JPH11282897A - シュミレーション装置、シュミレーション方法、およびプログラム記憶媒体 - Google Patents
シュミレーション装置、シュミレーション方法、およびプログラム記憶媒体Info
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- JPH11282897A JPH11282897A JP10412998A JP10412998A JPH11282897A JP H11282897 A JPH11282897 A JP H11282897A JP 10412998 A JP10412998 A JP 10412998A JP 10412998 A JP10412998 A JP 10412998A JP H11282897 A JPH11282897 A JP H11282897A
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- G06G7/64—Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators for non-electric machines, e.g. turbine
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- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
- B60W2050/0001—Details of the control system
- B60W2050/0019—Control system elements or transfer functions
- B60W2050/0028—Mathematical models, e.g. for simulation
- B60W2050/0037—Mathematical models of vehicle sub-units
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 部品の変更やモデルの変更に容易に対処して
シュミレーションを行うことができるシュミレーション
装置を提案するものである。 【解決手段】 駆動源を含みこの駆動源からの駆動力を
伝達する複数のユニットから構成される対象装置の動的
性能を系モデルによりシュミレーションするシュミレー
ション装置であって、対象装置を構成する個々のユニッ
トを、個々のユニットの動的性能によるエネルギーの授
受と、その動的特性を決定するパラメータとにより機能
モデルとして表現する機能モデル化手段と、上記各ユニ
ットの静的特性データを記憶するデータ格納部（機構モ
デル）と、各ユニットについて、データ特性部から読み
出した静的特性データからそのユニットのためのパラメ
ータを演算するデータモデル化手段とを具備するシュミ
レーション装置。
シュミレーションを行うことができるシュミレーション
装置を提案するものである。 【解決手段】 駆動源を含みこの駆動源からの駆動力を
伝達する複数のユニットから構成される対象装置の動的
性能を系モデルによりシュミレーションするシュミレー
ション装置であって、対象装置を構成する個々のユニッ
トを、個々のユニットの動的性能によるエネルギーの授
受と、その動的特性を決定するパラメータとにより機能
モデルとして表現する機能モデル化手段と、上記各ユニ
ットの静的特性データを記憶するデータ格納部（機構モ
デル）と、各ユニットについて、データ特性部から読み
出した静的特性データからそのユニットのためのパラメ
ータを演算するデータモデル化手段とを具備するシュミ
レーション装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シュミレーション
装置等に関し、特に、例えば自動車のパワートレーンな
どの複数の要素または部品が複雑に絡み合った系を効率
よくモデル化してシュミレーションするシュミレーショ
ン装置などに関する。
装置等に関し、特に、例えば自動車のパワートレーンな
どの複数の要素または部品が複雑に絡み合った系を効率
よくモデル化してシュミレーションするシュミレーショ
ン装置などに関する。
【０００２】
【従来の技術】商品開発の短期化を目的として、従来試
作品を用いた試験によって行っていた性能や機能の評価
・確認を、シミュレーションによって開発の上流で行う
必要性が高まっている。自動車の諸性能は、エンジンや
変速機など個々のユニットの特性が統合されて現れるも
のである。これらの特性は複数の異なる分野に跨るた
め、シミュレーションの目的に対応した固有の方法で異
なる理論体系を結びつけてモデル化が行われている。し
かし、数多くの問題に対してシミュレーションを充足し
それらを維持管理するには、効率的ではない。
作品を用いた試験によって行っていた性能や機能の評価
・確認を、シミュレーションによって開発の上流で行う
必要性が高まっている。自動車の諸性能は、エンジンや
変速機など個々のユニットの特性が統合されて現れるも
のである。これらの特性は複数の異なる分野に跨るた
め、シミュレーションの目的に対応した固有の方法で異
なる理論体系を結びつけてモデル化が行われている。し
かし、数多くの問題に対してシミュレーションを充足し
それらを維持管理するには、効率的ではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この問題の解決には、
異なる分野に対して共通化され、それらの統合を容易に
できるモデル化技術を必要とする。発明者たちは先に、
特願平７−２５０９７４号などで、ポテンシャルとフロ
ートという概念で部品をシステム方程式により表現する
ことを提案し、複数の部品からなるユニットを行列表現
化した。
異なる分野に対して共通化され、それらの統合を容易に
できるモデル化技術を必要とする。発明者たちは先に、
特願平７−２５０９７４号などで、ポテンシャルとフロ
ートという概念で部品をシステム方程式により表現する
ことを提案し、複数の部品からなるユニットを行列表現
化した。
【０００４】本発明は、この提案の延長線上になされた
ものであり、部品の変更やモデルの変更に容易に対処し
てシュミレーションを行うことができるシュミレーショ
ン装置を提案するものである。
ものであり、部品の変更やモデルの変更に容易に対処し
てシュミレーションを行うことができるシュミレーショ
ン装置を提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、請求項１に提案の、駆動源を含みこの駆動源からの
駆動力を伝達する複数のユニットから構成される対象装
置の動的性能を系モデルによりシュミレーションするシ
ュミレーション装置は、対象装置を構成する個々のユニ
ットを、個々のユニットの動的性能によるエネルギーの
授受と、その動的特性を決定するパラメータとにより表
現する機能モデル化手段と、上記各ユニットの静的特性
データを記憶するデータ格納部と、各ユニットについ
て、データ特性部から読み出した静的特性データからそ
のユニットのためのパラメータを演算するデータモデル
化手段とを具備することを特徴とする。
に、請求項１に提案の、駆動源を含みこの駆動源からの
駆動力を伝達する複数のユニットから構成される対象装
置の動的性能を系モデルによりシュミレーションするシ
ュミレーション装置は、対象装置を構成する個々のユニ
ットを、個々のユニットの動的性能によるエネルギーの
授受と、その動的特性を決定するパラメータとにより表
現する機能モデル化手段と、上記各ユニットの静的特性
データを記憶するデータ格納部と、各ユニットについ
て、データ特性部から読み出した静的特性データからそ
のユニットのためのパラメータを演算するデータモデル
化手段とを具備することを特徴とする。
【０００６】本発明の好適な一態様である請求項２に拠
れば、個々のユニットのパラメータは、マス、バネ、ダ
ンパの少なくとも１つとして表現されることを特徴とす
る。後に説明する実施形態では、マスとは慣性質量、バ
ネとは剛性、ダンパとは粘性係数である。本発明の好適
な一態様である請求項３に拠れば、前記機能モデル化手
段は行列により個々のユニットの動的性能を表現するこ
とを特徴とする。
れば、個々のユニットのパラメータは、マス、バネ、ダ
ンパの少なくとも１つとして表現されることを特徴とす
る。後に説明する実施形態では、マスとは慣性質量、バ
ネとは剛性、ダンパとは粘性係数である。本発明の好適
な一態様である請求項３に拠れば、前記機能モデル化手
段は行列により個々のユニットの動的性能を表現するこ
とを特徴とする。
【０００７】本発明の好適な一態様である請求項４に拠
れば、前記機能モデル化手段により生成された個々のユ
ニットの動的性能としての行列表現を対象装置全体の行
列表現に統合する手段を含むことを特徴とする。本発明
の好適な一態様である請求項５に拠れば、個々のユニッ
トの動的性能は状態方程式により表現されることを特徴
とする。
れば、前記機能モデル化手段により生成された個々のユ
