(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１車両特性パラメータを計算する第１モデルと、
エネルギーの変換を伴わずかつ当該エネルギーを伝達する第２車両特性パラメータを計算する第２モデルと、
前記第１車両特性パラメータと前記第２車両特性パラメータの変換計算を行うインタフェースモデルと、を備えるシミュレーションプログラムにおいて、
前記第１車両特性パラメータは、車両駆動力に関係する物理量である電流、電圧、トルク、回転速度から構成され、
前記第２車両特性パラメータは、損失に関係する物理量である熱流、温度、加振力、変位速度であるシミュレーションプログラム。
【請求項２】
請求項１に記載されたシミュレーションプログラムにおいて、
前記第１モデルは、エネルギーの演算を行う部品要素毎に分割され、
前記第２モデルは、機械的な結合毎に分割されるシミュレーションプログラム。
【請求項３】
請求項１に記載されたシミュレーションプログラムにおいて、
前記第２モデルに分類される振動モデルおよび熱モデルを有するシミュレーションプログラム。
【請求項４】
請求項３に記載されたシミュレーションプログラムにおいて、
前記インタフェースモデルは、前記第１モデルの出力情報から振動を模擬する振動モデルへの出力を構築する加振力/変位速度演算部と振動状態から振動エネルギーを演算する振動エネルギー演算部を有し、
前記第１モデルから得られる前記第１車両特性パラメータのうちの損失情報から前記振動エネルギーを減算して熱流を得るシミュレーションプログラム。
【請求項５】
請求項２に記載されたシミュレーションプログラムにおいて、
前記第１モデルは、インバータの挙動を模擬するインバータプラントモデルおよびモータの挙動を模擬するモータプラントモデルとして有し、
前記インタフェースモデルは、前記モータプラントモデル内に設定値として有するモータの極数、スロット数、スキュー状態、巻線方式、インバータプラントモデル内で設定値として有する変調方式、変調率のいずれかの情報を入力するシミュレーションプログラム。
【請求項６】
請求項２に記載されたシミュレーションプログラムにおいて、
ギアボックスのプラントモデルに接続されるインタフェースモデルは、ばね、質量、粘性抵抗、バックラッシュのいずれかから構成されるシミュレーションプログラム。
【請求項７】
請求項１に記載されたシミュレーションプログラムにおいて、
前記第１モデルは、前記インタフェースモデルを内包するシミュレーションプログラム。
【請求項８】
請求項１に記載されたシミュレーションプログラムにおいて、
前記第２モデルは、前記インタフェースモデルを内包するシミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーションプログラムに係り、特に車両統合シミュレータのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両システムは数多くの部品の組合せからなる複雑なシステムである。近年、車両に求められる機能は低燃費化や安全性能の強化などますます高度化かつ複雑化している。しかも、市場要求は年々変化するため、開発期間を短縮して顧客ニーズにできるだけ早く対応することが求められる。
【０００３】
上記課題を実現するための一手法として車両統合シミュレータの利用が進められている。これは、車両全体の挙動をコンピュータなどを用いてシミュレートできるように数式化、あるいはプログラム化しておき、実車によらず計算で車両の性能を見積もることを目的とするものである。以降、数式やプログラムを「モデル」と称し、またモデルを用いてシミュレーション可能な状態とすることを「モデル化」と称す。
【０００４】
車両統合シミュレータを用いれば、これまでは車両を試作することによって性能評価を行っていたところを、計算機上で性能評価を行うことができるようになる。そのため、試作よりも多くの設計案を評価することができるため、より顧客要求にふさわしい設計を選択することができるようになる。また、試作によらなければ評価できない部分以外は試作費用を削減できるため、開発コストの低減が見込める。さらに、一般的に試作よりシミュレータのほうが評価にかかる時間が短いために、開発期間の低減が期待できる。
