(57)【要約】【課題】供試車両を搭載したシャシーダイナモメータの運転で収集する駆動力や制動力のデータから電気慣性負荷を容易にかつ精度良く検証する。【解決手段】ダイナモメータ１１とダイナモメータ制御用コンピュータ１３は加速ステップ、定常走行ステップ、減速ステップ毎に設定した電気慣性負荷を与えながら供試車両１２に与える負荷を制御する。データ収集装置１５は、各走行ステップ毎の車速、加速度、駆動力、制動力などのサンプルデータを収集する。パソコン１６は、データ収集装置が収集した駆動力と制動力の差分から測定慣性Ｉｍを表計算で求め、この測定慣性Ｉｍと運転モードで設定する設定慣性Ｉｓから慣性相対誤差εを表計算で求める。データ収集装置は、各ステップの境界点とする境界点探索手段、各ステップでの計測信号間の遅れの違いを補正する手段を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試車両の慣性負荷をダイナモメータの電気慣性制御で与え、供試車両を定められた運転モードで走行運転し、この運転モードでの加速ステップ、定常走行ステップ、減速ステップ毎に設定した電気慣性負荷が作動していることを検証するシャシーダイナモメータの慣性負荷の検証方式であって、
前記加速、定常走行、減速の各走行ステップ毎の運転収録データで前記シャシーダイナモメータを運転したときの車速、加速度、駆動力、制動力などのサンプルデータを収集するデータ収集装置と、
前記データ収集装置が収集した前記駆動力と制動力の差分から測定慣性Ｉｍを表計算で求め、この測定慣性Ｉｍと運転モードで設定する設定慣性Ｉｓから慣性相対誤差εを表計算で求める演算処理装置とを備えたことを特徴とするシャシーダイナモメータの慣性負荷の検証方式。
【請求項２】
前記データ収集装置は、収集する車速から想定される変曲点の前後のサンプルデータｍ個を抽出し、それぞれ一次回帰してその回帰直線の勾配量の差分を求め、この変曲点を１個ずつシフトして差分を繰り返し求め、速度が最っとも大きくなる変曲点の時刻を前記各ステップの境界点とする境界点探索手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシャシーダイナモメータの慣性負荷の検証方式。
【請求項３】
前記データ収集装置は、各ステップでの計測信号間の遅れの違いを、速度信号を基準にして、数サンプル進み／遅れ処理で補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のシャシーダイナモメータの慣性負荷の検証方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車排ガス測定試験などを屋内で実施するためのシャシーダイナモメータに係り、特に電気慣性制御における慣性負荷の検証方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車排ガス測定試験システムの概略を図５に示す。供試車両１は車体を固定し、その駆動輪１Ａを動力伝達用ローラ２に載せる。ダイナモメータは、ローラ２と動力吸収用電動機になるダイナモメータ３および機械慣性設定用フライホイール４を結合し、ダイナモコントローラ５によるダイナモメータ３のトルク制御によって供試車両１の実走行を模擬した負荷を与える。排ガス測定装置６は、供試車両１の排気ガス中に含まれる各種成分を測定する。試験用コンピュータ７は、図６に示すような試験条件や試験モードデータが入力され、また、速度やトルクなどの測定データが入力され、コントローラ５や排ガス測定装置６等を統括した排ガス試験のためのデータ処理を行う。
【０００３】
ここで、供試車両１自体がもつ慣性の模擬は、フライホイール４に持たせる慣性として調整しており、自動車の形式登録の認証試験にも法規上でフライホイールで機械設定すると定められる。
【０００４】
この慣性を模擬する他の手段として、ダイナモメータ３の電気的制御で慣性負荷を実現する方式がある。この方式は、慣性負荷の制御応答性も良く、外国では条件付きでシャシーダイナモメータに利用することが認められている。この条件は、機械式フライホイール設定を除くシャシーダイナモメータについて、その慣性設定による制御が作動していることの検証方法をダイナモメータのメーカで準備するものと記述されている。
【０００５】
