(57)【要約】【課題】車両モデルのシミュレーションの精度を維持しつつその計算量を削減する。【解決手段】条件設定部は、車両を構成する複数のユニットの動作をそれぞれエミュレートする複数のユニットモデルに制御条件を設定する。縮退処理部は、１以上のユニットモデルに含まれる計算の一部を省略または簡素化する。実行制御部は、設定された制御条件にて、複数のユニットモデルにより構成される車両モデルのシミュレーションを実行する。縮退処理部は、シミュレーションによってテストしたい車両性能に応じて、縮退の対象となるユニットモデルおよび計算項目を選択する。たとえば、旋回安定性についてテストしたいときには、旋回安定性との関連性の薄いフロントパネルに関わる計算項目を縮退対象としてもよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を構成する複数のユニットの動作をそれぞれエミュレートする複数のモデルに制御条件を設定する条件設定部と、
前記複数のモデルのうちの１以上のモデルに含まれる計算の一部を省略または簡素化する縮退処理部と、
前記設定された制御条件にて、前記複数のモデルにより構成される車両モデルのシミュレーションを実行する実行制御部と、を備え、
前記縮退処理部は、モデルと車両性能の相関の大きさを対応づけるファイルを参照し、シミュレーションによってテストしたい車両性能に対応して相関性が低いモデルから縮退の対象となるモデルを選び、前記選択したモデルの計算項目を選択的に縮退させることを特徴とする車両シミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のシミュレーションに関し、特に、車両シミュレーションの計算負荷制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両を制御するシステムの複雑化にともない、実機試作の前に車両全体をソフトウェアでモデリングして、シミュレーション・テストするようになってきている（特許文献１参照）。車両シミュレーションでは、まず、車両を構成するユニットをソフトウェアでエミュレートしたモデルを用意する。たとえば、エンジンのモデルは、エンジンにおける点火やそれにともなうシャフトの動き、などを忠実に再現するソフトウェアである。エンジンモデルの出力情報の一部はサスペンションモデルの入力情報となる。このように複数のモデルを組み合わせて、車両全体をモデリングする。
【０００３】
車両モデルに対して、路面条件などの環境情報のほか、急発進や急停止などのさまざまなテスト項目を設定し、車両モデルを動作させ、各ユニットがどのように動きどのようなな負荷がかかるかを検証する。
以下、車両を構成するユニットのモデルを「ユニットモデル」とよび、車両全体としてのモデルのことを「車両モデル」とよぶことにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８２８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
詳細度に応じて複数レベルのユニットモデルが用意されることもある。たとえば、重量、重心、回転慣性のみを計算する簡単な車体モデルもあれば、各部材がばね結合しているとみなす単純な有限要素法により計算するもう少し詳細な車体モデル、部材そのものを小領域の集合体とみなす複雑な有限要素法により計算する更に詳細な車体モデルもある。詳細度の高いユニットモデルを採用すればシミュレーションの精度は向上するが、計算負荷が大きいためにシミュレーション時間は長くなる。
【０００６】
たとえば、詳細順にレベル１，２の車体モデルがあるとする。シミュレーションの内容や目的によっては、レベル１では充分なシミュレーション精度を確保できるもののレベル２では不十分な場合もある。その一方、レベル１ではシミュレーション時間が長くなりすぎてしまうかもしれない。このように、レベル１よりも計算負荷を減らしたいが、レベル２では単純すぎることがある。
【０００７】
車両モデルのシミュレーションは、一般的には、数時間から数日間かけて行われるほど大規模なものであるから、シミュレーションの精度確保は重要であるが、シミュレーション全体にかかる時間の短縮もまた重要である。
