走行抵抗模擬装置
【課題】精度良く走行抵抗を模擬することができる走行抵抗模擬装置を提供する。
【解決手段】走行抵抗模擬装置４は、パワートレーン１からの出力を計測する動力計１０と、パワートレーン１の出力軸２ａと動力計１０の入力軸１０ａを接続する回転軸５と、回転軸５に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗Ｆを模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、を備えるものであって、前記負荷付与装置は、転がり抵抗ｆ１を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置である転がり抵抗付与装置６と、勾配抵抗ｆ２を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置である勾配抵抗付与装置７と、空気抵抗ｆ３を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置である空気抵抗付与装置８と、加速抵抗ｆ４を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置である加速抵抗付与装置９と、を備える。
【解決手段】走行抵抗模擬装置４は、パワートレーン１からの出力を計測する動力計１０と、パワートレーン１の出力軸２ａと動力計１０の入力軸１０ａを接続する回転軸５と、回転軸５に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗Ｆを模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、を備えるものであって、前記負荷付与装置は、転がり抵抗ｆ１を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置である転がり抵抗付与装置６と、勾配抵抗ｆ２を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置である勾配抵抗付与装置７と、空気抵抗ｆ３を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置である空気抵抗付与装置８と、加速抵抗ｆ４を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置である加速抵抗付与装置９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行状態の車両において生じる走行抵抗を模擬するための装置である走行抵抗模擬装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンあるいはモータ等の動力源と、トランスミッション等の動力伝達機構と、を備えるパワートレーンを、車両に実際に搭載して評価試験を行う代わりに、車両の走行状態において生じる走行抵抗を模擬することによって、台上でパワートレーンの評価試験を行うことができる試験装置（以下、走行抵抗模擬装置と呼ぶ）が使用されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。
【０００３】
ここで走行抵抗とは、走行状態にある車両に生じる抵抗であり、転がり抵抗・勾配抵抗・空気抵抗・加速抵抗等の各種の抵抗を合成したものである。
つまり、走行抵抗をＦ、転がり抵抗をｆ１、勾配抵抗をｆ２、空気抵抗をｆ３、加速抵抗をｆ４として規定すると、走行抵抗Ｆは以下に示す数式１のように表すことができる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
転がり抵抗ｆ１は、車輪（タイヤ）が転がる際に車軸と軸受けの間で生じる摩擦によるエネルギ損失と、路面とタイヤの間で生じる摩擦によるエネルギ損失を合わせた抵抗をいい、タイヤの転がり抵抗係数をμ、車両の重量をＷ（ｋｇ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）とすると、以下の数式２のように表すことができる。
【０００６】
【数２】
【０００７】
勾配抵抗ｆ２は、車両が登坂あるいは降坂する際に生じる抵抗をいい、坂の勾配をθ（％）とすると、以下の数式３のように表すことができる。
【０００８】
【数３】
【０００９】
空気抵抗ｆ３は、車体表面における空気との摩擦により生じる抵抗をいい、空気の密度をρ（ｋｇ／ｍ３）、空気抵抗係数をＣｄ、車両の前面投影面積をＡ（ｍ２）、車速をＶ（ｋｍ／ｈ）とすると、以下の数式４のように表すことができる。
【００１０】
【数４】
【００１１】
加速抵抗ｆ４は、車両が加減速する際に生じる抵抗（即ち、慣性力）をいい、加速度をα（ｍ／ｓ２）とすると、以下の数式５のように表すことができる。
【００１２】
【数５】
【００１３】
特許文献１に開示されている従来技術では、電源装置およびモータ制御部とともに電気自動車の動力系を構成するモータを動力吸収部と機械的に連結し、モータの発生トルクを計測し、この発生トルクを車輪の駆動力に換算し、電気自動車の慣性量（即ち、加速抵抗）および走行抵抗を用いてそのとき発生する理論加速度を計算し、これを積分して得られる理論速度相当の回転数が得られるように動力吸収部を制御するとともに、目標速度パターンに応じた回転数パターンでモータを運転する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−９１４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に示す如く、従来技術における走行抵抗模擬装置の構成では、走行抵抗の各要素をまとめて一つの抵抗付与装置（動力吸収部）によって付与する構成としているため、走行抵抗の模擬精度が良くないという問題があった。
また近年、燃料電池等を動力源とする新規な車両の開発が進められており、これに伴って、従来よりも精度良く走行抵抗を模擬することができる走行抵抗模擬装置へのニーズが高まっていた。
【００１６】
本発明は、係る現状の課題を鑑みてなされたものであり、精度良く走行抵抗を模擬することができる走行抵抗模擬装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１８】
即ち、請求項１においては、パワートレーンからの出力を計測する動力計と、前記パワートレーンの出力軸と前記動力計の入力軸を接続する回転軸と、前記回転軸に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗を模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、を備える走行抵抗模擬装置であって、前記負荷付与装置は、転がり抵抗を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置と、勾配抵抗を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置と、空気抵抗を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置と、加速抵抗を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置と、を備えるものである。
【００１９】
請求項２においては、前記第一、第二、第三の負荷付与装置は、それぞれ、前記回転軸上に軸支されるタービンと、前記タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、前記吸込部から前記ケーシングに導入される前記流体の流量を制御する制御装置と、を備えるものである。
【００２０】
請求項３においては、前記ケーシングに導入する前記流体を空気とするものである。
【００２１】
請求項４においては、前記第四の負荷付与装置は、前記回転軸上に軸支されるタービンと、該タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、前記吸込部と前記吐出部とを連通する管路と、を備えるものである。
【００２２】
請求項５においては、前記ケーシングに導入する前記流体の種類を変更して、前記回転軸に付与する負荷を調整するものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２４】
請求項１においては、車両の走行状態における走行抵抗を精度良く模擬することができる。
【００２５】
請求項２においては、走行抵抗模擬装置を構成する転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置を、簡易な構成とすることができる。
【００２６】
請求項３においては、転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置を、より簡易な構成とすることができる。
【００２７】
請求項４においては、走行抵抗模擬装置を構成する加速抵抗付与装置を、簡易な構成とすることができる。
【００２８】
請求項５においては、加速抵抗を精度良く模擬することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置の全体構成を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置が備える抵抗模擬装置を示す模式図、（ａ）転がり抵抗付与装置および空気抵抗付与装置を示す模式図、（ｂ）勾配抵抗付与装置を示す模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置が備える加速抵抗付与装置の全体構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置を用いた試験の対象となるパワートレーンについて、図１を用いて説明をする。
