モデル作成方法及びシステム
【課題】信頼性の高い車両モデルを作成することができるモデル作成方法およびシステムを提供する。
【解決手段】まず、計測区分点１〜４に計測器を装着した実車両を走行させながら計測区分点でデータを取得する。次に、得られたデータに基づいて計測部分モデルを作成する。計測部分モデルは、計測区分点１〜４で区切られ、且つ、計測区分点１〜４でのデータを入出力値とするモデルであり、この計測部分モデルを作成することによって、車両モデルを作成する。
【解決手段】まず、計測区分点１〜４に計測器を装着した実車両を走行させながら計測区分点でデータを取得する。次に、得られたデータに基づいて計測部分モデルを作成する。計測部分モデルは、計測区分点１〜４で区切られ、且つ、計測区分点１〜４でのデータを入出力値とするモデルであり、この計測部分モデルを作成することによって、車両モデルを作成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモデル作成方法及びシステムに係り、特に車両開発において車両モデルを作成するモデル作成方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車開発において、開発の工数削減やコスト低減を目的としてモデルベース開発が進められている。モデルベース開発では、実車両を想定した車両モデルを作成し、その車両モデルを用いてシミュレーションを実行することで、開発の工数削減やコスト削減を図っている。
【０００３】
車両モデルを構築する際、従来はまず、エンジン、トルクコンバータ、タイヤなど、構造上分類される部品ごとに物理モデルを作成し、その物理モデルを結合させることによって車両モデルを構築している。（たとえば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-224290
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、各部品の物理モデルは通常、入出力の変数が多数あり、且つ、その変数の種類がモデル毎に異なるので、各モデルを結合する作業に多大な労力を要するという問題があった。
【０００６】
また、各物理モデルには誤差があるので、その物理モデルを結合して構築した車両モデルは精度が低いという問題があった。さらに、各物理モデルは定常状態に基づいて作成しているのに対して、現実の殆どの事象は過渡状態で起きるため、従来の車両モデルは低い精度しか得られなかった。たとえば、従来の車両モデルによるシミュレーション結果と、実車による走行試験結果は６〜７割程度の一致度しかなく、信頼性に欠けるという問題があった。
【０００７】
また、従来の方法で作成した物理モデルは正確に検証できないという問題もあった。たとえば、各物理モデルの入出力の位置（すなわち各部品の連結位置）で計測を行えるとは限らないため、各物理モデルそのものを正確に検証することができず、これが誤差となったり、或いは、個体差による誤差が含まれてしまうなどの問題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、信頼性の高い車両モデルを構築することができるモデル作成方法およびシステム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】
【０００９】
請求項１の発明は前記目的を達成するために、計測区分点に計測器を装着した実車両を走行させた状態で前記計測器から計測データを取得する走行計測ステップと、前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成ステップと、を備えたことを特徴とするモデル作成方法を提供する。
【００１０】
本発明の発明者は、従来の如く部品の物理モデルを作成し、それを結合して全体モデルを構築してもシミュレーションの精度を上げるのに限界があるという知見を得た。その一方で、近年では計測技術の向上により車両の走行中の各種データを正確に計測できることに着目し、予め正しい位置に計測器を装着し、その計測器で得られた計測データを基準として（すなわち真の値として信頼して）計測部分モデルを作成し、車両モデルを構築すれば、シミュレーション結果の精度が向上し、且つ、各計測部分モデルの検証が容易であるという知見を得た。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、計測区分点で区切られ、且つ、計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成し、車両モデルを作成するので、シミュレーションの精度を向上させることができる。特に本発明は、計測器を装着した実車両を走行させながら得られたデータ、すなわち、過渡試験でのデータに基づいてモデルを作成するので、車両モデルを精度良く作成することができる。なお、計測器は、回転する軸に対して直交する面に複数のセンサを設けることが好ましく、この場合には、複数のセンサを含む面で区切られた計測部分モデルが作成される。また、計測器を装着した実車両を走行させるとは、実路面を走行させることの他に、台上試験で走行させることを含むものとする。
【００１２】
請求項２の発明は請求項１において、前記計測データは、前記計測部分モデル間で授受されるエネルギーを示す対の変数であることを特徴とする。本発明によれば、計測データがエネルギーを示す対の変数なので、エネルギー保存則が適用され、全ての計測部分モデルを精度良く作成することができる。
【００１３】
請求項３の発明は請求項２において、前記対の変数は、回転速度とトルクであることを特徴とする。本発明の発明者は、車両の駆動力に関する入出力の変数として回転速度とトルク（回転力）が全ての計測部分モデルで共通することに着目し、この回転速度とトルクを複数の計測区分点で計測するようにした。したがって、本発明によれば、共通の変数で計測部分モデルを作成することができる。また、入出力の変数が共通なので、各計測部分モデルを変更した場合であっても、すぐに車両の全体モデルを再構築することができる。
【００１４】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記計測部分モデルは、線形モデルまたは非線形モデルであることを特徴とする。本発明は計測区分点を基準にして部分モデルを作成するので、部分モデルが線形モデル、非線形モデルのいずれであっても容易に作成することができる。特に本発明は計測データを取得した位置で部分モデルを区切っているので、計測データそのものをマップで表現して部分モデルとすることも可能である。
【００１５】
請求項５の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記計測部分モデルは、前記計測データを入出力値とするブラックボックスモデル、または、前記計測データを入出力値とするとともにその一部がブラックボックスモデルであるグレイボックスモデルであることを特徴とする。
【００１６】
本発明は計測部分モデルの全体または一部がブラックボックスモデルである場合に有利である。すなわち、本発明はデータそのものをモデルとして扱うことができるので、ブラックボックスモデルを有する場合であってもモデル化が容易である。なお、データとして得られたモデルは、数式を当てはめて数式モデルとすることが好ましい。このように作成した数式モデルは、時系列データや過渡情報を含んでおり、シミュレーションの精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項６の発明は前記目的を達成するために、計測区分点に計測器が装着された実車両を走行させた状態で前記計測器から取得した計測データを入力する入力手段と、前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成手段と、を備えたことを特徴とするモデル作成システムを提供する。
【００１８】
本発明によれば、計測区分点で区切られ、且つ、計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成し、車両モデルを作成するので、シミュレーションの精度を向上させることができる。また、計測データを取得した位置で区切られた計測部分モデルを作成するので、計測部分モデルの検証や変更も容易であり、部品の変更等にも迅速に対応することができる。
【００１９】
請求項７の発明は請求項６において、前記計測器を複数装着するとともに、該複数の計測器で回転速度とトルクを計測することを特徴とする。本発明によれば、複数の計測器において、回転速度とトルクを共通の入出力の変数とするので、計測部分モデルを簡単に作成することができる。また、変数が共通なので、各計測部分モデルを変更した場合であっても、すぐに全体モデルを再構築することができる。