【０００８】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、車両モデルのシミュレーションの精度を維持しつつその計算量を削減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両シミュレーションシステムは、車両を構成する複数のユニットの動作をそれぞれエミュレートする複数のモデルに制御条件を設定する条件設定部と、前記複数のモデルのうちの１以上のモデルに含まれる計算の一部を省略または簡素化する縮退処理部と、前記縮退処理部は、自動車を構成する部品がもつ機能の特性と、その特性を使ってモデル化されたシミュレーションモデルおよび車両性能の相関の大きさを対応づけるファイルを参照し、シミュレーションによってテストしたい車両性能に対応して相関性が低いある部品のモデルから縮退の対象となるモデルを選び、前記選択したモデルの計算自由度を選択的に縮退させる。
【００１０】
ある部品のモデルがもつ機能特性と車両性能の相関は、あり／なしの２値により定義してもよいし、相関度を所定範囲、たとえば、０〜１の範囲で複数離散値あるいは連続値により設定してもよい。「相関性が低い機能特性」は、対象となる車両性能と相関性がないとされるモデルであってもよいし、相関値が所定値、たとえば、０．３以下となる機能特性のように決めてもよい。
この態様によると、シミュレーションの目的に対して寄与が少ない機能特性および計算項目から優先的に縮退させることができるため、シミュレーションの結果への影響を抑制しつつ計算量を減らしやすくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両モデルのシミュレーションの精度を確保しつつその計算量を効果的に削減しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】車両シミュレーションシステムのハードウェア構成図である。
【図２】制御端末と車両シミュレータの機能ブロック図である。
【図３】車両モデルと車両性能の関係を示す相関図である。
【図４】ユニットモデルとサブモデルの構造を示す模式図である。
【図５】縮退処理過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、車両シミュレーションシステム１００のハードウェア構成図である。
車両シミュレーションシステム１００は、互いに通信線で接続された車両シミュレータ１０２と制御端末１０４を含む。車両シミュレータ１０２は、車両モデルのシミュレーション・テストを実行する。制御端末１０４は、車両シミュレータ１０２の車両モデルに各種設定を行うとともに、シミュレーションの状況を監視する。本実施形態においては、車両シミュレータ１０２と制御端末１０４は別々であるとして説明するが、車両シミュレータ１０２が制御端末１０４の機能の全部または一部を取り込んでもよい。
【００１４】
図２は、制御端末１０４と車両シミュレータ１０２の機能ブロック図である。
制御端末１０４と車両シミュレータ１０２の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウェアとソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。以下説明する各図は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
【００１５】
制御端末１０４は、設定部１０６と監視部１１２を含む。設定部１０６は、車両モデル１２６や環境モデル１３６（後述）に対して各種設定を行う。設定部１０６は、制御条件を設定する条件設定部１０８を含む。制御条件についても後述する。監視部１１２は、車両モデル１２６のシミュレーション結果を監視し、制御端末１０４の画面に表示させる。
【００１６】
車両シミュレータ１０２は、通信部１１４、縮退処理部１１０およびシミュレーション部１２２を含む。通信部１１４は、制御端末１０４との通信処理を担当し、制御端末１０４と縮退処理部１１０、シミュレーション部１２２のインタフェースとして機能する。シミュレーション部１２２は、車両モデル１２６のシミュレーションを実行する。
