JP2008048464A - 電気慣性制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原動機の回転数による速度信号からトルク指令信号を生成するトルク制御処理を行うことにより、安定した慣性処理を実現することができる。
【解決手段】電気慣性制御装置１０は、トルク計１１、速度検出器１２、モータ制御回路１３、速度偏差信号生成部１４、速度制御アンプ１５（トルク速度信号生成手段）、軸トルク補正後信号生成部１６、トルク指令信号生成部１７および補正信号生成部２１を具備する。そして、補正信号生成部２１は、走行抵抗演算部２２、加速分トルク生成部２３、加速度補正前信号生成部２４、加速度信号生成部２５、積分器２６、トルク補正信号生成部２７を備える。速度制御アンプ１５では、速度偏差信号Ｖ３からＡＳＲ出力トルク信号Ｔ３が生成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車等の駆動系（電動機＋供試手段）に対する実車等価試験に用いて好適な電気慣性制御装置およびその制御方法に関する。

昨今、省エネルギーと二酸化炭素等の排ガスの環境問題を改善するため、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動種（ＨＥＶ）が実用化されてきている。このハイブリッド自動車は、ガソリンや軽油を燃料とする内燃機関と、バッテリーから供給される電力によって駆動される電動機との組み合わせによって駆動系としている。この電動機は、内燃機関に代わって自動車の駆動源となるため、小型、高出力、広い可変速運転範囲、および高効率という要素が必要となる。また、電動機の制御方法は、内燃機関と同様な感覚で操るために、アクセルペダルの踏み込み量に比例したトルク指令によってモータを駆動するトルク制御となる。

また、駆動系は、車両に搭載される前に、試験機によって実車等価試験（以下、ベンチテストという）が実行される。このベンチテストに利用される装置が電気慣性制御装置である。
この電気慣性制御装置としては、駆動側原動機にトルク指令装置とトルク制御装置と操作アクチュエータとを直列に接続し、走行抵抗相当トルクと駆動トルクとの差を求める加算器に、トルクピックアップにより検出された駆動トルクに代えて、前記トルク指令装置から出力されるトルク指令値を印加することにより、駆動トルクの検出を吸収側電動機の制御系とは切り離して単独で行い、吸収側電動機の制御系を単純化することで、吸収側電動機の制御系の安定性を向上させ、かつ調整を容易にした装置がある（特許文献１）。

また、他の電気慣性制御装置としては、車輌のトランスミッションなどの動力伝達系からなる供試体を備え、この供試体の入力軸には、エンジン相当の入力モータと、入力側回転検出器と、入力側トルクメータを備えると共に、上記入力モータには、上記入力側トルクメータによる検出トルクに基づいて上記供試体に入力するトルクｔ１を制御する入力トルク制御装置を備え、上記供試体の出力軸には、出力側回転検出器と、吸収モータと、出力側トルクメータを備えると共に、上記吸収モータには、上記出力側トルクメータによる上記供試体の出力トルクｔ２と、上記出力側回転検出器による上記吸収モータの回転パルスをＦ／Ｖ変換器で変換した回転信号に基いて発生する走行抵抗相当トルクＴＲおよび車輌等価慣性量ｉｃとから慣性抵抗相当トルクｔａを求め、該慣性抵抗相当トルクｔａを上記吸収モータに与える出力側トルク装置を備え、前記入力側トルク制御装置および前記出力側トルク制御装置に接続すると共に、前記供試体の出力トルクｔ２と、前記吸収モータの走行抵抗相当トルクｔｒとの差分トルクをΔｔとし、該差分トルクΔｔを前記供試体の出力軸に換算したときの該供試体の慣性をｉｍとしたとき、前記慣性抵抗相当トルクｔａがｔａ＝Δｔ（１−ｉｍ／ｉｃ）にて求められるようにした電気慣性制御手段を備えている装置がある（特許文献２）。

