸トルク制御器６２によれば、タイヤＴが模擬路面２５ａに接地している場合には高応答に、またタイヤＴが模擬路面２５ａに接地していない場合には低応答であるが安定に、タイヤ駆動軸４２の軸トルクを制御できる。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
Ｓ…タイヤ試験装置
１…タイヤ試験ユニット
Ｔ…タイヤ
２…路面模擬装置
２５…フラットベルト
２５ａ…模擬路面
３…タイヤ支持機構（タイヤ接地装置）
３７…垂直荷重調整モータ（タイヤ接地装置）
３６…回転駆動ユニット
３８…タイヤ駆動モータ
４０…タイヤ軸トルクセンサ（軸トルクセンサ）
４１…タイヤ回転速度センサ
４２…タイヤ駆動軸
６…総括制御装置
６１…タイヤ駆動車両モデル演算部
６２…タイヤ軸トルク制御器（軸トルク制御器）
６２１…軸トルク偏差演算部
６２２…積分器
６２３…ローパスフィルタ
６２４…タイヤ軸トルク指令演算部（制御入力生成部）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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