【０００５】
車両シミュレータは通常、Simulink(登録商標)などの制御系CADを用いて実現される。制御系CADはブロックの組合せにより全体システムを構築する。ブロックは入力および内部状態から出力を計算するひとまとまりのモデルを指す。ブロックの大きさ（以降「粒度」と記載する）は自由に設定することができるが、一般的には車両を構成する一部品を一ブロックとすることが多い。部品ごとにブロックを作成しておけば、実際に部品を交換した際、対応する部分のブロックの交換のみで車両統合シミュレータは対処できるため、変更にかかる工数が減少する。また、各部品ごとにブロックを作成することで、複数のブロックを各部品作成メーカが並行して行えるため、モデル開発期間は短くなるという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】森本、真田、省エネモータの原理と設計法、科学情報出版株式会社(2013.7)
【非特許文献２】兼松 他8名、モータの磁石配置による磁束分布を考慮した無負荷時におけるIPMSMのラジアル力制御、電気学会自動車研究会資料 VT-12、電気学会（2012.3）
【非特許文献３】福江、ファン空冷電子機器の簡易高精度熱設計手法、日本機械学会熱工学部門ニュースレター No.72 (2014.4)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これまで車両統合シミュレータは燃費評価や走行性能評価といった用途に利用されてきたが、近年の更なる開発期間短縮の要求を受け、熱や振動等の評価にも車両統合シミュレータを利用したいという要求がある。走行中の熱や振動等をシミュレーションにより計算し、この結果を用いて構造改善に役立てることが期待されている。
【０００８】
一般に熱や振動は剛性マトリクスと呼ばれる行列でモデル化される。剛性マトリクスは熱や振動を表す物理量同士の関係を表したものである。剛性マトリクスは剛体形状によって決定されるため、ひとまとまりとなっている剛体毎にモデル化を行う。
【０００９】
電気自動車の場合、モータはギアボックスに直接締結される構成のものがあり、この場合は熱、振動評価ではモータとギアボックスをまとめて一ブロックを構成する。従来の車両統合モデルではモータとギアボックスは別ブロックとしていたが、熱、振動を考慮した際、モデル粒度は従来とは異なる。熱、振動についてモータとギアボックスを従来のように別ブロックとしてモデル化することも不可能ではないが、この場合はモータとギアボックス間相互の影響をモデル化した新たな相互影響計算ブロックを必要とする。一般にモータを供給するメーカとギアボックスを供給するメーカとは異なるが、相互影響計算ブロックは両者にまたがる情報が作成のために必要であるため、どちらのメーカが分担するかが不明確となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明のシミュレーションプログラムでは、第1車両特性パラメータを計算する第1モデルと、エネルギーの変換を伴わずかつ当該エネルギーを伝達する第2車両特性パラメータを計算する第2モデルと、前記第1車両特性パラメータと前記第2車両特性パラメータの変換計算を行うインタフェースモデルと、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、シミュレーション計算のうち機能を計算する部分と形状に依存する部分とを分離することが可能になる。一般に機能と形状とは１対１対応せず、モデル分割が困難であるが、本発明により機能と形状が相矛盾することなくモデル化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態による振動に着目した車両統合シミュレータの一実施例を示す。
【図２】本実施形態による熱に着目した車両統合シミュレータの一実施例を示す。
【図３】熱と振動を同時に扱うモータインタフェースの一実施例を示す。
【図４】ギアボックス/振動インタフェース302の一実施例を示す。
【図５】本実施形態によるシミュレーションプログラムの基本構成を示す。
【図６】インタフェースを第１モデルに内包させた実施例を示す。