ニットの動的性能としての行列表現を対象装置全体の行
列表現に統合する手段を含むことを特徴とする。本発明
の好適な一態様である請求項５に拠れば、個々のユニッ
トの動的性能は状態方程式により表現されることを特徴
とする。
【０００８】本発明の好適な一態様である請求項６に拠
れば、前記データモデル化手段は、ユニットのシュミレ
ーションの進行段階における状態に応じて前記データ格
納部からの静的特性データをパラメータに変換すること
を特徴とする。本発明の好適な一態様である請求項７に
拠れば、個々のユニットはポテンシャルを表現する位差
量とフローを表現する流動量を介して互いに連結される
ことを特徴とする。
れば、前記データモデル化手段は、ユニットのシュミレ
ーションの進行段階における状態に応じて前記データ格
納部からの静的特性データをパラメータに変換すること
を特徴とする。本発明の好適な一態様である請求項７に
拠れば、個々のユニットはポテンシャルを表現する位差
量とフローを表現する流動量を介して互いに連結される
ことを特徴とする。
【０００９】本発明の好適な一態様である請求項８に拠
れば、パラメータはユニットの状態量と微小状態遷移時
の状態変化量とを含むことを特徴とする。状態変化を微
小状態の変化とすることにより、ユニットが非線形の場
合でも線形性を確保して精度の高いシミュレーションす
ることができる。本発明の好適な一態様である請求項９
に拠れば、ユニットは非線形動作を行うことを特徴とす
る。
れば、パラメータはユニットの状態量と微小状態遷移時
の状態変化量とを含むことを特徴とする。状態変化を微
小状態の変化とすることにより、ユニットが非線形の場
合でも線形性を確保して精度の高いシミュレーションす
ることができる。本発明の好適な一態様である請求項９
に拠れば、ユニットは非線形動作を行うことを特徴とす
る。
【００１０】本発明の好適な一態様である請求項１０に
拠れば、データモデル化手段はユニットの種類に応じて
複数設定されることを特徴とする請求項１に記載のシュ
ミレーション装置。本発明の好適な一態様である請求項
１１に拠れば、さらに、動的性能を離散系の時間で表
し、単位時間当たりでは個々のユニットのパラメータは
ゼロ次（定数）に近似されることを特徴とする請求項１
に記載のシュミレーション装置。
拠れば、データモデル化手段はユニットの種類に応じて
複数設定されることを特徴とする請求項１に記載のシュ
ミレーション装置。本発明の好適な一態様である請求項
１１に拠れば、さらに、動的性能を離散系の時間で表
し、単位時間当たりでは個々のユニットのパラメータは
ゼロ次（定数）に近似されることを特徴とする請求項１
に記載のシュミレーション装置。
【００１１】本発明の上記課題は請求項１２に記載のシ
ュミレーション方法によっても達成される。
ュミレーション方法によっても達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の好適な実施形態であるシュミレーションシステムを説
明する。 〈位差量と状態量〉実施形態のシミュレーション装置に
特徴的な、ユニット表現の基本について説明する。
の好適な実施形態であるシュミレーションシステムを説
明する。 〈位差量と状態量〉実施形態のシミュレーション装置に
特徴的な、ユニット表現の基本について説明する。
【００１３】ある実体のシステムを構成する部分機能は
エネルギの授受を行うシステム要素としてモデル化され
る。このエネルギモデルは、第１図に示すように、ある
部分機能をブラックボックスとすると、このブラックボ
ックスの内部損失と、当該ブラックボックスに入力され
る入力エネルギと、当該ブラックボックスから出力され
る出力エネルギとで構成され、入力エネルギ＝出力エネ
ルギ＋内部損失で表される。入力エネルギ及び出力エネ
ルギは、それぞれ位差量と流動量からなる状態量で表さ
れる。位差量は実体に加わる入出力エネルギのポテンシ
ャル成分を表す状態量で、流動量は実体に加わる入出力
エネルギのフロー成分を表す状態量である。
エネルギの授受を行うシステム要素としてモデル化され
る。このエネルギモデルは、第１図に示すように、ある
部分機能をブラックボックスとすると、このブラックボ
ックスの内部損失と、当該ブラックボックスに入力され
る入力エネルギと、当該ブラックボックスから出力され
る出力エネルギとで構成され、入力エネルギ＝出力エネ
ルギ＋内部損失で表される。入力エネルギ及び出力エネ
ルギは、それぞれ位差量と流動量からなる状態量で表さ
れる。位差量は実体に加わる入出力エネルギのポテンシ
ャル成分を表す状態量で、流動量は実体に加わる入出力
エネルギのフロー成分を表す状態量である。
【００１４】そして、状態量は入力状態量と出力状態量
の対とし、入力状態量は入力位差量又は入力流動量とし
て表され、出力状態量は出力位差量又は出力流動量とし
て表される。すなわち、入出力エネルギは入力位差量と
出力流動量の対、又は入力流動量と出力位差量の対とし
たいずれかで表される。位差量と流動量の具体的な例
を、表１に示す。
の対とし、入力状態量は入力位差量又は入力流動量とし
て表され、出力状態量は出力位差量又は出力流動量とし
て表される。すなわち、入出力エネルギは入力位差量と
出力流動量の対、又は入力流動量と出力位差量の対とし
たいずれかで表される。位差量と流動量の具体的な例
を、表１に示す。
【００１５】 前記エネルギモデルをさらに具体的に説明すると、次の
通りである。モータの働きをブラックボックスとし、入
力エネルギの流動量に電流（値）を与えると、入力エネ
ルギ側の位差量にはモータの内部抵抗とモータ出力に対
応した電圧（値）が返される。この場合、電流が入力流
動量で、電圧が出力位差量となり、（電流×電圧）が入
力エネルギとなる。すなわち、回転トルクを一定とした
場合、電流を多く流すと電圧が高くなりモータの回転数
も増加する。一方、トルクが出力流動量として出力さ
れ、モータの角速度が入力位差量として返される。この
場合、（トルク×角速度）が出力エネルギとなる。
通りである。モータの働きをブラックボックスとし、入
力エネルギの流動量に電流（値）を与えると、入力エネ
ルギ側の位差量にはモータの内部抵抗とモータ出力に対
応した電圧（値）が返される。この場合、電流が入力流
動量で、電圧が出力位差量となり、（電流×電圧）が入
力エネルギとなる。すなわち、回転トルクを一定とした
場合、電流を多く流すと電圧が高くなりモータの回転数
も増加する。一方、トルクが出力流動量として出力さ
れ、モータの角速度が入力位差量として返される。この
場合、（トルク×角速度）が出力エネルギとなる。
【００１６】なお、この例において、位差量である電圧
を入れることにより流動量として電流が返されると考え
てもよい。この場合には、第１図の矢印が逆になり、電
圧が入力位差量となり、電流が出力流動量となる。前記
実体のブラックボックスの内部は、第２図に示すよう
に、実体の固有特性を表す閉ループ系（固有値系）と、
入力エネルギを閉ループ系に供給する環境特性を表す開
ループ系で構成される。閉ループ系では、第３図に示す
ように、出力状態量がフィードバックされて入力状態量
に加えられ状態量の永久ループを形成し、このループに
包含されている内部要素が固有値を確定する。開ループ
系では、第４図に示すように、入力状態量が出力状態量
に加えられ、状態量の流れを形成し、実体に加えられる
入力エネルギとなる外部状態量および固有値の入力エネ
ルギとなる内部状態量の間の流れを確定する。したがっ
て、実体に加えられるエネルギ群は、位差入カエネルギ
群と流動入力エネルギ群を環境系に加え、この環境系を
経由して固有値系に位差，流動エネルギ群が加わる。
を入れることにより流動量として電流が返されると考え
てもよい。この場合には、第１図の矢印が逆になり、電
圧が入力位差量となり、電流が出力流動量となる。前記
実体のブラックボックスの内部は、第２図に示すよう
に、実体の固有特性を表す閉ループ系（固有値系）と、
入力エネルギを閉ループ系に供給する環境特性を表す開
ループ系で構成される。閉ループ系では、第３図に示す
ように、出力状態量がフィードバックされて入力状態量
に加えられ状態量の永久ループを形成し、このループに
包含されている内部要素が固有値を確定する。開ループ
系では、第４図に示すように、入力状態量が出力状態量
に加えられ、状態量の流れを形成し、実体に加えられる
入力エネルギとなる外部状態量および固有値の入力エネ
ルギとなる内部状態量の間の流れを確定する。したがっ
て、実体に加えられるエネルギ群は、位差入カエネルギ
群と流動入力エネルギ群を環境系に加え、この環境系を
経由して固有値系に位差，流動エネルギ群が加わる。
【００１７】このようにして製品を構成する全ての部分
機能をシステム要素としてエネルギモデル化し、各シス
テム要素をある接続関係で組み合わせれば製品がモデル
化される。これから説明する仮想原型はこのような知見
に基づき、それを更に発展させたものである。
機能をシステム要素としてエネルギモデル化し、各シス
テム要素をある接続関係で組み合わせれば製品がモデル