図１に示す如く、本実施形態において、試験の対象となるパワートレーン１は、燃料電池自動車用のパワートレーンであり、モータユニット２と燃料電池ユニット３等により構成している。
【００３１】
モータユニット２は、図示しないトランスアクスルとモータ等により構成され、燃料電池ユニット３は、図示しないインバータ、スタック、二次電池、スタック用の昇圧コンバータ、二次電池用の昇圧コンバータ等により構成されている。
そして、燃料電池ユニット３のインバータからモータユニット２に電力を供給することによりモータユニット２のモータを回転させて、トランスアクスルの出力軸２ａを駆動する構成としている。
【００３２】
尚、本実施形態では、燃料電池自動車用のパワートレーン１を例示して説明をしているが、本発明に係る走行抵抗模擬装置を適用できるパワートレーンの形態をこれに限定するものではなく、例えば、エンジンやトランスアクスル等により構成するパワートレーンや、所謂ハイブリッド自動車を構成するパワートレーン等、種々の形態のパワートレーンに本発明に係る走行抵抗模擬装置を適用することが可能である。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置の全体構成について、図１を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４は、試験対象となるパワートレーン１に対して、走行状態にある車両に生じる走行抵抗を模擬した各種の負荷を付与することができる装置であり、回転軸５、転がり抵抗付与装置６、勾配抵抗付与装置７、空気抵抗付与装置８、加速抵抗付与装置９、動力計１０、制御装置１１、コントローラ１２等により構成している。
【００３４】
回転軸５は、試験対象となるパワートレーン１と、該パワートレーン１の出力を計測する動力計１０とを接続するための軸部材であり、各抵抗付与装置６・７・８・９を貫通させた状態で図示しない軸受等によって回転可能に支持されている。
そして、回転軸５の一端部５ａはパワートレーン１が備えるモータユニット２の出力軸２ａと連結部材１７により一体的に回転可能に連結され、他端部５ｂは動力計１０の入力軸１０ａと連結部材１７により一体的に回転可能に連結されている。
【００３５】
次に、各抵抗付与装置６・７・８・９について、図１〜図３を用いて説明をする。
まず、転がり抵抗付与装置６について、説明をする。
図１および図２（ａ）に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第一の抵抗付与装置である転がり抵抗付与装置６は、走行状態にある車両に生じる転がり抵抗ｆ１（数式２参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン６ａ、ケーシング６ｂ、負荷制御装置１３等により構成している。
【００３６】
転がり抵抗付与装置６のケーシング６ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン６ａを固設しており、タービン６ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング６ｂには、該ケーシング６ｂに流体を導入するための部位である吸込部６ｃと、該ケーシング６ｂから流体を排出するための部位である吐出部６ｄを形成している。
そして、転がり抵抗付与装置６においては、ケーシング６ｂに導入する流体を空気としている。
【００３７】
回転軸５の回転に伴ってタービン６ａが回転すると、吸込部６ｃからケーシング６ｂに空気が自然に導入される。また、導入された空気は、タービン６ａによって圧縮され、圧縮された空気が吐出部６ｄからケーシング６ｂの外部に排出される。
そして、導入された空気が、タービン６ａで圧縮されるときに、タービン６ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００３８】
さらに、転がり抵抗付与装置６の吸込部６ｃには、負荷制御装置１３を備えている。
負荷制御装置１３は、吸込部６ｃからケーシング６ｂに導入される空気の流量を調整することができる装置であり、開閉弁１３ａと負荷センサ１３ｂを備えている。つまり、開閉弁１３ａの開度を調整することによって、ケーシング６ｂへの空気の導入量を制御することができる。
【００３９】
そして、ケーシング６ｂへの空気の導入量を制御することによって、タービン６ａによる空気の圧縮度合を制御することができるため、タービン６ａから回転軸５に対して付与される負荷の大きさを制御することができる。
【００４０】
転がり抵抗付与装置６は、模擬しようとする転がり抵抗のレンジ等を考慮して、タービン６ａ、ケーシング６ｂ、開閉弁１３ａ等の仕様（タービンの大きさ、形状、風量等）を決定している。そして、タービン６ａにより生じさせる負荷が所望する転がり抵抗に相当する負荷となるように開閉弁１３ａの開度を制御することにより、タービン６ａから回転軸５に対して、転がり抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００４１】
また、本実施形態では、負荷センサ１３ｂとしてトルクセンサを採用しており、ケーシング６ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、転がり抵抗付与装置６（即ち、タービン６ａ）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００４２】
また、負荷センサ１３ｂの計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値に基づいて開閉弁１３ａの弁開度を修正している。
これにより、転がり抵抗付与装置６によって、所望する転がり抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
尚、本説明では「タービン」という表現を用いているが、ここで言うタービンは、ファン・ブロア・ポンプ等を含めた流体機械を構成する羽根車の部位を例示したものであり、各抵抗付与装置の構成を、「タービン」を用いた構成に限定するものではない。
【００４３】
次に、勾配抵抗付与装置７について、説明をする。
図１および図２（ｂ）に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第二の抵抗付与装置である勾配抵抗付与装置７は、走行状態にある車両に生じる勾配抵抗ｆ２（数式３参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン７ａ、ケーシング７ｂ、負荷制御装置１４等により構成している。
【００４４】
勾配抵抗付与装置７のケーシング７ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン７ａを固設しており、タービン７ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング７ｂには、該ケーシング７ｂに流体を導入するための部位である吸込部７ｃと、該ケーシング７ｂから流体を排出するための部位である吐出部７ｄを形成している。
そして、勾配抵抗付与装置７においては、ケーシング７ｂに導入する流体を空気としている。
【００４５】
回転軸５の回転に伴ってタービン７ａが回転すると、吸込部７ｃからケーシング７ｂに空気が自然に導入される。また、導入された空気は、タービン７ａによって圧縮され、圧縮された空気が吐出部７ｄからケーシング７ｂの外部に排出される。
そして、導入された空気が、タービン７ａで圧縮されるときに、タービン７ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００４６】
さらに、勾配抵抗付与装置７の吸込部７ｃには、負荷制御装置１４を備えている。
負荷制御装置１４は、吸込部７ｃからケーシング７ｂに導入される空気の流量を調整することができる装置であり、開閉弁１４ａと負荷センサ１４ｂを備えている。つまり、開閉弁１４ａの開度を調整することによって、ケーシング７ｂへの空気の導入量を制御することができる。
【００４７】
そして、ケーシング７ｂへの空気の導入量を制御することによって、タービン７ａによる空気の圧縮度合を制御することができるため、タービン７ａから回転軸５に対して付与される負荷の大きさを制御することができる。
【００４８】
さらに、ケーシング７ｂの吸込部７ｃには、増速装置２１を接続している。
増速装置２１は、例えば、コンプレッサーやブロア等の加圧した流体を供給することができる装置によって構成され、ケーシング７ｂに加圧した空気を供給することができるものである。
勾配抵抗は、車両が下り勾配の走行状態では、車速を増速させるように負荷が作用するため、回転軸５の回転を補助する負荷を付与する必要がある。
増速装置２１は、車両が下り勾配の走行状態となったときに、吸込部７ｃから、強制的に加圧した空気を供給することによって、タービン７ａの回転を増速させる構成としている。
【００４９】
勾配抵抗付与装置７は、模擬しようとする勾配抵抗のレンジ等を考慮して、タービン７ａ、ケーシング７ｂ、開閉弁１４ａ、増速装置２１等の仕様（タービンの大きさ、形状、風量等）を決定している。そして、タービン７ａにより生じさせる負荷が所望する勾配抵抗に相当する負荷となるように開閉弁１４ａの開度や増速装置２１による給気量を制御することにより、タービン７ａから回転軸５に対して、勾配抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００５０】