【図７】インタフェースを第2モデルに内包させた実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明による車両統合シミュレータは、特に熱損失や振動（ノイズ、騒音を含む）など、車両にとって主作用ではない物理量について評価を行う場合に好適である。応用例としては，車両統合シミュレータで実際の走行条件を模擬し、その際の挙動をシミュレーションにより求めて各部品の設計仕様に反映させたり、試作するまえに仕様未達を抽出したり、といった用途を想定している。
【００１４】
本発明では、第1車両特性パラメータを計算する第1モデルと、エネルギーの変換を伴わずかつ当該エネルギーを伝達する第2車両特性パラメータを計  算する第2モデルと、前記第1車両特性パラメータと前記第2車両特性パラメータの変換計算を行うインタフェースモデルとを備えることにより，シミュレーション計算のうち機能を計算する部分と形状に依存する部分とを分離することが可能になる。一般に機能と形状とは１対１対応せず、モデル分割が困難であるが、上記の形態により機能と形状が相矛盾することなくモデル化することができる。
【００１５】
さらに、本発明では、前記第１車両特性パラメータは車両駆動力に関係する物理量である電流、電圧、トルク、回転速度から構成され、前記第２車両特性パラメータは損失に関係する物理量である熱流、温度、加振力、変位速度であることにより、車両にとっての要求機能である駆動力と、非要求機能である損失とを分離できる。このことにより、損失のみを評価したい場合には第1モデルに簡易的なモデルを、また駆動力のみを評価したい場合には第2モデルに簡易的なモデルを用いて計算にかかる時間を削減するといった柔軟な対応が可能になる。
【００１６】
さらに，本発明では、前記第１モデルはエネルギーの演算を行う部品要素毎に分割され、前記第２モデルは機械的な結合毎に分割されることにより、各単体モデルごとにモデルを小分割することができ、それらの組合せで全体シミュレータを実現できる。このように分割することでモデルの独立性が高まるため、モデル変更時においてもモデルの交換で対応でき、開発工数低減に効果的である。
【００１７】
さらに、本発明では前記シミュレーションプログラムは前記第２モデルに分類される振動モデルおよび熱モデルを有するため、熱や振動を車両統合シミュレータで評価することが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明では前記インタフェースは前記第1モデルの出力情報から振動を模擬する振動モデルへの出力を構築する加振力/変位速度演算手段と振動状態から振動エネルギーを演算する振動エネルギー演算手段を有し、前記第1のモデルから得られる損失情報から前記振動エネルギーを減算して熱流を得ることにより、駆動に用いるエネルギーと振動エネルギーと熱エネルギーの全体的な保存関係を考慮することができ、解析精度が向上するという利点がある。
【００１９】
さらに、本発明では、前記シミュレーションプログラムはインバータの挙動を模擬するインバータプラントモデルおよびモータの挙動を模擬するモータプラントモデルを前記第１モデルとして有し、前記インタフェースモデルは前記モータプラントモデル内に設定値として有するモータの極数、スロット数、スキュー状態、巻線方式、インバータプラントモデル内で設定値として有する変調方式、変調率のいずれかの情報を入力することで、モータを用いるシステムの場合に形状が大きく変化しない場合には第２モデルの変更を行うことなく第1モデルのパラメータ再設定により対応できる場合がある。したがって変更に伴う開発工数を削減することが可能になる。
【００２０】
さらに、本発明では、ギアボックスのプラントモデルに接続されるインタフェースモデルは、ばね、質量、粘性抵抗、バックラッシュのいずれかから構成されているため、制御系CADが有する機械系ライブラリを容易に適用することができ、開発工数の低減が図れる。
【００２１】
さらに、本発明では、前記第１モデルは前記インタフェースモデルを内包することにより、各々の部品を車体にマウントする車両の場合の対応が容易となる。これは、部品メーカが納める部品ごとに駆動、熱、振動のモデルが纏まることを意味し、モデルの修正/変更が生じた際にどのメーカが担当するかが明確となる効果がある。
【００２２】
