JP2010271151A - 回転体の角度位置／速度検出装置および動力試験システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の角度位置／速度を低速から高速まで高精度で検出でき、高精度で回転体の速度制御および位相／速度の同期制御ができる。
【解決手段】前輪と後輪のシャシーダイナモメータ２Ａ，２Ｂの低速回転領域ではアブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂにより高精度、高分解能で角度位置／速度検出し、高速回転領域ではパルスピックアップ５Ａ，５Ｂにより高い分解能で角度位置／速度検出し、前後輪速度検出切換回路１６Ａ，１６Ｂは低速回転領域と高速回転領域の切り換わりに応じて両検出値の一方に切換え、低速回転領域と高速回転領域の間では両検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置／速度検出値とする。主制御部４と同期制御コントローラ１２、インバータ制御装置３Ａ，３Ｂなどは、角度位置／速度検出値を基にして回転体の位相／速度の同期制御を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、シャシーダイナモメータやパワートレインテスタなどのように車両や供試体など外部からの駆動力により回されるモータなどの回転体の角度位置や速度を検出する装置、およびこの角度位置／速度検出により回転体の位相／速度を同期制御する動力試験システムに係り、特に４ＷＤ車の前輪と後輪で個別に駆動される一対の回転体の角度位置／速度検出および位相／速度の同期制御に関する。

シャシーダイナモメータやパワートレインテスタなどのような動力試験システムは、モータとインバータなどの角度位置制御装置でダイナモメータを構成し、角度位置制御装置ではモータなどの回転体の角度位置／速度をレゾルバやエンコーダで検出し、これらがダイナモメータの速度指令や角度位置指令に一致するようモータ電流の大きさ・周波数・位相を制御する。

エンコーダには、パルスピックアップのパルス出力を計数することで高速回転での検出ができるインクリメンタルエンコーダと、多桁コード出力を発生することで高精度、高分解能の位置検出ができるアブソリュートエンコーダがある。

（１）インクリメンタルエンコーダを使用するシステム
図４は、４ＷＤシャシーダイナモメータ（ＣＨＤＹ）等でインクリメンタルエンコーダを使用して前後輪の同期制御を行う動力試験システムの構成図を示し、動力伝達系を前後輪の２つの駆動系に分けて２ＷＤダイナモメータ上で試験を行なうシステムである（例えば、特許文献１参照）。

なお、ダイナモメータや速度検出器、表示器などの機械要素を除いた部分は、ＤＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：直接計算機制御）と呼ばれるコンピュータ処理による制御装置として構成される。

試験車両になる４ＷＤ車１は、その前輪と後輪が載せられる前後ローラに前後輪シャシーダイナモメータ（誘導機）２Ａ，２Ｂが結合され、４ＷＤ車１の駆動力を吸収制御する。この吸収制御には独立した制御盤で構成されている２台の前輪インバータ制御装置３Ａと後輪インバータ制御装置３Ｂが発生する電流制御で行う。

インバータ制御装置３Ａ，３Ｂに与える制御指令は、コンピュータ処理を行う主制御部４が速度／トルク／走行抵抗制御のいずれかの演算結果として発生する。主制御部４のフィードバック処理に必要な前後輪（前後ローラ）の速度はパルスピックアップ５Ａ，５Ｂと車速検出回路６Ａ，６Ｄで検出する。トルクはロードセル（ＬＣ）７Ａ，７Ｂとそのトルクアンプ８Ａ，８Ｂで検出する。平均車速検出部９は、車速検出部６Ａ，６Ｂから出力される前後輪の速度検出値の加算と１／２で平均車速を求める。合計トルク検出部１０は、トルクアンプ８Ａ，８Ｂの出力の加算で前後輪の出力トルクの合計トルクを求める。パルスピックアップ５Ａ，５Ｂで検出する前後輪速度（パルス信号）は、計測・表示回路１１での速度の計測・表示信号としても取り込まれる。