また、本実施形態では、負荷センサ１４ｂとしてトルクセンサを採用しており、ケーシング７ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、勾配抵抗付与装置７（即ち、タービン７ａおよび増速装置２１）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００５１】
また、負荷センサ１４ｂの計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値に基づいて開閉弁１４ａの弁開度や増速装置２１の給気量を修正している。
これにより、勾配抵抗付与装置７によって、所望する勾配抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００５２】
次に、空気抵抗付与装置８について、説明をする。
図１および図２（ａ）に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第三の抵抗付与装置である空気抵抗付与装置８は、走行状態にある車両に生じる空気抵抗ｆ３（数式４参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン８ａ、ケーシング８ｂ、負荷制御装置１５等により構成している。
【００５３】
空気抵抗付与装置８のケーシング８ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン８ａを固設しており、タービン８ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング８ｂには、該ケーシング８ｂに流体を導入するための部位である吸込部８ｃと、該ケーシング８ｂから流体を排出するための部位である吐出部８ｄを形成している。
そして、空気抵抗付与装置８においては、ケーシング８ｂに導入する流体を空気としている。
【００５４】
回転軸５の回転に伴ってタービン８ａが回転すると、吸込部８ｃからケーシング８ｂに空気が自然に導入される。また、導入された空気は、タービン８ａによって圧縮され、圧縮された空気が吐出部８ｄからケーシング８ｂの外部に排出される。
そして、導入された空気が、タービン８ａで圧縮されるときに、タービン８ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００５５】
さらに、空気抵抗付与装置８の吸込部８ｃには、負荷制御装置１５を備えている。
負荷制御装置１５は、吸込部８ｃからケーシング８ｂに導入される空気の流量を調整することができる装置であり、開閉弁１５ａおよび負荷センサ１５ｂを備えている。つまり、開閉弁１５ａの開度を調整することによって、ケーシング８ｂへの空気の導入量を制御することができる。
【００５６】
そして、ケーシング８ｂへの空気の導入量を制御することによって、タービン８ａによる空気の圧縮度合を制御することができるため、タービン８ａから回転軸５に対して付与される負荷の大きさを制御することができる。
【００５７】
空気抵抗付与装置８は、模擬しようとする空気抵抗のレンジ等を考慮して、タービン８ａ、ケーシング８ｂ、開閉弁１５ａ等の仕様（タービンの大きさ、形状、風量等）を決定している。そして、タービン８ａにより生じさせる負荷が所望する空気抵抗に相当する負荷となるように開閉弁１５ａの開度を制御することにより、タービン８ａから回転軸５に対して、空気抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００５８】
また、本実施形態では、負荷センサ１５ｂとしてトルクセンサを採用しており、ケーシング８ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、空気抵抗付与装置８（即ち、タービン８ａ）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００５９】
また、負荷センサ１５ｂの計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値に基づいて開閉弁１５ａの弁開度を修正している。
これにより、空気抵抗付与装置８によって、所望する空気抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００６０】
即ち、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４において、第一、第二、第三の各負荷付与装置である転がり抵抗付与装置６、勾配抵抗付与装置７、空気抵抗付与装置８は、それぞれ、回転軸５上に軸支される各タービン６ａ・７ａ・８ａと、各タービン６ａ・７ａ・８ａを被装し、流体（本実施形態では空気）を導入するための各吸込部６ｃ・７ｃ・８ｃと空気を排出するための各吐出部６ｄ・７ｄ・８ｄが形成される各ケーシング６ｂ・７ｂ・８ｂと、各吸込部６ｃ・７ｃ・８ｃから各ケーシング６ｂ・７ｂ・８ｂに導入される空気の流量を制御する各負荷制御装置１３・１４・１５と、を備えるものである。
このような構成により、走行抵抗模擬装置４を構成する転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置６・７・８を、簡易な構成とすることができる。
【００６１】
また、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４においては、各抵抗付与装置６・７・８の各ケーシング６ｂ・７ｂ・８ｂに導入する流体を空気とするものである。
このような構成により、冷却水配管等の設備が不要となるため、転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置６・７・８を、より簡易な構成とすることができる。
【００６２】
次に、加速抵抗付与装置９について、図１および図３を用いて説明をする。
図１および図３に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第四の抵抗付与装置である加速抵抗付与装置９は、走行状態にある車両に生じる加速抵抗ｆ４（数式５参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン９ａ、ケーシング９ｂ等により構成している。
【００６３】
加速抵抗付与装置９のケーシング９ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン９ａを固設しており、タービン９ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング９ｂには、該ケーシング９ｂに流体を導入するための部位である吸込部９ｃと、該ケーシング９ｂから流体を排出するための部位である吐出部９ｄを形成している。さらに、吸込部９ｃと吐出部９ｄは、管路９ｅによって連通させており、ケーシング９ｂと管路９ｅによって流体が循環する閉回路を形成している。
そして、加速抵抗付与装置９においては、ケーシング９ｂに導入する流体を液体としている。
【００６４】
回転軸５の回転に伴ってタービン９ａが回転すると、吸込部９ｃからケーシング９ｂに液体が導入される。また、導入された液体は、タービン９ａによって圧縮され、圧縮された液体が吐出部９ｄから排出される。そして、吐出部９ｄから排出された流体は、管路９ｅを通じて吸込部９ｃに戻される。
このように加速抵抗付与装置９では、ケーシング９ｂおよび管路９ｅに封入された液体を、タービン９ａの回転によって循環させる構成としている。
そして、ケーシング９ｂおよび管路９ｅを循環する液体が有する動圧によって、タービン９ａには慣性力が付与されるため、タービン９ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００６５】
また、加速抵抗付与装置９は、ケーシング９ｂおよび管路９ｅを循環させる流体の種類を変更するようにしている。尚、ここで言う流体の種類とは、流体の比重および粘度の値を基準として、これらの値が異なる流体であれば、種類が異なる流体として扱うようにしている。
これにより、循環する流体の種類を変更することによって、タービン９ａに付与される慣性力を調整し、これにより、加速抵抗付与装置９によって、所望する加速抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００６６】
加速抵抗付与装置９は、模擬しようとする加速抵抗のレンジ等を考慮して、タービン９ａ、ケーシング９ｂの仕様（タービンの大きさ、形状等）や封入する流体の種類を決定している。そして、タービン９ａにより生じさせる負荷が所望する加速抵抗に相当する負荷となるように流体の種類を変更することにより、タービン９ａから回転軸５に対して、加速抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００６７】
また、加速抵抗付与装置９は、負荷センサ１６を備えている。本実施形態では、負荷センサ１６としてトルクセンサを採用しており、ケーシング９ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、加速抵抗付与装置９（即ち、タービン９ａ）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００６８】
また、負荷センサ１６の計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値を確認した上で封入する流体の種類を修正することができる。
これにより、加速抵抗付与装置９によって、所望する加速抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００６９】