【００２０】
請求項８の発明は請求項７において、前記複数の計測器は、駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、非駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、駆動輪と非駆動輪の両方でトルクと回転数を計測するので、摩擦抵抗マップを含むタイヤモデルを容易に作成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、計測データを取得した位置で区切り、且つ、計測データを基準とする計測部分モデルを作成し、車両モデルを構築するので、シミュレーションの精度を向上させることができる。また、計測データを取得した位置で区切られた計測部分モデルを作成するので、モデルの検証や変更も容易であり、部品の変更等にも迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の基本的概念を模式的に示す図
【図２】従来の基本的概念を模式的に示す図
【図３】本実施の形態のフローを示す図
【図４】本実施の形態で作成するモデルの一例を示す図
【図５】図４の計測部分モデルの一例を示す図
【図６】図５の摩擦係数マップの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面に従って、本発明に係るモデル作成方法及びシステムの好ましい実施形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明の基本的概念について図１、図２に従って説明する。図１は本発明のモデル作成方法の概念を模式的に示す図であり、図２は従来のモデル作成方法の概念を模式的に示す図である。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、従来はまず、各部品ごと（たとえばエンジン、トルクコンバータ、タイヤなど構造上分類される物品ごと）に部分モデルを作成する。この部分モデルは、理論的に求めた物理モデルであり、たとえば特開2002-356106では有限要素法によってタイヤモデルを作成している。このように求めた部分モデル（以下、本発明と区別するために物理部分モデルという）は定常状態を表しており、且つ、その入出力の変数は通常、数が非常に多く、さらに各物理部分モデルごとに入出力の変数の数や種類が異なっている。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、各物理部分モデルを結合することによって、全体モデルを構築する。その際、各物理部分モデルは、入出力の変数の種類や数が異なっているので、結合作業に多大な労力を要する。そこで、たとえば特開2008-224290では物理部分モデルの結合を容易にするため、各物理部分モデルを行列式で表している。しかしながら、この場合には各物理部分モデルの信頼性を高めることが困難であり、モデルの検証・修正が難しいという問題がある。モデルの検証・修正は通常、各物理部分モデルに対応する部品（すなわち組立前の部品）ごとに計測を行い、その計測値と物理部分モデルのシミュレーション値とを比較することによって行われる。しかし、従来の場合は、車両の状態（すなわち組立後の状態）と異なる条件で試験を行うので、物理部分モデルを正確に検証することができない。そこで、車両に計測器を装着して車両を走行させながら計測する方法が提案されているが、物理部分モデル同士の結合部分（繋ぎ目）の位置で計測できるとは限らず、さらにその物理部分モデルの入出力の変数を計測できるとは限らないため、物理部分モデルを正確に検証・修正することができない。このように、従来は、物理部分モデルを正確に作成・検証・修正することが困難であり、ある程度の誤差が生じることになる。さらに、従来の車両モデルは、物理部分モデルを定常状態に基づいて作成しているため、過渡状態が殆どである現実の挙動とは合わないという問題が発生する。そして、その物理部分モデルを組み立てて全体モデルを構築するため、全体モデルも必然的に誤差が大きくなるという問題が発生する。
【００２７】
これに対して本発明は、計測区分点を基準としてモデルを作成する。まず、図１（ａ）に示すように、車両を走行させながら計測する計測区分点と、その計測区分点で計測する変数（パラメータ）を設定する。計測区分点の位置は、各部品（たとえばエンジン、トルクコンバータ、タイヤなどの部品）の接続部分に限定されるものではなく、正確な計測が行える点を選択する。また、計測区分点で計測する変数は、できるだけ全ての計測区分点で共通となるように設定する。本実施の形態ではエネルギー状態を表す回転速度と回転力（トルク）に設定する。
【００２８】
次に、計測区分点に計測器を装着した車両を走行させ、計測データを取得する。そして、得られた計測データに基づき、図１（ｂ）に示すように部分モデル（以下、この部分モデルを従来の部分モデルと差別化するため、計測部分モデルという）を作成する。この計測部分モデルは、従来の部分モデルのように構造上分類される物品ごとに作成したモデルではなく、計測区分点を基準として作成したモデルである。すなわち、計測部分モデルは、計測区分点での計測値を正確な値として信頼し、計測区分点ごとに区切り、且つ、計測値を入出力値として作成したモデルである。
【００２９】
各計測部分モデルは、いわゆるブラックボックスモデルでよく、たとえば入出力値を示すデータそのものや、それをテーブル化したもの、或いは、データを実験計画法などによってマップ化したものなどを用いることができる。また、モデルの一部を理論的に予測できる場合には、その一部分をホワイトボックスモデルとし、残りをブラックボックスモデルとしたグレイボックスモデルを用いてもよい。
【００３０】
さらに、得られた計測データのモデルについて、数式に当てはめることにより数式モデルとしてもよい。数式モデルは、計測データについて、時系列情報・過渡情報を含む式で表したものであり、たとえば下記の状態方程式によって表される。
【００３１】
【数１】
この状態方程式の場合、入力と出力からＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを求め、数式モデルを作成する。このようにして作成した数式モデルは、時系列情報、過渡情報を含んでいるので、現実の挙動をより正確に表したモデルとなる。なお、従来の物理部分モデルは、定常状態を示すので、上記の式の定数項ＤとCの項を表しており、現実の挙動からずれた結果を示すことになる。
【００３２】
上述のごとく計測部分モデルを作成して全体モデルを構築した場合、モデルの検証・修正が容易になる。すなわち、計測区分点を基準として部分計測モデルを作成するので、計測データがそのまま部分計測モデルの入出力値となる。したがって、計測データから簡単に検証することができ、修正も容易である。
【００３３】
また、検証、修正によって部分計測モデルを正確に作成できるので、全体モデルも必然的に信頼性が向上する。さらに、計測部分モデルの作成、検証、修正が容易であるので、計測部分モデルの変更も容易である。たとえば部品を交換して計測部分モデルを作成する場合であっても、同じ計測区分点で計測することによって、新たな計測部分モデルを作成することができる。
【００３４】
また、本実施の形態は、計測区分点を基準として計測部分モデルを作成するので、計測部分モデルを容易に作成することができる。すなわち、計測データをそのままモデルとしたりマップ化したりすればよく、計測部分モデルの作成が容易である。
【００３５】
さらに、本実施の形態は、実車両を走行させて得られた計測データ、すなわち、過渡試験のデータに基づいてモデルを作成している。したがって、作成したモデルは、過渡状態を表しているので、現実の挙動に精度良く一致することになる。
【００３６】
次に本実施の形態におけるモデル作成方法およびシステムの具体例について図３に従って説明する。図３は本発明のモデル作成方法のフローを示している。
【００３７】
同図に示すように、まず、計測区分点と計測値（変数）の設定を行う（ステップＳ１）。前述したように、計測区分点の位置は、各部品（たとえばエンジン、トルクコンバータ、タイヤなどの部品）の接続部分に限定されるものではなく、正確な計測が行える点を選択する。また、計測区分点で計測する変数は、できるだけ全ての計測区分点で共通となるように設定し、特にエネルギー保存測が適用される対の変数が好ましい。本実施の形態では、対の変数として、回転速度と回転力（トルク）の二つを選択し、この二つの変数を正確に計測できる位置を計測区分点として設定する。