化される。これから説明する仮想原型はこのような知見
に基づき、それを更に発展させたものである。
【００１８】〈仮想原型の概念〉仮想原型(virtual pro
totype)の概念構成を第５図に示す。仮想原型によるモ
デルでは、モデルの内容が「機能モデル」(functiona m
odel)と「機構モデル」(mechanism model)に層別され
る。機能モデルは、上述の「位差量」(potential)と
「流動量」(flow)という、二つの一般化された「状態
量」によって記述される。「機能モデル」はモデル化対
象となる実体の動特性を表し、サブシステム(subsyste
m)を統合して全体システム(integrated system)を形成
する役割を担う。第５図の例では、全体システムはサブ
システム（ａ）とサブシステム（ｂ）とからなる。
totype)の概念構成を第５図に示す。仮想原型によるモ
デルでは、モデルの内容が「機能モデル」(functiona m
odel)と「機構モデル」(mechanism model)に層別され
る。機能モデルは、上述の「位差量」(potential)と
「流動量」(flow)という、二つの一般化された「状態
量」によって記述される。「機能モデル」はモデル化対
象となる実体の動特性を表し、サブシステム(subsyste
m)を統合して全体システム(integrated system)を形成
する役割を担う。第５図の例では、全体システムはサブ
システム（ａ）とサブシステム（ｂ）とからなる。
【００１９】「機構モデル」は機能モデルのパラメータ
(parameters)に代入される物理特性値(physical charac
teristic)を与え、実体のメカニズムに依存したモデル
となる。この階層構造化されたモデル構成によって、一
般に複雑化する機構モデルの扱いに苦慮することなく、
統一された方法でサブシステムのモデルを統合して全体
機能をモデル化する事ができる。
(parameters)に代入される物理特性値(physical charac
teristic)を与え、実体のメカニズムに依存したモデル
となる。この階層構造化されたモデル構成によって、一
般に複雑化する機構モデルの扱いに苦慮することなく、
統一された方法でサブシステムのモデルを統合して全体
機能をモデル化する事ができる。
【００２０】機能モデルはシステム方程式によって表さ
れ、サンプリングクロック毎に機構モデルによるパラメ
ータの更新と離散化を行う。従ってメカニズムによる特
性の非線形性は、機能モデルにおいてサンプリングタイ
ム毎に線形化される。 〈パワートレインの基本モデル〉パワートレインには、
クラッチやブレーキなどの、モデル間のつながりを断続
させて、モデル構造を不連続に切り替える要素が含まれ
る。この構造変化を「構造非線形」と呼ぶ。
れ、サンプリングクロック毎に機構モデルによるパラメ
ータの更新と離散化を行う。従ってメカニズムによる特
性の非線形性は、機能モデルにおいてサンプリングタイ
ム毎に線形化される。 〈パワートレインの基本モデル〉パワートレインには、
クラッチやブレーキなどの、モデル間のつながりを断続
させて、モデル構造を不連続に切り替える要素が含まれ
る。この構造変化を「構造非線形」と呼ぶ。
【００２１】まず構造非線形を含まないモデルを考え、
機能モデルと機構モデルから成る構成の実例と、サブシ
ステムから全体への統合そして解法について述べる。パ
ワートレインの全体モデルは、第６図に示すように、４
つの機能モデル（「エンジン」(engine & accessary)と
「トルクコンバータ」(torque converter)と「変速機」
(gear box)と「駆動力」(driving force)の４つの機能
モデル）から構成される。これらの各機能モデルは、パ
ラメータを介してエンジン、トルクコンバーターなどの
機構モデルと結ばれる。なお、変速機は減速比だけに単
純化している。
機能モデルと機構モデルから成る構成の実例と、サブシ
ステムから全体への統合そして解法について述べる。パ
ワートレインの全体モデルは、第６図に示すように、４
つの機能モデル（「エンジン」(engine & accessary)と
「トルクコンバータ」(torque converter)と「変速機」
(gear box)と「駆動力」(driving force)の４つの機能
モデル）から構成される。これらの各機能モデルは、パ
ラメータを介してエンジン、トルクコンバーターなどの
機構モデルと結ばれる。なお、変速機は減速比だけに単
純化している。
【００２２】各機能モデル間は、流動量であるトルク・
力と、位差量である回転・速度で結ばれる。 〈エンジンおよび補機の駆動抵抗のモデル〉エンジン機
能モデルは、第７図に示すように、慣性モーメントＪ
engと粘性抵抗係数Ｃengから成る一次遅れ系として表さ
れる。
力と、位差量である回転・速度で結ばれる。 〈エンジンおよび補機の駆動抵抗のモデル〉エンジン機
能モデルは、第７図に示すように、慣性モーメントＪ
engと粘性抵抗係数Ｃengから成る一次遅れ系として表さ
れる。
【００２３】また、エンジンの機構モデルは、同じく、
第７図に示すように、エンジンのトルク特性と補機の駆
動抵抗を粘性抵抗係数及び抵抗の摩擦成分であるオフセ
ット値ＴC.engとして機能モデルに与える。エンジン機
構モデルは電子制御モデルを含み、制御入力およびドラ
イバーの操作入力に対する過度応答を考慮しているが、
失火等の不安定現象は考慮していない。
第７図に示すように、エンジンのトルク特性と補機の駆
動抵抗を粘性抵抗係数及び抵抗の摩擦成分であるオフセ
ット値ＴC.engとして機能モデルに与える。エンジン機
構モデルは電子制御モデルを含み、制御入力およびドラ
イバーの操作入力に対する過度応答を考慮しているが、
失火等の不安定現象は考慮していない。
【００２４】エンジンの機構モデルのシステム方程式
を、
を、
【００２５】
【数１】
【００２６】で表すとする。但し、「’」は時間微分を
表す。ここで、Ｘengは状態ベクトルで、状態変数はｘ
engの一つだけであるから、
表す。ここで、Ｘengは状態ベクトルで、状態変数はｘ
engの一つだけであるから、
【００２７】
【数２】
【００２８】であり、状態量を抽出するための観測ベク
トルＯeng、外部入力ベクトルＩengは、エンジンの補器
の機能モデルが第８図に示すブロック線図によって表現
される場合には、夫々、
トルＯeng、外部入力ベクトルＩengは、エンジンの補器
の機能モデルが第８図に示すブロック線図によって表現
される場合には、夫々、
【００２９】
【数３】
【００３０】によって表される。ここで、Ｔengはエン
ジンのトルク、ωengはエンジンの回転速度、Ｔaccyは
補器への出力トルクであるとした。従って、モデルのパ
ラメータから構成される部分行列は、
ジンのトルク、ωengはエンジンの回転速度、Ｔaccyは
補器への出力トルクであるとした。従って、モデルのパ
ラメータから構成される部分行列は、
【００３１】
【数４】
【００３２】
【数５】
【００３３】
【数６】
【００３４】尚、第８図を含めて、本実施形態のシステ
ムブロック線図において用いられる図形記号を第９図に
示す。 〈トルクコンバーターのモデル〉トルクコンバーターは
ポンプ部とタービング部に分け、前者はエンジンと、後
者は車軸と剛体結合されているものと考える。また、ト
ルクコンバーター内部の流体の過度的挙動は無視する。
ムブロック線図において用いられる図形記号を第９図に
示す。 〈トルクコンバーターのモデル〉トルクコンバーターは
ポンプ部とタービング部に分け、前者はエンジンと、後
者は車軸と剛体結合されているものと考える。また、ト
ルクコンバーター内部の流体の過度的挙動は無視する。
【００３５】トルクコンバーターの駆動トルクはポンプ
とタービンの速度比ｅを変数とする容量係数Ｃcpを用い
て下式で表される。
とタービンの速度比ｅを変数とする容量係数Ｃcpを用い
て下式で表される。
【００３６】
【数７】
【００３７】機構モデルは、速度比ｅから、第１０図の
グラフに示された駆動トルク曲線の接線を求め、この接
線の傾きＣtcと切片ＴO.tcとを機能モデルに与える。ま
た、同時にトルク比を特性データから読みとり、機能モ
デルに与える。トルクコンバーターの機能モデルのブロ
ック線図を第１０図に示す。 〈車両駆動力モデル〉車両駆動力モデルは第１１図に示
すように、車両質量、走行抵抗、タイヤ半径、最終減速
比とアクスルシャフト慣性モーメントから構成される。
走行抵抗の要因であるタイヤ転がり抵抗、空気抵抗、登
坂抵抗は、機構モデルから粘性抵抗係数およびオフセッ
ト荷重に変化して機能モデルに与える。
グラフに示された駆動トルク曲線の接線を求め、この接
線の傾きＣtcと切片ＴO.tcとを機能モデルに与える。ま
た、同時にトルク比を特性データから読みとり、機能モ
デルに与える。トルクコンバーターの機能モデルのブロ
ック線図を第１０図に示す。 〈車両駆動力モデル〉車両駆動力モデルは第１１図に示
