JP2010043940A - 動力伝達系の試験装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイナモメータの高周波の速度変動に対しても十分に追従させることが可能な動力伝達系の試験装置を提供する。
【解決手段】第２指令トルク算出部３０は、第１指令トルクＴ１（第１指令トルクＴ１：指令速度と実速度ω０の速度偏差から算出されるトルク）から推定される推定速度ω１と実速度ωとの速度偏差から第２指令トルクＴ２を推定し、この第２指令トルクＴ２と第１指令トルクＴ１とを加算して得たトルクを指令トルクＴをしてダイナモメータ３に出力する。この第２指令トルクＴ２は、ダイナモメータ３に加わる外力、つまり供試体モータ２から発生するトルクおよび慣性力を推定したトルクとなり、外力等の影響がうち消されたトルクとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、供試体に接続されるダイナモメータに対して適正なトルクを与えることが可能な動力伝達系の試験装置およびその制御方法に関する。

従来、動力伝達系の試験装置には、車両の性能試験や耐久試験を室内で行うため、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られる。試験装置は、このダイナモメータの発生トルクを制御することにより、動力伝達系に対し、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にするものである。
例えば、例えば特許文献１〜３に示すように、試験装置にトルクオブザーバを用いたものもある。トルクオブザーバが、ダイナモメータのトルクが変動したときのダイナモメータの速度を推定し、該推定速度とダイナモメータの実速度との速度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、該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により、動力伝達系に、実際の車両と等価な慣性を負荷する。

特開２００３−３４４２２４号公報 特開２００５−１８０９５６号公報 特開２００６−２４２５９２号公報

しかし、前述した特許文献１〜３では、トルクオブザーバを用いてダイナモメータの発生トルクを制御するようになっているものの、供試体モータから加わる外力や慣性力の影響を受け、高周波の速度変動に対して追随できないのが実情である。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、高周波の速度変動に対してもダイナモメータが追従可能な動力伝達系の試験装置およびその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、本発明が採用する動力伝達系の試験装置の構成は、指令速度に対応したトルクを算出するトルク算出手段と、供試体とダイナモメータを含む系の特定部位について検出されたトルクを受け取るトルク入力手段と、前記トルク算出手段が出力したトルクと前記トルク入力手段で受け取ったトルクとを加算して前記ダイナモメータに指示値として与える出力手段と、を具備することを特徴とする。

上記構成により、トルク算出手段は、指令速度と実速度の速度偏差から実トルクを算出（推定）し、トルク入力手段は、この実トルクから推定される推定速度と実速度との速度偏差から推定トルクを算出し、出力手段は、実トルクと推定トルクを加算した値を指示値としてダイナモメータに出力する。
これにより、動力伝達系の試験装置は、供試体がダイナモメータに加えてくるトルク変動を吸収して指令速度による負荷をダイナモメータに与えることになり、ダイナモメータの高周波の速度変動に対しても十分に追従させることが可能となる。

上記構成において、前記トルク入力手段は、供試体とダイナモメータを含む系からトルクを推定するトルク推定手段、または供試体とダイナモメータを含む系からのトルクを実測するトルク実測手段の少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。

上記構成において、前記トルク推定手段は、対象の慣性量から得られる疑似トルクであることが好ましい。

上記構成において、前記トルク推定手段は、前記トルク算出手段から出力されるトルクに対し、前記対象の慣性量を積分定数とした積分処理を施して前記ダイナモメータの推定速度を算出する推定速度算出手段と、前記推定速度と前記ダイナモメータの実速度の速度偏差から出力するトルクを算出するトルク偏差算出手段と、を具備することが好ましい。

上記構成において、前記疑似トルクは、供試体とダイナモメータを含む系の定格、或いはダイナモメータの定格によって推定されることが好ましい。

上記構成において、前記対象の慣性量は、変化可能とすることが好ましい。

上述の目的を達成するため、本発明が採用する試験装置の制御方法は、供試体となる動力伝達系に対する試験装置の制御方法であって、指令速度に対応したトルクを算出するトルク算出過程と、前記供試体とダイナモメータを含む系の特定部位について検出されたトルクを受け取るトルク入力過程と、前記トルク算出過程で出力したトルクと前記トルク入力過程で受け取ったトルクとを加算して前記ダイナモメータに指示値として与える出力過程と、を備えることを特徴とする。