同期制御コントローラ１２は、車速検出部６Ａ，６Ｂの出力になる前後輪速度成分（回転速度）から、前後輪位相／速度の同期制御に必要な補正信号を発生する。

図５は、同期制御コントローラ１２の具体的なブロック構成図を示す。前後輪位相検出部１２Ａ，１２Ｂは速度検出値からその積分等によって前後輪位相を検出し、これら前後輪の位相差を位相差検出部１２Ｃで検出する。同期設定部１２Ｄは前後輪の同期設定値を発生し、前後輪の位相を一致させるための位相差設定値「０」を設定する。同期制御アンプ１２Ｅは、前後輪の検出位相差と同期指令になる位相差「０」との偏差に応じた比例積分（ＰＩ）演算を行い、その演算結果として前後輪速度差制御指令を得る。

前後輪車速検出部１２Ｆ，１２Ｇはエンコーダ出力波形から前後輪車速を検出し、これら前後輪の車速差を車速差検出部１２Ｈで検出する。差動制御部１２Ｉは、前後輪速度差制御指令と車速差との偏差に応じた比例積分（ＰＩ）演算を行い、その演算結果として前後輪の補正信号を発生する。

前後輪電流指令部１２Ｊ、１２Ｋは、主制御部４が発生する速度／トルク／走行抵抗の制御指令を差動制御部１２Ｉが発生する補正信号で補正してインバータ制御装置３Ａ、３Ｂへの制御指令とする。

インバータ制御装置３Ａ，３Ｂに搭載する制御装置用速度検出部１３Ａ，１３Ｂは、パルスピックアップ５Ａ，５Ｂから前輪と後輪の速度検出信号を取得し、インバータ制御装置３Ａ，３Ｂにおけるインバータ制御演算での角度位置（位相）信号と周波数信号として利用する。

以上のように、インクリメンタルエンコーダを使用するシステムでは、パルスピックアップからは高速度領域では十分な周波数のパルス信号が得られることから、インクリメンタルエンコーダのパルス信号を用いて速度検出と機械角度検出を行い、必要な制御応答時間と精度、分解能を確保することができる。

（２）アブソリュートエンコーダを使用するシステム
図６は、４ＷＤシャシーダイナモメータ（ＣＨＤＹ）等でアブソリュートエンコーダを使用して前後輪の同期制御を行う動力試験システムの構成図を示す。同図が図４と異なる部分は、アブソリュートエンコーダ（ＡＢＳ）１４Ａ、１４Ｂを前後輪シャシーダイナモメータ２Ａ，２Ｂに結合し、インバータ制御装置３Ａ，３Ｂには速度検出部１３Ａ，１３Ｂに代えて、ＡＢＳ検出部１５Ａ，１５Ｂを設けた点にある。

なお、ダイナモメータや速度検出器、表示器などの機械要素を除いた部分は、ＤＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：直接計算機制御）と呼ばれるコンピュータによるデジタル制御装置として構成される場合を示す。このデジタル制御では、機械角度検出信号は一般に自分自身のタイミングで信号を出すのではなく、受け側の制御装置（例えば速度検出信号を必要とするインバータ制御装置）からリクエスト信号を受けた時のタイミングでその時の機械角度情報をシリアル通信などによりインバータ制御装置に送信する送受信方法としている。

図６のシステム構成では、１６ｂｉｔ以上の高精度、高分解能の位置検出のできるアブソリュートエンコーダを使用することにより、瞬時の機械角度検出と精度、分解能では上記のインクリメンタルエンコーダに比べて優れる。

特開平７−２０００６号公報

（１）図４に示すように、インクリメンタルエンコーダを角度位置検出に使用するシステムにおいては、比較的低速回転領域での角度位置検出をするとき、インクリメンタルエンコーダの出力パルス数は３０００Ｐ／Ｒ〜６０００Ｐ／Ｒ程度のものが多い。これはパルス周期から速度演算するための内部クロックと最高回転数での分解能や精度の関係から入力最大周波数を１００ｋＨｚ程度にするためにエンコーダのパルス数が３０００Ｐ／Ｒ〜６０００Ｐ／Ｒ程度のものを選定している。

