JP2003344224A

JP2003344224A - 動力伝達系の試験装置とその制御方法

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Publication number: JP2003344224A
Application number: JP2002157352A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Kawamura; 博年河村
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP4045860B2

Abstract

(57)【要約】【課題】動力源を含む動力伝達系に対し、適正なダイ
ナモメータの発生トルクを与えて試験を行うことを可能
とする。【解決手段】動力源を含む動力伝達系の試験装置１で
あって、動力源に接続されるダイナモメータ３と、該ダ
イナモメータ３の実速度を検出する速度検出手段４と、
一慣性系をモデルとして前記ダイナモメータ３の速度を
推定し、その推定速度ω_m＾と前記実速度ω_mとの偏差に
比例ゲインＧを積算することにより、動力源の発生トル
クＴ_e＾を推定し、この動力源の発生トルクＴ_e＾に基づ
いて前記ダイナモメータ３の発生トルクＴ_mを制御する
制御手段５とを備える動力伝達系の試験装置１を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、動力伝達系の試
験装置とその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、動力伝達系の試験装置としては、
特許第３１５８４６１号公報に開示されているものがあ
る。この試験装置は、車両の性能試験や耐久試験を室内
で行うために動力伝達系に動力吸収手段として接続され
るダイナモメータを備え、該ダイナモメータの発生トル
クを制御することにより、動力伝達系に、実際の車両と
等価な慣性を負荷して、実車走行を模擬した試験を可能
としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この試
験装置においては、ダイナモメータの発生トルクを制御
するために、ダイナモメータの速度を検出し、その速度
の微分値を計算することにより、ダイナモメータの加速
度を求めている。このため、得られるダイナモメータの
加速度値にノイズが発生しやすく高精度にダイナモメー
タの発生トルクを制御することが困難であった。

【０００４】また、ダイナモメータの速度検出をエンコ
ーダやレゾルバのような位置検出手段によって行う場合
には、ダイナモメータの加速度値を得るために、検出し
た位置情報を２階微分しなければならず、さらに精度が
低下するという問題がある。これらの場合に、検出期間
を長くすれば、ある程度の精度・分解能の向上を図るこ
とができるものの、検出に遅れを生ずることになるの
で、好ましくない。また、ダイナモメータの出力軸にト
ルク変換器を取り付けることにより、発生トルクを直接
的に検出することも考えられるが、軸の剛性等の影響に
よって過渡的に振動や誤差が発生する等の問題も考えら
れる。

【０００５】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たものであって、動力源を含む動力伝達系に対して、適
正なダイナモメータの発生トルクを与えて試験を行うこ
とを可能とする動力伝達系の試験装置とその制御方法を
提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、以下の手段を提供する。請求項１に係
る発明は、動力源を含む動力伝達系の試験装置であっ
て、動力伝達系に接続されるダイナモメータと、該ダイ
ナモメータの実速度を検出する速度検出手段と、一慣性
系をモデルとして前記ダイナモメータの速度を推定し、
その推定速度と前記実速度との偏差に基づく補償を行う
ことにより、動力源の発生トルクを推定し、この動力源
の発生トルクに基づいて前記ダイナモメータの発生トル
クを制御する制御手段とを備える動力伝達系の試験装置
を提供する。

【０００７】この発明によれば、ダイナモメータの推定
速度を求めるとともに、該推定速度と実速度との偏差を
とることにより、ダイナモメータの実速度を微分する処
理を排除したので、動力源の発生トルクを高い精度で推
定することが可能となる。これにより、動力源の発生ト
ルクに基づいてダイナモメータの発生トルクを制御する
ことができ、動力源を適正に試験することが可能とな
る。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に記載さ
れた動力伝達系の試験装置において、前記制御装置が、
前記速度検出手段の有する速度検出の遅れと同等の遅れ
を持たせて、ダイナモメータの速度推定を行う試験装置
を提供する。この発明によれば、検出される実速度と推
定される推定速度との差の発生を抑制し、さらに精度の
高いダイナモメータの発生トルクの制御を行うことが可
能となる。