上記構成により、トルク算出過程においては、指令速度と実速度の速度偏差から実トルクを算出（推定）し、トルク入力過程においては、この実トルクから推定される推定速度と実速度との速度偏差から推定トルクを算出し、出力過程においては、実トルクと推定トルクを加算した値を指示値としてダイナモメータに出力する。
これにより、試験装置の制御方法にあっては、供試体がダイナモメータに加えてくるトルク変動を吸収して指令速度による負荷をダイナモメータに与えることになり、ダイナモメータの高周波の速度変動に対しても十分に追従させることが可能となる。

上記構成において、前記トルク入力過程は、供試体とダイナモメータを含む系からトルクを推定するトルク推定過程、または供試体とダイナモメータを含む系からのトルクの実測するトルク実測過程の少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。

上記構成において、前記トルク推定過程は、前記トルク算出過程で出力されるトルクに対し、前記対象の慣性量を積分定数とした積分処理を施して前記ダイナモメータの推定速度を算出する推定速度算出過程と、前記推定速度と前記ダイナモメータの実速度の速度偏差から出力するトルクを算出するトルク偏差算出過程と、を備えることが好ましい。

上記構成において、前記トルク推定過程は、対象の慣性を疑似する疑似トルクを推定することが好ましい。

上記構成において、前記疑似トルクは、供試体とダイナモメータを含む系の定格、或いはダイナモメータの定格によって推定されることが好ましい。

上記構成において、前記対象の慣性量は、変化可能とすることが好ましい。

本発明による動力伝達系の試験装置は、トルク入力手段にて検出されたトルクと、トルク算出手段で算出された指令速度に対応したトルクとを、出力手段にて加算してダイナモメータに付与することにより、常に指令速度（指令トルク）に対するダイナモメータにおけるトルクの変動を監視して、実トルクの変動分を抑えるように制御できる。これにより、動力伝達系の試験装置は、ダイナモメータの高周波の速度変動に対しても十分に追従させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る動力伝達系の試験装置について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
ここで、図１を参照しつつ、動力伝達系の試験装置の構成について説明する。
図１は、動力伝達系の試験装置の回路構成を示した図である。本発明の第１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であって、同図に示されるように、供試体モータ２の軸（図示せず）に接続されるダイナモメータ３と、ダイナモメータ３の軸角度θを検出する角度検出器４と、供試体モータ２とダイナモメータ３とを連結する軸に設けられたトルク計５と、前記ダイナモメータ３の発生トルクを制御する制御装置１０とを備えている。供試体モータ２は、エンジン＋トランスミッションからなる動力伝達系となる。
この試験装置においては、外部から入力される指令速度に応じて、ダイナモメータ３に指令トルクＴを与えるようになっている。

トルク計５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。角度検出器４は、例えばエンコーダ、慣性センサ、表面弾性波センサ、ジャイロセンサ、レゾルバ等からなる。

上記ダイナモメータ３は発電機／電動機からなり、その発生トルクが制御装置１０によって制御される。これにより、ダイナモメータ３は、供試体モータ２に加える負荷を調整する。そして、試験装置は、実際に走行する車両の走行抵抗負荷と加減速時の車重相当の慣性負荷をトルク負荷として、供試体モータ２に模擬的に与えるものである。

制御装置１０は、角度θからダイナモメータ３の実速度ω０を算出する微分器１１と、指令速度に対応した第１指令トルクＴ１を算出する第１指令トルク算出部２０と、前記実速度ω０を加味した第２指令トルクＴ２を算出する第２指令トルク算出部３０と、第１指令トルクＴ１と第２指令トルクＴ２とを加算した指令トルクＴをダイナモメータ３に出力する加算器４０と、を具備する。

ここで、第１指令トルク算出部２０が請求項１に記載の「トルク算出手段」に該当し、第２指令トルク算出部３０が請求項１に記載の「トルク入力手段」に該当し、加算器４０が請求項１に記載の「出力手段」に該当する。

この第１指令トルク算出部２０は、トルク換算部２１と、増幅部２２と、ＰＩ制御部２３と、減算器２４と、加算器２５とを備えている。減算器２４は、指令速度と実速度ω０との速度偏差を算出する。トルク換算部２１と増幅部２２でフィードフォワード制御部を構成する。

トルク換算部２１は、供試体モータ２、ダイナモメータ３およびトルク計５からなる全体の慣性量Ｊが微分定数として設定されており、指令速度に対して慣性量Ｊを微分定数とした微分を施して得たトルクを出力する。増幅部２２は、比例要素のみからなるフォワードゲインＦにより構成され、トルク換算部２１から出力されるトルクを増幅して換算トルクＴ３を出力する。