特許第２６４７５７６号公報 特開平５−２６７７３号公報

しかし、前述した特許文献１，２では、駆動側原動機に対して負荷となる吸収側電動機側の情報を取得し、この情報に基づいて駆動側原動機への駆動信号を生成するようにしているため、部品点数が増加してしまう。
この課題を解決するために、吸収側原動機側の情報を取得せずに、ベンチテストを行う装置もある。この種の装置について、図２を参照しつつ説明する。
この電気慣性制御装置０で試験される対象は、モータ１０１に供試品１０２（モータ１０１の回転軸（図示せず）に接続されたトランスミッション等）となり、所謂駆動系となる。
そして、電気慣性制御装置０は、モータ制御回路１、速度検出器２、微分器３、慣性相当トルク算出器４、インバータ５とを具備している。

モータ制御回路１は、インバータ５から出力されるトルク指令信号Ｔ０を受けて駆動信号ＤＡを生成し、この駆動信号ＤＡをモータ１０１の駆動回路部（図示せず）に供給する。速度検出器２は、モータ１０１の回転軸に設けられ、回転軸の角速度を計測して速度信号ＶＡを出力する。微分器３は、速度検出器２から出力される速度信号ＶＡを微分して加速度信号αＡを算出する。慣性相当トルク算出器４は、微分器４で算出された加速度信号αＡと、実機械慣性Ｊｍおよび模擬慣性ＪｃからＴＡ＝α（Ｊｃ−Ｊｍ）による演算を実行し、慣性相当トルクＴＡを算出する。インバータ５は、慣性相当トルクＴＡの符号を反転させてトルク指令信号ＴＡ´をモータ制御回路１に供給する。

なお、実機械慣性Ｊｍは、駆動系の総慣性であり、模擬慣性Ｊｃは供試品１０２が搭載される実車相当の慣性に当たる。

ここで、ベンチテストにおいては、駆動系において種々の車両によるデータを計測するため、模擬慣性Ｊｃの変化幅を大きく確保することが必要となる。
ここで、電気慣性制御装置０において、慣性相当トルク算出器４に入力される模擬慣性Ｊｃと実機械慣性Ｊｍとの関係をＪｃ＝２×Ｊｍとする。
この場合、Ｊｃ−Ｊｍ＝２Ｊｍ−Ｊｍ＝Ｊｍとなる。一般的に、モータの慣性をＪ、加速度をα、加速トルクをＴとした場合、Ｔ＝α×Ｊという関係が成り立つ。

そこで、モータ１０１の加速度αｍとした場合、モータ制御回路１に供給されるトルク指令ＴｍはＴｍ＝−αｍ×Ｊｍとなる。このトルク指令Ｔｍは、モータ１０１を加速度αｍで加速するのに必要なトルクのことである。モータ１０１が加速度αｍで加速するということは、外部からトルクＴｍが加わっているのと同じ状態となり、トルク指令Ｔｍを加算すると、モータ１０１に加わるトルクは０になる。すると、今度はモータ１０１の加速度が０になるため、トルク指令Ｔｍも０になる。つまり、モータ１０１の回転は、加速→速度一定（トルク０）→加速→速度一定（トルク０）…という動きを繰り返す格好ことになる。

次に、Ｊｃ＞２×Ｊｍの関係にある場合、トルク指令Ｔｍ＜−αｍ×Ｊｍとなり、モータ１０１に加わるトルクはマイナスになる。すると、加速度がマイナスとなり、トルク指令Ｔｍがプラスに極性反転する。つまり、モータ１０１の回転は、加速→減速（トルクマイナス）→大きく加速（トルク指令Ｔｍがプラスの為）…とハンチングを起こし、発散するような動作となる。
従って、図２のように構成された電気慣性制御装置０では、模擬慣性Ｊｃの値は、実機械慣性値Ｊｍの２倍未満が設定が可能な範囲となる。