【００３８】
ここで、「エネルギー保存則が適用される対の変数」とは、その二つの変数を乗じることによって計測部分モデル間で授受されるエネルギーを示すものであり、たとえば上述した回転速度とトルクは、乗じることによって回転エネルギーを示している。別の例としては、非回転系における移動速度と荷重力、流体系における圧力と体積流量、温度系における温度と熱量、磁気系における起磁力と磁束、電気系における電圧と電流、などが挙げられる。
【００３９】
なお、計測区分点は、上述した対の変数を正確に測点でき、且つ、作成される計測部分モデルの正確性に影響を与えない領域に設定される。たとえば、計測区分点に複数個の計測センサを配した場合は、その複数個のセンサで区分される点や面として表される。具体的には、エンジンとトランスミッションの接続位置（以下、計測区分点１）、ドライブシャフトの位置（以下、計測区分点２）、駆動輪の位置（以下、計測区分点３）、非駆動輪の位置（以下、計測区分点４）等に設定される。なお、本実施の形態では、上記の４つの計測区分点を選択したが、これに限定するものではなく、他の位置で計測してもよい。また、本実施の形態では、入出力の変数として回転速度とトルクを選択したが、これに限定するものではなく、別の変数を選択してもよい。
【００４０】
次に、設定した計測区分点にそれぞれ計測器を装着し、その計測器を装着した車両を走行させながら計測器のデータを取得する（ステップＳ２）。計測器は、各計測区分点１〜４ごとに適切なものを選択し、たとえば各計測区分点１〜４において以下のものを用いることが好ましい。
【００４１】
計測区分点１の場合、エンジンのクランクシャフトの端部（或いはそれに連動して回転する部材）に軸トルク計を装着する。軸トルク計は、公知のものを用いることができ、たとえば、クランクシャフトの端部に歪ゲージを有する円盤を取り付けてトルクを計測するとともに、円盤の回転を検知する回転計を取り付けて回転数を計測する。なお、軸トルク計を取り付ける代わりに、車両内に予め設けられた円盤部材（たとえばドライブプレート、フライホイール、ドリブンプレートなど）を利用し、その円盤部材に形成した起歪部に歪ゲージを装着するとともに円盤部材に回転計を装着することによって、トルクや回転数を計測するようにしてもよい。
【００４２】
たとえば特開２００１−３０４９８５に記載されるように、エンジンとトランスミッションの間に介装されるドライブプレートに複数の起歪部を設け、さらにその起歪部に複数個の歪ゲージを設けたトルク計測装置を、計測区分点１の計測器として使用することが考えられる。この場合、計測部分モデルは、クランクシャフトを含むエンジンモデルとトランスミッションモデルであり、計測区分点１はドライブプレート内に設定され、複数個の歪ゲージを含む面として表されることになる。なお、回転速度を計測する位置は、その測定精度が位置に影響されないので、精度に影響されない範囲に設定すればよい。
【００４３】
計測区分点２の場合、ドライブシャフトに軸トルク計を装着する。軸トルク計は、公知のものを用いることができ、たとえば、ドライブシャフトに複数のびずみゲージを装着し、このひずみゲージでトルクを計測し、アンテナによってデータを非接触で送信する。また、ドライブシャフトにローターを取り付けて、固定側のステーターでドライブシャフトの回転数を検知する。これにより、ドライブシャフトのトルクと回転数を計測することができる。
【００４４】
計測区分点３の場合、駆動輪にホイールトルク計を装着する。ホイールトルク計は、車輪に加わる外力を計測する装置であり、公知の様々な構成のものを用いることができる。一般的な構成としては、車輪のホイールリムに取り付けられる円環状のリム取付枠と、ホイールハブに取り付けられる円環状のハブ取付枠と、リム取付枠とハブ取付枠との間に架設されるアーム部材と、このアーム部材に取り付けられる歪ゲージなどのセンサと、ハブ取り付け枠に回動自在に固定された非回転部分のスリップリングとによって構成される。スリップリングは連結部材を介して車体（たとえばボンネットやドアなど）に固定される。連結部材は、スリップリングを車体に対して移動自在に支持する構成であればよく、車体に対するホイールトルク計の位置を計測できるものが好ましい。また、スリップリングには車輪の回転を検出する回転計が取り付けられている。このようなホイールトルク計を車輪に装着することによって、駆動輪のトルクと回転速度を検出することができる。なお、このような計測器としては、たとえば株式会社エー・アンド・デイ社製Wheel Force Sensorを好適に用いることができる。
【００４５】
計測区分点４の場合、計測区分点３と同様のホイールトルク計を、非駆動輪に装着する。これにより、非駆動輪の回転速度とトルクを計測することができる。なお、ホイールトルク計の代わりに、6分力を計測できるホイール分力計を装着するようにしてもよい。
【００４６】
車両には、上述した計測器のほかに、各計測器のデータを記憶するメモリ（不図示）を搭載する。なお、データを無線で送信し、車両と遠隔的に設けたメモリにデータを記憶するようにしてもよい。
【００４７】
次に、上記の如く計測器とメモリを装着した車両を実際に走行させ、計測器で計測を行ってメモリにデータを記憶する。
【００４８】
次に、計測部分モデルを作成し、車両モデルを構築する（ステップＳ３）。その作業は、解析装置（不図示）によって行う。解析装置は、前述のメモリからデータを入力する入力手段を備え、入力したデータに基づいて計測部分モデルを作成し、その結果を画面（不図示）に出力するように構成される。
【００４９】
図４に示すように、計測部分モデルは、計測区分点１〜４で区切って作成し、且つ、計測区分点１〜４での計測値が入出力値となるように設定する。これにより、計測区分点１によって区切られた計測部分モデル１２（エンジンモデル）と、計測区分点１と計測区分点２によって区切られた計測部分モデル１４（トランスミッションモデル）と、計測区分点２と計測区分点３によって区切られた計測部分モデル１６（ドライブシャフトモデル）と、計測区分点３と計測区分点４によって区切られた計測部分モデル１８（タイヤモデル）と、計測区分点４によって区切られた計測部分モデル２０（車体、走行抵抗のモデル）と、が作成される。
【００５０】
具体的に説明すると、計測部分モデル１２は、計測区分点１で計測したトルクＴ１を入力値とし、計測区分点１で計測した回転数Ｎ１を出力値として作成されたモデルであり、エンジンの動作を表している。計測部分モデル１４は、計測区分点１で計測した回転数Ｎ１と、計測区分点２で計測したトルクＴ２とを入力値とし、計測区分点１で計測したトルクＴ１と、計測区分点２で計測した回転数Ｎ２とを出力値として作成されたモデルであり、トルクコンバータやギアなどの動作をモデル化したものである。計測部分モデル１６は、計測区分点２で計測した回転数Ｎ２と、計測区分点３で計測した回転数Ｎ３とを入力値とし、計測区分点２で計測したトルクＴ２と、計測区分点３で計測したトルクＴ３とを出力値として、作成されたモデルであり、ドライブシャフトの動作を表したモデルとなっている。計測部分モデル１８は、計測区分点３で計測したトルクＴ３と、計測区分点４で計測した駆動・制動力Ｆ４（＝トルクＴ４）とを入力値とし、計測区分点３で計測した回転数Ｎ３と、計測区分点４で計測した車両速度Ｖ４（＝回転数Ｎ４）とを出力値として、作成されたモデルであり、タイヤを表したモデルとなっている。計測部分モデル２０は、計測区分点４での駆動・制動力Ｆ４を入力値とし、同じく計測区分点４での車両速度Ｖ４を出力値として作成されたモデルであり、タイヤの並進方向の成分と車体と走行抵抗とを表している。
【００５１】
図５は計測部分モデル１８の具体例を示している。同図に示す計測部分モデル１８は、物理モデルの予測困難な部分をブラックボックスモデルとし、残りをバネマス系のホワイトボックスモデルで表したグレイボックスモデルである。すなわち、計測部分モデル１８は、ブラックボックスである摩擦係数マップ２４を備えるとともに、この摩擦係数マップ２４の入出力の変数を計測区分点３、４での値（回転数Ｎ３、Ｎ４、トルクＴ３、Ｔ４、車両速度Ｖ４、駆動・制動力Ｆ４）から演算するための各種ブロックを備えている。図５において、符号２２は、スリップ比算出部であり、計測区分点３、４のデータから演算された二つの回転数Ｎ３、Ｎ４を入力値とし、その二つの入力値からスリップ比（＝（Ｎ３−Ｎ４）／Ｎ３）を演算する。符号２６は垂直抗力であり、計測区分点３、４で計測されるトルクの鉛直方向成分から求めたり、あるいは予め測定された車両の重量で表される。また、符合２８は乗算演算部であり、符号３２はタイヤの半径Ｒに対する演算部である。符号３４のＪはタイヤの慣性モーメントを表しており、この演算部によってトルクから回転数へ変換される。同様に、符号３６のＭはタイヤの重量であり、この演算部によってトルクから回転数へ変換される。