すように、車両質量、走行抵抗、タイヤ半径、最終減速
比とアクスルシャフト慣性モーメントから構成される。
走行抵抗の要因であるタイヤ転がり抵抗、空気抵抗、登
坂抵抗は、機構モデルから粘性抵抗係数およびオフセッ
ト荷重に変化して機能モデルに与える。
【００３８】第６図に於いて、Ｒfは変速機の最終段の
ギヤ比、Ｊaxはシャフトの慣性質量、Ｒtyはタイヤの半
径、Ｍvは車輌の質量、Ｃvは速度に依存する粘性抵抗計
数、ＦO.vは車体に働くオフセット力である。をいう。 〈機能モデルの統合〉上述のエンジン、トルクコンバー
タ、駆動力の各ユニットの統合体であるパワートレーン
をこれらの状態方程式の統合によって表現することがで
きる。
ギヤ比、Ｊaxはシャフトの慣性質量、Ｒtyはタイヤの半
径、Ｍvは車輌の質量、Ｃvは速度に依存する粘性抵抗計
数、ＦO.vは車体に働くオフセット力である。をいう。 〈機能モデルの統合〉上述のエンジン、トルクコンバー
タ、駆動力の各ユニットの統合体であるパワートレーン
をこれらの状態方程式の統合によって表現することがで
きる。
【００３９】第１２図乃至第１４図は、状態方程式の統
合化を説明する。この統合化の詳細は、本出願人によ
る、特願平７−２５０９７４号に詳細に説明されてい
る。即ち、第１２図に示すように、統合化対象のユニッ
トモデルが３つ存在するとする。そして、第１３図に示
すように、各ユニットのパラメータ行列をシステム方程
式上に対角に配置し、行・列を操作して入出力ベクトル
を状態変数と入力および観測状態量に整理する。
合化を説明する。この統合化の詳細は、本出願人によ
る、特願平７−２５０９７４号に詳細に説明されてい
る。即ち、第１２図に示すように、統合化対象のユニッ
トモデルが３つ存在するとする。そして、第１３図に示
すように、各ユニットのパラメータ行列をシステム方程
式上に対角に配置し、行・列を操作して入出力ベクトル
を状態変数と入力および観測状態量に整理する。
【００４０】次に、第１５図に示すように、２つのユニ
ット間の接続状態量（観測状態量）を入力状態量に代入
して、入力ベクトルから接続状態量である入力状態量を
消去する。このような操作により、最終的に、第１４図
の形状の方程式で統合システムが表現され、その入力ベ
クトルＩは定数項のみとなり、従って、時間に依存しな
くなる。これにより全体モデルが完成する。
ット間の接続状態量（観測状態量）を入力状態量に代入
して、入力ベクトルから接続状態量である入力状態量を
消去する。このような操作により、最終的に、第１４図
の形状の方程式で統合システムが表現され、その入力ベ
クトルＩは定数項のみとなり、従って、時間に依存しな
くなる。これにより全体モデルが完成する。
【００４１】入力ベクトルＩが定数項のみとなるのは、
各ユニットモデルの部分行列Ａ，Ｂ，Ｃにオフセット量
などを組み込むからである。 〈解法〉統合したモデルをシミュレーションするために
は、統合したシステム方程式を解く必要がある。
各ユニットモデルの部分行列Ａ，Ｂ，Ｃにオフセット量
などを組み込むからである。 〈解法〉統合したモデルをシミュレーションするために
は、統合したシステム方程式を解く必要がある。
【００４２】本実施形態では、ゼロ次ホールドを用い
て、統合した状態方程式を離散時間系で計算する。連続
時間系ではこの状態方程式は非線形であるが、単位時間
の短い離散時間系では、入力Ｉはステップ入力、即ち、
短いΔｔ時間の間には、入力は定数値を示すステップ入
力となりゼロ次である。連続時間系から離散時間系への
変換処理は、部分行列［ＡＢ］に対して行い、変換後の
行列を［ＰＱ］とすると、第１７図及び第１８図に示す
ように、
て、統合した状態方程式を離散時間系で計算する。連続
時間系ではこの状態方程式は非線形であるが、単位時間
の短い離散時間系では、入力Ｉはステップ入力、即ち、
短いΔｔ時間の間には、入力は定数値を示すステップ入
力となりゼロ次である。連続時間系から離散時間系への
変換処理は、部分行列［ＡＢ］に対して行い、変換後の
行列を［ＰＱ］とすると、第１７図及び第１８図に示す
ように、
【００４３】
【数８】
【００４４】
【数９】
【００４５】ここで、Ｅは単位行列、ｔsはサンプリン
グタイムである。離散系のシステム方程式は、下式で表
される。
グタイムである。離散系のシステム方程式は、下式で表
される。
【００４６】
【数１０】
【００４７】〈構造非線形なパワートレイン機能モデ
ル〉クラッチは、系を分離したり合成したりする構造非
線形を司る典型的な機構要素である。本実施形態がシミ
ュレーション対象とするパワートレーンはこの非線形要
素を含む実例としてラビニョウ型遊星歯車列を有する自
動変速機モデルである。
ル〉クラッチは、系を分離したり合成したりする構造非
線形を司る典型的な機構要素である。本実施形態がシミ
ュレーション対象とするパワートレーンはこの非線形要
素を含む実例としてラビニョウ型遊星歯車列を有する自
動変速機モデルである。
【００４８】以下に、この構造非線形なクラッチ要素を
扱う時のクラッチ要素のモデル化を説明する。 〈クラッチ要素のモデル化〉クラッチモデルとは、接続
する２つの系の双方の回転差を入力し、応答としてトル
クを出力する機械インピーダンスを基礎としてモデル化
したものである。
扱う時のクラッチ要素のモデル化を説明する。 〈クラッチ要素のモデル化〉クラッチモデルとは、接続
する２つの系の双方の回転差を入力し、応答としてトル
クを出力する機械インピーダンスを基礎としてモデル化
したものである。
【００４９】機械インピーダンスについては、剛性によ
って系をつなぐものと、粘性係数のみから成る二つのモ
デルが考えられる。後者は、粘性軸継手として喩えら
れ、係合時にわずかな滑りが生じるが扱いが容易である
ため、自動変速機モデルである本実施形態システムで
は、この後者の粘性係数のみからなるモデルを採用す
る。クラッチは、伝達すべきトルクが伝達可能なトルク
値（以後、トルク容量ＴCcと呼ぶ）を越えるとスリップ
状態となり、トルク容量ＴCcに等しいトルクが出力され
るという性質を有する。
って系をつなぐものと、粘性係数のみから成る二つのモ
デルが考えられる。後者は、粘性軸継手として喩えら
れ、係合時にわずかな滑りが生じるが扱いが容易である
ため、自動変速機モデルである本実施形態システムで
は、この後者の粘性係数のみからなるモデルを採用す
る。クラッチは、伝達すべきトルクが伝達可能なトルク
値（以後、トルク容量ＴCcと呼ぶ）を越えるとスリップ
状態となり、トルク容量ＴCcに等しいトルクが出力され
るという性質を有する。
【００５０】クラッチの機能モデルを第１９図に示す。
このトルク容量ＴCcはクラッチ機構モデルによって機能
モデルに与えられる。第１９図に示すように、機能モデ
ルは、係合状態のトルク値を算出する。即ち、入力と出
力の回転数差（＝ωC,in−ω C,out）は係数ＣCcによっ
てトルク値Ｔinに変換され、このトルク値は容量ＴCcと
比較される。Ｔin≧ＴCcならばＴCcを出力し、Ｔin＜Ｔ
CcならばＴを出力する。即ち、ＴinとＴCcのうち絶対値
の小さい方を採用する。
このトルク容量ＴCcはクラッチ機構モデルによって機能
モデルに与えられる。第１９図に示すように、機能モデ
ルは、係合状態のトルク値を算出する。即ち、入力と出
力の回転数差（＝ωC,in−ω C,out）は係数ＣCcによっ
てトルク値Ｔinに変換され、このトルク値は容量ＴCcと
比較される。Ｔin≧ＴCcならばＴCcを出力し、Ｔin＜Ｔ
CcならばＴを出力する。即ち、ＴinとＴCcのうち絶対値
の小さい方を採用する。
【００５１】この絶対値の小さい方を採用するという論
理演算を、第１９図では「スイッチswitch」として表し
ている。論理演算結果を反映するために、式では係合時
に“１”、スリップ時に０となるスイッチ係数ＳEと、
その逆の値をとるスイッチ係数ＳSとを設定した。前者
（ＳE）を機械インピーダンス部分のパラメータに、後
者（ＳS）をトルク容量ＴCcに乗じ、両者の和を出力す
る。
理演算を、第１９図では「スイッチswitch」として表し
ている。論理演算結果を反映するために、式では係合時
に“１”、スリップ時に０となるスイッチ係数ＳEと、
その逆の値をとるスイッチ係数ＳSとを設定した。前者
（ＳE）を機械インピーダンス部分のパラメータに、後
者（ＳS）をトルク容量ＴCcに乗じ、両者の和を出力す
る。
【００５２】クラッチのシステム方程式の各要素は以下
の通りである。
の通りである。
【００５３】
【数１１】
【００５４】
【数１２】
【００５５】但し、係合時には、 ＳE＝１ ＳS＝１ スリップ時には、 ＳE＝０ ＳS＝０ である。尚、ブレーキは、片方の系が停止しているクラ
ッチとして扱う。
ッチとして扱う。
【００５６】即ち、第２０図に、粘性カップリングとし
ての、クラッチ（ブレーキ）の機能モデルのブロック線
図を示す。図中、Ｃ-clutchは第１９図のＣCcと等価で
ある。２つのスイッチＳ-engageとＳ-slipは、 |Ｔin|≦|ＴC| → Ｓ-engage＝１、Ｓ-slip＝０ |Ｔin|＞|ＴC| → Ｓ-engage＝０、Ｓ-slip＝１ である。