【００１７】
シミュレーション部１２２は、シミュレーションを統括的に制御する実行制御部１２４、車両モデル１２６および環境モデル１３６を含む。環境モデル１３６は、路面状況、風況、気温、天候などシミュレーションにおいて想定される外的環境をエミュレートするモデルである。車両モデル１２６は、車両の各ユニットをエミュレートする複数のユニットモデルを含む。具体的には、車両モデル１２６は車体モデル１２８、エンジンモデル１３０、サスペンションモデル１３２およびドライバーモデル１３４を含むが、これ以外にもさまざまなユニットモデルが追加されてもよい。
【００１８】
車体モデル１２８は、車体やシャーシなどにかかる負荷をエミュレートするユニットモデルである。エンジンモデル１３０は、エンジンをエミュレートしたユニットモデルである。サスペンションモデル１３２は、タイヤやサスペンションをエミュレートしたユニットモデルである。ドライバーモデル１３４は、ドライバーの操作やドライバーにかかる負荷などをエミュレートしたモデルである。
【００１９】
ユニットモデルは、ユニットの種類だけでなくエミュレートの精度によっても多数のバリエーションがある。たとえば、車体モデル１２８は、車体を単純な「箱」としてエミュレートするものもあれば、車軸のねじれ現象までエミュレートするものもある。あるいは、車体を一種の弾性体としてとらえ、車体のわずかな変形までもエミュレートできるユニットモデルもある。どのようなレベルの車体モデル１２８を選択するかは、シミュレーションに求められる速度や精度等に応じて決定される。他のユニットモデルについても同様である。
【００２０】
ユーザは、条件設定部１０８を介して、どのようなユニットモデルを選ぶか、どのようなテストを行うか、環境モデル１３６としてどのような環境を想定するか、などの各種の条件設定を行う。このような条件のことを「制御条件」とよぶ。また、シミュレーションの実行周波数も制御条件の一種として設定される。たとえば、エンジンモデル１３０において０．１（マイクロ秒）ごとのシャフトの動きを計算してもよいし、１（マイクロ秒）ごとの動きを計算してもよい。実行周波数が大きいときには各ユニットモデルの細かな動きをエミュレートできる代わりにシミュレーション全体の時間がかかる。実行周波数を小さくするとシミュレーション時間は短くなるがユニットモデルのエミュレーションはラフになる。
【００２１】
ドライバーモデル１３４は、状況に応じてドライバーがどのような動作をするかという設定がなされている。あるいは、状況に応じてどのような動作をするかをドライバーに判断させる人工知能としてドライバーモデル１３４を構築してもよい。
【００２２】
また、ドライバーや車体、タイヤなどのオブジェクトの各部にかかる負荷を有限要素法により計算してもよい。たとえば、どのような状況でどのような運転をするとドライバーの内臓にどのような負荷がかかるかをシミュレーションすることにより、いわゆる「乗り心地」を車両シミュレーションで判断できる。
【００２３】
各種の制御条件や実行周波数を設定したあと、実行制御部１２４は車両モデル１２６のシミュレーション実行を開始する。各ユニットモデルや環境モデル１３６は互いに情報を交換しながら、それぞれの動作を行う。
【００２４】
縮退処理部１１０は、シミュレーションによってテストしたい車両性能に応じて、縮退の対象となるユニットモデルやサユニットモデルを構成するサブモデル（以下、「縮退候補モデル」とよぶ）や、ユニットモデルに含まれるさまざまな計算項目のうち縮退の対象となる計算項目（以下、「縮退候補項目」とよぶ）を選ぶ。そして、縮退候補項目を簡略化または除外することにより、シミューレーション全体としての計算量を削減する。縮退処理の詳細は次の図３に関連して詳述する。
【００２５】
図３は、車両モデル１２６と車両性能の関係を示す相関図である。