【００５２】
上記のような各種演算を行うことによって、摩擦係数マップ２４の入出力の変数（スリップ率と摩擦係数）を、計測区分点３、４での回転数Ｎ３、Ｎ４、トルクＴ３、Ｔ４から演算することができる。すなわち、計測区分点３、計測区分点４で得られたデータを蓄積することによって、摩擦係数マップ２４を自動的に作成することができる。
【００５３】
このようにして求めた摩擦係数マップを図６（ａ）に示す。また、その一部拡大図を図６（ｂ）に示す。これらの図に示すマップは、様々な条件で車両を走行させて計測を行い、その結果から作成したスリップモデルである。具体的には、アクセル開度１００％で乾燥路面を走行させながら計測を行った結果、アクセル開度２５％で乾燥路面を走行させながら計測を行った結果、雪道を走行させながら計測を行った結果、氷面を走行させながら計測を行った結果、まだら路（乾燥路面と氷面とが交互に配置された路面）を走行させながら計測を行った結果を示している。
【００５４】
図６から分かるように、本実施の形態は、計測区分点３、計測区分点４でのデータに基づいて計測部分モデル１８を作成するので、線形性の有無に関わらず、モデルを簡単に作成することができる。特に本実施の形態では、実車両を走行させた際のデータによって簡単に計測部分モデル１８を作成することができ、路面やアクセル開度が異なる様々な条件での計測部分モデル１８を簡単に作成することができる。これに対して従来の物理部分モデルは、路面やアクセル開度などの条件を変えるたびに理論式を立てて物理モデルを作成しなければならず、モデルの作成に多大な労力を要し、且つ、モデルの精度が低くなる。
【００５５】
また、本実施の形態の計測部分モデル１８は、物理モデルの予想可能な範囲をホワイトボックスモデルとしたので、従来の如く全てを物理モデルとした物理部分モデルとの対比が可能である。したがって、従来のモデルを検証に利用することも可能である。
【００５６】
なお、上述した実施形態は、計測部分モデル１８がグレイボックスモデルの例を示したが、これに限定するものではなく、全てをブラックボックスモデルとしてもよい。すなわち、トルクＴ３、トルクＴ４（または駆動・制動力Ｆ４）を入力値とし、回転数Ｎ３、回転数Ｎ４（または車両速度Ｖ４）を出力値とするブラックボックスモデルとしてもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態は、ブラックボックスモデルをマップで示したが、計測データに数式を当てはめることによって、数式モデルとしてもよい。すなわち、上述した計測部分モデル１８の場合には、回転数Ｎ３、Ｎ４を入力とし、トルクＴ３、Ｔ４を出力とする状態方程式（たとえば前述の［数１］）で示すようにしてもよい。このように計測部分モデル１８を数式モデルで示すことによって、従来の物理モデルとの相関関係が得られやすくなる。
【００５８】
次に上記の如く作成された車両モデルの検証を行う（ステップＳ４）。検証は、各計測部分モデルに対応する部品ごとに行うとともに、上述の計測区分点１〜４と同じ位置で計測する。これにより、容易に各モデルを検証することができる。
【００５９】
以上説明したように本実施の形態によれば、計測に基づく計測部分モデル１２〜２０を作成しているので、精度の高い車両モデルを構築することができる。
【００６０】
たとえば、上述の計測部分モデル１８の場合で考えると、従来は、タイヤの形状、材質、トレッドパターン等から、複雑な理論式によってタイヤモデルを形成している。このタイヤモデルは、入出力の変数が多数あり、精度を向上させようとするほど複雑なモデルとなる。また、定常状態での理論式に基づいて作成しているため、条件が時々刻々と変化する過渡状態では、高い精度が得られないという問題がある。
【００６１】
これに対して、本実施の形態の計測部分モデル１８は、従来の物理部分モデルのようにタイヤという部品で区切られたモデルではなく、計測に基づくモデルである。すなわち、変数を正確に計測できる計測区分点を選択し、その計測区分点で計測を行うことによって、基準となる計測値が得られ、この計測値を基準として作成したモデルである。このように作成した計測部分モデル１８は、タイヤ全体を表現したモデルではないものの、回転数とトルクという走行に深く関わる変数によって作成しているため、車両の走行を正確に再現することができる。また、本実施の形態の計測部分モデル１８は、実際に車両を走行させた際のデータ、すなわち過渡試験でのデータに基づいて、モデルを作成しているので、現実の車両の挙動をより正確に再現することができる。
【００６２】
他の計測部分モデル１２、１４、１６、２０も同様に、計測に基づくモデルであり、過渡状態を示しているので、精度の高いモデルとなる。したがって、本実施の形態によれば、精度の高い計測部分モデル１２〜２０によって車両モデルが構築されているので、車両モデルでシミュレーションを実行することによって、車両の走行を正確に再現することができる。
【００６３】
また、本実施の形態によれば、正確に計測できる計測点を基準としてモデルを作成するので、計測による検証を容易に行うことができる。すなわち、従来の物理部分モデルの場合には、そのモデルに対応する部品の連結位置で計測することが必要であり、計測できない場合にはモデルの検証ができないという問題がある。しかし、本実施の形態の場合には、正確に計測できる計測区分点を基準としているので、部品ごとの試験を行う場合や部品を変更した場合であっても同じ計測位置を選択することによって、常に正確な計測を行うことができ、検証を確実に行うことができる。
【００６４】
さらに、本実施の形態によれば、計測値に基づいて計測部分モデル１２〜２０を作成するので、データの蓄積そのものをモデルとしたり、データをマップ化したものをモデルとしたりすることができる。したがって、全体または一部の理論が不明な場合（すなわち、ブラックボックスモデルやグレイボックスモデルの場合）であっても、計測部分モデル１２〜２０を容易に且つ正確に作成することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 車両モデル
１２〜２０ 計測部分モデル
２２ スリップ比算出部
２４ 摩擦係数マップ
２６ 垂直抵抗入力部
２８ 乗算演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明はモデル作成方法及びシステムに係り、特に車両開発において車両モデルを作成するモデル作成方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車開発において、開発の工数削減やコスト低減を目的としてモデルベース開発が進められている。モデルベース開発では、実車両を想定した車両モデルを作成し、その車両モデルを用いてシミュレーションを実行することで、開発の工数削減やコスト削減を図っている。
【０００３】
車両モデルを構築する際、従来はまず、エンジン、トルクコンバータ、タイヤなど、構造上分類される部品ごとに物理モデルを作成し、その物理モデルを結合させることによって車両モデルを構築している。（たとえば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-224290
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、各部品の物理モデルは通常、入出力の変数が多数あり、且つ、その変数の種類がモデル毎に異なるので、各モデルを結合する作業に多大な労力を要するという問題があった。
【０００６】
また、各物理モデルには誤差があるので、その物理モデルを結合して構築した車両モデルは精度が低いという問題があった。さらに、各物理モデルは定常状態に基づいて作成しているのに対して、現実の殆どの事象は過渡状態で起きるため、従来の車両モデルは低い精度しか得られなかった。たとえば、従来の車両モデルによるシミュレーション結果と、実車による走行試験結果は６〜７割程度の一致度しかなく、信頼性に欠けるという問題があった。
【０００７】