さらに、本発明では、前記第２モデルは前記インタフェースモデルを内包することにより、車両全体の熱、振動設計をカーメーカが行う場合の対応が容易となる。これは構造体ごとにモデルが纏まることを意味し、熱、振動に関しては構造体まとめメーカ（カーメーカ）が熱、振動の副作用を最小とする設計を行う際に効果的である。
【００２３】
以下、実施例を、図面を用いて説明する。
【００２４】
図1に本実施形態によるシミュレーションプログラムによって実装された車両統合シミュレータの構成図を示す。車両統合シミュレータ1は構成要素が非常に多く複雑であるため、説明の簡素化のために一部分のみ抽出して図示している。本図は電気自動車における車両統合シミュレータのモータ、インバータ、ギアボックス部分であって、特に振動に関係する部分を記載している。
【００２５】
車両統合シミュレータ1を構成するモデルは、コントローラを模擬する制御モデル、部品挙動を模擬するプラントモデル、熱や振動などエネルギーの伝達に着目したエネルギー伝達モデル、そしてプラントモデルとエネルギー伝達モデル間で物理量のやり取りを行うインタフェースモデルに大別される。
【００２６】
それぞれのモデルは設計者の分かりやすさを重視して各モデルにまとまって配置される。各モデルが配置される場所を「レイヤ」と称する。
【００２７】
車両統合シミュレータ1は制御モデルが配置される制御モデルレイヤ10、プラントモデルが配置されるプラントモデルレイヤ20、インタフェースが配置されるインタフェースモデルレイヤ30、エネルギー伝達モデルが配置されるエネルギー伝達モデルレイヤ40から構成される。
【００２８】
プラントモデルレイヤ20、インタフェースモデルレイヤ30、エネルギー伝達モデルレイヤ40に配置されるモデルは、主に電流、電圧、トルク、回転速度などのようにエネルギー計算に使用する物理量をやり取りする。本図中実線矢印で示しているものがエネルギー計算に使用する物理量である。また、一点鎖線矢印で示しているものは制御信号である。複数本の矢印をまとめている場合には矢印に斜線を入れて表している。
【００２９】
制御モデルレイヤ10は統合制御モデル101、インバータ制御モデル102を有する。統合制御モデル101は道路情報103、ドライバ操作104を入力とし、インバータ制御モデル102にトルク指令信号105を出力する。
【００３０】
インバータ制御モデル102は電流ベクトル制御ブロック106と３相交流/d-q座標変換ブロック107を有する。３相交流/d-q座標変換ブロック107は後述のモータプラントモデル203から三相電流検出値108とモータ速度検出値109を受け取り、d軸電流推定値110とｑ軸電流推定値111を出力する。電流ベクトル制御ブロック106はトルク指令信号105と速度検出値109から、ベクトル制御に使用するｄ軸電流指令値112とq軸電流指令値113を出力する。
【００３１】
プラントモデルレイヤ20はインバータプラントモデル201、ハーネスプラントモデル202、モータプラントモデル203、ギアボックスプラントモデル204を有する。
【００３２】
インバータプラントモデル201は、電流制御ブロック211、d-q/3相交流座標変換ブロック212、変調ブロック213、PWMインバータ回路ブロック214を有する。電流制御ブロック211は電流ベクトル制御ブロック106からd軸電流指令112とq軸電流指令113からd軸電圧指令215とq軸電圧指令216を作成する。
【００３３】
d-q/3相交流座標変換ブロック212は、d軸電圧指令215とq軸電圧指令216から三相電圧指令信号217を作成する。三相電圧指令信号217は変調ブロック213により三相電圧信号218に変換され、PWMインバータ回路ブロック214に送られる。PWMインバータ回路ブロック214は、直流電圧219とハーネスプラントモデル202から得られる交流電流222を三相電圧信号218を用いて直流電流220と三相電圧221を計算する。
【００３４】
ハーネスモデル202は三相電圧221とモータプラントモデル203より得られるモータ相電流236を入力とし、三相電流222とモータ相電圧235を計算する。
【００３５】