シャシーダイナモメータにおける電気慣性制御の検証は、研究開発用の性能試験に用いるシャシーダイナモメータで実施および提案されている（例えば、特許文献１参照）。この検証方法は、シャシーダイナモメータを試験速度範囲で暖機運転した後、シャシーダイナモメータ単体の機械摩擦損失を各速度毎に測定する。この測定した機械摩擦を速度の関数として、この後のシャシーダイナモメータの機械摩擦測損失の補正データとして求めておく。これらの準備が終了した後、シャシーダイナモメータをトルク制御モードとし、そのモードでの所要の慣性値を設定し、シャシーダイナモメータを上記の機械摩擦損失で補正しながら加速（または減速）させ、このときのシャシーダイナモメータの速度Ｖ１，Ｖ２と、このときの速度変化ｄＶ（Ｖ１−Ｖ２）に要した時間ｄＴより、設定慣性Ｉｓと測定慣性Ｉｍが許容誤差範囲内に入っているか否かで検証している。この検証に使用するデータは以下の通りである。
【０００６】
【数１】
測定慣性：Ｉｍ〔ｋｇ〕、設定慣性：Ｉｓ〔ｋｇ〕、駆動力：Ｆ〔Ｎ〕、速度変化量：ｄＶ＝（Ｖ１−Ｖ２）〔ｍ／ｓ〕、速度変化時間：ｄＴ〔ｓｅｃ〕、慣性相対誤差：ε〔％〕、走行速度：Ｖ１，Ｖ２〔ｍ／ｓｅｃ〕、走行抵抗（制動力）：ＦＲＬ〔Ｎ〕、
Ｉｍ＝（Ｆ−ＦＲＬ）／（ｄｖ／ｄｔ）    …（１）
ε＝（Ｉｍ−Ｉｓ）／Ｉｓ              …（２）
上記の（１）式は、シャシーダイナモメータが単体の場合、つまり供試車両をローラ上に載せていない場合には、式中のＦＲＬがゼロとなる。
【０００７】
上記の方法で、設定慣性Ｉｓおよび駆動力Ｆの値を２〜４通りに変えて測定し、いずれの組み合わせでも慣性相対誤差εが許容値内に入っているか否かで検証する。この検証方法は、シャシーダイナモメータ単体での検証となる。
【０００８】
【非特許文献１】
特許だい３１５８４６１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、日本国内では、自動車認証試験には機械式フライホイールをもつシャシーダイナモメータで実施する指導であったため、欧州の法規にマッチした電気慣性制御での慣性検証法がなかった。
【００１０】
改正された欧州の法規の定めは、フライホイール式慣性設定以外のシャシーダイナモメータにおいて、シャシーダイナモメータに搭載した供試車両を定められた運転モードで走行運転し、その走行ステップ（加速ステップ、定速ステップ、減速ステップ）毎に慣性負荷が作動しているかの検証が要求されている。
【００１１】
この検証には、運転モードの各ステップに合わせた慣性設定の検証レポートの提出が要求されており、新しいデータ処理が必要となる。この検証レポートの作成には、シャシーダイナモメータ上の供試車両にテストドライバが乗り、定められた運転モードのステップで、ステップ時間、ステップ走行速度の許容範囲内で運転し、図７に示すような運転データを収録する。
【００１２】
この運転モードでの目標は、タイミングのズレや速度のズレも±０．１秒以内、±２ｋｍ／ｈ以内が許容されている。しかし、このズレが検証データの処理時に、ステップ境界点で検証評価を悪くする要因になっていた。
【００１３】
他の課題として、図７の収録データの例は、速度、加速度、駆動力、制動力の信号を同時サンプリングで５０ミリ秒周期で入力し、２０個の時系列データの平均値で１秒間の各信号としているが、センサー特性や応答の遅れを考慮してデータ処理する必要があり、現在の入力データのままでは良好な検証結果が得られなかった。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決したシャシーダイナモメータにおける慣性負荷の検証方式を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、供試車両を搭載したシャシーダイナモメータの運転で収集する駆動力や制動力のデータから電気慣性負荷を容易にかつ精度良く求める証方式とするもので、以下の構成を特徴とする。
【００１６】
（１）供試車両の慣性負荷をダイナモメータの電気慣性制御で与え、供試車両を定められた運転モードで走行運転し、この運転モードでの加速ステップ、定常走行ステップ、減速ステップ毎に設定した電気慣性負荷が作動していることを検証するシャシーダイナモメータの慣性負荷の検証方式であって、