車両モデル１２６は、サスペンションモデル１３２、車体モデル１２８などの複数のユニットモデルの集合体である。ユニットモデルは、更に、複数のサブモデルの集合体である。たとえば、サスペンションモデル１３２は、タイヤモデル１１６、ショックアブゾーバモデル１１８、ステアリングギアモデル１２０等のサブモデルを含み、タイヤモデル１１６は、更に、ゴムモデル１３８などのサブモデル（サブ・サブモデル）を含む。このようにサブモデル、ユニットモデル、車両モデル１２６は階層構造を形成している。たとえば、ゴムモデル１３８におけるシミューレーション計算の結果は、タイヤモデル１１６やサスペンションモデル１３２等のユニットモデルの挙動計算にも影響するし、ショックアブゾーバモデル１１８が示す性能はゴムモデル１３８の挙動にも影響する。
【００２６】
サスペンションモデル１３２や車体モデル１２８などのユニットモデルは、詳細順にレベル１，２，３の３種類のモデルがそれぞれ用意されている。サブモデルについても同様である。原則として、車両モデル１２６は、同レベルのユニットモデルの組み合わせにより構成される。レベル１のサスペンションモデル１３２とレベル３の車体モデル１２８を組み合わせることはほとんどない。
【００２７】
車両特性として、さまざまな特性が定義される。そして、車両特性は、１以上のサブモデルひいてはユニットモデルと関連づけられている。たとえば、ゴムモデル１３８は、騒音・振動特性や操縦安定性との相関が高い。図３には示していないが操縦安定性は、ショックアブゾーバモデル１１８やステアリングギアモデル１２０との相関も高いと考えられる。一方、衝突時に歩行者へのダメージを抑制するための特性である歩行者保護特性とゴムモデル１３８との相関は低い。車両モデル１２６においては、車両特性とサブモデルの相関があらかじめ設定されている。このような相関は、長年の車両シミュレーションによって蓄積されたデータや設計者の経験に基づいて定義すればよい。以下、車両特性と各ユニットモデル、サブモデルの相関の強さを定義するファイルのことを「モデル相関定義ファイル」とよぶ。設計者の過去の経験を反映させた図３に示すような相関図を示すモデル相関定義ファイルをあらかじめ用意しておき、この所与のモデル相関定義ファイルをベースにして後述の縮退処理が実行される。
図３に示すように、モデルと相関がある車両性能だけを対応づけ、相関がない車両性能は対応づけないように定義してもよい。あるいは、相関の大きさを複数の離散値や連続値により定義してもよい。たとえば、操縦安定性とゴムモデル１３８の相関値を０．７、騒音・振動特性とゴムモデル１３８の相関値を０．８のように数値表現により示してもよい。
【００２８】
騒音・振動特性は、ロードノイズ、エンジン透過音のような複数のサブ車両特性（評価項目）の総合評価として定義される。同様に、操舵安定性は、旋回安定性や悪路走破性というサブ車両特性の総合評価として定義される。このように車両特性も階層化されている。
【００２９】
たとえば、旋回安定性は、操縦安定性に影響する評価項目であり、ゴムモデル１３８等との相関が高く、したがって、サスペンションモデル１３２との相関も高い。一方、旋回安定性は、車体モデル１２８のサブモデルであるフロントパネルモデル（図示せず）とはほとんど相関がない。したがって、旋回安定性をテストするときには、フロントパネルモデルに関してはそれほど精密な計算は必要ない。フロントパネルモデルの計算量を削減すれば、旋回安定性をテストするのに必要な精度を充分に確保したまま、トータルの計算量を効果的に削減できることになる。このようにユニットモデルやサブモデルの計算項目の一部を簡素化あるいは除外することを「縮退」とよぶ。
【００３０】
一方、フロントパネルの振動は乗り心地に大きく影響する。したがって、乗り心地をテストするときにはフロントパネルに関わる計算は安易に縮退させるべきではない。
【００３１】
上述のように、車両モデル１２６においては、車両性能と各モデルの相関がモデル相関定義ファイルとしてあらかじめ定義されている。本実施形態においては、シミュレーションによってテストしたい車両性能との相関が低いユニットモデルについて優先的に縮退処理することにより、テストに必要なシミュレーション精度を確保しつつ、計算量を削減し、シミュレーション時間を削減する。ここでいう「相関が低いユニットモデル」とは、相関がないとされるユニットモデルであってもよいし、相関値が所定値以下のユニットモデルであってもよい。
【００３２】
図４は、ユニットモデルとサブモデルの構造を示す模式図である。