【０００９】請求項３に係る発明は、動力源を含む動力
伝達系に接続されたダイナモメータの実速度を検出し、
一慣性系をモデルとしてダイナモメータの速度を推定
し、検出された実速度と推定された推定速度との偏差に
比例ゲインを積算することにより、動力源の発生トルク
を推定し、推定された動力源の発生トルクに基づいて、
ダイナモメータの発生トルクを制御する動力伝達系の試
験装置制御方法を提供する。請求項１に係る発明と同様
に、動力伝達系の試験を適正に行うことが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
動力伝達系の試験装置とその制御方法について、図面を
参照して説明する。本実施形態に係る動力伝達系の試験
装置は、例えば、車両用エンジンの試験装置１であっ
て、図１に示されるように、エンジン２に接続されるダ
イナモメータ３と、ダイナモメータ３の実速度を検出す
る速度センサ４と、ダイナモメータ３の発生トルクを制
御する制御装置５とを備えている。

【００１１】前記ダイナモメータ３は発電機であって、
その発生トルクを制御することによって、エンジン２に
かける負荷を調整することにより、実際に走行する車両
の走行抵抗によってエンジン２に加えられるトルク負荷
を模擬することができるようになっている。また、前記
速度センサ４は、例えば、タコジェネレータである。

【００１２】前記制御装置５は、図２に示されるよう
に、エンジントルクオブザーバ６を備えている。これ
は、以下の考え方に基づいている。すなわち、実車にお
けるエンジン２の発生トルクＴ_e、エンジン２を含む全
体の慣性量（エンジン軸換算）Ｊ_cとすれば、エンジン
軸での加速度α_cが、 α_c＝Ｔ_e／Ｊ_c （１）となる。試験装置におけるダイナモメータ３の発生トル
クＴ_m、ダイナモメータ３の慣性量Ｊ_mとすれば、ダイナ
モメータ３の加速度α_mは、 α_m＝（Ｔ_e−Ｔ_m）／Ｊ_m （２）となる。

【００１３】ダイナモメータ３によって車両の慣性を模
擬するには、条件α_c＝α_mが成立すればよい。そこで、
α_c＝α_mを条件として、上記式（１），（２）から加速
度を消去すると、Ｔ_m＝（（Ｊ_c−Ｊ_m）／Ｊ_c）・Ｔ_e （３）となり、エンジントルクＴ_eを知ることができれば、上
記式（３）によってダイナモメータ３の発生トルクＴ_m
を制御することが可能となることがわかる。

【００１４】しかしながら、エンジン２の発生トルクを
遅れなく正確に検出することは困難であるため、エンジ
ントルクオブザーバ６を用いてエンジントルクＴ_eを推
定し、これを用いてダイナモメータ３の発生トルクＴ_m
を算出する。本実施形態においては、エンジントルクオ
ブザーバ６は、速度推定部７と、トルク推定部８とを備
えている。速度推定部７は、エンジントルクＴ_eに対し
てダイナモメータ３のトルクＴ_mが変動したときのダイ
ナモメータ３の速度を推定する部分であって、一慣性系
をモデルとしている。また、前記トルク推定部８は、比
例要素のみからなるオブザーバゲインＧにより構成され
ている。その結果、このエンジントルクオブザーバ６は
最小次元オブザーバとなっている。

【００１５】前記速度推定部７は、前記ダイナモメータ
３と等価な対象を表す一慣性系のモデルであり、推定さ
れたエンジントルクＴ_eと該エンジントルクＴ_eに基づい
て算出されたダイナモメータ３のトルクＴ_mとの偏差を
入力することにより、ダイナモメータ３の推定速度ω_m
＾（図２等の中において、ω_mまたはＴ_eの上に「＾」を
付した推定値を示す記号を、文章中では便宜上、ω_mま
たはＴ_eの右側に「＾」を付すことにより示すことにす
る。）を出力することができるようになっている。ま
た、トルク推定部８には、上記のようにして得られたダ
イナモメータ３の推定速度ω_m＾に、前記速度センサ４
により検出されたダイナモメータ３の実速度ω_mを負帰
還することによって得られた速度偏差が入力され、エン
ジントルク推定値Ｔ_e＾が出力されるようになってい
る。