前記加速、定常走行、減速の各走行ステップ毎の運転収録データで前記シャシーダイナモメータを運転したときの車速、加速度、駆動力、制動力などのサンプルデータを収集するデータ収集装置と、
前記データ収集装置が収集した前記駆動力と制動力の差分から測定慣性Ｉｍを表計算で求め、この測定慣性Ｉｍと運転モードで設定する設定慣性Ｉｓから慣性相対誤差εを表計算で求める演算処理装置とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
（２）前記データ収集装置は、収集する車速から想定される変曲点の前後のサンプルデータｍ個を抽出し、それぞれ一次回帰してその回帰直線の勾配量の差分を求め、この変曲点を１個ずつシフトして差分を繰り返し求め、速度が最っとも大きくなる変曲点の時刻を前記各ステップの境界点とする境界点探索手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
（３）前記データ収集装置は、各ステップでの計測信号間の遅れの違いを、速度信号を基準にして、数サンプル進み／遅れ処理で補正する補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による慣性負荷の検証方式を示す全体流れ図である。シャシーダイナモメータシステムは、図５におけるフライホイールに代えて、電動機を電気慣性制御するシステム構成とし、シャシーダイナモメータ１１に供試車両１２を搭載し、ダイナモメータ制御用コンピュータ１３による路上走行等価試験を可能とする。この走行試験として、自動車の形式認証試験には、ドライバーズエイド（ＤＡＤ）１４により図７と同様の運転データ収録（加速、定速、減速の各走行ステップ毎のデータ）に必要な運転モードを保存しておき、ドライバーズエイド（ＤＡＤ）１４がこのデータを読み込み、このデータに従って供試車両１２をテストドライバが運転する。このとき、ダイナモメータ制御用コンピュータ１３がダイナモメータ１１の吸収トルク制御をする。
【００２０】
本実施形態では、上記の形式認証試験に際して、シャシーダイナモメータの慣性負荷の検証（モード走行試験の各ステップ毎に設定した慣性負荷が作動していることの検証）を可能とする。
【００２１】
この検証は、形式認証試験中でのシャシーダイナモメータ制御からの各種の計測信号（車速、加速度、駆動力、制動力など）をＤＡＤスタート信号をトリガーとして、データ収集装置１５に収集する。データ収集装置１５は、収集したデータをＣＳＶ形式の収録データファイルとして管理し、この収録データファイルをエクセル（登録商標）等の表計算ソフトウェアを搭載するパソコン１６に取り込み、パソコン１６で慣性負荷が作動していることの検証データを表計算で求め、この計算結果をプリンタ１７に検証結果表として出力する。１８は排ガス測定装置である。
【００２２】
以上のようにしてなされる検証方式を以下に詳細に説明する。
【００２３】
（１）慣性負荷検証の原理的な説明
自動車の運動方程式は、下記の式で表せる。
【００２４】
【数２】
Ｆ＝Ｒｒ＋ＲａＶ２＋Ｉｓ（ｄＶ／ｄＴ）＋Ｉｓ・ｓｉｎθ  …（３）
ＦＲＬ＝Ｒｒ＋ＲａＶ２                                  …（４）
Ｆ＝ＦＲＬ＋Ｉｓ（ｄＶ／ｄＴ）＋Ｉｓ・ｓｉｎθ          …（５）
ただし、Ｉｓは試験車両の慣性質量［ｋｇ］、ｓｉｎθは勾配量（平坦地走行ではゼロ）、ＦＲＬは走行抵抗（制動力）［Ｎ］、Ｒａは車両の空気抵抗係数［Ｎ／（ｍ／ｓｅｃ）］、Ｒｒは車両のころがり抵抗［Ｎ］である。
【００２５】
上記の式（５）のおける駆動力Ｆは、制動力ＦＲＬと慣性力Ｉｓ（ｄＶ／ｄＴ）と勾配抵抗Ｉｓ・ｓｉｎθの和になり、平坦路での検証では制動力ＦＲＬと慣性力Ｉｓ（ｄＶ／ｄＴ）の和になる。この関係から、図７の運転収録データのように、加速、定常走行、減速の各走行ステップ毎の速度、加速度、駆動力と制動力等をデータ収録装置１５で収集し、この駆動力と制動力の差分をパソコン１６の表計算ソフトウェアで求めることで、慣性力（測定慣性Ｉｍ）を計算できる。さらに、求めた測定慣性Ｉｍと設定慣性Ｉｓから、前記（２）式の演算で慣性相対誤差εを求めることができ、この慣性相対誤差εから「モード走行試験の各ステップ毎に設定した慣性負荷が作動していること」の検証が可能となる。
【００２６】