この時の検出分解能は６０００Ｐ／Ｒのエンコーダを使用している例でも０．０６ｄｅｇ／Ｐｕｌｓｅであり４８インチＣＨＤＹのローラ表面では０．６３８ｍｍ／Ｐｕｌｓｅの分解能である。

最近の４ＷＤ用ＣＨＤＹ等で前後のローラ表面で１ｍｍ以下の同期制御を行うことが要求されることが多くなり、上記の分解能で制御した場合では停止時や低速度時の同期制御で前後のローラ表面で１ｍｍ以下の同期を行うには速度検出更新時間（１ｍｓ以下）内のパルス数がまだ不足で速度検出遅れが大きく応答が上がらないためもう一桁大きなパルス検出が必要となる。しかし、インクリメンタルエンコーダ製品の種類や前述の速度演算するための内部クロックと最高回転数での分解能や精度の関係が有り、インクリメンタルエンコーダ検出の分解能を高くすることは容易ではない。

このため、以前はインクリメンタルエンコーダで全速度域の前後同期制御を行っていたが、停止時や低速度時からの前後同期制御においては高精度、高分解能を求められるようになってからはインクリメンタルエンコーダでは要求に応えられなくなってきた。

（２）前記のように、アブソリュートエンコーダを角度位置検出に使用する図６のシステムにおいて、その機械角度検出信号はインバータ制御装置３Ａ，３Ｂからリクエスト信号を送信し、これを受けたタイミングでアブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂからその時点の機械角度情報をシリアル通信などによりインバータ制御装置３Ａ，３Ｂに送信する送受信方法としている。

このため、２台のインバータでモータなどを同期した位置制御を行う場合は主体となるモータの位置検出信号を追従するモータの制御装置の位置指令にして運転することが一般的である。しかし、４ＷＤシャシーダイナモメータ（ＣＨＤＹ）等では制御は通常走行抵抗制御であり、速度制御で同期運転する試験は僅かである。

したがって、車両から前後輪のＣＨＤＹが駆動される運転がほとんどの試験パターンで用いられ、車両からの駆動力を前後輪のＣＨＤＹ制御装置が吸収すると同時に前後輪の同期制御や等速度制御をしなければ前輪と後輪の車速は異なる値になる。これでは路上試験と同じように前輪と後輪の車速が同じにならないため、ＣＨＤＹ側で前輪と後輪ローラの機械角度位置と車速を一致させる同期制御を行っている。これが４ＷＤ車用ＣＨＤＹの前後輪同期制御である。

この場合、２台のインバータ制御装置は独立した制御盤で構成されているのでアブソリュートエンコーダに機械角度信号をリクエストするタイミングはバラバラで同期していない。それ故に仮に前後輪のＣＨＤＹの機械角度位置が一致して回っていても検出する信号はリクエストタイミングが異なるため、同じ機械角度位置を検出しないことになる。

このリクエストタイミングは、非常に短い周期（例えば５００μｓ以下）で行われているため、前後輪の機械角度検出信号の誤差は小さいものであるが、車速が高くなるに連れて前後輪の同期制御を行う制御装置（ＤＤＣ）に取り込む時に誤差が大きくなり、それを修正するように制御装置が働き、トルク変動や速度変動が大きく出るし、前後輪の機械角度差を演算すると図７に示すように位相差は凸凹の信号になるので正しい計測が行われているとは言えない。

また、図６のように、ＡＢＳ検出部１５Ａ，１５Ｂとアブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂとの通信による角度位置／速度検出信号を送受信する場合、インバータ制御装置３Ａ，３Ｂを経由して同期制御コントローラ１２に信号を渡すと、インバータ制御装置と同期制御周期は一般に異なるため、例えば一定速度で回転しているモータの機械角度をインバータ制御装置経由して同期制御コントローラで機械角度信号を受け取ると一定の機械角度変化になるべきところ制御周期の差異があるため異なる機械角度変化を検出することがある。このため、この機械角度信号から速度を演算するとヒゲ状のノイズが発生することになり、速度検出としては不適当な信号となる。