【００１６】図３に、本実施形態に係る車両エンジン２
の試験装置１のブロック図を示す。ダイナモメータ３
は、直結されているエンジン２からエンジントルクＴ_e
を供給されるとともに、制御装置５からダイナモメータ
３の発生トルク指令Ｔ_m ^*を入力される。ダイナモメータ
３は、慣性量Ｊ_mを備える一慣性系と考えられ、該一慣
性系にエンジントルクＴ_eと発生トルク指令Ｔ_mとが入力
され、速度センサ４によって検出された実速度ω_mが出
力される。

【００１７】また、制御装置５は、上記エンジントルク
オブザーバ６と、該エンジントルクオブザーバ６により
推定されたエンジントルク推定値Ｔ_e＾に基づいて、上
記式（３）によりダイナモメータ３の発生トルク指令Ｔ
_m ^*を出力する指令値演算部９とを備えている。指令値演
算部９からの出力は、エンジントルクオブザーバ６に戻
されるようになっている。

【００１８】このように構成された本実施形態に係る車
両エンジン２の試験装置１によれば、エンジントルクオ
ブザーバ６によりエンジン２の発生トルクＴ_eを推定す
るので、検出することが困難なエンジン２の発生トルク
Ｔ_eを検出された速度から簡易に得ることができる。こ
の場合において、本実施形態ではエンジントルクオブザ
ーバ６が、速度センサ４により得られた実速度ω_mを微
分してエンジン２の発生トルクＴ_eを得るのではなく、
ダイナモメータ３を模擬した一慣性系をモデルとしてダ
イナモメータ３の速度を推定し、当該推定速度ω_m＾と
前記実速度ω_mとの差分をとった上で、比例要素のみか
らなるオブザーバゲインＧをかけるという方法によりエ
ンジン２の発生トルクＴ_eを推定するので、信号処理に
おいてノイズを生じやすい微分処理をなくして、高精度
かつ高分解能にエンジン２の発生トルクＴ_eを推定する
ことが可能となる。そして、このようにして推定された
エンジン２の発生トルク推定値からダイナモメータ３の
発生トルク指令Ｔ_m ^*を出力するので、ダイナモメータ３
を適正に制御して、より実車に近く、高応答に慣性を模
擬した性能試験を行うことができる。

【００１９】この試験装置では、実際のダイナモメータ
３の慣性量Ｊ_mに対して、エンジントルオブザーバ６に
設定された慣性量Ｊ_m’とし、ダイナモメータ３へのト
ルク指令値Ｔ_mに対して、エンジントルク推定値Ｔ_e＾に
基づく制御装置５からのダイナモメータ３のトルク指令
値Ｔ_m ^*とし、ダイナモメータ３の実速度ω_mに対して検
出速度ω_m’と表現する。ここで、慣性量Ｊ_m，Ｊ_m’、
ダイナモメータ３へのトルク指令値Ｔ_m，Ｔ_m ^*、ダイナ
モメータ３の速度ω_m，ω_m’に誤差が存在しない（Ｊ_m
＝Ｊ_m’，Ｔ_m＝Ｔ_m ^*，ω_m＝ω_m’）とすれば、ダイナモ
メータ３の速度ω_mとダイナモメータ３へのトルク指令
値Ｔ_mとの関係は、図３から下式（４）の通りとなる。
また、この式（４）を整理することにより、式（５）が
導かれる。

【００２０】

【数１】

【００２１】また、図３に示されるダイナモメータ３の
速度ω_mとトルクＴ_e，Ｔ_mとの関係から、式（５）は次
式（６）のように変形される。

【数２】

【００２２】ダイナモメータ３の慣性量Ｊ_mの設定誤差
をｅ_Jm＝Ｊ_m’／Ｊ_m、ダイナモメータ３のトルク指令値
Ｔ_mの誤差をｅ_T＝Ｔ_m／Ｔ_m ^*とすると、エンジントルク
推定値Ｔ_e＾は、エンジントルクＴ_eとの関係から次式
（７）のように表される。