さらに、微分器３によって速度信号ＶＡから加速度信号αＡを算出するようにしているが、速度から加速度を算出する場合には、実際には、所定時間を隔てて速度を２回計測し、この速度差を所定時間で割るようにしている。このため、加速度を検出するのに時間を費やしてしまい、迅速な制御処理を行うことが出来ない。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、広範囲における慣性補償と、迅速な制御処理を行うことのできる電気慣性制御装置および制御方法を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するため、本発明が採用する電気慣性制御装置の構成は、駆動信号を電動機に供給する電気慣性制御装置であって、前記電動機の回転軸に加わる軸トルクを計測し、軸トルク信号を出力するトルク計測手段と、前記回転軸の回転速度を計測し、軸速度信号を出力する速度計測手段と、トルク指令信号に基づいて前記電動機に供給する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記軸速度信号、模擬慣性、実機械慣性および軸トルク補正後信号に基づいてトルク補正信号および目標速度信号を生成する補正信号生成手段と、前記軸速度信号と前記目標速度信号とを加減算して速度偏差信号を生成する速度偏差信号生成手段と、前記速度偏差信号に基づいてトルク速度信号を生成するトルク速度信号生成手段と、前記トルク速度信号と前記軸トルク信号とを加減算して軸トルク補正後信号を生成する軸トルク補正後信号生成手段と、前記軸トルク補正後信号と前記トルク補正信号とを加減算して前記トルク指令信号を生成するトルク指令信号生成手段と、を具備することをことを特徴としている。

このような構成により、トルク速度信号生成手段が軸速度信号に基づいてトルク速度信号を生成し、軸トルク補正後信号生成手段でこのトルク速度信号と軸トルク信号を加減算して軸トルク補正後信号を生成し、トルク指令信号生成部がこの軸トルク補正後信号とトルク補正信号とを加減算してトルク指令信号を生成するようにしている。このため、電動機を一定トルクで回転させるのではなく、軸速度信号によって制御すると共に、微分器を使用していないため、電動機の回転制御を迅速・確実に行うことができる。また、軸トルク信号および速度信号によるフィードバック制御によって駆動信号を生成しており、模擬慣性および実機械慣性は、補正信号生成手段でトルク補正信号および目標速度信号を生成するパラメータになるため、実機械慣性には規制がなくなり、広範囲における慣性補償を可能にする。

上記構成において、前記補正信号生成手段は、前記軸速度信号に基づいて走行抵抗トルク信号を生成する走行抵抗トルク信号生成手段と、前記走行抵抗トルク信号と前記軸トルク補正後信号とを加減算して加速分トルク信号を生成する加速分トルク信号生成手段と、前記加速分トルク信号を模擬慣性で除算して加速度補正前信号を生成する加速度補正前信号生成手段と、前記走行補正加速度と加速度補正信号とを加減算して加速度信号を生成する加速度信号生成手段と、前記加速度信号を積分することにより目標速度信号を生成する目標速度信号生成手段と、前記加速度信号を実機械慣性で積算してトルク補正信号を生成するトルク補正信号生成手段と、を具備することが好ましい。

上述の目的を達成するため、本発明が採用する電気慣性制御装置の制御方法は、模擬慣性に基づいた駆動信号を前記電動機に供給する電気慣性制御装置の制御方法であって、前記回転軸に加わる軸トルクを計測し、軸トルク信号を出力するトルク計測段階と、前記回転軸の回転速度を計測し、軸速度信号を出力する速度計測段階と、トルク指令信号に基づき前記電動機に供給する駆動信号を生成する駆動信号生成段階と、前記軸速度信号、模擬慣性、実機械慣性および軸トルク補正後信号に基づいてトルク補正信号および目標速度信号を生成する補正信号生成段階と、前記軸速度信号と前記目標速度信号とを加減算して速度偏差信号を生成する速度偏差信号生成段階と、前記速度偏差信号に基づきトルク速度信号を生成するトルク速度信号生成段階と、前記トルク速度信号と前記軸トルク信号とを加減算して軸トルク補正後信号を生成する軸トルク補正後信号生成段階と、前記軸トルク補正後信号と前記トルク補正信号とを加減算して前記トルク指令信号を生成するトルク指令信号生成段階と、を備え、
前記補正信号生成段階は、前記軸速度信号に基づき走行抵抗トルク信号を生成する走行抵抗トルク信号生成段階と、前記走行抵抗トルク信号と前記軸トルク補正後信号とを加減算して加速分トルク信号を生成する加速分トルク信号生成段階と、前記加速分トルク信号を模擬慣性で除算して加速度補正前信号を生成する加速度補正前信号生成段階と、前記加速度補正前信号と加速度補正信号とを加減算して加速度信号を生成する加速度信号生成段階と、前記加速度信号を積分することにより目標速度信号を生成する目標速度信号生成段階と、前記加速度信号を実機械慣性で積算してトルク補正信号を生成するトルク補正信号生成段階と、を備えたことを特徴としている。