即ち、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４において、第四の負荷付与装置である加速抵抗付与装置９は、回転軸５上に軸支されるタービン９ａと、該タービン９ａを被装する、流体（本実施態様では液体）を導入するための吸込部９ｃと液体を排出するための吐出部９ｄが形成されるケーシング９ｂと、吸込部９ｃと吐出部９ｄとを連通する管路９ｅと、を備えるものである。
このような構成により、走行抵抗模擬装置４を構成する加速抵抗付与装置９を、簡易な構成とすることができる。
【００７０】
また、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４において、加速抵抗付与装置９は、ケーシング９ｂに導入する液体の種類を変更して、回転軸５に付与する負荷（慣性力）を調整するものである。
このような構成により、加速抵抗を精度良く模擬することができる。
【００７１】
また、本実施形態で例示する動力計１０は、所謂トルクメータと呼ばれる装置を採用しており、回転軸５の回転数と出力トルクを計測することができるものである。そして、回転軸５の回転数と出力トルクの計測結果に基づいて、制御装置１１によって、パワートレーン１の出力を演算して求めるようにしている。
尚、回転軸５の回転数の計測値をＮ（ｒｐｍ）、出力トルクの計測値をＴ（Ｎ・ｍ）と規定すると、パワートレーン１の出力Ｐ（ｋｗ）は、以下の数式６によって算出できる。
【００７２】
【数６】
【００７３】
図１に示す如く、制御装置１１は、走行抵抗模擬装置４の一連の動作を制御するものであり、実体的には、運転パターンや種々のプログラム等を格納する格納手段、各プログラム等を展開する展開手段、各プログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、演算結果を記憶する記憶手段等を備えている。
【００７４】
尚、制御装置１１の格納手段には、車両の運転パターンとして、例えば、１０・１５モードの試験における運転パターン等を予め記憶させておき、運転パターンに基づいてパワートレーン１のアクセル開度を算出するプログラムを格納しておく。
また、制御装置１１の格納手段には、車両の走行状態に応じて各抵抗付与装置６・７・８・９によって回転軸５に付与すべき負荷を数式１〜５に基づき算出するプログラムを格納しておく。
さらに、制御装置１１の格納手段には、算出された付与すべき負荷に応じて各負荷制御装置１３・１４・１５の開度を算出するプログラムや、加速抵抗付与装置９に封入すべき流体の種類を決定するプログラムを予め格納しておく。
【００７５】
より具体的には、制御装置１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を備える汎用のパーソナルコンピュータを用いて実現することができ、あるいは、前記ＣＰＵ等を備える専用装置に前記プログラム群を格納したもので実現することもできる。
【００７６】
また、制御装置１１はコントローラ１２に接続されており、コントローラ１２を動作させるための信号を送信可能であるとともに、コントローラ１２が検出した各種の情報（例えば、計測値）に係る信号を受信（取得）することができる。
【００７７】
コントローラ１２は、制御装置１１に接続されており、制御装置１１から入力される信号に基づいて、走行抵抗模擬装置４の各部を動作させる信号を送信可能であるとともに、走行抵抗模擬装置４の各部に設けられたセンサが検出した情報に係る信号を受信することができる。
またコントローラ１２は、走行抵抗模擬装置４を構成する動力計１０や各負荷制御装置１３・１４・１５の各部位等に接続されており、さらに、パワートレーン１にも接続されている。
【００７８】
ここで、制御装置１１およびコントローラ１２による走行抵抗模擬装置４の各部の制御状況について説明をする。
車両の走行状態を模擬する状態において、コントローラ１２には、制御装置１１から走行条件に係る信号が入力される。
そして、走行条件に係る信号に基づいて、パワートレーン１に対して、アクセル開度を指令する信号を出力する。これにより、パワートレーン１は、コントローラ１２からの指令信号に基づき、出力軸２ａの出力が制御される。
【００７９】
また、コントローラ１２は、制御装置１１から走行条件に応じた付与すべき負荷に係る信号が入力される。
そして、付与すべき負荷に係る信号に基づいて、各負荷制御装置１３・１４・１５に対して、各開閉弁１３ａ・１４ａ・１５ａの開度を指令する信号を出力する。これにより、各負荷制御装置１３・１４・１５は、コントローラ１２からの指令信号に基づき、各開閉弁１３ａ・１４ａ・１５ａの開度が制御される。
【００８０】
さらに、コントローラ１２には、各抵抗付与装置６・７・８・９に備えられる各負荷センサ１３ｂ・１４ｂ・１５ｂ・１６から各抵抗付与装置６・７・８・９における出力トルクの各計測値が入力される。そして、この各計測値を制御装置１１に取り込んで、制御装置１１が備える演算手段によって、各抵抗付与装置６・７・８・９により実際に付与した負荷を算出している。
【００８１】
そして、制御装置１１によって、各抵抗付与装置６・７・８・９により実際に付与した負荷と、付与すべき負荷を比較して、差異がある場合には、この差異に係る情報を各抵抗付与装置６・７・８にフィードバックして、各開閉弁１３ａ・１４ａ・１５ａの開度が制御される。
【００８２】
また、制御装置１１によって、加速抵抗付与装置９により実際に付与した負荷と、付与すべき負荷を比較して、封入している流体の種類が適当であるか否かの判断がなされる。
このように、走行抵抗模擬装置４では、各走行抵抗付与装置６・７・８・９により実際に付与する負荷と、制御装置１１が算出した付与すべき負荷が精度良く一致するように制御する構成としている。
【００８３】
さらに、コントローラ１２には、動力計１０により回転軸５の他端部５ｂにおいて検出した出力トルクおよび回転数の計測値が入力される。この回転軸５の他端部５ｂにおいて検出した出力は、出力軸２ａの出力と各走行抵抗付与装置６・７・８・９による付与した負荷を合成した出力となっている。
そして、動力計１０の計測値を制御装置１１に取り込んで、制御装置１１が備える演算手段によって、走行パターンに応じた走行状態におけるパワートレーン１の出力を算出している。
これにより、走行抵抗模擬装置４によって、パワートレーン１に対して走行パターンに応じた走行抵抗を精度良く模擬した負荷を付与しながら、パワートレーン１の出力を計測することができる。
【００８４】
このように、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４は、走行抵抗Ｆを構成する転がり抵抗ｆ１、勾配抵抗ｆ２、空気抵抗ｆ３、加速抵抗ｆ４の抵抗要素ごとに各抵抗付与装置６・７・８・９を備える構成としており、各抵抗要素を精度良く模擬することが可能であるため、パワートレーン１に対して、走行状態（走行パターン）に応じた走行抵抗Ｆを精度良く模擬した負荷を付与することができる。
【００８５】
即ち、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４は、パワートレーン１からの出力を計測する動力計１０と、パワートレーン１の出力軸２ａと動力計１０の入力軸１０ａを接続する回転軸５と、回転軸５に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗Ｆを模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、を備えるものであって、前記負荷付与装置は、転がり抵抗ｆ１を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置である転がり抵抗付与装置６と、勾配抵抗ｆ２を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置である勾配抵抗付与装置７と、空気抵抗ｆ３を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置である空気抵抗付与装置８と、加速抵抗ｆ４を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置である加速抵抗付与装置９と、を備えるものである。
このような構成により、車両の走行状態における走行抵抗Ｆを精度良く模擬することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１ パワートレーン
４ 走行抵抗模擬装置
５ 回転軸
６ 転がり抵抗付与装置
７ 勾配抵抗付与装置
８ 空気抵抗付与装置
９ 加速抵抗付与装置
１０ 動力計
１１ 制御装置
１２ コントローラ
１３ 負荷制御装置（転がり抵抗用）
１４ 負荷制御装置（勾配抵抗用）
１５ 負荷制御装置（空気抵抗用）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行状態の車両において生じる走行抵抗を模擬するための装置である走行抵抗模擬装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンあるいはモータ等の動力源と、トランスミッション等の動力伝達機構と、を備えるパワートレーンを、車両に実際に搭載して評価試験を行う代わりに、車両の走行状態において生じる走行抵抗を模擬することによって、台上でパワートレーンの評価試験を行うことができる試験装置（以下、走行抵抗模擬装置と呼ぶ）が使用されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。
【０００３】
ここで走行抵抗とは、走行状態にある車両に生じる抵抗であり、転がり抵抗・勾配抵抗・空気抵抗・加速抵抗等の各種の抵抗を合成したものである。