また、従来の方法で作成した物理モデルは正確に検証できないという問題もあった。たとえば、各物理モデルの入出力の位置（すなわち各部品の連結位置）で計測を行えるとは限らないため、各物理モデルそのものを正確に検証することができず、これが誤差となったり、或いは、個体差による誤差が含まれてしまうなどの問題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、信頼性の高い車両モデルを構築することができるモデル作成方法およびシステム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】
【０００９】
請求項１の発明は前記目的を達成するために、計測区分点に計測器を装着した実車両を走行させた状態で前記計測器から計測データを取得する走行計測ステップと、前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成ステップと、を備えたことを特徴とするモデル作成方法を提供する。
【００１０】
本発明の発明者は、従来の如く部品の物理モデルを作成し、それを結合して全体モデルを構築してもシミュレーションの精度を上げるのに限界があるという知見を得た。その一方で、近年では計測技術の向上により車両の走行中の各種データを正確に計測できることに着目し、予め正しい位置に計測器を装着し、その計測器で得られた計測データを基準として（すなわち真の値として信頼して）計測部分モデルを作成し、車両モデルを構築すれば、シミュレーション結果の精度が向上し、且つ、各計測部分モデルの検証が容易であるという知見を得た。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、計測区分点で区切られ、且つ、計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成し、車両モデルを作成するので、シミュレーションの精度を向上させることができる。特に本発明は、計測器を装着した実車両を走行させながら得られたデータ、すなわち、過渡試験でのデータに基づいてモデルを作成するので、車両モデルを精度良く作成することができる。なお、計測器は、回転する軸に対して直交する面に複数のセンサを設けることが好ましく、この場合には、複数のセンサを含む面で区切られた計測部分モデルが作成される。また、計測器を装着した実車両を走行させるとは、実路面を走行させることの他に、台上試験で走行させることを含むものとする。
【００１２】
請求項２の発明は請求項１において、前記計測データは、前記計測部分モデル間で授受されるエネルギーを示す対の変数であることを特徴とする。本発明によれば、計測データがエネルギーを示す対の変数なので、エネルギー保存則が適用され、全ての計測部分モデルを精度良く作成することができる。
【００１３】
請求項３の発明は請求項２において、前記対の変数は、回転速度とトルクであることを特徴とする。本発明の発明者は、車両の駆動力に関する入出力の変数として回転速度とトルク（回転力）が全ての計測部分モデルで共通することに着目し、この回転速度とトルクを複数の計測区分点で計測するようにした。したがって、本発明によれば、共通の変数で計測部分モデルを作成することができる。また、入出力の変数が共通なので、各計測部分モデルを変更した場合であっても、すぐに車両の全体モデルを再構築することができる。
【００１４】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記計測部分モデルは、線形モデルまたは非線形モデルであることを特徴とする。本発明は計測区分点を基準にして部分モデルを作成するので、部分モデルが線形モデル、非線形モデルのいずれであっても容易に作成することができる。特に本発明は計測データを取得した位置で部分モデルを区切っているので、計測データそのものをマップで表現して部分モデルとすることも可能である。
【００１５】
請求項５の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記計測部分モデルは、前記計測データを入出力値とするブラックボックスモデル、または、前記計測データを入出力値とするとともにその一部がブラックボックスモデルであるグレイボックスモデルであることを特徴とする。
【００１６】
本発明は計測部分モデルの全体または一部がブラックボックスモデルである場合に有利である。すなわち、本発明はデータそのものをモデルとして扱うことができるので、ブラックボックスモデルを有する場合であってもモデル化が容易である。なお、データとして得られたモデルは、数式を当てはめて数式モデルとすることが好ましい。このように作成した数式モデルは、時系列データや過渡情報を含んでおり、シミュレーションの精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項６の発明は前記目的を達成するために、計測区分点に計測器が装着された実車両を走行させた状態で前記計測器から取得した計測データを入力する入力手段と、前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成手段と、を備えたことを特徴とするモデル作成システムを提供する。
【００１８】
本発明によれば、計測区分点で区切られ、且つ、計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成し、車両モデルを作成するので、シミュレーションの精度を向上させることができる。また、計測データを取得した位置で区切られた計測部分モデルを作成するので、計測部分モデルの検証や変更も容易であり、部品の変更等にも迅速に対応することができる。
【００１９】
請求項７の発明は請求項６において、前記計測器を複数装着するとともに、該複数の計測器で回転速度とトルクを計測することを特徴とする。本発明によれば、複数の計測器において、回転速度とトルクを共通の入出力の変数とするので、計測部分モデルを簡単に作成することができる。また、変数が共通なので、各計測部分モデルを変更した場合であっても、すぐに全体モデルを再構築することができる。
【００２０】
請求項８の発明は請求項７において、前記複数の計測器は、駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、非駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、駆動輪と非駆動輪の両方でトルクと回転数を計測するので、摩擦抵抗マップを含むタイヤモデルを容易に作成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、計測データを取得した位置で区切り、且つ、計測データを基準とする計測部分モデルを作成し、車両モデルを構築するので、シミュレーションの精度を向上させることができる。また、計測データを取得した位置で区切られた計測部分モデルを作成するので、モデルの検証や変更も容易であり、部品の変更等にも迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の基本的概念を模式的に示す図
【図２】従来の基本的概念を模式的に示す図
【図３】本実施の形態のフローを示す図
【図４】本実施の形態で作成するモデルの一例を示す図
【図５】図４の計測部分モデルの一例を示す図
【図６】図５の摩擦係数マップの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面に従って、本発明に係るモデル作成方法及びシステムの好ましい実施形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明の基本的概念について図１、図２に従って説明する。図１は本発明のモデル作成方法の概念を模式的に示す図であり、図２は従来のモデル作成方法の概念を模式的に示す図である。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、従来はまず、各部品ごと（たとえばエンジン、トルクコンバータ、タイヤなど構造上分類される物品ごと）に部分モデルを作成する。この部分モデルは、理論的に求めた物理モデルであり、たとえば特開2002-356106では有限要素法によってタイヤモデルを作成している。このように求めた部分モデル（以下、本発明と区別するために物理部分モデルという）は定常状態を表しており、且つ、その入出力の変数は通常、数が非常に多く、さらに各物理部分モデルごとに入出力の変数の数や種類が異なっている。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、各物理部分モデルを結合することによって、全体モデルを構築する。その際、各物理部分モデルは、入出力の変数の種類や数が異なっているので、結合作業に多大な労力を要する。