以下、本発明の実施形態に係る電気慣性制御装置について、図面を参照して説明する。

＜実施形態＞
ここで、図１を参照しつつ、電気慣性制御装置１０の構成について説明する。なお、前述した従来技術と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
電気慣性制御装置１０は、トルク計１１、速度検出器１２、モータ制御回路１３、速度偏差信号生成部１４、速度制御アンプ１５（トルク速度信号生成手段）、軸トルク補正後信号生成部１６、トルク指令信号生成部１７および補正信号生成部２１を具備している。

トルク計１１は、モータ１０１と供試品１０２とを接続する回転軸に設けられ、軸トルク信号Ｔ１を軸トルク補正後信号生成部１６に出力する。このトルク計１１は、例えば歪みゲージ式、位相差検出式、磁気式の他、ロードセルを利用した計器等からなる。
速度検出器１２は、モータ１０１の回転軸の角速度を計測して軸速度信号Ｖ１を出力する。この速度検出器１２は、エンコーダ、慣性センサ、表面弾性波センサ、ジャイロセンサ、レゾルバ等がある。

モータ制御回路１３は、後述する処理によって生成されたトルク指令信号Ｔ０を受けて駆動信号Ｄ０を生成するもので、サイリスタレオナードやトランジスタ（ＩＧＢＴ）インバータ等からなる。速度偏差信号生成部１４は、軸速度信号Ｖ１と目標速度信号Ｖ２とを加減算して速度偏差信号Ｖ３を生成する。

速度制御アンプ１５は、速度偏差信号Ｖ３に基づいてＡＳＲ出力トルク信号Ｔ３を生成する。この速度制御アンプ１５は、比例アンプ（Ｐアンプ）、比例積分アンプ（ＰＩアンプ）、比例積分微分アンプ（ＰＩＤアンプ）等から構成される。
軸トルク補正後信号生成部１６は、ＡＳＲ出力トルク信号Ｔ３と軸トルク信号Ｔ１とを加減算して軸トルク補正後信号Ｔ４を生成する。トルク指令信号生成部１７は、軸トルク補正後信号Ｔ４とトルク補正信号Ｔ２とを加減算して前記トルク指令信号Ｔ０を生成する。

また、補正信号生成部２１は、軸速度信号Ｖ１、模擬慣性Ｊｃ、実機械慣性Ｊｍおよび軸トルク補正後信号Ｔ４に基づいてトルク補正信号Ｔ２および目標速度信号Ｖ２を生成する。この補正信号生成部２１は、走行抵抗演算部２２、加速分トルク生成部２３、加速度補正前信号生成部２４、加速度信号生成部２５、積分器２６、トルク補正信号生成部２７を具備している。

走行抵抗演算部２２は、軸速度信号Ｖ１に基づいて走行抵抗トルク信号Ｔ５を生成する。具体的には、軸速度信号Ｖ１から走行抵抗トルク信号Ｔ５を生成するため、種々の軸速度信号Ｖ１に対する走行抵抗トルク信号Ｔ５がテーブルとして予め記憶されており、入力された軸速度信号Ｖ１を受けて前記テーブルを参照することによって、走行抵抗トルク信号Ｔ５が設定されるようになっている。
また、走行抵抗トルク信号Ｔ５は、記憶されたテーブルから設定されるだけでなく、演算式によって設定されるようにしてもよい。