つまり、走行抵抗をＦ、転がり抵抗をｆ１、勾配抵抗をｆ２、空気抵抗をｆ３、加速抵抗をｆ４として規定すると、走行抵抗Ｆは以下に示す数式１のように表すことができる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
転がり抵抗ｆ１は、車輪（タイヤ）が転がる際に車軸と軸受けの間で生じる摩擦によるエネルギ損失と、路面とタイヤの間で生じる摩擦によるエネルギ損失を合わせた抵抗をいい、タイヤの転がり抵抗係数をμ、車両の重量をＷ（ｋｇ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）とすると、以下の数式２のように表すことができる。
【０００６】
【数２】
【０００７】
勾配抵抗ｆ２は、車両が登坂あるいは降坂する際に生じる抵抗をいい、坂の勾配をθ（％）とすると、以下の数式３のように表すことができる。
【０００８】
【数３】
【０００９】
空気抵抗ｆ３は、車体表面における空気との摩擦により生じる抵抗をいい、空気の密度をρ（ｋｇ／ｍ３）、空気抵抗係数をＣｄ、車両の前面投影面積をＡ（ｍ２）、車速をＶ（ｋｍ／ｈ）とすると、以下の数式４のように表すことができる。
【００１０】
【数４】
【００１１】
加速抵抗ｆ４は、車両が加減速する際に生じる抵抗（即ち、慣性力）をいい、加速度をα（ｍ／ｓ２）とすると、以下の数式５のように表すことができる。
【００１２】
【数５】
【００１３】
特許文献１に開示されている従来技術では、電源装置およびモータ制御部とともに電気自動車の動力系を構成するモータを動力吸収部と機械的に連結し、モータの発生トルクを計測し、この発生トルクを車輪の駆動力に換算し、電気自動車の慣性量（即ち、加速抵抗）および走行抵抗を用いてそのとき発生する理論加速度を計算し、これを積分して得られる理論速度相当の回転数が得られるように動力吸収部を制御するとともに、目標速度パターンに応じた回転数パターンでモータを運転する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−９１４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に示す如く、従来技術における走行抵抗模擬装置の構成では、走行抵抗の各要素をまとめて一つの抵抗付与装置（動力吸収部）によって付与する構成としているため、走行抵抗の模擬精度が良くないという問題があった。
また近年、燃料電池等を動力源とする新規な車両の開発が進められており、これに伴って、従来よりも精度良く走行抵抗を模擬することができる走行抵抗模擬装置へのニーズが高まっていた。
【００１６】
本発明は、係る現状の課題を鑑みてなされたものであり、精度良く走行抵抗を模擬することができる走行抵抗模擬装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１８】
即ち、請求項１においては、パワートレーンからの出力を計測する動力計と、前記パワートレーンの出力軸と前記動力計の入力軸を接続する回転軸と、前記回転軸に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗を模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、を備える走行抵抗模擬装置であって、前記負荷付与装置は、転がり抵抗を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置と、勾配抵抗を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置と、空気抵抗を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置と、加速抵抗を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置と、を備えるものである。
【００１９】
請求項２においては、前記第一、第二、第三の負荷付与装置は、それぞれ、前記回転軸上に軸支されるタービンと、前記タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、前記吸込部から前記ケーシングに導入される前記流体の流量を制御する制御装置と、を備えるものである。
【００２０】
請求項３においては、前記ケーシングに導入する前記流体を空気とするものである。
【００２１】
請求項４においては、前記第四の負荷付与装置は、前記回転軸上に軸支されるタービンと、該タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、前記吸込部と前記吐出部とを連通する管路と、を備えるものである。
【００２２】
請求項５においては、前記ケーシングに導入する前記流体の種類を変更して、前記回転軸に付与する負荷を調整するものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２４】
請求項１においては、車両の走行状態における走行抵抗を精度良く模擬することができる。
【００２５】
請求項２においては、走行抵抗模擬装置を構成する転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置を、簡易な構成とすることができる。
【００２６】
請求項３においては、転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置を、より簡易な構成とすることができる。
【００２７】
請求項４においては、走行抵抗模擬装置を構成する加速抵抗付与装置を、簡易な構成とすることができる。
【００２８】
請求項５においては、加速抵抗を精度良く模擬することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置の全体構成を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置が備える抵抗模擬装置を示す模式図、（ａ）転がり抵抗付与装置および空気抵抗付与装置を示す模式図、（ｂ）勾配抵抗付与装置を示す模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置が備える加速抵抗付与装置の全体構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置を用いた試験の対象となるパワートレーンについて、図１を用いて説明をする。
図１に示す如く、本実施形態において、試験の対象となるパワートレーン１は、燃料電池自動車用のパワートレーンであり、モータユニット２と燃料電池ユニット３等により構成している。
【００３１】
モータユニット２は、図示しないトランスアクスルとモータ等により構成され、燃料電池ユニット３は、図示しないインバータ、スタック、二次電池、スタック用の昇圧コンバータ、二次電池用の昇圧コンバータ等により構成されている。
そして、燃料電池ユニット３のインバータからモータユニット２に電力を供給することによりモータユニット２のモータを回転させて、トランスアクスルの出力軸２ａを駆動する構成としている。
【００３２】
尚、本実施形態では、燃料電池自動車用のパワートレーン１を例示して説明をしているが、本発明に係る走行抵抗模擬装置を適用できるパワートレーンの形態をこれに限定するものではなく、例えば、エンジンやトランスアクスル等により構成するパワートレーンや、所謂ハイブリッド自動車を構成するパワートレーン等、種々の形態のパワートレーンに本発明に係る走行抵抗模擬装置を適用することが可能である。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置の全体構成について、図１を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４は、試験対象となるパワートレーン１に対して、走行状態にある車両に生じる走行抵抗を模擬した各種の負荷を付与することができる装置であり、回転軸５、転がり抵抗付与装置６、勾配抵抗付与装置７、空気抵抗付与装置８、加速抵抗付与装置９、動力計１０、制御装置１１、コントローラ１２等により構成している。
【００３４】
回転軸５は、試験対象となるパワートレーン１と、該パワートレーン１の出力を計測する動力計１０とを接続するための軸部材であり、各抵抗付与装置６・７・８・９を貫通させた状態で図示しない軸受等によって回転可能に支持されている。
そして、回転軸５の一端部５ａはパワートレーン１が備えるモータユニット２の出力軸２ａと連結部材１７により一体的に回転可能に連結され、他端部５ｂは動力計１０の入力軸１０ａと連結部材１７により一体的に回転可能に連結されている。
【００３５】
次に、各抵抗付与装置６・７・８・９について、図１〜図３を用いて説明をする。
まず、転がり抵抗付与装置６について、説明をする。
図１および図２（ａ）に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第一の抵抗付与装置である転がり抵抗付与装置６は、走行状態にある車両に生じる転がり抵抗ｆ１（数式２参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン６ａ、ケーシング６ｂ、負荷制御装置１３等により構成している。
【００３６】
転がり抵抗付与装置６のケーシング６ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン６ａを固設しており、タービン６ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング６ｂには、該ケーシング６ｂに流体を導入するための部位である吸込部６ｃと、該ケーシング６ｂから流体を排出するための部位である吐出部６ｄを形成している。