そこで、たとえば特開2008-224290では物理部分モデルの結合を容易にするため、各物理部分モデルを行列式で表している。しかしながら、この場合には各物理部分モデルの信頼性を高めることが困難であり、モデルの検証・修正が難しいという問題がある。モデルの検証・修正は通常、各物理部分モデルに対応する部品（すなわち組立前の部品）ごとに計測を行い、その計測値と物理部分モデルのシミュレーション値とを比較することによって行われる。しかし、従来の場合は、車両の状態（すなわち組立後の状態）と異なる条件で試験を行うので、物理部分モデルを正確に検証することができない。そこで、車両に計測器を装着して車両を走行させながら計測する方法が提案されているが、物理部分モデル同士の結合部分（繋ぎ目）の位置で計測できるとは限らず、さらにその物理部分モデルの入出力の変数を計測できるとは限らないため、物理部分モデルを正確に検証・修正することができない。このように、従来は、物理部分モデルを正確に作成・検証・修正することが困難であり、ある程度の誤差が生じることになる。さらに、従来の車両モデルは、物理部分モデルを定常状態に基づいて作成しているため、過渡状態が殆どである現実の挙動とは合わないという問題が発生する。そして、その物理部分モデルを組み立てて全体モデルを構築するため、全体モデルも必然的に誤差が大きくなるという問題が発生する。
【００２７】
これに対して本発明は、計測区分点を基準としてモデルを作成する。まず、図１（ａ）に示すように、車両を走行させながら計測する計測区分点と、その計測区分点で計測する変数（パラメータ）を設定する。計測区分点の位置は、各部品（たとえばエンジン、トルクコンバータ、タイヤなどの部品）の接続部分に限定されるものではなく、正確な計測が行える点を選択する。また、計測区分点で計測する変数は、できるだけ全ての計測区分点で共通となるように設定する。本実施の形態ではエネルギー状態を表す回転速度と回転力（トルク）に設定する。
【００２８】
次に、計測区分点に計測器を装着した車両を走行させ、計測データを取得する。そして、得られた計測データに基づき、図１（ｂ）に示すように部分モデル（以下、この部分モデルを従来の部分モデルと差別化するため、計測部分モデルという）を作成する。この計測部分モデルは、従来の部分モデルのように構造上分類される物品ごとに作成したモデルではなく、計測区分点を基準として作成したモデルである。すなわち、計測部分モデルは、計測区分点での計測値を正確な値として信頼し、計測区分点ごとに区切り、且つ、計測値を入出力値として作成したモデルである。
【００２９】
各計測部分モデルは、いわゆるブラックボックスモデルでよく、たとえば入出力値を示すデータそのものや、それをテーブル化したもの、或いは、データを実験計画法などによってマップ化したものなどを用いることができる。また、モデルの一部を理論的に予測できる場合には、その一部分をホワイトボックスモデルとし、残りをブラックボックスモデルとしたグレイボックスモデルを用いてもよい。
【００３０】
さらに、得られた計測データのモデルについて、数式に当てはめることにより数式モデルとしてもよい。数式モデルは、計測データについて、時系列情報・過渡情報を含む式で表したものであり、たとえば下記の状態方程式によって表される。
【００３１】
【数１】
この状態方程式の場合、入力と出力からＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを求め、数式モデルを作成する。このようにして作成した数式モデルは、時系列情報、過渡情報を含んでいるので、現実の挙動をより正確に表したモデルとなる。なお、従来の物理部分モデルは、定常状態を示すので、上記の式の定数項ＤとCの項を表しており、現実の挙動からずれた結果を示すことになる。
【００３２】
上述のごとく計測部分モデルを作成して全体モデルを構築した場合、モデルの検証・修正が容易になる。すなわち、計測区分点を基準として部分計測モデルを作成するので、計測データがそのまま部分計測モデルの入出力値となる。したがって、計測データから簡単に検証することができ、修正も容易である。
【００３３】
また、検証、修正によって部分計測モデルを正確に作成できるので、全体モデルも必然的に信頼性が向上する。さらに、計測部分モデルの作成、検証、修正が容易であるので、計測部分モデルの変更も容易である。たとえば部品を交換して計測部分モデルを作成する場合であっても、同じ計測区分点で計測することによって、新たな計測部分モデルを作成することができる。
【００３４】
また、本実施の形態は、計測区分点を基準として計測部分モデルを作成するので、計測部分モデルを容易に作成することができる。すなわち、計測データをそのままモデルとしたりマップ化したりすればよく、計測部分モデルの作成が容易である。
【００３５】
さらに、本実施の形態は、実車両を走行させて得られた計測データ、すなわち、過渡試験のデータに基づいてモデルを作成している。したがって、作成したモデルは、過渡状態を表しているので、現実の挙動に精度良く一致することになる。
【００３６】
次に本実施の形態におけるモデル作成方法およびシステムの具体例について図３に従って説明する。図３は本発明のモデル作成方法のフローを示している。
【００３７】
同図に示すように、まず、計測区分点と計測値（変数）の設定を行う（ステップＳ１）。前述したように、計測区分点の位置は、各部品（たとえばエンジン、トルクコンバータ、タイヤなどの部品）の接続部分に限定されるものではなく、正確な計測が行える点を選択する。また、計測区分点で計測する変数は、できるだけ全ての計測区分点で共通となるように設定し、特にエネルギー保存測が適用される対の変数が好ましい。本実施の形態では、対の変数として、回転速度と回転力（トルク）の二つを選択し、この二つの変数を正確に計測できる位置を計測区分点として設定する。
【００３８】
ここで、「エネルギー保存則が適用される対の変数」とは、その二つの変数を乗じることによって計測部分モデル間で授受されるエネルギーを示すものであり、たとえば上述した回転速度とトルクは、乗じることによって回転エネルギーを示している。別の例としては、非回転系における移動速度と荷重力、流体系における圧力と体積流量、温度系における温度と熱量、磁気系における起磁力と磁束、電気系における電圧と電流、などが挙げられる。
【００３９】
なお、計測区分点は、上述した対の変数を正確に測点でき、且つ、作成される計測部分モデルの正確性に影響を与えない領域に設定される。たとえば、計測区分点に複数個の計測センサを配した場合は、その複数個のセンサで区分される点や面として表される。具体的には、エンジンとトランスミッションの接続位置（以下、計測区分点１）、ドライブシャフトの位置（以下、計測区分点２）、駆動輪の位置（以下、計測区分点３）、非駆動輪の位置（以下、計測区分点４）等に設定される。なお、本実施の形態では、上記の４つの計測区分点を選択したが、これに限定するものではなく、他の位置で計測してもよい。また、本実施の形態では、入出力の変数として回転速度とトルクを選択したが、これに限定するものではなく、別の変数を選択してもよい。
【００４０】
次に、設定した計測区分点にそれぞれ計測器を装着し、その計測器を装着した車両を走行させながら計測器のデータを取得する（ステップＳ２）。計測器は、各計測区分点１〜４ごとに適切なものを選択し、たとえば各計測区分点１〜４において以下のものを用いることが好ましい。
【００４１】
計測区分点１の場合、エンジンのクランクシャフトの端部（或いはそれに連動して回転する部材）に軸トルク計を装着する。軸トルク計は、公知のものを用いることができ、たとえば、クランクシャフトの端部に歪ゲージを有する円盤を取り付けてトルクを計測するとともに、円盤の回転を検知する回転計を取り付けて回転数を計測する。なお、軸トルク計を取り付ける代わりに、車両内に予め設けられた円盤部材（たとえばドライブプレート、フライホイール、ドリブンプレートなど）を利用し、その円盤部材に形成した起歪部に歪ゲージを装着するとともに円盤部材に回転計を装着することによって、トルクや回転数を計測するようにしてもよい。
【００４２】
たとえば特開２００１−３０４９８５に記載されるように、エンジンとトランスミッションの間に介装されるドライブプレートに複数の起歪部を設け、さらにその起歪部に複数個の歪ゲージを設けたトルク計測装置を、計測区分点１の計測器として使用することが考えられる。この場合、計測部分モデルは、クランクシャフトを含むエンジンモデルとトランスミッションモデルであり、計測区分点１はドライブプレート内に設定され、複数個の歪ゲージを含む面として表されることになる。なお、回転速度を計測する位置は、その測定精度が位置に影響されないので、精度に影響されない範囲に設定すればよい。