モータプラントモデル203は、センサ応答特性ブロック231、モータ電気回路ブロック232、トルク/損失演算ブロック233、モータ三相交流/d-q座標変換ブロック234を有する。モータ電気回路ブロック232はモータ相電圧235からモータ等価回路を用いてモータ相電流236を計算する。トルク/損失演算ブロック233はモータ相電流236とギアボックスプラントモデル204から得られるモータ速度237とからモータトルク238を計算する。モータ三相交流/d-q座標変換ブロック234はモータ相電流236とモータ速度237を用いてモータd軸電流239とモータq軸電流240を計算する。また、モータ相電流236とモータ速度237はセンサ応答特性ブロック231に送られ、三相電流検出値108とモータ速度検出値109を計算する。
【００３６】
ギアボックスプラントモデル204は、内部に等パワー変換/損失演算ブロック241を有する。等パワー変換/損失演算ブロック241はモータトルク238と車軸回転速度245を入力とし、車軸トルク244aとモータ回転速度243aを出力する。等パワー変換/損失演算ブロック241はギア効率(η)と変速比(ρ)を設定パラメータとする。モータトルク238をτ、車軸トルク244aをτs、車軸回転速度245をωs、モータ回転速度243aをωとすると、以下の簡単な関係式が成り立つ。
【００３７】
τs＝ρητ
ωs＝ω／ρ
【００３８】
本実施例において、ギアボックスプラントモデル204はスイッチ243を有しており、等パワー変換/損失演算ブロック241と後述のギアボックス/振動インタフェース302を選択する。これは振動計算が必要ない場合は簡単な等パワー変換/損失演算ブロック241を用いることによって計算の高速化を図るためである。振動加振力は後述のギアボックス/振動インタフェースモデル302で計算する。
【００３９】
上記のようなインバータ、モータの詳細な制御方法については例えば非特許文献１に開示されているため説明を省略する。
【００４０】
インタフェースモデルレイヤ30はモータ/振動インタフェース301とギアボックス/振動インタフェース302を有する。インバータの電磁振動を考慮する場合にはインバータ/振動インタフェース301を設けることも可能であるが、本実施例ではインバータ振動は車体振動が問題となる比較的低周波領域においてはモータ振動と比較して十分小さいため省略した。
【００４１】
モータ/振動インタフェース301はモータプラントモデル203から得られるモータ速度237、モータd軸電流239、モータq軸電流240、インバータプラントモデル201内の変調ブロック213から得られる変調方式や変調度311、および後述するトランスアクスル振動モデル401から得られるモータ変位速度313を用いてモータ加振力312を計算する。具体的なモータ加振力312の計算方法については、例えば非特許文献２に開示されている。前記の方法などに基づき計算されるモータの各動作点におけるモータ加振力をあらかじめマップ化したり、近似式化することによりモータ/振動インタフェース301を実現できる。
【００４２】
一般にモータ加振力は、モータの機械角回転数と電気角回転数との関係に依存するため、モータの極数を設定パラメータとして外部から設定可能とする。また、電気角一回転あたりの誘起電圧波形、インバータの変調方式、変調率がモータ加振力に関係するため、スロット数、巻線方式を設定パラメータとする。モータがスキューを有する場合、スキュー角度などのスキュー状態を設定パラメータとすることも有効である。
【００４３】
形状が大きく変化した場合にはトランスアクスル振動モデル401の再構築が必要となるが、通常の設計変更範囲内では設定パラメータの修正のみで加振力を計算できる場合が多い。修正パラメータはインバータプラントモデル201やモータプラントモデル203で設定可能とすれば、モデルの変更に柔軟に対応することが可能となる。
【００４４】
ギアボックス/振動インタフェース302はギアボックスプラントモデル204から得られるモータトルク238、車軸回転速度245および後述するトランスアクスル振動モデル401から得られるギアボックス変位速度315を入力とし、モータ回転速度237bと車軸トルク244bを計算する。ギアボックス/振動インタフェース302は一般的な機械系のバネ-マス-ダンパ-バックラッシュ系としてモデル化される。具体的なモデルについては後述する。
【００４５】