ＰＩ制御部２３は、指令速度と実速度ω０との速度偏差に、比例・積分の２つの要素による演算を加えることで偏差トルクＴ４を算出する。加算器２５は、換算トルクＴ３と偏差トルクＴ４とを加算して得た第１指令トルクＴ１を出力する。

この第１指令トルク算出部２０は、指令速度と微分器１１から出力される実速度ω０との速度偏差から第１指令トルクＴ１を算出する。

次に、第２指令トルク算出部３０は、速度推定部３１と、ローパスフィルタ３２と、トルク推定部３３と、減算器３４とを備えている。

速度推定部３１は、ダイナモメータ３を一質点系モデルと見なし、第１指令トルクＴ１に応じた推定速度ω１を推定する。具体的には、供試体モータ２、ダイナモメータ３およびトルク計５からなる全体の慣性量Ｊを積分定数として設定し、第１指令トルクＴ１に対して慣性量Ｊを積分定数とした積分を施して推定速度ω１を得る。

減算器３４は、速度推定部３１、ローパスフィルタ３２および微分器１１との間に接続され、推定速度ω１から実速度ω０を減算した速度偏差をローパスフィルタ３２に出力する。ローパスフィルタ３２は、π型或いはＬ型のローパスフィルタ３２によって積分回路として構成され、速度偏差の脈動分をカットする。トルク推定部３３は、比例要素のみからなるオブザーバゲインＧにより構成される増幅回路となり、速度偏差に対応した第２指令トルクＴ２を生成する。

この第２指令トルク算出部３０は、速度推定部３１から出力される推定速度ω１と微分器１１から出力される実速度ω０との速度偏差から第２指令トルクＴ２を算出する。

なお、トルク換算部２１および速度推定部３１に定数として用いられる慣性量Ｊは、供試体モータ２の定格、およびダイナモメータ３の定格から設定されるものである。また、この定数の設定は、この試験装置を業者が設置した際に行っても良いし、ユーザが試験に先立って適宜設定してもよい。このため、図示しないが、制御装置１０には、これらをパラメータとして設定するためのメモリを備えたマイクロコンピュータや入力手段が別途設けられている。

ここで、実車における供試体モータ２の発生トルクＴ_e、供試体モータ２の慣性量（エンジン軸換算）Ｊ_cとすれば、供試体モータ軸での加速度α_cは、次式（１）となる。
α_c＝Ｔ_e／Ｊ_c・・・（１）

一方、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、次式（２）となる。
α_m＝（Ｔ_e−Ｔ_m）／Ｊ_m・・・（２）

ダイナモメータ３によって車両の慣性を模擬する場合には、α_c＝α_mの条件が成り立てば良いから、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、次式に示すようになる。
Ｔ_m＝（（Ｊ_c−Ｊ_m）／Ｊ_c）×Ｔｅ・・・（３）
この式（３）から、供試体モータ２の発生トルクＴ_eを知ることができれば、ダイナモメータ３の発生トルクＴ_mが制御可能になることが分かる。

しかしながら、供試体モータ２の発生トルクを遅れなく正確に検出することは、実質困難である。そこで、本実施形態における試験装置では、第２指令トルク算出部３０を用いて、第１指令トルクＴ１（第１指令トルクＴ１：指令速度と実速度ω０の速度偏差から算出されるトルク）から推定される推定速度ω１と実速度ωとの速度偏差から第２指令トルクＴ２を推定し、この第２指令トルクＴ２と第１指令トルクＴ１とを加算して得たトルクを指令トルクＴとしてダイナモメータ３に出力する。

この第２指令トルクＴ２は、ダイナモメータ３に加わる外力、つまり供試体モータ２から発生するトルクおよび慣性力を推定したトルクとなっている。このため、指令速度に対応した第１指令トルクＴ１にこの第２指令トルクＴ２を加算して得た指令トルクＴは、外力の影響をうち消した指令トルクとなる。

この結果、本実施形態による試験装置は、供試体モータ２がダイナモメータ３に加えてくるトルク変動を吸収して指令速度による負荷をダイナモメータ３に与えることが可能となる。これにより、試験装置は、供試体モータ２に高周波の速度変動が発生した場合であっても、ダイナモメータ３に対して追従可能となる指令トルクＴを供給することができる。