図４において、ユニットモデルＸは、サブモデルＡ〜Ｃを含む。ここで、サブモデルＡからサブモデルＢに伝わる力は、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、ｒｘ方向、ｒｙ方向、ｒｚ方向の６つの変数として定義される。以下、それぞれ、「ｘ力」、「ｙ力」、・・・、「ｒｚ力」とよぶ。ｒｘ力はｘ軸回転方向にかかる力であり、ｒｙ力、ｒｚ力はそれぞれｙ軸回転方向、ｚ軸回転方向にかかる力を意味する。
【００３３】
サブモデルＡの計算に際し、サブモデルＡからサブモデルＢにおよぼす力が算出される。そして、サブモデルＡから力を入力情報として、サブモデルＢについての計算が行われる。サブモデルＢはサブモデルＡだけでなく、別のユニットモデルＹにあるサブモデルＣ，Ｄや、ユニットモデルＸにあるサブモデルＡとも相互作用する。
【００３４】
たとえば、サブモデルＡは直進安定性との相関が低いとする。この場合、直進安定性のテストをするときにはサブモデルＡは縮退候補モデルになる。図４に示すサブモデルＡは、サブモデルＢにのみ力を及ぼしている。直進時においては、サブモデルＡからサブモデルＢに及ぶ６方向の力のうち、ｒｘ力、ｒｙ力、ｒｚ力の大きさや変化が特に小さいことがわかっているとする。このときには、縮退処理部１１０は、サブモデルＡについてｒｘ力、ｒｙ力、ｒｚ力の計算を行わないように設定する。あるいは、ｒｘ力等の計算の有効桁数を落としたり、計算式を単純なものに取り替えることで計算を簡略化してもよい。このような縮退処理により、車両性能に応じて、シミュレーション全体に対する影響の低い計算項目に関わる計算負荷を効果的に削減できる。
【００３５】
更に計算量を削減するためにはサブモデルＡそのものをレベルダウンしたり、計算対象から除外してもよいかもしれない。このように、あるサブモデルから別のサブモデルに伝わる力の計算を簡易化あるいは一部を除外し、更には、一部のサブモデルそのものを除外することにより、計算量を段階的に削減してもよい。
【００３６】
簡略化あるいは除外対象となる計算項目は感度分析により求めておいてもよい。たとえば、直進走行時において、所定閾値以下となる力や、変化量が所定範囲内におさまる力の計算を縮退候補項目としてもよい。
【００３７】
テストしたい車両性能とは、旋回安定性やロードノイズなどの車両特性や直進、急加速、急停止などの走行パターンなど、実際の使用状況の特徴的なシーンを代表した評価項目である。たとえば、急加速時における性能をテストしたいときには、この性能との関連が低いユニットモデルやサブモデルを縮退候補モデルとして選択し、急加速によってほとんど力がかからない、あるいは、ほとんど変化しない力の計算を縮退候補項目として選択すればよい。
【００３８】
走行パターンによって、どのようなサブモデルのどのような力が影響を受けにくいかついてもあらかじめ調べておき、その走行パターンと各部の力の相関性をテーブル（以下、「項目相関定義ファイル」とよぶ）に定義しておけばよい。一般的には、基本となる車両モデル１２６があり、車両モデル１２６の運用データから、走行パターンと各部の力の関係についての基本的なデータが蓄積されている。そこで、項目相関テーブルを参照して縮退候補項目を選択すればよい。
【００３９】
図５は、縮退処理過程を示すフローチャートである。
まず、シミュレーション部１２２は、車体モデル１２８やエンジンモデル１３０等について詳細レベルに応じてユニットモデルを選択する（Ｓ１０）。ここでは、詳細順にレベル１，２，３があるとする。通常、各ユニットについてレベル１のユニットモデルを選択し、車両モデル１２６を構成する。
【００４０】
次に、縮退処理部１１０はシミュレーション時間を予測し、この予測時間が所定の閾値以下となるかを判定する（Ｓ１２）。予測方法は既知の方法を応用すればよい。たとえば、過去の類似ケースのデータに基づいて予測してもよいし、５分程度シミュレーションを実行したときのシミュレーションの進捗度から予測してもよい。予測時間が閾値以内となるときには（Ｓ１２のＹ）、縮退処理は不要であるためそのまま終了し、実行制御部１２４はシミュレーションを実行する。
【００４１】