エネルギー伝達モデルレイヤ40はトランスアクスル振動モデル401と車体振動モデル402を有する。トランスアクスル振動モデル401は、モータとギアボックスが締結された構造体の剛性マトリクスで表現される。トランスアクスル振動モデル401と車体振動モデル402とはマウント403で結合される。マウント403では各マウントにおける加振力404と変位速度405を伝達する。また、車体振動モデル402に入力される物理量は強制外力406や強制変位速度407である。
【００４６】
本実施形態では、エネルギー伝達モデルレイヤ40に配置されるブロックは、エネルギーの伝達のみを行い、エネルギーの変換が必要な場合はインタフェースを介してプラントモデルレイヤ20内のモデルに委譲して計算を行うという特徴がある。したがって、モータ加振力312、ギア加振力314、マウント403の加振力404、強制外力406はいずれも同じ物理量であり、力の次元を有する。また、モータ変位速度313、ギア変位速度315、マウント403の変位速度405、強制変位速度407はいずれも同じ物理量であり、速度の次元を有する。力と速度を積算すると単位時間当たりのエネルギー（仕事率）となるため、エネルギー伝達モデルレイヤ40ではエネルギー伝達が行われる領域であるといえる。
【００４７】
このようにエネルギー伝達モデルレイヤ40を分けることで、形状に依存する部分のみを独立して取り扱うことが可能になる。すなわち、部品の特性に変更がある場合にはプラントモデルレイヤ20内のモデルを、また形状や機械的拘束が変更された場合にはエネルギー伝達モデルレイヤ40内のモデルを変更すればよく、他のモデルへの影響を小さくできる。また、インタフェースレイヤ30を設けることで、従来のプラントモデルレイヤ20によって実現されていた車両統合シミュレータに、熱解析や振動解析の機能を付加することが容易になる。
【００４８】
また、実行時間との兼ね合いから一部分熱、振動計算を省略したい場合も、省略したい部分に対応するインタフェースモデルとエネルギー伝達モデルを削除すれば容易に対応できる。以上のように本実施形態によれば、用途によってモデルの組合せが容易でかつ変更時の対応も容易な車両統合シミュレータを実現することが可能になる。
【００４９】
熱についても同様のモデル化を行うことができる。図2は本実施形態による熱に着目した車両統合シミュレータの構成図を示す。なお、制御モデルレイヤ10は図１と同じであるため省略した。
【００５０】
制御モデルレイヤ20も図１と共通部分が多いが、インタフェースモデルレイヤ30にモータ熱流250とギアボックス熱流251およびインバータ熱流252を送出するところが相違点である。ここで「熱流」とは単位時間当たりに移動する熱エネルギーであり、熱流束×熱伝達面積で表される。本図においては損失が全て熱に変化すると仮定する。このときモータ熱流250はトルク/損失演算ブロック233によって計算される損失と等しいとした。ギアボックス熱流251は等パワー変換/損失演算ブロック241によって計算される損失と等しいとした。インバータ熱流252はPWMインバータ回路の損失積算値と等しいとした。インバータ/熱インタフェース321はラジエータによる冷却装置との熱交換部位における温度と熱流からインバータ内部の温度を計算する。具体的には熱回路法を用いることができる。熱回路法については非特許文献３が詳しいため、説明を省略する。モータ/熱インタフェース322、ギアボックス/熱インタフェース323も同様である。図２においてはインバータ/熱インタフェース321、モータ/熱インタフェース322、ギアボックス/熱インタフェース323がインタフェースモデルレイヤに配置される。
【００５１】
エネルギー伝達モデルレイヤ40にはラジエータモデル410と外気モデル411とが配置される。熱に着目したとき、エネルギー伝達モデルレイヤ40では熱交換部位412で熱流413および温度414を伝達する。
【００５２】
図３は熱と振動を同時に扱うモータインタフェースの一実施例を示す。なお簡単のため、本図ではモータに関わるインタフェース部分とその周辺のみを図示した。
【００５３】
モータインタフェース330は図１におけるモータ/振動インタフェース301と図２におけるモータ/熱インタフェース322の双方を有する。なお、インタフェースモデルやプラントモデル、エネルギー伝達モデル、制御モデルのいずれも、入れ子状に構成することができる。