図２は、検証データ処理結果表を示し、図６に示す走行運転モードでの、アイドリング期間Ｓ１、加速期間Ｓ２、定常走行期間Ｓ３、減速期間Ｓ４，Ｓ５およびアイドリング期間Ｓ６の各走行ステップ毎に、速度［ｋｍ／ｈ］、駆動力Ｆ〔Ｎ〕、走行抵抗（制動力）ＦＲＬ〔Ｎ〕、設定慣性Ｉｓ〔ｋｇ〕、測定慣性Ｉｍ〔ｋｇ〕、慣性差分Ｉｍ−Ｉｓ［Ｎ］、慣性相対誤差：ε〔％〕等を表データとして得ている。
【００２７】
なお、図２中には、各ステップＳ１〜Ｓ６でのハッチ部は１秒毎のデータからの平均値（Ａｖｅｒａｇｅ）を示す。
【００２８】
（２）収集データのステップ境界点の自動探索
前記のように、走行モード運転のステップＳ１〜Ｓ６は、定められた時刻で区切られ、このステップの境界点は、速度カーブの変曲点と一致するが、データ収集装置１５で収集する測定データ（図７参照）からは、速度信号のみから境界点を特定するのでは、テストドライバの操作タイミングのズレやセンサの応答遅れ等による誤差が含まれる。
【００２９】
本実施形態では、データ収集装置１５で収集する測定データから、走行モード運転のステップＳ１〜Ｓ６の境界点を自動的に探索することで、検証誤差を最小限にする。
【００３０】
このステップ境界点の探索は、速度データから想定される変曲点（ｋ点）の前後のサンプルデータｍ個を抽出し、それぞれ一次回帰してその回帰直線の勾配量の差分を求め、このｋ点を１個ずつシフトして差分を繰り返し求める。このことを式で表すと、次のようになる。
【００３１】
【数３】
2004309290.tif 000003
【００３２】
ただし、ｔｉはサンプルｉの時刻［秒］、Ｖｉはサンプルｉの速度［ｋｍ／ｈ］、Ｋは想定する変曲点（ｋ＝ｍ〜（ｎ−（ｍ−１）））、ｍは一次回帰時のデータ個数、ａ１，ｂ１はｋ点を含めた前半ｍ個の一次回帰の結果、ａ２，ｂ２はｋ点を含めた後半ｍ個の一次回帰の結果、ｎは収集した総サンプル数である。
【００３３】
式（６）、（７）より、ａ１，ｂ１を、また式（８）、（９）よりａ２，ｂ２を一次回帰で求める。このとき、ｋをｍから（ｎ−（ｍ−１））に変化させて（ｎ−２（ｍ−１））回だけ計算する。
【００３４】
さらに、上記のｋ回の計算で求めた各ａ１，ａ２の差分の絶対値Ａｋを下記式から求め、
【００３５】
【数４】
Ａｋ＝｜ａ１ｋ−ａ２ｋ｜    …（１０）
ただし、ｋ＝ｍ〜（ｎ−（ｍ−１））
このＡｋの値の大きい順にその時刻ｔｋと共に並べ換える。
【００３６】
【数５】
Ｂｋ＝Ｆ（Ａｋ）ｓｏｒｔ    …（１１）
Ｔｋ＝Ｆ（ｔｋ）ｓｏｒｔ    …（１２）
ただし、ｋ＝ｍ〜（ｎ−（ｍ−１））
上記のＢｋは、連続する測定速度が各ｋ点で変化の大きい順にテーブル内に並べられることを意味し、変化の最も大きいｋ点をステップ境界点として求めることができる。
【００３７】
図３は、モード運転のステップ数が２５の例を示し、表の左側からステップ＃、開始時刻、開始時刻＊、開始時刻＊２、…となっていいて、開始時刻の列の数値が規定されている各ステップの開始時刻である。開始時刻＊２の列は、上記の変化率の大きい順を基に求めた各ステップの開始時刻である。
【００３８】
この開始時刻＊２の求め方を説明する。まず、Ｓｓｊをモードで規定されるｊステップの開始時刻、Ｓ２ｊを自動探索したｊステップの開始時刻とすると、
【００３９】
【数６】
Ｓ２ｊ＝０        …（１３）
ただし、ｊ＝１〜Ｌステップ
となる時刻Ｓ２ｊの時刻Ｔｋが、
【００４０】
【数７】
｜Ｓｓｊ−Ｔｋ｜≦０．５      …（１４）
になるＳ２ｊとする。この式（１４）の意味は、変化率の大きい順より、ステップ開始時刻を探すため、モードの規定時刻Ｓｓｊの±０．５秒以内で、かつステップ開始時刻＊２の欄が空き（データはゼロ）の条件で、最も大きい変曲点をモードステップの境界とする。
【００４１】
（３）収集データの遅れ補正
データ収集装置１５で収集する計測信号は、同時サンプリングしたものを取り込むが、計測センサからの信号の応答遅れや変換処理時間によって信号の種類毎に遅れが異なる。
【００４２】
例えば、速度信号は、パルス信号で入力し、これをＦ／Ｖ変換してアナログ信号として収集する。また、駆動力信号、制動力信号、加速度信号等もそれぞれのセンサから信号変換したものを収集する。
【００４３】