【００４３】
計測区分点２の場合、ドライブシャフトに軸トルク計を装着する。軸トルク計は、公知のものを用いることができ、たとえば、ドライブシャフトに複数のびずみゲージを装着し、このひずみゲージでトルクを計測し、アンテナによってデータを非接触で送信する。また、ドライブシャフトにローターを取り付けて、固定側のステーターでドライブシャフトの回転数を検知する。これにより、ドライブシャフトのトルクと回転数を計測することができる。
【００４４】
計測区分点３の場合、駆動輪にホイールトルク計を装着する。ホイールトルク計は、車輪に加わる外力を計測する装置であり、公知の様々な構成のものを用いることができる。一般的な構成としては、車輪のホイールリムに取り付けられる円環状のリム取付枠と、ホイールハブに取り付けられる円環状のハブ取付枠と、リム取付枠とハブ取付枠との間に架設されるアーム部材と、このアーム部材に取り付けられる歪ゲージなどのセンサと、ハブ取り付け枠に回動自在に固定された非回転部分のスリップリングとによって構成される。スリップリングは連結部材を介して車体（たとえばボンネットやドアなど）に固定される。連結部材は、スリップリングを車体に対して移動自在に支持する構成であればよく、車体に対するホイールトルク計の位置を計測できるものが好ましい。また、スリップリングには車輪の回転を検出する回転計が取り付けられている。このようなホイールトルク計を車輪に装着することによって、駆動輪のトルクと回転速度を検出することができる。なお、このような計測器としては、たとえば株式会社エー・アンド・デイ社製Wheel Force Sensorを好適に用いることができる。
【００４５】
計測区分点４の場合、計測区分点３と同様のホイールトルク計を、非駆動輪に装着する。これにより、非駆動輪の回転速度とトルクを計測することができる。なお、ホイールトルク計の代わりに、6分力を計測できるホイール分力計を装着するようにしてもよい。
【００４６】
車両には、上述した計測器のほかに、各計測器のデータを記憶するメモリ（不図示）を搭載する。なお、データを無線で送信し、車両と遠隔的に設けたメモリにデータを記憶するようにしてもよい。
【００４７】
次に、上記の如く計測器とメモリを装着した車両を実際に走行させ、計測器で計測を行ってメモリにデータを記憶する。
【００４８】
次に、計測部分モデルを作成し、車両モデルを構築する（ステップＳ３）。その作業は、解析装置（不図示）によって行う。解析装置は、前述のメモリからデータを入力する入力手段を備え、入力したデータに基づいて計測部分モデルを作成し、その結果を画面（不図示）に出力するように構成される。
【００４９】
図４に示すように、計測部分モデルは、計測区分点１〜４で区切って作成し、且つ、計測区分点１〜４での計測値が入出力値となるように設定する。これにより、計測区分点１によって区切られた計測部分モデル１２（エンジンモデル）と、計測区分点１と計測区分点２によって区切られた計測部分モデル１４（トランスミッションモデル）と、計測区分点２と計測区分点３によって区切られた計測部分モデル１６（ドライブシャフトモデル）と、計測区分点３と計測区分点４によって区切られた計測部分モデル１８（タイヤモデル）と、計測区分点４によって区切られた計測部分モデル２０（車体、走行抵抗のモデル）と、が作成される。
【００５０】
具体的に説明すると、計測部分モデル１２は、計測区分点１で計測したトルクＴ１を入力値とし、計測区分点１で計測した回転数Ｎ１を出力値として作成されたモデルであり、エンジンの動作を表している。計測部分モデル１４は、計測区分点１で計測した回転数Ｎ１と、計測区分点２で計測したトルクＴ２とを入力値とし、計測区分点１で計測したトルクＴ１と、計測区分点２で計測した回転数Ｎ２とを出力値として作成されたモデルであり、トルクコンバータやギアなどの動作をモデル化したものである。計測部分モデル１６は、計測区分点２で計測した回転数Ｎ２と、計測区分点３で計測した回転数Ｎ３とを入力値とし、計測区分点２で計測したトルクＴ２と、計測区分点３で計測したトルクＴ３とを出力値として、作成されたモデルであり、ドライブシャフトの動作を表したモデルとなっている。計測部分モデル１８は、計測区分点３で計測したトルクＴ３と、計測区分点４で計測した駆動・制動力Ｆ４（＝トルクＴ４）とを入力値とし、計測区分点３で計測した回転数Ｎ３と、計測区分点４で計測した車両速度Ｖ４（＝回転数Ｎ４）とを出力値として、作成されたモデルであり、タイヤを表したモデルとなっている。計測部分モデル２０は、計測区分点４での駆動・制動力Ｆ４を入力値とし、同じく計測区分点４での車両速度Ｖ４を出力値として作成されたモデルであり、タイヤの並進方向の成分と車体と走行抵抗とを表している。
【００５１】
図５は計測部分モデル１８の具体例を示している。同図に示す計測部分モデル１８は、物理モデルの予測困難な部分をブラックボックスモデルとし、残りをバネマス系のホワイトボックスモデルで表したグレイボックスモデルである。すなわち、計測部分モデル１８は、ブラックボックスである摩擦係数マップ２４を備えるとともに、この摩擦係数マップ２４の入出力の変数を計測区分点３、４での値（回転数Ｎ３、Ｎ４、トルクＴ３、Ｔ４、車両速度Ｖ４、駆動・制動力Ｆ４）から演算するための各種ブロックを備えている。図５において、符号２２は、スリップ比算出部であり、計測区分点３、４のデータから演算された二つの回転数Ｎ３、Ｎ４を入力値とし、その二つの入力値からスリップ比（＝（Ｎ３−Ｎ４）／Ｎ３）を演算する。符号２６は垂直抗力であり、計測区分点３、４で計測されるトルクの鉛直方向成分から求めたり、あるいは予め測定された車両の重量で表される。また、符合２８は乗算演算部であり、符号３２はタイヤの半径Ｒに対する演算部である。符号３４のＪはタイヤの慣性モーメントを表しており、この演算部によってトルクから回転数へ変換される。同様に、符号３６のＭはタイヤの重量であり、この演算部によってトルクから回転数へ変換される。
【００５２】
上記のような各種演算を行うことによって、摩擦係数マップ２４の入出力の変数（スリップ率と摩擦係数）を、計測区分点３、４での回転数Ｎ３、Ｎ４、トルクＴ３、Ｔ４から演算することができる。すなわち、計測区分点３、計測区分点４で得られたデータを蓄積することによって、摩擦係数マップ２４を自動的に作成することができる。
【００５３】
このようにして求めた摩擦係数マップを図６（ａ）に示す。また、その一部拡大図を図６（ｂ）に示す。これらの図に示すマップは、様々な条件で車両を走行させて計測を行い、その結果から作成したスリップモデルである。具体的には、アクセル開度１００％で乾燥路面を走行させながら計測を行った結果、アクセル開度２５％で乾燥路面を走行させながら計測を行った結果、雪道を走行させながら計測を行った結果、氷面を走行させながら計測を行った結果、まだら路（乾燥路面と氷面とが交互に配置された路面）を走行させながら計測を行った結果を示している。
【００５４】
図６から分かるように、本実施の形態は、計測区分点３、計測区分点４でのデータに基づいて計測部分モデル１８を作成するので、線形性の有無に関わらず、モデルを簡単に作成することができる。特に本実施の形態では、実車両を走行させた際のデータによって簡単に計測部分モデル１８を作成することができ、路面やアクセル開度が異なる様々な条件での計測部分モデル１８を簡単に作成することができる。これに対して従来の物理部分モデルは、路面やアクセル開度などの条件を変えるたびに理論式を立てて物理モデルを作成しなければならず、モデルの作成に多大な労力を要し、且つ、モデルの精度が低くなる。
【００５５】
また、本実施の形態の計測部分モデル１８は、物理モデルの予想可能な範囲をホワイトボックスモデルとしたので、従来の如く全てを物理モデルとした物理部分モデルとの対比が可能である。したがって、従来のモデルを検証に利用することも可能である。
【００５６】
なお、上述した実施形態は、計測部分モデル１８がグレイボックスモデルの例を示したが、これに限定するものではなく、全てをブラックボックスモデルとしてもよい。すなわち、トルクＴ３、トルクＴ４（または駆動・制動力Ｆ４）を入力値とし、回転数Ｎ３、回転数Ｎ４（または車両速度Ｖ４）を出力値とするブラックボックスモデルとしてもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態は、ブラックボックスモデルをマップで示したが、計測データに数式を当てはめることによって、数式モデルとしてもよい。すなわち、上述した計測部分モデル１８の場合には、回転数Ｎ３、Ｎ４を入力とし、トルクＴ３、Ｔ４を出力とする状態方程式（たとえば前述の［数１］）で示すようにしてもよい。このように計測部分モデル１８を数式モデルで示すことによって、従来の物理モデルとの相関関係が得られやすくなる。