ての、クラッチ（ブレーキ）の機能モデルのブロック線
図を示す。図中、Ｃ-clutchは第１９図のＣCcと等価で
ある。２つのスイッチＳ-engageとＳ-slipは、 |Ｔin|≦|ＴC| → Ｓ-engage＝１、Ｓ-slip＝０ |Ｔin|＞|ＴC| → Ｓ-engage＝０、Ｓ-slip＝１ である。
【００５７】〈自動変速機構の機能モデル〉自動変速機
には複数のクラッチ、ブレーキが含まれるが、仮想原型
では、複数のクラッチおよびブレーキモデルを、実体の
動力の流れと同一に配置する事でモデル化ができる。第
２１図に本実施形態がモデル化対象とする自動変速機の
構成を示す。図中、１はトルクコンバータ、２はタービ
ンシャフト、３はフォワード（ＦＷＤ）クラッチ、４は
コースタクラッチ、５は３−４クラッチ、６はリバース
クラッチ、７はＬ＆Ｒブレーキ、８は２−４ブレーキ。
９は遊星歯車機構（Planetary gear train)である。第
２１図の自動変速機における動力の伝達を図示すると、
第２３図のようになる。
には複数のクラッチ、ブレーキが含まれるが、仮想原型
では、複数のクラッチおよびブレーキモデルを、実体の
動力の流れと同一に配置する事でモデル化ができる。第
２１図に本実施形態がモデル化対象とする自動変速機の
構成を示す。図中、１はトルクコンバータ、２はタービ
ンシャフト、３はフォワード（ＦＷＤ）クラッチ、４は
コースタクラッチ、５は３−４クラッチ、６はリバース
クラッチ、７はＬ＆Ｒブレーキ、８は２−４ブレーキ。
９は遊星歯車機構（Planetary gear train)である。第
２１図の自動変速機における動力の伝達を図示すると、
第２３図のようになる。
【００５８】図中、の流れはタービンシャフト→ＦＷ
Ｄクラッチ→フロントサンギアという動力の流れを示
し、はタービンシャフト→３−４クラッチ→リアキャ
リア（Ｌ＆Ｒクラッチと共に）という流れを示し、は
タービンシャフト→３リバースクラッチ→リアサンギヤ
（２／４バンドブレーキと共に）という流れを示し、
はフロントキャリア→最終段ギヤという流れを示す。
Ｄクラッチ→フロントサンギアという動力の流れを示
し、はタービンシャフト→３−４クラッチ→リアキャ
リア（Ｌ＆Ｒクラッチと共に）という流れを示し、は
タービンシャフト→３リバースクラッチ→リアサンギヤ
（２／４バンドブレーキと共に）という流れを示し、
はフロントキャリア→最終段ギヤという流れを示す。
【００５９】第２３図の構成要素のつながりをそのまま
モデル化すると、第２４図のようになる。第２４図に於
いて、四角のシンボルは伝達函数（機械インピーダンス
またはモビリティ）を、破線の矢印は位差量（各速度）
の流れを、実線の矢印は流動量（トルク）の流れを示し
ている。ここで、パワー＝トルク×各速度であることを
前提としている。
モデル化すると、第２４図のようになる。第２４図に於
いて、四角のシンボルは伝達函数（機械インピーダンス
またはモビリティ）を、破線の矢印は位差量（各速度）
の流れを、実線の矢印は流動量（トルク）の流れを示し
ている。ここで、パワー＝トルク×各速度であることを
前提としている。
【００６０】タービンシャフトのモデル化は第２５図に
従って行う。即ち、タービンシャフトは、慣性（J-trb)
と粘性抵抗(D-trb)とからなる一次遅れ系の質点系モデ
ルとして取り扱う。このモデルのブロック図を第２６図
に示す。尚、第２６図に於いて、トルクT-tcはトルクコ
ンバータからのトルク入力である。このブロック図に従
ったタービンシャフトの状態方程式は、｜
従って行う。即ち、タービンシャフトは、慣性（J-trb)
と粘性抵抗(D-trb)とからなる一次遅れ系の質点系モデ
ルとして取り扱う。このモデルのブロック図を第２６図
に示す。尚、第２６図に於いて、トルクT-tcはトルクコ
ンバータからのトルク入力である。このブロック図に従
ったタービンシャフトの状態方程式は、｜
【００６１】
【数１３】
【００６２】第２７図に上記状態式に従ったこのタービ
ンシャフトの応答図を示す。第２７図は同モデルが一次
応答遅れの特性を有していることを示している。次に、
ＦＷＤクラッチ、３−４クラッチ、リバースクラッチ、
Ｌ＆Ｒクラッチ、２−４バンドブレーキのモデル化を考
える。一般的なクラッチは第１９図により説明した。こ
こでは、自動変速機に固有な各種クラッチ及びブレーキ
のモデル化を考える。
ンシャフトの応答図を示す。第２７図は同モデルが一次
応答遅れの特性を有していることを示している。次に、
ＦＷＤクラッチ、３−４クラッチ、リバースクラッチ、
Ｌ＆Ｒクラッチ、２−４バンドブレーキのモデル化を考
える。一般的なクラッチは第１９図により説明した。こ
こでは、自動変速機に固有な各種クラッチ及びブレーキ
のモデル化を考える。
【００６３】まず、変速には直接関与しないコースティ
ングクラッチは本モデル化の対象から省略できる。そこ
で、クラッチの機能モデルを第２８図に示す。同図にお
いて、μは摩擦係数、REはクラッチの有効径、ＴCはト
ルク容量、ＦCは押しつけ力である。従って、 ＴC＝μ・RE・FC である。第２８図のモデルに対して、第２０図のブロッ
ク図を与える。
ングクラッチは本モデル化の対象から省略できる。そこ
で、クラッチの機能モデルを第２８図に示す。同図にお
いて、μは摩擦係数、REはクラッチの有効径、ＴCはト
ルク容量、ＦCは押しつけ力である。従って、 ＴC＝μ・RE・FC である。第２８図のモデルに対して、第２０図のブロッ
ク図を与える。
【００６４】ところで、ワンウェイクラッチでは、係合
状態と非係合状態とが回転方向に応じて切り替わる。こ
の動作は、トルク容量TCcが、回転方向に応じて、ゼロ
または確実に係合される大きな値をとる事と解釈でき
る。即ち、 TC ＝０：回転方向＝正回転のとき、 TC ＝Ｔ0（但し、Ｔ0≫１：回転方向＝逆回転のとき、 である。従って、摩擦クラッチとワンウェイクラッチの
配置・動作を考慮したトルク容量を与え、一つのモデル
で表した場合には、その特性は第２９図のようになる。
状態と非係合状態とが回転方向に応じて切り替わる。こ
の動作は、トルク容量TCcが、回転方向に応じて、ゼロ
または確実に係合される大きな値をとる事と解釈でき
る。即ち、 TC ＝０：回転方向＝正回転のとき、 TC ＝Ｔ0（但し、Ｔ0≫１：回転方向＝逆回転のとき、 である。従って、摩擦クラッチとワンウェイクラッチの
配置・動作を考慮したトルク容量を与え、一つのモデル
で表した場合には、その特性は第２９図のようになる。
【００６５】ところで、この変速機ではＦＷＤクラッチ
とワンウェイクラッチ(OWC)とが直列に配置された構成
を有しているが、この直列配置では、ＦＷＤクラッチと
ワンウェイクラッチのどちらかが非係合ならばスリップ
状態となる。すなわち、トルク容量の絶対値が小さい方
が採用される。即ち、ＦＷＤクラッチとワンウェイクラ
ッチ(OWC)は１つのクラッチモデルに置き換えることが
でき、それはトルク容量の絶対値が小さい方を採用する
クラッチモデルである。
とワンウェイクラッチ(OWC)とが直列に配置された構成
を有しているが、この直列配置では、ＦＷＤクラッチと
ワンウェイクラッチのどちらかが非係合ならばスリップ
状態となる。すなわち、トルク容量の絶対値が小さい方
が採用される。即ち、ＦＷＤクラッチとワンウェイクラ
ッチ(OWC)は１つのクラッチモデルに置き換えることが
でき、それはトルク容量の絶対値が小さい方を採用する
クラッチモデルである。
【００６６】一方Ｌ＆Ｒブレーキは並列配置のため片方
だけで係合させる事ができるから、トルク容量の絶対値
が大きい方が採用される。機構モデルは自動変速機の制
御系の動作に応じた各クラッチ・ブレーキ油圧からトル
ク容量を求め、機能モデルへ与える。この部分は、既存
のシミュレーションプログラムを流用した。また、係合
状態で機能するＣCc.F等の粘性係数は、係合時の滑りと
係合瞬間のスパイク状のトルク発生を考慮して値を設定
した。
だけで係合させる事ができるから、トルク容量の絶対値
が大きい方が採用される。機構モデルは自動変速機の制
御系の動作に応じた各クラッチ・ブレーキ油圧からトル
ク容量を求め、機能モデルへ与える。この部分は、既存
のシミュレーションプログラムを流用した。また、係合
状態で機能するＣCc.F等の粘性係数は、係合時の滑りと
係合瞬間のスパイク状のトルク発生を考慮して値を設定
した。
【００６７】〈遊星歯車列の機能モデル〉本パワートレ
ーンの自動変速機も遊星歯車機構を有するものとして設
計される。ここでは遊星歯車列としてラビニョー(ravig
neaux)型遊星歯車列の機能モデルを提案する。第３０
図，第３１図にラビニョー型遊星歯車列を回転動作
（ω）の観点から見た場合と、トルク伝達（Ｔ）の観点
から見た場合を示す。
ーンの自動変速機も遊星歯車機構を有するものとして設
計される。ここでは遊星歯車列としてラビニョー(ravig
neaux)型遊星歯車列の機能モデルを提案する。第３０
図，第３１図にラビニョー型遊星歯車列を回転動作