ここで、速度信号を基準にして、駆動、制動力信号を数サンプルシフト（進み／遅れ処理）してデータ処理を実行することで、慣性検証評価を向上させることができる。この例では、５０ミリ秒のサンプリングであるが、必ずしもサンプリング周期の整数倍でなく、１２０ミリ秒シフトするように直線補間を交えた信号の進み／遅れ処理を行うことができる。
【００４４】
上記の信号の進み／遅れ補正処理は、Ｔｓｈｉｆｔを信号の進み／遅れ時間［ｓｅｃ］、ｔｉをサンプルｉの時刻［ｓｅｃ］、Δｔをサンプリングタイム、Ｖｉをサンプルｉの計測値、Ｖｉ’を進み／遅れ補正後のサンプル値とすると、下記の演算で求めることができる。なお、Ｉｎｔ（）は演算結果の少数部を切り捨てる関数である。
【００４５】
【数８】
Ｔｓｈｉｆｔ＜０（進み補正の場合）
ｉ２＝Ｉｎｔ（−Ｔｓｈｉｆｔ／Δｔ）                      …（１５）
ｄｔ＝（Δｔ−（−Ｔｓｈｉｆｔ）−ｉ２＊Δｔ）／Δｔ    …（１６）
Ｖ’ｉ＝Ｖｉ−ｉ２−１＋（Ｖｉ−ｉ２−Ｖｉ−ｉ２−１）＊ｄｔ          …（１７）
【００４６】
【数９】
Ｔｓｈｉｆｔ＞０（遅れ補正の場合）
ｉ２＝Ｉｎｔ（Ｔｓｈｉｆｔ／Δｔ）                      …（１８）
ｄｔ＝（Ｔｓｈｉｆｔ−ｉ２＊Δｔ）／Δｔ              …（１９）
Ｖ’ｉ＝Ｖｉ＋ｉ２＋（Ｖｉ＋ｉ２＋１−Ｖｉ＋ｉ２）＊ｄｔ        …（２０）
以上のまでに説明した境界点探索と補正を施した検証データ処理結果を図４に示す。同図と図２と比較すると、ステップ区切り部分のエラー数値が改善されている。この処理により、テストドライバのタイミングのズレやセンサの特性を補正することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、シャシーダイナモメータの運転で収集する駆動力や制動力のデータから電気慣性負荷を求めるようにしたため、慣性負荷の検証が容易になる。
【００４８】
また、速度データの最大変曲点を自動的に探索し、各ステップ区切りも精度良く補正することができ、センサ等の特性上の応答遅れが存在する場合にも高い検証評価を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体流れ図。
【図２】本発明の実施形態における検証データ処理結果（通常処理）。
【図３】本発明の実施形態における規定モードのステップ開始時間表。
【図４】本発明の実施形態における検証データ処理結果（境界点探索と補正）。
【図５】自動車の排ガス測定試験システム。
【図６】シャシーダイナモメータにおける走行運転モードの目標値の例。
【図７】シャシーダイナモメータでの運転収録データの例。
【符号の説明】
１１…ダイナモメータ
１２…供試車両
１３…ダイナモメータ制御用コンピュータ
１４…ドライバーエイド
１５…データ収集装置
１６…パソコン
１７…プリンタ
【図１】
2004309290.tif 000004
【図２】
2004309290.tif 000005
【図３】
2004309290.tif 000006
【図４】
2004309290.tif 000007
【図５】
2004309290.tif 000008
【図６】
2004309290.tif 000009
【図７】
2004309290.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月17日(2003.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この運転モードでの目標は、タイミングのズレや速度のズレも±１．０秒以内、±２ｋｍ／ｈ以内が許容されている。しかし、このズレが検証データの処理時に、ステップ境界点で検証評価を悪くする要因になっていた。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
【数２】
Ｆ＝Ｒｒ＋ＲａＶ２＋Ｉｓ（ｄＶ／ｄＴ）＋Ｉｓ・ｓｉｎθ  …（３）
ＦＲＬ＝Ｒｒ＋ＲａＶ２                                  …（４）
Ｆ＝ＦＲＬ＋Ｉｓ（ｄＶ／ｄＴ）＋Ｉｓ・ｓｉｎθ          …（５）
ただし、Ｉｓは試験車両の慣性質量［ｋｇ］、ｓｉｎθは勾配量（平坦地走行ではゼロ）、ＦＲＬは走行抵抗（制動力）［Ｎ］、Ｒａは車両の空気抵抗係数［Ｎ／（ｍ／ｓｅｃ）２］、Ｒｒは車両のころがり抵抗［Ｎ］である。