この対策としてアブソリュートエンコーダの検出信号を同期制御コントローラに直接送る方法があるが、この場合はインバータ制御装置の検出部を経由しないため制御装置に機械角度信号が入らなくなる。インバータ制御装置はパルス検出信号でも制御することはできるが、ベクトル制御を行う関係上、機械角度位置、電気角が正確に検出できる方が制御精度が高くなり、ダイナモメータに要求される小さなトルク変動で運転することができるのでアブソリュートエンコーダの検出信号でインバータ制御装置を制御することが望ましい。

また、アブソリュートエンコーダは、モータの軸端に取り付けるタイプであり、片方の軸に２個直列に取り付けることは構造上できない。このため、片側に２個のアブソリュートエンコーダを取り付けてインバータ制御装置とＤＤＣ（同期制御コントローラや主制御部）に直接検出信号を送ることができない。

本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、回転体の角度位置／速度を低速回転領域から高速回転領域まで高精度で検出できる回転体の角度位置／速度検出装置、および回転体の位相／速度の同期制御を低速回転領域から高速回転領域まで高精度でできる回転体の動力試験システムを得ることを目的とする。

本発明は、前記の課題を解決するため、回転体の低速回転領域では高精度、高分解能の角度位置／速度検出ができるアブソリュートエンコーダを検出手段とし、回転体の高速回転領域では高い分解能で速度検出ができるインクリメンタルエンコーダを検出手段とし、回転体の低速回転領域と高速回転領域の切り換わりに応じて両検出手段の一方の速度検出値に切換え、低速回転領域と高速回転領域の間では両検出手段の速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする回転体の角度位置／速度検出装置とし、さらには回転体の角度位置／速度検出装置の検出値を基にして回転体の速度制御および位相／速度の同期制御を行なう動力試験システムとするもので、以下の構成を特徴とする。

（１）回転体の角度位置／速度を検出する角度位置／速度検出装置であって、
回転体の軸に結合されたインクリメンタルエンコーダと、
回転体の軸に結合されたアブソリュートエンコーダと、
回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする速度検出切換回路と、
回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする角度位置検出切換回路と、
を備えたことを特徴とする。

（２）一対の回転体の角度位置／速度をそれぞれ検出する角度位置／速度検出装置であって、
一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のインクリメンタルエンコーダと、
一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のアブソリュートエンコーダと、
回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする一対の速度検出切換回路と、
回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする一対の角度位置検出切換回路と、
を備えたことを特徴とする。

（３）回転体の角度位置／速度を検出する角度位置／速度検出装置と、前記角度位置／速度の検出値を基に回転体の角度位置／速度を制御する制御装置とを備えた回転体の動力試験システムであって、
前記角度位置／速度検出装置は、
回転体の軸に結合されたインクリメンタルエンコーダと、
回転体の軸に結合されたアブソリュートエンコーダと、
回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする速度検出切換回路と、
回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする角度位置検出切換回路と、
を備えたことを特徴とする。

（４）一対の回転体の角度位置／速度をそれぞれ検出する角度位置／速度検出装置と、前記角度位置／速度の検出値を基に一対の回転体の位相／速度を同期制御する制御装置とを備えた回転体の動力試験システムであって、
前記角度位置／速度検出装置は、
一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のインクリメンタルエンコーダと、
一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のアブソリュートエンコーダと、
回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする一対の速度検出切換回路と、
回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする一対の角度位置検出切換回路と、
を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、回転体の低速回転領域では高精度、高分解能の角度位置／速度検出ができるアブソリュートエンコーダを検出手段とし、回転体の高速回転領域では高い分解能で速度検出ができるインクリメンタルエンコーダを検出手段とし、回転体の低速回転領域と高速回転領域の切り換わりに応じて両検出手段の一方の速度検出値に切換え、低速回転領域と高速回転領域の間では両検出手段の速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする回転体の角度位置／速度検出装置とするため、回転体の角度位置／速度を低速回転領域から高速回転領域まで高精度で検出できる。