加速分トルク生成部２３は、走行抵抗トルク信号Ｔ５と軸トルク補正後信号Ｔ４とを加減算して加速分トルク信号Ｔ６を生成する。加速度補正前信号生成部２４は、異なる値の模擬慣性Ｊｃを設定する模擬慣性設定部２４Ａを備え、この模擬慣性設定部２４Ａにて設定された模擬慣性Ｊｃで加速分トルク信号Ｔ６を除算して加速度補正前信号α１を生成する。

加速度信号生成部２５は、電気慣性制御装置１０の外部から必要に応じて加速度補正信号α０を設定できる外部補正部２５Ａを備え、この外部補正部２５Ａから前記条件に応じて出力される加速度補正信号α０と加速度補正前信号α１とを加減算して加速度信号α２を生成する。積分器２６は、加速度信号α２を積分して目標速度信号Ｖ２を生成し、この目標速度信号Ｖ２を速度偏差信号生成部１４に出力する。

トルク補正信号生成部２７は、駆動系の機械要素であるモータ１０１、トルク計１１等の慣性の和である実機械慣性Ｊｍが記憶された実機械慣性設定部２７Ａを備え、この実機械慣性設定部２７Ａで設定された実機械慣性Ｊｍと加速度信号α２とを乗算してトルク補正信号Ｔ２を生成する。

このように、電気慣性制御装置１０では、入力される速度偏差信号Ｖ３からＡＳＲ出力トルク信号Ｔ３を生成する速度制御アンプ１５により、主に駆動信号Ｄ０を生成するためのトルク指令信号Ｔ０を生成するように構成されており、当該電気慣性制御装置１０は、速度制御によって制御処理される。これにより、当該電気慣性制御装置１０は、従来技術で述べたトルク制御によって発生していたモータ１０１の暴走等の不具合を解消して、安定した慣性制御処理を実現することができる。

しかも、補正信号生成部２１において、パラメータとなる模擬慣性Ｊｃと実機械慣性Ｊｍとは互いに異なった処理として用いられる。また、模擬慣性Ｊｃを大きくした場合、加速度補正前信号α１が小さくなり、加速度信号α２も小さくなる。この結果、目標速度信号Ｖ２の変化も小さくなり、制御系の安定度は高くなる。これにより、本実施形態による電気慣性制御装置１０は、従来技術のように、模擬慣性Ｊｃの設定範囲がＪｃ＜２×Ｊｍとなる限定はなくなり、模擬慣性Ｊｃを広範囲における慣性補償が可能になる。

さらに、電気慣性制御装置１０では、軸トルク信号Ｔ１をＡＳＲ出力トルク信号Ｔ３に加減算してモータ１０１の回転軸に発生する実際のトルクを加味したトルク指令信号Ｔ０を生成している。また、補正信号生成部２１では、加速分トルク信号Ｔ６を模擬慣性Ｊｃで除算することによって加速度信号α２を生成するようにしている。これにより、装置内に微分器を廃止でき、従来技術の装置に比べて応答速度を格段速めることができ、当該電気慣性制御装置１０の信頼性を高めることができる。

本発明の実施形態による電気慣性制御装置を含む構成図である。 従来技術による電気慣性制御装置を含む構成図である。

符号の説明

１０…電気慣性制御装置、１１…トルク計、１２…速度検出器、１３…モータ制御回路、１４…速度偏差信号生成部、１５…速度制御アンプ（トルク速度信号生成手段）、１６…軸トルク補正後信号生成部、１７…トルク指令信号生成部、２１…補正信号生成部、２２…走行抵抗演算部、２３…加速分トルク生成部、２４…加速度補正前信号生成部、２５…加速度信号生成部、２６…積分器（目標速度信号生成手段）、２７…トルク補正信号生成部。