そして、転がり抵抗付与装置６においては、ケーシング６ｂに導入する流体を空気としている。
【００３７】
回転軸５の回転に伴ってタービン６ａが回転すると、吸込部６ｃからケーシング６ｂに空気が自然に導入される。また、導入された空気は、タービン６ａによって圧縮され、圧縮された空気が吐出部６ｄからケーシング６ｂの外部に排出される。
そして、導入された空気が、タービン６ａで圧縮されるときに、タービン６ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００３８】
さらに、転がり抵抗付与装置６の吸込部６ｃには、負荷制御装置１３を備えている。
負荷制御装置１３は、吸込部６ｃからケーシング６ｂに導入される空気の流量を調整することができる装置であり、開閉弁１３ａと負荷センサ１３ｂを備えている。つまり、開閉弁１３ａの開度を調整することによって、ケーシング６ｂへの空気の導入量を制御することができる。
【００３９】
そして、ケーシング６ｂへの空気の導入量を制御することによって、タービン６ａによる空気の圧縮度合を制御することができるため、タービン６ａから回転軸５に対して付与される負荷の大きさを制御することができる。
【００４０】
転がり抵抗付与装置６は、模擬しようとする転がり抵抗のレンジ等を考慮して、タービン６ａ、ケーシング６ｂ、開閉弁１３ａ等の仕様（タービンの大きさ、形状、風量等）を決定している。そして、タービン６ａにより生じさせる負荷が所望する転がり抵抗に相当する負荷となるように開閉弁１３ａの開度を制御することにより、タービン６ａから回転軸５に対して、転がり抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００４１】
また、本実施形態では、負荷センサ１３ｂとしてトルクセンサを採用しており、ケーシング６ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、転がり抵抗付与装置６（即ち、タービン６ａ）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００４２】
また、負荷センサ１３ｂの計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値に基づいて開閉弁１３ａの弁開度を修正している。
これにより、転がり抵抗付与装置６によって、所望する転がり抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
尚、本説明では「タービン」という表現を用いているが、ここで言うタービンは、ファン・ブロア・ポンプ等を含めた流体機械を構成する羽根車の部位を例示したものであり、各抵抗付与装置の構成を、「タービン」を用いた構成に限定するものではない。
【００４３】
次に、勾配抵抗付与装置７について、説明をする。
図１および図２（ｂ）に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第二の抵抗付与装置である勾配抵抗付与装置７は、走行状態にある車両に生じる勾配抵抗ｆ２（数式３参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン７ａ、ケーシング７ｂ、負荷制御装置１４等により構成している。
【００４４】
勾配抵抗付与装置７のケーシング７ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン７ａを固設しており、タービン７ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング７ｂには、該ケーシング７ｂに流体を導入するための部位である吸込部７ｃと、該ケーシング７ｂから流体を排出するための部位である吐出部７ｄを形成している。
そして、勾配抵抗付与装置７においては、ケーシング７ｂに導入する流体を空気としている。
【００４５】
回転軸５の回転に伴ってタービン７ａが回転すると、吸込部７ｃからケーシング７ｂに空気が自然に導入される。また、導入された空気は、タービン７ａによって圧縮され、圧縮された空気が吐出部７ｄからケーシング７ｂの外部に排出される。
そして、導入された空気が、タービン７ａで圧縮されるときに、タービン７ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００４６】
さらに、勾配抵抗付与装置７の吸込部７ｃには、負荷制御装置１４を備えている。
負荷制御装置１４は、吸込部７ｃからケーシング７ｂに導入される空気の流量を調整することができる装置であり、開閉弁１４ａと負荷センサ１４ｂを備えている。つまり、開閉弁１４ａの開度を調整することによって、ケーシング７ｂへの空気の導入量を制御することができる。
【００４７】
そして、ケーシング７ｂへの空気の導入量を制御することによって、タービン７ａによる空気の圧縮度合を制御することができるため、タービン７ａから回転軸５に対して付与される負荷の大きさを制御することができる。
【００４８】
さらに、ケーシング７ｂの吸込部７ｃには、増速装置２１を接続している。
増速装置２１は、例えば、コンプレッサーやブロア等の加圧した流体を供給することができる装置によって構成され、ケーシング７ｂに加圧した空気を供給することができるものである。
勾配抵抗は、車両が下り勾配の走行状態では、車速を増速させるように負荷が作用するため、回転軸５の回転を補助する負荷を付与する必要がある。
増速装置２１は、車両が下り勾配の走行状態となったときに、吸込部７ｃから、強制的に加圧した空気を供給することによって、タービン７ａの回転を増速させる構成としている。
【００４９】
勾配抵抗付与装置７は、模擬しようとする勾配抵抗のレンジ等を考慮して、タービン７ａ、ケーシング７ｂ、開閉弁１４ａ、増速装置２１等の仕様（タービンの大きさ、形状、風量等）を決定している。そして、タービン７ａにより生じさせる負荷が所望する勾配抵抗に相当する負荷となるように開閉弁１４ａの開度や増速装置２１による給気量を制御することにより、タービン７ａから回転軸５に対して、勾配抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００５０】
また、本実施形態では、負荷センサ１４ｂとしてトルクセンサを採用しており、ケーシング７ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、勾配抵抗付与装置７（即ち、タービン７ａおよび増速装置２１）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００５１】
また、負荷センサ１４ｂの計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値に基づいて開閉弁１４ａの弁開度や増速装置２１の給気量を修正している。
これにより、勾配抵抗付与装置７によって、所望する勾配抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００５２】
次に、空気抵抗付与装置８について、説明をする。
図１および図２（ａ）に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第三の抵抗付与装置である空気抵抗付与装置８は、走行状態にある車両に生じる空気抵抗ｆ３（数式４参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン８ａ、ケーシング８ｂ、負荷制御装置１５等により構成している。
【００５３】
空気抵抗付与装置８のケーシング８ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン８ａを固設しており、タービン８ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング８ｂには、該ケーシング８ｂに流体を導入するための部位である吸込部８ｃと、該ケーシング８ｂから流体を排出するための部位である吐出部８ｄを形成している。
そして、空気抵抗付与装置８においては、ケーシング８ｂに導入する流体を空気としている。
【００５４】
回転軸５の回転に伴ってタービン８ａが回転すると、吸込部８ｃからケーシング８ｂに空気が自然に導入される。また、導入された空気は、タービン８ａによって圧縮され、圧縮された空気が吐出部８ｄからケーシング８ｂの外部に排出される。
そして、導入された空気が、タービン８ａで圧縮されるときに、タービン８ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００５５】
さらに、空気抵抗付与装置８の吸込部８ｃには、負荷制御装置１５を備えている。
負荷制御装置１５は、吸込部８ｃからケーシング８ｂに導入される空気の流量を調整することができる装置であり、開閉弁１５ａおよび負荷センサ１５ｂを備えている。つまり、開閉弁１５ａの開度を調整することによって、ケーシング８ｂへの空気の導入量を制御することができる。
【００５６】
そして、ケーシング８ｂへの空気の導入量を制御することによって、タービン８ａによる空気の圧縮度合を制御することができるため、タービン８ａから回転軸５に対して付与される負荷の大きさを制御することができる。
【００５７】
空気抵抗付与装置８は、模擬しようとする空気抵抗のレンジ等を考慮して、タービン８ａ、ケーシング８ｂ、開閉弁１５ａ等の仕様（タービンの大きさ、形状、風量等）を決定している。そして、タービン８ａにより生じさせる負荷が所望する空気抵抗に相当する負荷となるように開閉弁１５ａの開度を制御することにより、タービン８ａから回転軸５に対して、空気抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００５８】