【００２３】

【数３】

【００２４】また、この式（７）から、定常状態におけ
るエンジントルク推定値の誤差ｅ_Teおよびその逆数とし
て表される模擬すべき慣性量Ｊ_cの誤差ｅ_Jcは、以下の
式（８）により示される。

【００２５】

【数４】

【００２６】この式（８）より、模擬するエンジン２を
含む車全体の慣性量Ｊ_cとダイナモメータ３の慣性量Ｊ_m
との比である電気慣性比Ｊ_c／Ｊ_mが大きい場合には、ト
ルク推定値の誤差が支配的になることがわかる。また、
速度検出は、検出分解能の関係から、実用的には時定数
２〜３ｍｓｅｃ程度の一次遅れフィルタを必要とする。
そこで、実速度ω_mと検出速度ω_m’との関係を時定数Ｔ
_cの一次遅れの関係とすることが実情に合っている。ま
た、ダイナモメータ３のトルク指令Ｔ_m ^*に対する実際の
ダイナモメータ３のトルク指令値Ｔ_mの遅れは、モータ
制御の特性に依存するものの、約１ｍｓｅｃ程度と考え
られるので、上述した速度検出の遅れに対しては無視し
得るものと考えられる。

【００２７】以上のことから、エンジントルクオブザー
バ６を用いた電気慣性制御系は図４のように整理でき
る。図４中、符号１０は、速度センサを示す一次遅れ要
素である。そして、この図４および図３からエンジント
ルク推定値Ｔ_e＾は式（９）の通りとなる。

【００２８】

【数５】

【００２９】この式（９）によれば、模擬する慣性量Ｊ
_cの大きさによって減衰係数ζが変化する２時遅れ要素
となる。電気慣性比Ｊ_c／Ｊ_mと減衰係数ζとの関係を図
５に示す。Ｊ_c／Ｊ_m＜１となるマイナス慣性の時に減衰
係数ζ＞１となるため応答遅れが大きくなる。このこと
は、速度検出の一次遅れ１０に起因して実速度ω_mと検
出速度ω_m’との差が大きくなっているためであると考
えられる。そこで、図６に示すように、エンジントルク
オブザーバ６における速度推定値ω_m’の演算に、速度
検出の一次遅れ要素１０と同じ一次遅れ要素１１を挿入
すれば、マイナス慣性制御時の応答遅れが改善できるこ
とになる。

【００３０】

【実施例】図７〜図９は、出力１１ｋＷ、回転数１８０
０ｒｐｍの誘導モータを対向させ、一方のモータでステ
ップ上に変化するエンジントルクを模擬し、もう一方の
モータで電気慣性制御を行った場合の実施例を示してい
る。各実施例のデータは以下の通りである。（実施例１）実施例１の結果を図７に示す。実施例１は
以下の実施条件に基づいている。電気慣性比Ｊｃ／Ｊｍ：１００オブザーバゲインＧ：１５エンジントルクＴｅ：５８Ｎｍ（１００％）ダイナモメータの慣性量Ｊｍ：約０．１８ｋｇｍ² 速度検出時定数Ｔｃ：３ｍｓｅｃトルク指令時定数：２ｍｓｅｃ

【００３１】（実施例２）実施例２の結果を図８に示
す。実施例２は以下の実施条件に基づいている。電気慣性比Ｊｃ／Ｊｍ：４００オブザーバゲインＧ：１５エンジントルクＴｅ：５８Ｎｍ（１００％）ダイナモメータの慣性量Ｊｍ：約０．１８ｋｇｍ² 速度検出時定数Ｔｃ：３ｍｓｅｃトルク指令時定数：２ｍｓｅｃ