Claims (3)

1. 駆動信号を電動機に供給する電気慣性制御装置であって、
   前記電動機の回転軸に加わる軸トルクを計測し、軸トルク信号を出力するトルク計測手段と、
   前記回転軸の回転速度を計測し、軸速度信号を出力する速度計測手段と、
   トルク指令信号に基づいて前記電動機に供給する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記軸速度信号、模擬慣性、実機械慣性および軸トルク補正後信号に基づいてトルク補正信号および目標速度信号を生成する補正信号生成手段と、
   前記軸速度信号と前記目標速度信号とを加減算して速度偏差信号を生成する速度偏差信号生成手段と、
   前記速度偏差信号に基づいてトルク速度信号を生成するトルク速度信号生成手段と、
   前記トルク速度信号と前記軸トルク信号とを加減算して軸トルク補正後信号を生成する軸トルク補正後信号生成手段と、
   前記軸トルク補正後信号と前記トルク補正信号とを加減算して前記トルク指令信号を生成するトルク指令信号生成手段と、を具備する
   ことを特徴とする電気慣性制御装置。
2. 請求項１記載の電気慣性制御装置において、
   前記補正信号生成手段は、前記軸速度信号に基づいて走行抵抗トルク信号を生成する走行抵抗トルク信号生成手段と、
   前記走行抵抗トルク信号と前記軸トルク補正後信号とを加減算して加速分トルク信号を生成する加速分トルク信号生成手段と、
   前記加速分トルク信号を模擬慣性で除算して加速度補正前信号を生成する加速度補正前信号生成手段と、
   前記加速度補正前信号と加速度補正信号とを加減算して加速度信号を生成する加速度信号生成手段と、
   前記加速度信号を積分することにより目標速度信号を生成する目標速度信号生成手段と、
   前記加速度信号を実機械慣性で積算してトルク補正信号を生成するトルク補正信号生成手段と、を具備した
   ことを特徴とする電気慣性制御装置。
3. 模擬慣性に基づいた駆動信号を前記電動機に供給する電気慣性制御装置の制御方法であって、
   前記回転軸に加わる軸トルクを計測し、軸トルク信号を出力するトルク計測段階と、
   前記回転軸の回転速度を計測し、軸速度信号を出力する速度計測段階と、
   トルク指令信号に基づき前記電動機に供給する駆動信号を生成する駆動信号生成段階と、
   前記軸速度信号、模擬慣性、実機械慣性および軸トルク補正後信号に基づいてトルク補正信号および目標速度信号を生成する補正信号生成段階と、
   前記軸速度信号と前記目標速度信号とを加減算して速度偏差信号を生成する速度偏差信号生成段階と、
   前記速度偏差信号に基づきトルク速度信号を生成するトルク速度信号生成段階と、
   前記トルク速度信号と前記軸トルク信号とを加減算して軸トルク補正後信号を生成する軸トルク補正後信号生成段階と、
   前記軸トルク補正後信号と前記トルク補正信号とを加減算して前記トルク指令信号を生成するトルク指令信号生成段階と、を備え、
   前記補正信号生成段階は、前記軸速度信号に基づき走行抵抗トルク信号を生成する走行抵抗トルク信号生成段階と、
   前記走行抵抗トルク信号と前記軸トルク補正後信号とを加減算して加速分トルク信号を生成する加速分トルク信号生成段階と、
   前記加速分トルク信号を模擬慣性で除算して加速度補正前信号を生成する加速度補正前信号生成段階と、
   前記加速度補正前信号と加速度補正信号とを加減算して加速度信号を生成する加速度信号生成段階と、
   前記加速度信号を積分することにより目標速度信号を生成する目標速度信号生成段階と、
   前記加速度信号を実機械慣性で積算してトルク補正信号を生成するトルク補正信号生成段階と、を備えた
   ことを特徴とする電気慣性制御装置の制御方法。

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