また、本実施形態では、負荷センサ１５ｂとしてトルクセンサを採用しており、ケーシング８ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、空気抵抗付与装置８（即ち、タービン８ａ）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００５９】
また、負荷センサ１５ｂの計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値に基づいて開閉弁１５ａの弁開度を修正している。
これにより、空気抵抗付与装置８によって、所望する空気抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００６０】
即ち、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４において、第一、第二、第三の各負荷付与装置である転がり抵抗付与装置６、勾配抵抗付与装置７、空気抵抗付与装置８は、それぞれ、回転軸５上に軸支される各タービン６ａ・７ａ・８ａと、各タービン６ａ・７ａ・８ａを被装し、流体（本実施形態では空気）を導入するための各吸込部６ｃ・７ｃ・８ｃと空気を排出するための各吐出部６ｄ・７ｄ・８ｄが形成される各ケーシング６ｂ・７ｂ・８ｂと、各吸込部６ｃ・７ｃ・８ｃから各ケーシング６ｂ・７ｂ・８ｂに導入される空気の流量を制御する各負荷制御装置１３・１４・１５と、を備えるものである。
このような構成により、走行抵抗模擬装置４を構成する転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置６・７・８を、簡易な構成とすることができる。
【００６１】
また、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４においては、各抵抗付与装置６・７・８の各ケーシング６ｂ・７ｂ・８ｂに導入する流体を空気とするものである。
このような構成により、冷却水配管等の設備が不要となるため、転がり抵抗、勾配抵抗および空気抵抗の各抵抗付与装置６・７・８を、より簡易な構成とすることができる。
【００６２】
次に、加速抵抗付与装置９について、図１および図３を用いて説明をする。
図１および図３に示す如く、走行抵抗模擬装置４が備える第四の抵抗付与装置である加速抵抗付与装置９は、走行状態にある車両に生じる加速抵抗ｆ４（数式５参照）を模擬した負荷を回転軸５に付与するための装置であり、タービン９ａ、ケーシング９ｂ等により構成している。
【００６３】
加速抵抗付与装置９のケーシング９ｂを貫通する部位における回転軸５上には、タービン９ａを固設しており、タービン９ａは、回転軸５の回転に伴って回転軸５を軸心として一体的に回転される。
また、ケーシング９ｂには、該ケーシング９ｂに流体を導入するための部位である吸込部９ｃと、該ケーシング９ｂから流体を排出するための部位である吐出部９ｄを形成している。さらに、吸込部９ｃと吐出部９ｄは、管路９ｅによって連通させており、ケーシング９ｂと管路９ｅによって流体が循環する閉回路を形成している。
そして、加速抵抗付与装置９においては、ケーシング９ｂに導入する流体を液体としている。
【００６４】
回転軸５の回転に伴ってタービン９ａが回転すると、吸込部９ｃからケーシング９ｂに液体が導入される。また、導入された液体は、タービン９ａによって圧縮され、圧縮された液体が吐出部９ｄから排出される。そして、吐出部９ｄから排出された流体は、管路９ｅを通じて吸込部９ｃに戻される。
このように加速抵抗付与装置９では、ケーシング９ｂおよび管路９ｅに封入された液体を、タービン９ａの回転によって循環させる構成としている。
そして、ケーシング９ｂおよび管路９ｅを循環する液体が有する動圧によって、タービン９ａには慣性力が付与されるため、タービン９ａから回転軸５に対して、回転軸５の回転を妨げるように作用する負荷が付与される。
【００６５】
また、加速抵抗付与装置９は、ケーシング９ｂおよび管路９ｅを循環させる流体の種類を変更するようにしている。尚、ここで言う流体の種類とは、流体の比重および粘度の値を基準として、これらの値が異なる流体であれば、種類が異なる流体として扱うようにしている。
これにより、循環する流体の種類を変更することによって、タービン９ａに付与される慣性力を調整し、これにより、加速抵抗付与装置９によって、所望する加速抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００６６】
加速抵抗付与装置９は、模擬しようとする加速抵抗のレンジ等を考慮して、タービン９ａ、ケーシング９ｂの仕様（タービンの大きさ、形状等）や封入する流体の種類を決定している。そして、タービン９ａにより生じさせる負荷が所望する加速抵抗に相当する負荷となるように流体の種類を変更することにより、タービン９ａから回転軸５に対して、加速抵抗を模擬した負荷を付与する構成としている。
【００６７】
また、加速抵抗付与装置９は、負荷センサ１６を備えている。本実施形態では、負荷センサ１６としてトルクセンサを採用しており、ケーシング９ｂの内部において、回転軸５の出力トルクを計測することによって、加速抵抗付与装置９（即ち、タービン９ａ）から回転軸５に付与した負荷の大きさをリアルタイムに計測する構成としている。
【００６８】
また、負荷センサ１６の計測結果を制御装置１１にフィードバックしており、実際の計測値を確認した上で封入する流体の種類を修正することができる。
これにより、加速抵抗付与装置９によって、所望する加速抵抗を精度良く模擬した負荷を回転軸５に付与する構成としている。
【００６９】
即ち、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４において、第四の負荷付与装置である加速抵抗付与装置９は、回転軸５上に軸支されるタービン９ａと、該タービン９ａを被装する、流体（本実施態様では液体）を導入するための吸込部９ｃと液体を排出するための吐出部９ｄが形成されるケーシング９ｂと、吸込部９ｃと吐出部９ｄとを連通する管路９ｅと、を備えるものである。
このような構成により、走行抵抗模擬装置４を構成する加速抵抗付与装置９を、簡易な構成とすることができる。
【００７０】
また、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４において、加速抵抗付与装置９は、ケーシング９ｂに導入する液体の種類を変更して、回転軸５に付与する負荷（慣性力）を調整するものである。
このような構成により、加速抵抗を精度良く模擬することができる。
【００７１】
また、本実施形態で例示する動力計１０は、所謂トルクメータと呼ばれる装置を採用しており、回転軸５の回転数と出力トルクを計測することができるものである。そして、回転軸５の回転数と出力トルクの計測結果に基づいて、制御装置１１によって、パワートレーン１の出力を演算して求めるようにしている。
尚、回転軸５の回転数の計測値をＮ（ｒｐｍ）、出力トルクの計測値をＴ（Ｎ・ｍ）と規定すると、パワートレーン１の出力Ｐ（ｋｗ）は、以下の数式６によって算出できる。
【００７２】
【数６】
【００７３】
図１に示す如く、制御装置１１は、走行抵抗模擬装置４の一連の動作を制御するものであり、実体的には、運転パターンや種々のプログラム等を格納する格納手段、各プログラム等を展開する展開手段、各プログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、演算結果を記憶する記憶手段等を備えている。
【００７４】
尚、制御装置１１の格納手段には、車両の運転パターンとして、例えば、１０・１５モードの試験における運転パターン等を予め記憶させておき、運転パターンに基づいてパワートレーン１のアクセル開度を算出するプログラムを格納しておく。
また、制御装置１１の格納手段には、車両の走行状態に応じて各抵抗付与装置６・７・８・９によって回転軸５に付与すべき負荷を数式１〜５に基づき算出するプログラムを格納しておく。
さらに、制御装置１１の格納手段には、算出された付与すべき負荷に応じて各負荷制御装置１３・１４・１５の開度を算出するプログラムや、加速抵抗付与装置９に封入すべき流体の種類を決定するプログラムを予め格納しておく。
【００７５】
より具体的には、制御装置１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を備える汎用のパーソナルコンピュータを用いて実現することができ、あるいは、前記ＣＰＵ等を備える専用装置に前記プログラム群を格納したもので実現することもできる。
【００７６】
また、制御装置１１はコントローラ１２に接続されており、コントローラ１２を動作させるための信号を送信可能であるとともに、コントローラ１２が検出した各種の情報（例えば、計測値）に係る信号を受信（取得）することができる。
【００７７】
コントローラ１２は、制御装置１１に接続されており、制御装置１１から入力される信号に基づいて、走行抵抗模擬装置４の各部を動作させる信号を送信可能であるとともに、走行抵抗模擬装置４の各部に設けられたセンサが検出した情報に係る信号を受信することができる。
またコントローラ１２は、走行抵抗模擬装置４を構成する動力計１０や各負荷制御装置１３・１４・１５の各部位等に接続されており、さらに、パワートレーン１にも接続されている。
【００７８】
ここで、制御装置１１およびコントローラ１２による走行抵抗模擬装置４の各部の制御状況について説明をする。
車両の走行状態を模擬する状態において、コントローラ１２には、制御装置１１から走行条件に係る信号が入力される。