予測時間が閾値よりも大きくなるときには（Ｓ１２のＮ）、縮退処理部１１０はユニットモデルをより簡易なものに変更可能か判定する（Ｓ１４）。たとえば、レベル１からレベル２にレベルダウンしてもシミュレーション精度を確保できるときには（Ｓ１４のＹ）、縮退処理部１１０は各ユニットモデルをレベル１（最大詳細度モデル）からレベル２（中間詳細度モデル）に変更する（Ｓ１６）。詳細度を落としたときの予測時間が閾値以内に収まるかを再判定する（Ｓ１２）。
【００４２】
詳細度レベルをそれ以上落とせないときには（Ｓ１４のＮ）、縮退処理部１１０は縮退候補モデルおよび縮退候補項目をリストアップする（Ｓ１８）。そして、縮退処理部１１０は縮退候補項目のうち、特に、全体への影響度が低い縮退候補項目を簡略化または除外することにより、ユニットモデルやサブモデルの一部を縮退させる（Ｓ２０）。縮退候補モデルと縮退候補項目は、モデル相関定義ファイルや項目相関定義ファイルに基づいてリストアップされる。縮退後の予測時間が閾値以下となれば（Ｓ２２のＹ）、縮退処理は終了する。縮退後も予測時間が閾値以下とならない場合には（Ｓ２２のＮ）、縮退候補モデルおよび縮退候補項目を再度リストアップし（Ｓ１８）、更に多くの縮退候補項目を縮退させる（Ｓ２０）。たとえば、ｘ力、ｙ力、ｚ力、ｒｘ力、ｒｙ力、ｒｚ力のうち、ｒｘ力〜ｒｚ力を縮退させても不十分なときにはｘ力〜ｚ力のうち比較的小さいｚ力を計算から除外してもよい。更には、テストしたい車両性能と相関性が薄いサブモデルをより簡易なものに変更してもよいし、サブモデルそのものを除外してもよい。
Ｓ１８〜Ｓ２２の処理を繰り返すことにより、全体への影響度が小さい計算項目から優先的に縮退させながら、少しずつシミュレーション時間（予測時間）を短縮していく。
【００４３】
以上、実施形態に基づいて車両シミュレーションシステム１００について説明した。車両シミュレーションシステム１００によれば、多種多様なユニットモデルを組み合わせて車両モデルを構築するとき、各ユニットモデルに含まれる多数の計算項目のうち、シミュレーションによってテストしたい車両性能に及ぼす影響が小さい計算項目から優先的に計算量を削減できる。たとえば、第１回目の縮退処理（図５のＳ１８，Ｓ２０）においては、縮退候補モデル（サブモデル）に含まれる縮退候補項目のうち、第１の閾値（たとえば、０．５（Ｎ））よりも小さな力を除外する。予測時間が閾値以下とならないときには、第２回目の縮退処理を実行し、第２の閾値（たとえば、１．０（Ｎ））よりも小さな力（第２の閾値は第１の閾値よりも大きな閾値）を除外する。
【００４４】
このような縮退処理によれば、シミュレーション精度への影響を極力抑制しながら、シミュレーション時間を効率的に削減できる。あらかじめ、複数の詳細度に対応したユニットモデルを用意し、それらの中からシミュレーションの目的に応じていずれかのユニットモデルを選択することにより、シミュレーション時間を段階的に削減できる。本実施形態においては、更に、縮退候補モデルや縮退候補項目を特定することにより、精度と計算量のバランスを微調整できる。
【００４５】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４６】
車両モデルを構成するユニットのうち、一部についてはユニットモデルではなく実機を用いてもよい。たとえば、エンジンだけは実機を使用し、エンジンへの入出力に関わるユニットについてはユニットモデルを使うことにより、ハードウェアとソフトウェアを混在させたシミュレーションも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  車両シミュレーションシステム、  １０２  車両シミュレータ、  １０４  制御端末、  １０８  条件設定部、  １１０  縮退処理部、  １１４  通信部、  １２２  シミュレーション部、  １２４  実行制御部、  １２６  車両モデル、  １２８  車体モデル、  １３０  エンジンモデル、  １３２  サスペンションモデル、  １３６  環境モデル、  １３８  ゴムモデル。
【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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