（ω）の観点から見た場合と、トルク伝達（Ｔ）の観点
から見た場合を示す。
【００６８】この遊星歯車列はロングピニオンの運動に
注目してモデル化する。このモデル化は、遊星歯車列の
入出力軸の回転を、 ：出力軸であるリングギヤの回転と ：ピニオンギアの自転 とで表す。各軸の回転、即ち、小サンギアの回転速度ω
SSと、キャリアの回転速度ωCと、Ｅサンギアの回転速
度ωLSとは、第３０図を参照しながら、
注目してモデル化する。このモデル化は、遊星歯車列の
入出力軸の回転を、 ：出力軸であるリングギヤの回転と ：ピニオンギアの自転 とで表す。各軸の回転、即ち、小サンギアの回転速度ω
SSと、キャリアの回転速度ωCと、Ｅサンギアの回転速
度ωLSとは、第３０図を参照しながら、
【００６９】
【数１４】 と表される。ここで、ＧSS，ＧC，ＧLSはリングギヤ固
定条件下でのピニオンと各軸のギヤ比で、ピニオンの自
転に伴う公転も含むものであり、
定条件下でのピニオンと各軸のギヤ比で、ピニオンの自
転に伴う公転も含むものであり、
【００７０】
【数１５】 で定義される。次に第３１図を参照しながらトルクのバ
ランスを考える。各入力軸からの遊星ギヤ系へのトルク
をＴSS，ＴC，ＴLS、出力トルクをＴRとし、簡単のため
各軸の慣性力および抵抗を無視すると、系全体の釣合か
ら、
ランスを考える。各入力軸からの遊星ギヤ系へのトルク
をＴSS，ＴC，ＴLS、出力トルクをＴRとし、簡単のため
各軸の慣性力および抵抗を無視すると、系全体の釣合か
ら、
【００７１】
【数１６】 スモールサンギヤ、ラージサンギヤ及びリングギヤから
ピニオンへの伝達トルクＴLPSS，ＴLPLS，ＴLPRより、
ピニオン軸周りの運動方程式は、
ピニオンへの伝達トルクＴLPSS，ＴLPLS，ＴLPRより、
ピニオン軸周りの運動方程式は、
【００７２】
【数１７】 で表される。但し、「’」は時間微分を表す。以上のよ
うにして、このラビニョー(ravigneaux)型遊星歯車列の
ブロック線図を第３２図に示す。第３２図のブロック図
の特徴は、同図において、ＴLPとωLPとが入出力される
部分はロングピニオンの自転運動を表現し、それ以外の
部分が公転成分の動力伝達釣り合いを表現しているとい
うことである。換言すれば、自転運動がギア比を介して
公転運動に「干渉」しているということである。即ち、
自転運動と公転運動とが並列的に表現されている。もし
自転運動と公転運動とが直列的に表現されると、条件や
状態が異なる毎にモデル化をやり直さなければならない
が、並列表現にすることによって、条件や状態が異なっ
てもパラメータの変更だけで遊星歯車列を表現できると
いう利点を発揮できる。
うにして、このラビニョー(ravigneaux)型遊星歯車列の
ブロック線図を第３２図に示す。第３２図のブロック図
の特徴は、同図において、ＴLPとωLPとが入出力される
部分はロングピニオンの自転運動を表現し、それ以外の
部分が公転成分の動力伝達釣り合いを表現しているとい
うことである。換言すれば、自転運動がギア比を介して
公転運動に「干渉」しているということである。即ち、
自転運動と公転運動とが並列的に表現されている。もし
自転運動と公転運動とが直列的に表現されると、条件や
状態が異なる毎にモデル化をやり直さなければならない
が、並列表現にすることによって、条件や状態が異なっ
てもパラメータの変更だけで遊星歯車列を表現できると
いう利点を発揮できる。
【００７３】この遊星歯車機構を並列表現すると言うこ
との利点は、ラビニョー型以外の歯車機構への適用によ
ってはっきりする。遊星歯車列がＣＲ−ＣＲ型遊星歯車
列である場合の機能モデルを考察する。第３３図に、Ｃ
Ｒ−ＣＲ型遊星歯車列の構造を示す。この歯車列は、サ
ンギアとリングギアの間で、サンギアの周りに公転する
ようにピニオンギアが設けられている。このＣＲ−ＣＲ
型遊星歯車列では、リアのリングギアとフロントのピニ
オンギアとがプラネタリキャリアによって結合され、フ
ロントのピニオンギアとリアのピニオンギアとがプラネ
タリキャリアによって結合されている。第３４図はサン
ギアの周りにピニオンギアが公転し、そのときに、ピニ
オンギアの公転と一緒にキャリアがサンギアの軸の周り
に回転することを示している。リングギアはピニオンギ
アと歯合する。
との利点は、ラビニョー型以外の歯車機構への適用によ
ってはっきりする。遊星歯車列がＣＲ−ＣＲ型遊星歯車
列である場合の機能モデルを考察する。第３３図に、Ｃ
Ｒ−ＣＲ型遊星歯車列の構造を示す。この歯車列は、サ
ンギアとリングギアの間で、サンギアの周りに公転する
ようにピニオンギアが設けられている。このＣＲ−ＣＲ
型遊星歯車列では、リアのリングギアとフロントのピニ
オンギアとがプラネタリキャリアによって結合され、フ
ロントのピニオンギアとリアのピニオンギアとがプラネ
タリキャリアによって結合されている。第３４図はサン
ギアの周りにピニオンギアが公転し、そのときに、ピニ
オンギアの公転と一緒にキャリアがサンギアの軸の周り
に回転することを示している。リングギアはピニオンギ
アと歯合する。
【００７４】この遊星歯車列はロングピニオンの運動に
注目してモデル化する。このモデル化は、遊星歯車列の
入出力軸の回転を第３４図のとの回転で表し、即
ち、 ：出力軸であるリングギヤの回転（即ち、系全体の回
転）と ：ピニオンギアの自転 とで表す。この場合、出力軸（フロントキャリア）を固
定されているとして考える。第３４図を参照して、Ｊ-f
pをフロントピニオンの慣性、D-fpをフロントピニオン
の粘性計数、ω-fpをフロントピニオンの角速度とする
と、第３４図に示された歯車列は第３５図としてブロッ
ク図化される。従って、遊星歯車列全体では第３６図の
ようにブロック図化される。
注目してモデル化する。このモデル化は、遊星歯車列の
入出力軸の回転を第３４図のとの回転で表し、即
ち、 ：出力軸であるリングギヤの回転（即ち、系全体の回
転）と ：ピニオンギアの自転 とで表す。この場合、出力軸（フロントキャリア）を固
定されているとして考える。第３４図を参照して、Ｊ-f
pをフロントピニオンの慣性、D-fpをフロントピニオン
の粘性計数、ω-fpをフロントピニオンの角速度とする
と、第３４図に示された歯車列は第３５図としてブロッ
ク図化される。従って、遊星歯車列全体では第３６図の
ようにブロック図化される。
【００７５】第３６図のブロック図によれば、ＣＲ−Ｃ
Ｒ型の歯車機構でも、フロントピニオンギアの自転によ
る寄与部分と、系全体の公転による寄与部分とが並列的
に分離されていることがわかる。 〈全体モデルへの統合〉減速比だけの結合に簡略化して
いた変速機モデルを、変速機構（第２４図）と遊星歯車
列（第３０図，第３１図）との機能統合モデルに置換
し、全体モデルを構築する。この統合には、第１２図乃
至第１５図に関連して説明した手法を適用する。
Ｒ型の歯車機構でも、フロントピニオンギアの自転によ
る寄与部分と、系全体の公転による寄与部分とが並列的
に分離されていることがわかる。 〈全体モデルへの統合〉減速比だけの結合に簡略化して
いた変速機モデルを、変速機構（第２４図）と遊星歯車
列（第３０図，第３１図）との機能統合モデルに置換
し、全体モデルを構築する。この統合には、第１２図乃
至第１５図に関連して説明した手法を適用する。
【００７６】第３７図乃至第４２図に、実施形態のシュ
ミレーション装置に適用されたシュミレーション対象の
パワートレーン全体のブロック図を示す。これらの図面
の内、第３７図から第４１図までを直列的につなぎ合わ
せ、第４２図の遊星歯車機構のブロック図を、第３９図
のギア部分に置き換えて組み込むことにより、全体のブ
ロック図が完成する。
ミレーション装置に適用されたシュミレーション対象の
パワートレーン全体のブロック図を示す。これらの図面
の内、第３７図から第４１図までを直列的につなぎ合わ
せ、第４２図の遊星歯車機構のブロック図を、第３９図
のギア部分に置き換えて組み込むことにより、全体のブ
ロック図が完成する。
【００７７】〈シミュレーション結果〉こうして統合さ
れた全体モデルの行列表現を、離散系の時間軸に沿って
シュミレーションする。先ず、パラメータが非線形であ
るようなシミュレーション事例を行う。即ち、アイドリ
ング中の車両において、エンジン補機の負荷をある時点
で入力したことに対するエンジン回転変動をシミュレー
トした結果を、第４３図に示す。同図のシュミレーショ
ン結果（実線）と実機によるテスト結果（破線）とを比
較すれば、本シュミレーション装置によるモデル化によ
っても、エンジン回転およびエンジン制御系の挙動共に
十分な精度が得られていることを示している。なお、シ
ミュレーション結果では、回転の復帰が早い事、実機で
見られる回転の上昇後の振動が無い事が異なるが、これ
は燃焼の不安定さやエンジンマウントなどの振動系を考
慮していないためと考える。
れた全体モデルの行列表現を、離散系の時間軸に沿って
シュミレーションする。先ず、パラメータが非線形であ
るようなシミュレーション事例を行う。即ち、アイドリ