また、回転体の角度位置／速度検出装置の検出値を基にした回転体の動力試験システムは、回転体の速度制御および位相／速度の同期制御を低速回転領域から高速回転領域まで高精度でできる。

また、停止時や低速度領域とそれ以上の高速度領域でアブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダを用いた機械角度検出と速度検出をある速度区間内で連続的に切り換えることで切り換えショック無しに切り換えができる。

また、高精度のディジタル演算制御装置を用いることにより、アブソリュートエンコーダ→インクリメンタルエンコーダ→アブソリュートエンコーダと切り換えても機械角度検出に誤差の発生を小さくできるため、計測においても正確な検出信号で機械角、前後輪機械角度差を計測表示することができる。

また、インバータ制御装置にも機械位置信号を取り込むことができ、制御性能の良いベクトル制御で安定したトルクで運転できる。

本発明に係る４ＷＤ車の動力試験システムの構成図。 車速検出切換回路の概略構成図。 車速検出切換回路の具体的な構成図。 従来の４ＷＤ車の動力試験システムの構成図。 同期制御コントローラの具体的なブロック構成図。 従来の他の４ＷＤ車の動力試験システムの構成図。 前後輪の同期制御における位相差、車速差の波形図。

図１は、本発明の実施形態を示す４ＷＤ車の動力試験システムを示し、動力伝達系を前後輪の２つの駆動系に分けて２ＷＤダイナモメータ上で試験を行なうシステムである。

本実施形態では、４ＷＤ車の前輪と後輪の角度位置／速度検出には、低速回転領域（例えば１０ｒｐｍ以下）ではアブソリュートエンコーダのエンコーダ波形から検出し、高速回転領域（例えば１１０ｒｐｍ以上）ではパルスピックアップのパルス波形から検出することで低速回転領域から高速回転領域まで高精度に検出し、低速回転領域と高速の回転領域の切換えは両検出値をその速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とすることで切換ショックを無くした検出をし、さらに低速回転領域から高速回転領域まで前輪と後輪の高精度の位相／速度の同期制御を可能にする。

図１が図６と異なる部分は、主制御部４のフィードバック処理に必要な前後輪（前後ローラ）の速度はアブソリュートエンコーダ（ＡＢＳ）１４Ａ，１４Ｂとインバータ制御装置３Ａ，３ＢのＡＢＳ検出部１５Ａ，１５Ｂで検出したもの、パルスピックアップ５Ａ，５Ｂのパルス出力から検出したものとする。アブソリュートエンコーダ（ＡＢＳ）１４Ａ，１４Ｂによる検出は、ＡＢＳ検出部１５Ａ，１５Ｂがリクエスト信号を発生し、このリクエスト信号に対してアブソリュートエンコーダ１４Ａ、１４Ｂが現在のエンコーダ波形を返信し、この返信されたエンコーダ波形からＡＢＳ検出部１５Ａ，１５Ｂで角度位置／速度信号を検出する。

ここで、前輪車速検出切換回路１６Ａと後輪車速検出切換回路１６Ｂは、４ＷＤ車が低速回転領域ではアブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂのエンコーダ波形からＡＢＳ検出部１５Ａ，１５Ｂで検出した速度に切換え、高速回転領域ではパルスピックアップ５Ａ，５Ｂのパルス波形から検出した速度に切換えて同期制御コントローラ１２および平均車速検出部９に車速検出信号を与える。なお、この切換えに際し、低速回転領域と高速回転領域の切換領域では切換ショックを発生することなく連続的に切換える機能を持つ。

上記の切換ショックについて詳細を説明する。まず、モータ等の回転体の角度位置を制御する装置や停止制御する装置においては、制御精度を良くするために、検出器の分解能を高くすることが必要であるが、速度が高くなると、角度位置検出の情報量が多くなり、検出遅れが少なくなるので、検出器が比較的低い分解能でも十分高精度の角度位置制御や速度制御が可能となる。