【００５８】
次に上記の如く作成された車両モデルの検証を行う（ステップＳ４）。検証は、各計測部分モデルに対応する部品ごとに行うとともに、上述の計測区分点１〜４と同じ位置で計測する。これにより、容易に各モデルを検証することができる。
【００５９】
以上説明したように本実施の形態によれば、計測に基づく計測部分モデル１２〜２０を作成しているので、精度の高い車両モデルを構築することができる。
【００６０】
たとえば、上述の計測部分モデル１８の場合で考えると、従来は、タイヤの形状、材質、トレッドパターン等から、複雑な理論式によってタイヤモデルを形成している。このタイヤモデルは、入出力の変数が多数あり、精度を向上させようとするほど複雑なモデルとなる。また、定常状態での理論式に基づいて作成しているため、条件が時々刻々と変化する過渡状態では、高い精度が得られないという問題がある。
【００６１】
これに対して、本実施の形態の計測部分モデル１８は、従来の物理部分モデルのようにタイヤという部品で区切られたモデルではなく、計測に基づくモデルである。すなわち、変数を正確に計測できる計測区分点を選択し、その計測区分点で計測を行うことによって、基準となる計測値が得られ、この計測値を基準として作成したモデルである。このように作成した計測部分モデル１８は、タイヤ全体を表現したモデルではないものの、回転数とトルクという走行に深く関わる変数によって作成しているため、車両の走行を正確に再現することができる。また、本実施の形態の計測部分モデル１８は、実際に車両を走行させた際のデータ、すなわち過渡試験でのデータに基づいて、モデルを作成しているので、現実の車両の挙動をより正確に再現することができる。
【００６２】
他の計測部分モデル１２、１４、１６、２０も同様に、計測に基づくモデルであり、過渡状態を示しているので、精度の高いモデルとなる。したがって、本実施の形態によれば、精度の高い計測部分モデル１２〜２０によって車両モデルが構築されているので、車両モデルでシミュレーションを実行することによって、車両の走行を正確に再現することができる。
【００６３】
また、本実施の形態によれば、正確に計測できる計測点を基準としてモデルを作成するので、計測による検証を容易に行うことができる。すなわち、従来の物理部分モデルの場合には、そのモデルに対応する部品の連結位置で計測することが必要であり、計測できない場合にはモデルの検証ができないという問題がある。しかし、本実施の形態の場合には、正確に計測できる計測区分点を基準としているので、部品ごとの試験を行う場合や部品を変更した場合であっても同じ計測位置を選択することによって、常に正確な計測を行うことができ、検証を確実に行うことができる。
【００６４】
さらに、本実施の形態によれば、計測値に基づいて計測部分モデル１２〜２０を作成するので、データの蓄積そのものをモデルとしたり、データをマップ化したものをモデルとしたりすることができる。したがって、全体または一部の理論が不明な場合（すなわち、ブラックボックスモデルやグレイボックスモデルの場合）であっても、計測部分モデル１２〜２０を容易に且つ正確に作成することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 車両モデル
１２〜２０ 計測部分モデル
２２ スリップ比算出部
２４ 摩擦係数マップ
２６ 垂直抵抗入力部
２８ 乗算演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測区分点に計測器を装着した実車両を走行させた状態で前記計測器から計測データを取得する走行計測ステップと、
前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成ステップと、
を備えたことを特徴とするモデル作成方法。
【請求項２】
前記計測データは、前記計測部分モデル間で授受されるエネルギーを示す対の変数であることを特徴とする請求項１に記載のモデル作成方法。
【請求項３】
前記対の変数は、回転速度とトルクであることを特徴とする請求項２に記載のモデル作成方法。
【請求項４】
前記計測部分モデルは、線形モデルまたは非線形モデルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のモデル作成方法。
【請求項５】
前記計測部分モデルは、前記計測データを入出力値とするブラックボックスモデル、または、前記計測データを入出力値とするとともにその一部がブラックボックスモデルであるグレイボックスモデルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のモデル作成方法。
【請求項６】
計測区分点に計測器が装着された実車両を走行させた状態で前記計測器から取得した計測データを入力する入力手段と、
前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成手段と、
を備えたことを特徴とするモデル作成システム。
【請求項７】
前記計測器を複数装着するとともに、該複数の計測器で回転速度とトルクを計測することを特徴とする請求項６に記載のモデル作成システム。
【請求項８】
前記複数の計測器は、
駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、
非駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載のモデル作成システム。
【請求項１】
計測区分点に計測器を装着した実車両を走行させた状態で前記計測器から計測データを取得する走行計測ステップと、
前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成ステップと、
を備えたことを特徴とするモデル作成方法。
【請求項２】
前記計測データは、前記計測部分モデル間で授受されるエネルギーを示す対の変数であることを特徴とする請求項１に記載のモデル作成方法。
【請求項３】
前記対の変数は、回転速度とトルクであることを特徴とする請求項２に記載のモデル作成方法。
【請求項４】
前記計測部分モデルは、線形モデルまたは非線形モデルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のモデル作成方法。
【請求項５】
前記計測部分モデルは、前記計測データを入出力値とするブラックボックスモデル、または、前記計測データを入出力値とするとともにその一部がブラックボックスモデルであるグレイボックスモデルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のモデル作成方法。
【請求項６】
計測区分点に計測器が装着された実車両を走行させた状態で前記計測器から取得した計測データを入力する入力手段と、
前記計測区分点で区切られ、且つ、前記計測データを入出力値とする計測部分モデルを作成することにより、車両モデルを構築するモデル作成手段と、
を備えたことを特徴とするモデル作成システム。
【請求項７】
前記計測器を複数装着するとともに、該複数の計測器で回転速度とトルクを計測することを特徴とする請求項６に記載のモデル作成システム。
【請求項８】
前記複数の計測器は、
駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、
非駆動輪のホイールに装着されてトルクと回転数を計測するホイールトルク計と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載のモデル作成システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４２２５９（Ｐ２０１１−２４２２５９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４７１５（Ｐ２０１０−１１４７１５）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００１２７５７０）株式会社エー・アンド・デイ (136)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００１２７５７０）株式会社エー・アンド・デイ (136)
【Ｆターム（参考）】
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