テストベンチおよび車両におけるデータ収集
自動車業界のダイナミックな開発環境において、計測データを正確に取得・解析することは重要です。
新しい車両モデルの設計、テストベンチ上での各コンポーネントの最適化、路上での車両ダイナミクス試験など、開発・最適化プロセスのあらゆる段階でデータ収集は中心的な役割を担います。
本ブログ記事では、テストベンチおよび車両におけるデータ収集について詳しくご紹介します。
重要な測定対象、一般的なデータ収集要件、そしてDEWETRONの計測システムがこれらの用途に適している理由について解説します。
テストベンチおよび車両における計測データ収集とは
自動車業界における計測データ収集は、test bench および車両搭載計測の幅広い領域を対象としています。
代表的かつ重要な測定アプリケーションおよび解析には、以下のようなものがあります。
- 内燃機関のパワー解析: 回転速度およびトルク測定に基づく解析
- 電動モータのパワー解析: 電流・電圧測定に加え、回転速度およびトルク解析を組み合わせた解析
- NVH（Noise, Vibration, Harshness）測定: 振動および騒音測定を中心とした解析
- 温度測定
- 車両ダイナミクス試験: 車両の走行性能や操縦安定性を評価
- 耐久試験: 個別コンポーネントおよびシステム全体を対象とした耐久試験やRoad Loadデータ解析
- ADAS（先進運転支援システム）試験: 高精度な位置・速度測定などが求められる試験
電動モビリティへの注目が高まる中、電気パラメータを正確に記録することの重要性は特に増しています。これには、インバータ、バッテリ、オンボードチャージャなどの個別コンポーネントの試験・最適化に加え、電気自動車の駆動システム全体や航続距離の評価も含まれます。
これらの測定の多くは、テストベンチ上でも路上での試験走行中でも実施できます。
近年では、車両ダイナミクス試験や耐久試験もテストベンチ上で行われることが増えています。この場合、テストベンチ上で実際の路面条件をシミュレーションします。
しかし、実際の条件を完全に再現することは難しいため、実走行試験も不可欠です。
一方で、テストベンチで行う多くの測定は、車両に計測機器を搭載して試験走行中に実施することも可能です。
ただし、そのためには、専用設計でありながら扱いやすい計測システムが必要です。また、路上での測定ではスペースの制約があるため、テストベンチほど大規模な構成にはできない場合があります。
重要な測定対象
前述したテストベンチおよび車両での試験・解析では、多くの測定対象が重要になります。
代表的なものとして、電力計算の基礎となる電流・電圧などの電気量があります。また、トルクや回転速度などの機械量も重要です。これらは、機械的出力や効率を解析するために必要となります。
さらに、加速度測定も大きな役割を果たします。特に、振動や揺れの測定は、オーダー解析やモーダル解析などに利用されます。
温度や音響パラメータも重要であり、コンポーネントの熱挙動の把握や、 NVH試験における騒音・振動解析に活用されます。
これらの測定対象を組み合わせることで、個別コンポーネントだけでなく、車両全体の挙動を多角的に解析できます。
計測機器に求められる要件と測定時の考慮点
測定対象そのものは変わらなくても、テストベンチでの用途と車両搭載計測では、計測システムに求められる要件が異なります。
車両搭載計測における主な要件
- コンパクト性: 車両搭載計測に使用する計測機器は、小型で省スペースであることが求められます。
車両内のスペースが限られているだけでなく、測定対象のコンポーネントの近くに機器を設置できることも重要です。
例えば、高電圧ケーブルを車両全体に引き回すことを避けるためにも、計測機器を測定対象の近くに配置できることが必要です。 - 電源: 車両の電気系統に負荷をかけないため、計測機器は低消費電力であるか、独立した電源を備えていることが望まれます。
理想的には、車両搭載計測用の計測機器は、独自のバッテリを備えていることが求められます。 - インターフェース: 計測機器には、車両の各種センサや制御ユニットとシームレスに通信できる多様なインターフェースが必要です。特に、路上試験中にOBD（オンボード診断）データを読み出せることは非常に重要です。
- 精度: 最も重要な要件は精度です。計測機器の精度が高いほど、性能解析、効率評価、航続距離の評価などをより正確に行うことができます。
図1：車両内に設置されたDEWETRON NEX[DAQ]
テストベンチ計測における主な要件
- 汎用性: 包括的な解析・評価を行うため、テストベンチ上の計測機器には、多数の測定対象を同時に記録できることが求められます。
- 高いサンプリングレート: テストベンチでは、動的かつ高速なプロセスが数多く発生します。これらを正確に記録するには、10～20 MHzクラスの高いサンプリングレートが必要です。これは、電気信号や振動などの高速な機械プロセスを測定する場合に特に重要です。
- データ伝送と保存容量: テストベンチでは膨大なデータが生成されるため、高速なデータ伝送、十分な保存容量、高速なデータ保存性能が求められます。例えば、電動機テストベンチでの測定では、1秒あたり1 GByteのデータが発生することもあります。
- インターフェース: 計測機器は、データ転送や試験プロセスの制御のため、テストベンチと効果的に通信できる必要があります。用途に応じて、Ethernet、CANバス、EtherCAT、XCPなど、さまざまなインターフェースが使用されます。
- 高精度: ここでも精度は最優先事項です。テストベンチ上の計測機器は、正確で信頼性の高い測定データを提供するため、高い精度が求められます。これは、車両用エンジンや各種コンポーネントの性能試験において特に重要です。
図2：テストベンチに設置されたDEWETRON DEWE3-PA8
自動車業界向けDEWETRON計測技術
DEWETRONは、革新的な計測技術ソリューションにより、自動車業界全体を支援しています。DEWETRONの モジュール式システム は汎用性が高く、さまざまなアプリケーションに対応します。
DEWETRONの計測システムは、シャーシ・測定モジュール・OXYGEN計測ソフトウェアの3つの要素で構成されます。
これらの各要素について、幅広いアプリケーションに最適化された多様なオプションを用意しています。
DEWETRONのシャーシには、据置用途向けのラックマウント型筐体、ディスプレイ一体型のモジュール式筐体、モバイル測定向けの front-end solutions フロントエンドソリューションなど、さまざまな設計があります。
要件に応じて、シャーシには適切な シグナルコンディショニング モジュールを搭載できます。これらのモジュールは、振動、ひずみ、力、温度、電流、電圧など、幅広い測定に対応します。
すべての測定モジュールは容易に交換でき、必要に応じて構成できます。
また、測定データの可視化と解析には、高機能なOXYGEN計測ソフトウェア を提供しています。
OXYGENは基本機能に加え、モーダル解析、アドバンスト電力解析など、特定用途向けの多数の拡張機能にも対応しています。
このモジュール式で柔軟な設計により、開発用テストベンチ、路上試験、エンドオブラインテストベンチに適したソリューションを提供します。
図3：用途に応じたDAQシステムの構築