この特性を利用して、停止制御や低速制御においては、高分解能のアブソリュートエンコーダの角度位置検出信号を用いて制御し、速度が高くなると、低分解能のインクリメンタルエンコーダの角度位置検出信号に切り換えて制御することにより、停止状態から高速回転までの範囲で高精度の角度位置制御や速度制御が可能となる。

ここで、低速回転用アブソリュートエンコーダの検出信号から高速回転用インクリメンタルエンコーダの検出信号に切り換えるとき、逆に高速回転用パルスピックアップの検出信号から低速回転用アブソリュートエンコーダの検出信号に切り換えるときに切換ショックが発生し、位相制御や速度制御が大きく変動してしまい、実用に耐えられないため、実際に使用されたことがなかった。切換ショックが発生する主な原因は、位相制御のマイナーループに速度制御が用いられるのが一般的な位置制御系であり、低速回転用アブソリュートエンコーダの検出信号と高速回転用パルスピックアップの検出信号とが切り換わる時に二つの検出信号が一致していないことに起因し、検出信号の切換時に非常に短い時間内で位相情報が変化するため、大きな速度変化があったと誤検出し、マイナーループの速度制御が大きく変動してしまうためである。

そこで、車速検出切換回路１６Ａ．１６Ｂは、図２に車速検出切換回路１６Ａの場合で示すように、高速回転領域ではパルスピックアップ５Ａ，５Ｂの出力からＦ／Ｄ変換器１７で周波数に変換した速度検出値とし、低速回転領域ではアブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂの機械角度出力から速度検出回路１８で変換した速度検出値とし、信号切換回路１９ではＦ／Ｄ変換器１７で検出する現在速度に応じて両速度検出値の一方に切換える。この高速回転領域と低速回転領域の切換えに際し、アブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂの検出値とパルスピックアップ５Ａ，５Ｂの検出値とを低速回転領域から高速回転領域までの速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とすることで、検出信号の切換時に非常に短い時間内で速度情報が変化するのを防止し、低速回転領域と高速回転領域の間で切換ショックをなくした連続的な切換えを得る。

図３は、上記の車速検出切換回路の具体例を前輪車速検出切換回路１６Ａの場合で示す。Ｆ／Ｄ変換器１７で変換したパルスピックアップ５Ａの速度検出値から回転数ｎａ［ｒｐｍ］を求め、関数発生器１９Ｂは回転数ｎａが設定回転数ｎ１，ｎ２を境にして回転数ｎ１以下では出力値ｙ＝０、ｎ２以上では出力値ｙ＝１，ｎ１〜ｎ２では一定の傾斜またはＳ字状の変化で「０」から「１」まで上昇する関数特性を有して出力値ｙを得る。

乗算器１９Ｃは、パルスピックアップ５Ａの速度検出信号に関数発生器１９Ｂの出力値ｙを乗じた値を出力する。減算器１９Ｄは値「１」から関数発生器１９Ｂの出力を減じ、関数発生器１９Ｂの出力ｙと逆関数特性になる出力（１−ｙ）を得る。乗算器１９ＥはＡＢＳ速度検出回路１８からの速度検出信号に出力（１−ｙ）を乗じた値を出力する。加算器１９Ｆは、乗算器１９Ｃと乗算器１９Ｅの速度検出信号出力を加算することで車速検出切換出力を得る。

以上のことから、本実施形態によれば、４ＷＤ車の前後輪の低速回転時には高分解能で高精度のアブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂのエンコーダ波形により角度位置／速度を検出し、前後輪の高速回転時には低分解能のパルスピックアップ５Ａ，５Ｂにより角度位置／速度を検出することで、低速回転領域から高速回転領域まで高精度の角度位置／速度検出ができる。

また、高速回転領域と低速回転領域の間ではアブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂとパルスピックアップ５Ａ，５Ｂの両検出手段の速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値としており、低速回転領域と高速回転領域の間で連続的な切換えを行うことができ、切換ショックは発生せず、高速回転時には変換器が低分解能でも高精度が得られるので、高分解能の変換器を用いる低速回転時から低分解能の変換器を用いる高速回転時まで高精度の角度位置／速度検出を行うことができる。