そして、走行条件に係る信号に基づいて、パワートレーン１に対して、アクセル開度を指令する信号を出力する。これにより、パワートレーン１は、コントローラ１２からの指令信号に基づき、出力軸２ａの出力が制御される。
【００７９】
また、コントローラ１２は、制御装置１１から走行条件に応じた付与すべき負荷に係る信号が入力される。
そして、付与すべき負荷に係る信号に基づいて、各負荷制御装置１３・１４・１５に対して、各開閉弁１３ａ・１４ａ・１５ａの開度を指令する信号を出力する。これにより、各負荷制御装置１３・１４・１５は、コントローラ１２からの指令信号に基づき、各開閉弁１３ａ・１４ａ・１５ａの開度が制御される。
【００８０】
さらに、コントローラ１２には、各抵抗付与装置６・７・８・９に備えられる各負荷センサ１３ｂ・１４ｂ・１５ｂ・１６から各抵抗付与装置６・７・８・９における出力トルクの各計測値が入力される。そして、この各計測値を制御装置１１に取り込んで、制御装置１１が備える演算手段によって、各抵抗付与装置６・７・８・９により実際に付与した負荷を算出している。
【００８１】
そして、制御装置１１によって、各抵抗付与装置６・７・８・９により実際に付与した負荷と、付与すべき負荷を比較して、差異がある場合には、この差異に係る情報を各抵抗付与装置６・７・８にフィードバックして、各開閉弁１３ａ・１４ａ・１５ａの開度が制御される。
【００８２】
また、制御装置１１によって、加速抵抗付与装置９により実際に付与した負荷と、付与すべき負荷を比較して、封入している流体の種類が適当であるか否かの判断がなされる。
このように、走行抵抗模擬装置４では、各走行抵抗付与装置６・７・８・９により実際に付与する負荷と、制御装置１１が算出した付与すべき負荷が精度良く一致するように制御する構成としている。
【００８３】
さらに、コントローラ１２には、動力計１０により回転軸５の他端部５ｂにおいて検出した出力トルクおよび回転数の計測値が入力される。この回転軸５の他端部５ｂにおいて検出した出力は、出力軸２ａの出力と各走行抵抗付与装置６・７・８・９による付与した負荷を合成した出力となっている。
そして、動力計１０の計測値を制御装置１１に取り込んで、制御装置１１が備える演算手段によって、走行パターンに応じた走行状態におけるパワートレーン１の出力を算出している。
これにより、走行抵抗模擬装置４によって、パワートレーン１に対して走行パターンに応じた走行抵抗を精度良く模擬した負荷を付与しながら、パワートレーン１の出力を計測することができる。
【００８４】
このように、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４は、走行抵抗Ｆを構成する転がり抵抗ｆ１、勾配抵抗ｆ２、空気抵抗ｆ３、加速抵抗ｆ４の抵抗要素ごとに各抵抗付与装置６・７・８・９を備える構成としており、各抵抗要素を精度良く模擬することが可能であるため、パワートレーン１に対して、走行状態（走行パターン）に応じた走行抵抗Ｆを精度良く模擬した負荷を付与することができる。
【００８５】
即ち、本発明の一実施形態に係る走行抵抗模擬装置４は、パワートレーン１からの出力を計測する動力計１０と、パワートレーン１の出力軸２ａと動力計１０の入力軸１０ａを接続する回転軸５と、回転軸５に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗Ｆを模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、を備えるものであって、前記負荷付与装置は、転がり抵抗ｆ１を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置である転がり抵抗付与装置６と、勾配抵抗ｆ２を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置である勾配抵抗付与装置７と、空気抵抗ｆ３を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置である空気抵抗付与装置８と、加速抵抗ｆ４を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置である加速抵抗付与装置９と、を備えるものである。
このような構成により、車両の走行状態における走行抵抗Ｆを精度良く模擬することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１ パワートレーン
４ 走行抵抗模擬装置
５ 回転軸
６ 転がり抵抗付与装置
７ 勾配抵抗付与装置
８ 空気抵抗付与装置
９ 加速抵抗付与装置
１０ 動力計
１１ 制御装置
１２ コントローラ
１３ 負荷制御装置（転がり抵抗用）
１４ 負荷制御装置（勾配抵抗用）
１５ 負荷制御装置（空気抵抗用）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワートレーンからの出力を計測する動力計と、
前記パワートレーンの出力軸と前記動力計の入力軸を接続する回転軸と、
前記回転軸に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗を模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、
を備える走行抵抗模擬装置であって、
前記負荷付与装置は、
転がり抵抗を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置と、
勾配抵抗を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置と、
空気抵抗を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置と、
加速抵抗を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置と、
を備える、
ことを特徴とする走行抵抗模擬装置。
【請求項２】
前記第一、第二、第三の負荷付与装置は、
それぞれ、
前記回転軸上に軸支されるタービンと、
前記タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、
前記吸込部から前記ケーシングに導入される前記流体の流量を制御する制御装置と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の走行抵抗模擬装置。
【請求項３】
前記ケーシングに導入する前記流体を空気とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の走行抵抗模擬装置。
【請求項４】
前記第四の負荷付与装置は、
前記回転軸上に軸支されるタービンと、
該タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、
前記吸込部と前記吐出部とを連通する管路と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の走行抵抗模擬装置。
【請求項５】
前記ケーシングに導入する前記流体の種類を変更して、
前記回転軸に付与する負荷を調整する、
ことを特徴とする請求項４に記載の走行抵抗模擬装置。
【請求項１】
パワートレーンからの出力を計測する動力計と、
前記パワートレーンの出力軸と前記動力計の入力軸を接続する回転軸と、
前記回転軸に、走行状態にある車両に生じる走行抵抗を模擬した負荷を付与する負荷付与装置と、
を備える走行抵抗模擬装置であって、
前記負荷付与装置は、
転がり抵抗を模擬した負荷を付与する第一の負荷付与装置と、
勾配抵抗を模擬した負荷を付与する第二の負荷付与装置と、
空気抵抗を模擬した負荷を付与する第三の負荷付与装置と、
加速抵抗を模擬した負荷を付与する第四の負荷付与装置と、
を備える、
ことを特徴とする走行抵抗模擬装置。
【請求項２】
前記第一、第二、第三の負荷付与装置は、
それぞれ、
前記回転軸上に軸支されるタービンと、
前記タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、
前記吸込部から前記ケーシングに導入される前記流体の流量を制御する制御装置と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の走行抵抗模擬装置。
【請求項３】
前記ケーシングに導入する前記流体を空気とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の走行抵抗模擬装置。
【請求項４】
前記第四の負荷付与装置は、
前記回転軸上に軸支されるタービンと、
該タービンを被装し、流体を導入するための吸込部と前記流体を排出するための吐出部が形成されるケーシングと、
前記吸込部と前記吐出部とを連通する管路と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の走行抵抗模擬装置。
【請求項５】
前記ケーシングに導入する前記流体の種類を変更して、
前記回転軸に付与する負荷を調整する、
ことを特徴とする請求項４に記載の走行抵抗模擬装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１５８４３５（Ｐ２０１１−１５８４３５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５３５（Ｐ２０１０−２２５３５）
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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