ング中の車両において、エンジン補機の負荷をある時点
で入力したことに対するエンジン回転変動をシミュレー
トした結果を、第４３図に示す。同図のシュミレーショ
ン結果（実線）と実機によるテスト結果（破線）とを比
較すれば、本シュミレーション装置によるモデル化によ
っても、エンジン回転およびエンジン制御系の挙動共に
十分な精度が得られていることを示している。なお、シ
ミュレーション結果では、回転の復帰が早い事、実機で
見られる回転の上昇後の振動が無い事が異なるが、これ
は燃焼の不安定さやエンジンマウントなどの振動系を考
慮していないためと考える。
【００７８】次ぎに、構造的非線形を含むシミュレーシ
ョン事例を第４４図に示す。第４４図は、第４３図のシ
ュミレーションと同じモデルを用いて、走行中におい
て、スロットル操作に対する自動変速機の変速をおこな
うことをシミュレートした結果を示す。実測値は同じ状
況を台上で再現して計測したデータである。シミュレー
ションは実機とはよく一致している。
ョン事例を第４４図に示す。第４４図は、第４３図のシ
ュミレーションと同じモデルを用いて、走行中におい
て、スロットル操作に対する自動変速機の変速をおこな
うことをシミュレートした結果を示す。実測値は同じ状
況を台上で再現して計測したデータである。シミュレー
ションは実機とはよく一致している。
【００７９】このように、仮想原型の概念を応用して、
個別にモデル化したエンジン・自動変速機・車両駆動負
荷および制御系を統合し、パワートレイン全体のモデル
を開発したが、検証の結果、十分な精度が得られたこと
を確認し、仮想原型によるモデル化の有効性を立証する
事ができた。 〈システム構成〉第４５図は実施形態にかかるシミュレ
ーション装置のハードウェアの構成を示す。このハード
ウェアは、ＣＰＵ１、表示装置（ディスプレイ）２、キ
ーボード３、マウス４、メインメモリ５、ファイルディ
スク６、処理ソフトウェアのファイルディスク７からな
っている。
個別にモデル化したエンジン・自動変速機・車両駆動負
荷および制御系を統合し、パワートレイン全体のモデル
を開発したが、検証の結果、十分な精度が得られたこと
を確認し、仮想原型によるモデル化の有効性を立証する
事ができた。 〈システム構成〉第４５図は実施形態にかかるシミュレ
ーション装置のハードウェアの構成を示す。このハード
ウェアは、ＣＰＵ１、表示装置（ディスプレイ）２、キ
ーボード３、マウス４、メインメモリ５、ファイルディ
スク６、処理ソフトウェアのファイルディスク７からな
っている。
【００８０】第４６図は、第４５図のシミュレーション
装置におけるデータ及びファイルの流れを説明する。同
図のシミュレーション装置が同図において、機能モデル
ファイルは、各ユニット毎に前もって生成した機能モデ
ルを出たとして記憶する。この機能モデルファイルの生
成は本出願人の前記特願平７−２５０９７４号に詳述さ
れている。また、第４５図に於いて、データモデルファ
イルは、前述の「機構モデル」に対応するデータを記憶
するファイルで、例えば、第１０図に示すように、物理
的特性データを函数またはテーブルとして記憶する。
装置におけるデータ及びファイルの流れを説明する。同
図のシミュレーション装置が同図において、機能モデル
ファイルは、各ユニット毎に前もって生成した機能モデ
ルを出たとして記憶する。この機能モデルファイルの生
成は本出願人の前記特願平７−２５０９７４号に詳述さ
れている。また、第４５図に於いて、データモデルファ
イルは、前述の「機構モデル」に対応するデータを記憶
するファイルで、例えば、第１０図に示すように、物理
的特性データを函数またはテーブルとして記憶する。
【００８１】本システムは、まず、個々のユニットにつ
いて、機能モデル（運動方程式を含む）とデータモデル
ファイルとを結合して個々のユニット毎に登録する。そ
の上で、これらのファイルを前述の方法で統合する（ス
テップＳ１及びステップＳ２）。この統合には前述した
ように、接続状態量の消去を行い、統合化された状態方
程式を生成する（ステップＳ３）。
いて、機能モデル（運動方程式を含む）とデータモデル
ファイルとを結合して個々のユニット毎に登録する。そ
の上で、これらのファイルを前述の方法で統合する（ス
テップＳ１及びステップＳ２）。この統合には前述した
ように、接続状態量の消去を行い、統合化された状態方
程式を生成する（ステップＳ３）。
【００８２】シミュレーションはこの統合化された状態
方程式に従ってなされる。シミュレーションにおいて
は、この状態方程式にアペンドされたデータモデルファ
イルから、静的特性を読み出し、パラメータに変換して
供給する（ステップＳ５）。その後、状態方程式を離散
的な時間軸に沿って離散化する（ステップＳ６）。シミ
ュレーションはこの離散的な時間に沿って次々にパラメ
ータの供給と離散化を繰り返しながら行ってゆく。
方程式に従ってなされる。シミュレーションにおいて
は、この状態方程式にアペンドされたデータモデルファ
イルから、静的特性を読み出し、パラメータに変換して
供給する（ステップＳ５）。その後、状態方程式を離散
的な時間軸に沿って離散化する（ステップＳ６）。シミ
ュレーションはこの離散的な時間に沿って次々にパラメ
ータの供給と離散化を繰り返しながら行ってゆく。
【００８３】第４７図は本手法により完成されるシュミ
レーションシステムの全体を示すもので、自動車の個々
のユニットから一体化された装置へのシュミレーション
を効率よく行うことができることが示されている。
レーションシステムの全体を示すもので、自動車の個々
のユニットから一体化された装置へのシュミレーション
を効率よく行うことができることが示されている。
【００８４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数種類のユニットの評価をモデルの変更無しに簡単に
行うことができる。
複数種類のユニットの評価をモデルの変更無しに簡単に
行うことができる。
【図１】 本件の発明者が特願平７−２５０９７４号で
提案し、本実施形態のシミュレーション装置が採用して
いるユニットを位差量と流動量とで表現する手法を説明
する図。
提案し、本実施形態のシミュレーション装置が採用して
いるユニットを位差量と流動量とで表現する手法を説明
する図。
【図２】 本件の発明者が特願平７−２５０９７４号で
提案し、本実施形態のシミュレーション装置が採用して
いるユニットを位差量と流動量とで表現する手法を説明
する図。
提案し、本実施形態のシミュレーション装置が採用して
いるユニットを位差量と流動量とで表現する手法を説明
する図。
【図３】 ユニットを閉ループ系で表現する手法を説明
する図。
する図。
【図４】 ユニットを開ループ系で表現する手法を説明
する図。
する図。
【図５】 本実施形態に採用されている仮想原型の概念
を説明する図。
を説明する図。
【図６】 図５の仮想原型の概念を適用したパワートレ
ーンの構成を説明する図。
ーンの構成を説明する図。
【図７】 仮想原型を適用したエンジンのモデルを示す
図。
図。
【図８】 図７のエンジンの機能モデルを示す図。
【図９】 本実施形態において採用されている記号を説
明する図。
明する図。
【図１０】 仮想概念を適用したトルクコンバータのモ
デル図。
デル図。
【図１１】 図１０のトルクコンバータの機能モデルを
説明する図。
説明する図。
【図１２】 複数のユニットの状態方程式の統合を説明
する図。
する図。
【図１３】 複数のユニットの状態方程式の統合を説明
する図。
する図。
【図１４】 複数のユニットの状態方程式の統合を説明
する図。
する図。
【図１５】 統合する際の接続状態量の消去を説明する
図。
図。
【図１６】 統合されたユニットの状態方程式を連続時
間系で示す図。
間系で示す図。
【図１７】 統合されたユニットの状態方程式を離散時
間系に変換する原理を説明する図。
間系に変換する原理を説明する図。
【図１８】 統合されたユニットの状態方程式を離散時
間系に変換する原理を説明する図。
間系に変換する原理を説明する図。
【図１９】 仮想概念を適用したクラッチのモデル図。
【図２０】 仮想概念を適用したクラッチ／ブレーキの
モデル図。
モデル図。
【図２１】 シミュレーションの対象となる自動変速機
の構成を説明する図。
の構成を説明する図。
【図２２】 図２１の自動変速機における構成及びトル
ク伝達を説明する図。
ク伝達を説明する図。
【図２３】 図２１の自動変速機における構成及びトル
ク伝達を説明する図。
ク伝達を説明する図。
【図２４】 図２１の自動変速機における構成及びトル
ク伝達を説明する図。
ク伝達を説明する図。
【図２５】 図２１の自動変速機のタービンシャフトの
モデル概念を示す図。
モデル概念を示す図。
【図２６】 図２５のタービンシャフトの機能モデル
図。
図。
【図２７】 図２６の機能を有するタービンシャフトの
応答特性を説明する図。
応答特性を説明する図。
【図２８】 仮想概念を適用したクラッチの機能モデル
を説明する図。
を説明する図。
【図２９】 図２８のクラッチモデルの特性を説明する