【００５４】
モータ/振動インタフェース301は図１で説明したようにモータ加振力312を計算し、トランスアクスル振動モデル401に出力する。トランスアクスル振動モデル401はモータ/振動インタフェース301にモータ変位速度313を返す。ここで、モータ加振力312とモータ変位速度313の積は振動に用いられる単位時間当たりのエネルギー（パワー）を表す。以降、エネルギーとパワーとは特に区別せず記載する。
【００５５】
モータプラントモデル203に与えられたエネルギーは有効に利用されるエネルギーと損失エネルギーとに分けられる。損失エネルギーは振動のエネルギーと熱となるエネルギーに分配される。今、振動のエネルギーはモータ加振力312とモータ変位速度313の積で表せるので、熱となるエネルギーは図２におけるモータ熱流250であり、全損失331から振動のエネルギーを引くことによって表せる。モータ熱流250とラジエータモデル410からの温度414を熱変換部位412に適用することによってラジエータモデル410に伝えられる熱流413が求められる。
【００５６】
図4はギアボックス/振動インタフェース302の一実施例を示す。ここではギア二枚組みでギアボックスが実現される場合を例示している。
【００５７】
ギアボックス/振動インタフェース302はドライブシャフトブロック341、質量ブロック342、ギアブロック343を組み合わせて実現される。質量ブロック342はギア二枚とシャフト一本の計３ブロック配置され、ギアブロック343はギアを２枚有することから２ブロックが配置される。
【００５８】
ドライブシャフトブロック341はシャフトの弾性変形を模擬するバネ344と潤滑油やグリスなどの粘性抵抗を模擬するダンパ345から構成される。ギアブロック343はギアの弾性変形を模擬するバネ344とギアのバックラッシュを表すバックラッシュ346から構成される。ドライブシャフトブロック341、質量ブロック342、ギアブロック343は局所トルク350aから350e、および局所回転速度351aから351eによって関係付けられる。
【００５９】
ギアボックスの振動はギアブロック343のトルク変動に拠るところが大きいため、モータ加振力312はギアブロック343に働くトルク変動から抽出する。ギアボックスはトランスアクスルとして一体化しているため、ギアボックス単体としての振動評価はトランスアクスル振動モデル401でまとめて行う。そのため、トランスアクスル振動モデル401から得られる変位速度はギアボックス/振動インタフェース302やギアボックスプラントモデル204では使用しない。そのため図中ではモータ変位速度313はターミネータ347によって以降の評価が中止される。
【００６０】
制御系CADでは機械系の挙動を模擬する部品が用意されているものがあり、図4のように機械要素を配置/結線することによって容易にギアボックス/振動インタフェース302を実現することができる。
【００６１】
なお、粘性抵抗は小さいとしてダンパ345を省略することも可能である。また、CVTなどのように摩擦伝達機構を用いる場合にはバックラッシュ346を省略できる。
【００６２】
図５に本実施形態によるシミュレーションプログラムの基本構成を示す。シミュレーションプログラムは電圧や電流、トルクや回転速度といった一般物理量200に対してエネルギー形態の変換や増幅、損失計算などを行う第1モデル2と、エネルギーの変換を伴わずかつ当該エネルギーを伝達することを計算により模擬する第2モデル4とを有する。第2モデル4では熱流、温度、加振力、変位速度といった伝達エネルギー400の伝達を行う。
【００６３】
第1モデル2と第2モデル４とはインタフェース3で関係付けられており、インタフェース3は一般物理量200と伝達エネルギー400の変換計算を行う。
【００６４】
図５ではインタフェース3が独立したモデルとなっているが、インタフェース3を第1モデル2または第2モデル4に内包させることも可能である。
【００６５】
図６にインタフェース3を第1モデル２に内包させた実施例を示す。ここで内部演算ブロック260は実際に一般物理量200に対してエネルギー形態の変換や増幅、損失計算などを行う。
【００６６】