＜第１実施形態の変形例＞
次に、第１実施形態による変形例を以下に示す。
（１−１）
この変形例（１−１）は、図２に示すように、速度推定部３１´およびトルク換算部２１´の定数をダイナモメータ３の慣性量Ｊ１に設定している。
この制御装置１０は、ダイナモメータ３の持つ慣性量Ｊ１を吸収した指令トルクＴをダイナモメータ３に出力するから、供試体モータ２とダイナモメータ３とを接続する軸における軸トルクの速度制御を確実に行うことが可能となる。

（１−２）
この変形例（１−２）は、図３に示すように、トルク換算部２１と増幅部２２とからなるフィードフォワード制御部をなくした第１指令トルク算出部２０´とした。
この制御装置１０は、供試体モータ２を一定速度に上げる場合のダイナモメータ３の負荷変動を抑えることができる。

（１−３）
この変形例（１−３）は、図４に示すように、トルク推定部３３に並列に積分器３５を接続した第２指令トルク算出部３０´とした。トルク推定部３３は、比例算に限らず、積分、微分であっても、それらの組み合わせであってもよく。要は、第２指令トルク算出部３０´から出力される第２指令トルクＴ２が、ダイナモメータ３に加わる外力、つまり供試体モータ２から発生するトルクおよび慣性力を推定したトルクとなればよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明による第２実施形態について説明する。
本実施形態の特徴は、第２指令トルク算出部３０から出力される第２指令トルクＴ２の代わりに、トルク計５で検出される軸トルクＴＢを用いたことにある。なお、本実施形態においては、前述した第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

この実施形態の制御装置１０Ａでは、通常試験時におけるデータ収集に用いられるトルク計５で検出される軸トルクＴＢを、ダイナモメータ３に与える指令トルクＴの生成に用いたことにある。

この実施形態の制御装置１０Ａは、図５に示すように、実際に供試体モータ２とダイナモメータ３との間に発生する軸トルクと、第１指令トルク算出部２０から出力される第１指令トルクＴ１とを、加算器４０で加算してダイナモメータ３に出力する。この試験装置においては、供試体モータ２がダイナモメータ３に加えてくるトルク変動を吸収して指令速度による負荷をダイナモメータ３に与えることが可能となる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明による第３実施形態について説明する。
本実施形態の特徴は、第２指令トルク算出部３０から出力される第２指令トルクＴ２に、トルク計５で検出される軸トルクＴＢを加算したことにある。なお、本実施形態においては、前述した第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

この実施形態の制御装置１０Ｂでは、図６に示すように、トルク推定部３３の出力側にトルク計５の出力とを加算する加算器３６を設ける。これにより、第２指令トルク算出部３０から出力される第２指令トルクＴ２は、速度推定部３１から出力される推定速度ω１と微分器１１から出力される実速度ω０との速度偏差から得られた疑似トルクと、トルク計５から検出される実トルクとを加算した値となる。この試験装置においては、供試体モータ２がダイナモメータ３に加えてくるトルク変動を吸収して指令速度による負荷をダイナモメータ３に与えることが可能となる。

＜第３実施形態の変形例＞
前述した第３実施形態では、トルク計５から検出される軸トルクＴＢを第２指令トルク算出部３０のトルク推定部３３の出力側で加算するようにしたが、本発明はこれに限らず、第１指令トルク算出部２０から出力される第１指令トルクＴ１に、トルク計５で検出される軸トルクＴＢを加算してもよい。
具体的には、図７に示すように、第１指令トルク算出部２０の加算器２５の出力側に加算器２６を設ける。これにより、第１指令トルク算出部２０から出力される第１指令トルクＴ１は、指令速度と微分器１１から出力される実速度ω０との速度偏差から得られた疑似トルクに、トルク計５から検出される実トルクとを加算した値となる。

＜変形例＞
本発明は前述した実施形態に限るものではなく、種々の対応が可能である。
例えば、図８に示すように、ローパスフィルタ３２を接続する位置は、減算器３４とトルク推定部３３との間に限るものではなく、微分器１１と第２指令トルク算出部３０との間、或いは速度推定部３１と減算器３４との間等、脈動が発生し易い位置に接続すればよい。
また、図８は、第１実施形態に対応させた場合を例示したが、これに限らず、図２〜図７に対しても対応可能である。
さらに、ローパスフィルタ３２の時定数は、応答速度が遅くならないように各素子の値を設定する必要がある。