なお、高速回転領域と低速回転領域の間で、アブソリュートエンコーダ１４Ａ，１４Ｂとパルスピックアップ５Ａ，５Ｂの両検出手段の角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とすることで、角度位置検出信号についても切換ショックを防止した切換えができる。この場合、図３におけるＡＢＳ検出回路１８やＦ／Ｄ変換器１７では速度検出に代えて角度位置検出を行い、信号切換回路１９ではＦ／Ｄ変換器１７で検出する速度により角度位置検出値を切換えた角度位置検出値を得る構成とする。

さらに、これら低速回転領域から高速回転領域までの高精度の角度位置／速度検出により、４ＷＤ車の前後輪を低速回転領域から高速回転領域まで高精度に位相／速度を同期制御した動力試験を可能にする。

なお、実施形態では４ＷＤ車の前後輪の角度位置／速度検出と同期制御の場合を示すが、この手法で前後輪と左右輪の４輪の角度位置／速度検出と同期制御に適用することができる。

１ ４ＷＤ車
２Ａ，２Ｂ シャシーダイナモメータ
３Ａ，３Ｂ インバータ制御装置
４ 主制御部
５Ａ，５Ｂ パルスピックアップ
７Ａ、７Ｂ ロードセル
１２ 同期制御コントローラ
１４ａ，１４ｂ アブソリュートエンコーダ
１５Ａ，１５Ｂ ＡＢＳ検出部
１６Ａ 前輪車速検出切換回路
１６Ｂ 後輪車速検出切換回路
１７ Ｆ／Ｄ変換器
１８ ＡＢＳ速度検出回路
１９ 信号切換回路

Claims (4)

1. 回転体の角度位置／速度を検出する角度位置／速度検出装置であって、
   回転体の軸に結合されたインクリメンタルエンコーダと、
   回転体の軸に結合されたアブソリュートエンコーダと、
   回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする速度検出切換回路と、
   回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする角度位置検出切換回路と、
   を備えたことを特徴とする回転体の角度位置／速度検出装置。
2. 一対の回転体の角度位置／速度をそれぞれ検出する角度位置／速度検出装置であって、
   一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のインクリメンタルエンコーダと、
   一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のアブソリュートエンコーダと、
   回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする一対の速度検出切換回路と、
   回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする一対の角度位置検出切換回路と、
   を備えたことを特徴とする回転体の角度位置／速度検出装置。
3. 回転体の角度位置／速度を検出する角度位置／速度検出装置と、前記角度位置／速度の検出値を基に回転体の角度位置／速度を制御する制御装置とを備えた回転体の動力試験システムであって、
   前記角度位置／速度検出装置は、
   回転体の軸に結合されたインクリメンタルエンコーダと、
   回転体の軸に結合されたアブソリュートエンコーダと、
   回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする速度検出切換回路と、
   回転体の低速回転領域では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする角度位置検出切換回路と、
   を備えたことを特徴とする回転体の動力試験システム。
4. 一対の回転体の角度位置／速度をそれぞれ検出する角度位置／速度検出装置と、前記角度位置／速度の検出値を基に一対の回転体の位相／速度を同期制御する制御装置とを備えた回転体の動力試験システムであって、
   前記角度位置／速度検出装置は、
   一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のインクリメンタルエンコーダと、
   一対の回転体の軸にそれぞれ結合された一対のアブソリュートエンコーダと、
   回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの速度検出値と前記インクリメンタルエンコーダの速度検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した速度検出値とする一対の速度検出切換回路と、
   回転体の低速回転領域では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の高速回転領域では該回転体に結合された前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値に切換え、回転体の低速回転領域と高速回転領域の間では該回転体に結合された前記アブソリュートエンコーダの角度位置検出値と前記インクリメンタルエンコーダの角度位置検出値を速度の変化に応じて相補的に増減させて加算した角度位置検出値とする一対の角度位置検出切換回路と、
   を備えたことを特徴とする回転体の動力試験システム。

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