【００３２】（実施例３）実施例３の結果を図９に示
す。図中、トルク推定値を示す２本のグラフは、速度検
出の時定数を考慮した図６の対策を行ったものと対策の
ないものをそれぞれをそれぞれ示している。実施例３は
以下の実施条件に基づいている。電気慣性比Ｊｃ／Ｊｍ：０．３３オブザーバゲインＧ：１５エンジントルクＴｅ：２９Ｎｍ（５０％）ダイナモメータの慣性量Ｊｍ：約０．１８ｋｇｍ² 速度検出時定数Ｔｃ：３ｍｓｅｃトルク指令時定数：２ｍｓｅｃ

【００３３】以上の結果から明らかなように、本実施形
態に係る動力伝達系の試験装置１によれば、検出した速
度を微分することなく、エンジントルクＴ_eを精度よく
推定して、ダイナモメータ３の発生トルクの制御を適正
に行うことができ、所望の慣性量を精度よく高い応答速
度で模擬することができるという効果がある。また、マ
イナス慣性制御時においても、過大な応答遅れを生じる
ことなく、所望の慣性量を精度よく模擬することができ
る。

【００３４】なお、本実施形態においては、車両用エン
ジン２の試験装置１を例に挙げて説明したがこれに限定
されるものではない。また、上記各実施例においては、
実験条件を例示して説明したが、実際の運用にあたって
は、これらの条件に何ら限定されるものではなく、模擬
すべき動力源の形態に合わせて、任意の条件に適用させ
ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明に係る
動力伝達系の試験装置とその制御方法によれば、検出し
た速度を微分することなく、エンジントルクを高い精度
で推定することができる。これにより、精度よく推定し
た動力源の発生トルクに基づいてダイナモメータの発生
トルクを制御することができ、動力源に対し適正な試験
を行うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るエンジンの試
験装置の基本構成を示すブロック図である。

【図２】図１の試験装置に用いられるトルクオブザ
ーバの基本構成を示すブロック図である。

【図３】図２のトルクオブザーバを用いた電気慣性
制御の制御系の基本構成を示すブロック図である。

【図４】図２の制御系において、速度検出の一次遅
れを含めた制御系を示すブロック図である。

【図５】電気慣性比と減衰係数との関係を示すグラ
フである。

【図６】一次遅れ対策を施したトルクオブザーバの
構成を示すブロック図である。

【図７】実施例１の速度変化とトルク推定値の応答
波形を示すグラフである。

【図８】実施例２の速度変化とトルク推定値の応答
波形を示すグラフである。

【図９】実施例３の速度変化とトルク推定値の応答
波形を示すグラフである。

【符号の説明】

１試験装置３ダイナモメータ４速度センサ（速度検出手段）５制御装置（制御手段） ω_m 実速度 ω_m＾推定速度Ｇオブザーバゲイン（比例ゲイン）Ｔ_e 発生トルクＴ_e＾エンジントルク推定値Ｔ_m 発生トルク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動力源を含む動力伝達系の試験装置で
あって、動力伝達系に接続されるダイナモメータと、該ダイナモメータの実速度を検出する速度検出手段と、一慣性系をモデルとして前記ダイナモメータの速度を推
定し、その推定速度と前記実速度との偏差に比例ゲイン
を積算することにより、動力源の発生トルクを推定し、
この動力源の発生トルクに基づいて前記ダイナモメータ
の発生トルクを制御する制御手段とを備える動力伝達系
の試験装置。
【請求項２】前記制御装置が、前記速度検出手段の
有する速度検出の遅れと同等の遅れを持たせて、ダイナ
モメータの速度推定を行う請求項１に記載の動力伝達系
の試験装置。
【請求項３】動力源を含む動力伝達系に接続された
ダイナモメータの実速度を検出し、一慣性系をモデルとしてダイナモメータの速度を推定
し、検出された実速度と推定された推定速度との偏差に基づ
く補償を行うことにより、動力源の発生トルクを推定
し、推定された動力源の発生トルクに基づいて、ダイナモメ
ータの発生トルクを制御する動力伝達系の試験装置制御
方法。