図。
図。
【図３０】 実施形態に適用されているラビノー型プラ
ネタリギヤ装置におけるギヤの回転を説明する図。
ネタリギヤ装置におけるギヤの回転を説明する図。
【図３１】 実施形態に適用されているプラネタリギヤ
装置におけるトルク伝達を説明する図。
装置におけるトルク伝達を説明する図。
【図３２】 同プラネタリギヤ装置の機能モデルを説明
する図。
する図。
【図３３】 ＣＲ−ＣＲ型プラネタリギヤ装置の構成を
説明する図。
説明する図。
【図３４】 図３３のギア装置におけるトルクの流れを
説明する図。
説明する図。
【図３５】 図３３のギア装置のピニオンギアの機能モ
デルを説明する図。
デルを説明する図。
【図３６】 図３３のギア装置全体の機能モデルを説明
する図。
する図。
【図３７】 図６のパワートレーンシステム全体の機能
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、エンジン補器部
分のみの機能モデルを示す図。
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、エンジン補器部
分のみの機能モデルを示す図。
【図３８】 図６のパワートレーンシステム全体の機能
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、トルクコンバー
タのみの機能モデルを示す図。
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、トルクコンバー
タのみの機能モデルを示す図。
【図３９】 図６のパワートレーンシステム全体の機能
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、ギヤ及びデフの
みの機能モデルを示す図。
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、ギヤ及びデフの
みの機能モデルを示す図。
【図４０】 図６のパワートレーンシステム全体の機能
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、アクスルのみの
機能モデルを示す図。
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、アクスルのみの
機能モデルを示す図。
【図４１】 図６のパワートレーンシステム全体の機能
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、走行負荷のみの
機能モデルを示す図。
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、走行負荷のみの
機能モデルを示す図。
【図４２】 図６のパワートレーンシステム全体の機能
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、プラネタリギヤ
ユニットのみの機能モデルを示す図。
モデルを示す図３７乃至図４２のうち、プラネタリギヤ
ユニットのみの機能モデルを示す図。
【図４３】 図６のパワートレーンのシミュレーション
結果を示す図。
結果を示す図。
【図４４】 図６のパワートレーンのシミュレーション
結果を示す図。
結果を示す図。
【図４５】 本シミュレーション装置のハード構成を説
明する図。
明する図。
【図４６】 本シミュレーション装置における処理を順
に説明したフローチャート。
に説明したフローチャート。
【図４７】 本シミュレーション装置の処理における各
段階での結果を説明する図。
段階での結果を説明する図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 博之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 小森 賢 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 角田 鎭男 広島市安芸区矢野西１丁目15番地４号
Claims (13)
- 【請求項１】 駆動源を含みこの駆動源からの駆動力を
伝達する複数のユニットから構成される対象装置の動的
性能を系モデルによりシュミレーションするシュミレー
ション装置であって、 対象装置を構成する個々のユニットを、個々のユニット
の動的性能によるエネルギーの授受と、その動的特性を
決定するパラメータとにより表現する機能モデル化手段
と、 上記各ユニットの静的特性データを記憶するデータ格納
部と、 各ユニットについて、データ特性部から読み出した静的
特性データからそのユニットのためのパラメータを演算
するデータモデル化手段とを具備するシュミレーション
装置。 - 【請求項２】 個々のユニットのパラメータは、マス、
バネ、ダンパの少なくとも１つとして表現されることを
特徴とする請求項１に記載のシュミレーション装置。 - 【請求項３】 前記機能モデル化手段は行列により個々
のユニットの動的性能を表現することを特徴とする請求
項１に記載のシュミレーション装置。 - 【請求項４】 前記機能モデル化手段により生成された
個々のユニットの動的性能としての行列表現を対象装置
全体の行列表現に統合する手段を含むことを特徴とする
請求項１に記載のシュミレーション装置。 - 【請求項５】 個々のユニットの動的性能は状態方程式
により表現されることを特徴とする請求項１に記載のシ
ュミレーション装置。 - 【請求項６】 前記データモデル化手段は、ユニットの
シュミレーションの進行段階における状態に応じて前記
データ格納部からの静的特性データをパラメータに変換
することを特徴とする請求項１に記載のシュミレーショ
ン装置。 - 【請求項７】 個々のユニットはポテンシャルを表現す
る位差量とフローを表現する流動量を介して互いに連結
されることを特徴とする請求項１に記載のシュミレーシ
ョン装置。 - 【請求項８】 パラメータはユニットの状態量と微小状
態遷移時の状態変化量とを含むことを特徴とする請求項
１に記載のシュミレーション装置。 - 【請求項９】 ユニットは非線形動作を行うことを特徴
とする請求項１に記載のシュミレーション装置。 - 【請求項１０】 データモデル化手段はユニットの種類
に応じて複数設定されることを特徴とする請求項１に記
載のシュミレーション装置。 - 【請求項１１】 さらに、動的性能を離散系の時間で表
し、単位時間当たりでは個々のユニットのパラメータは
ゼロ次（定数）に近似されることを特徴とする請求項１
に記載のシュミレーション装置。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１１に記載のシュミレー
ション装置に適用されるシュミレーション方法。 - 【請求項１３】 請求項１乃至１１に記載のシュミレー
ション装置に適用されるシュミレーションプログラムを
記憶する記憶媒体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10412998A JP3987199B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | シミュレーション装置、シミュレーション方法、および記憶媒体 |
| US09/390,654 US6304835B1 (en) | 1998-03-31 | 1999-09-07 | Simulation system using model |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10412998A JP3987199B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | シミュレーション装置、シミュレーション方法、および記憶媒体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11282897A true JPH11282897A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3987199B2 JP3987199B2 (ja) | 2007-10-03 |
Family
ID=14372514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10412998A Expired - Fee Related JP3987199B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | シミュレーション装置、シミュレーション方法、および記憶媒体 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6304835B1 (ja) |
| JP (1) | JP3987199B2 (ja) |
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