本発明の第１実施形態による動力伝達系の試験装置を示す構成図である。 第１実施形態による変形例（１−１）を示す構成図である。 第１実施形態による変形例（１−２）を示す構成図である。 第１実施形態による変形例（１−３）を示す構成図である。 本発明の第２実施形態による動力伝達系の試験装置を示す構成図である。 本発明の第３実施形態による動力伝達系の試験装置を示す構成図である。 第３実施形態による変形例を示す構成図である。 本発明による変形例を示す構成図である。

符号の説明

１０…制御装置、１１…微分器、２０，２０´…第１指令トルク算出部、２１…トルク換算部、２２…増幅部、２３…ＰＩ制御部、２４，３４…減算器、２５，３６，４０…加算器、３０，３０´…第２指令トルク算出部、３１…速度推定部、３２…ローパスフィルタ、３３…トルク推定部、３５…積分器。

Claims (12)

1. 指令速度に対応したトルクを算出するトルク算出手段と、
   供試体とダイナモメータを含む系の特定部位について検出されたトルクを受け取るトルク入力手段と、
   前記トルク算出手段が出力したトルクと前記トルク入力手段で受け取ったトルクとを加算して前記ダイナモメータに指示値として与える出力手段と、を具備する
   ことを特徴とする動力伝達系の試験装置。
2. 請求項１記載の動力伝達系の試験装置において、
   前記トルク入力手段は、供試体とダイナモメータを含む系からトルクを推定するトルク推定手段、または供試体とダイナモメータを含む系からのトルクを実測するトルク実測手段の少なくともいずれか一方を含む
   ことを特徴とする動力伝達系の試験装置。
3. 請求項２記載の動力伝達系の試験装置において、
   前記トルク推定手段は、対象の慣性量から得られる疑似トルクである
   ことを特徴とする動力伝達系の試験装置。
4. 請求項３記載の動力伝達系の試験装置において、
   前記トルク推定手段は、前記トルク算出手段から出力されるトルクに対し、前記対象の慣性量を積分定数とした積分処理を施して前記ダイナモメータの推定速度を算出する推定速度算出手段と、
   前記推定速度と前記ダイナモメータの実速度の速度偏差から出力するトルクを算出するトルク偏差算出手段と、を具備する
   ことを特徴とする動力伝達系の試験装置。
5. 請求項３記載の動力伝達系の試験装置において、
   前記疑似トルクは、供試体とダイナモメータを含む系の定格、或いはダイナモメータの定格によって推定される
   ことを特徴とする動力伝達系の試験装置。
6. 請求項４記載の動力伝達系の試験装置において、
   前記対象の慣性量は、変化可能とする
   ことを特徴とする動力伝達系の試験装置。
7. 供試体となる動力伝達系に対する試験装置の制御方法であって、
   指令速度に対応したトルクを算出するトルク算出過程と、
   前記供試体とダイナモメータを含む系の特定部位について検出されたトルクを受け取るトルク入力過程と、
   前記トルク算出過程で出力したトルクと前記トルク入力過程で受け取ったトルクとを加算して前記ダイナモメータに指示値として与える出力過程と、を備える
   ことを特徴とする試験装置の制御方法。
8. 請求項７記載の試験装置の制御方法において、
   前記トルク入力過程は、供試体とダイナモメータを含む系からトルクを推定するトルク推定過程、または供試体とダイナモメータを含む系からのトルクの実測するトルク実測過程の少なくともいずれか一方を含む
   ことを特徴とする試験装置の制御方法。
9. 請求項８記載の試験装置の制御方法において、
   前記トルク推定過程は、前記トルク算出過程で出力されるトルクに対し、前記対象の慣性量を積分定数とした積分処理を施して前記ダイナモメータの推定速度を算出する推定速度算出過程と、
   前記推定速度と前記ダイナモメータの実速度の速度偏差から出力するトルクを算出するトルク偏差算出過程と、を備える
   ことを特徴とする試験装置の制御方法。
10. 請求項８記載の試験装置の制御方法において、
    前記トルク推定過程は、対象の慣性を疑似する疑似トルクを推定する
    ことを特徴とする試験装置の制御方法。
11. 請求項９記載の試験装置の制御方法において、
    前記疑似トルクは、供試体とダイナモメータを含む系の定格、或いはダイナモメータの定格によって推定される
    ことを特徴とする試験装置の制御方法。
12. 請求項９記載の試験装置の制御方法において、
    前記対象の慣性量は、変化可能とする
    ことを特徴とする試験装置の制御方法。

Images