図７にインタフェース3を第2モデル４に内包させた実施例を示す。ここで伝達演算ブロック420はエネルギー伝達を計算により模擬する。
【００６７】
図５、図６、図7の構成は、システム取りまとめ主体や部品供給主体の担当範囲によって決定される。システム取りまとめ主体を「甲」、部品供給主体を「乙」、「丙」とする。図５の構成は、例えば乙が電機部品を納め、丙が構造物を納め、甲が組み合わせるといった場合に用いられる。乙は第1モデル2を、丙は第2モデル4を作成し、甲はインタフェース3を作成する。乙および丙は自分の担当範囲の情報のみでモデルを作成できる。第1モデル2と第2モデル4の双方に跨る情報が作成に必要なインタフェース3は、両方の情報にアクセスできる甲が作成する。
【００６８】
図6の構成は、例えば乙が機電一体コンポーネントを甲に対して納める場合に用いられる。この場合、乙が第1モデル2を、甲が第2モデル4を作成する。図７の構成は、例えば電気自動車の場合を例にとると、モータのケーシングまで甲が設計して振動を最小化し、乙はモータのロータ部分を納めるという場合があげられる。これにより、責任範囲が明確化すること、モデルの独立性が高いためにモデルの作成/修整時に他モデルｖからの情報を参照する工数が減ることなどの効果がある。
【符号の説明】
【００６９】
1…車両統合シミュレータ、2…第1モデル、3…インタフェース、4…第2モデル、10…制御モデルレイヤ、20…プラントモデルレイヤ、30…インタフェースモデルレイヤ、40…エネルギー伝達モデルレイヤ、101…統合制御モデル、102…インバータ制御モデル、103…道路情報、104…ドライバ操作、105…トルク指令信号、106…電流ベクトル制御ブロック、107…３相交流/d-q座標変換ブロック、108…三相電流検出値、109…モータ速度検出値、110…d軸電流推定値、111…ｑ軸電流推定値、112…ｄ軸電流指令値、113…q軸電流指令値、200…一般物理量、201…インバータプラントモデル、202…ハーネスプラントモデル、203…モータプラントモデル、204…ギアボックスプラントモデル、211…電流制御ブロック、212…d-q/3相交流座標変換ブロック、213…変調ブロック、214…PWMインバータ回路ブロック、215…d軸電圧指令、216…q軸電圧指令、217…三相電圧指令信号、218…三相電圧信号、219…直流電圧、220…直流電流、221…三相電圧、222…交流電流、231…センサ応答特性ブロック、232…モータ電気回路ブロック、233…トルク/損失演算ブロック、234…モータ三相交流/d-q座標変換ブロック、235…モータ相電圧、236…モータ相電流、237…モータ速度、237b…モータ回転速度、238…モータトルク、239…モータd軸電流、240…モータq軸電流、241…等パワー変換/損失演算ブロック、243…スイッチ、243a…モータ回転速度、244a…車軸トルク、244b…車軸トルク、245…車軸回転速度、250…モータ熱流、251…ギアボックス熱流、252…インバータ熱流、260…内部演算ブロック、301…モータ/振動インタフェース、302…ギアボックス/振動インタフェースモデル、311…変調方式や変調度、312…モータ加振力、313…モータ変位速度、315…ギアボックス変位速度、321…インバータ/熱インタフェース、322…モータ/熱インタフェース、323…ギアボックス/熱インタフェース、330…モータインタフェース、331…全損失、341…ドライブシャフトブロック、342…質量ブロック、343…ギアブロック、344…バネ、345…ダンパ、346…バックラッシュ、347…ターミネータ、350a〜350e …局所トルク、351a〜351e…局所回転速度、400…伝達エネルギー、401…トランスアクスル振動モデル、402…車体振動モデル、403…マウント、404…加振力、405…変位速度、406…強制外力、407…強制変位速度、410…ラジエータモデル、411…外気モデル、412…熱交換部位、413…熱流、414…温度、420…伝達演算ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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