JP2021085684A

JP2021085684A - 制御装置

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Publication number: JP2021085684A
Application number: JP2019212640A
Authority: JP
Inventors: 祐介五十嵐; Yusuke Igarashi; 博信小林; Hironobu Kobayashi
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-06-03
Anticipated expiration: 2039-11-25
Also published as: JP7257940B2

Abstract

【課題】モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、モータの出力トルクをより容易に調整する。【解決手段】本発明に係る制御装置１０は、エンジンの気筒数、モータの回転数および所定の慣性値に基づき、加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成器１１と、エンジンの回転数の時間的な変動を示す回転脈動データから得られた、エンジンの回転数と、脈動成分を含むエンジンの出力トルクの振幅値との対応関係を用いて、モータの回転数に応じたモータの出力トルクである加振トルクを推定する加振トルク推定器１４と、推定された加振トルクと、要求トルクとを比較する比較器１５と、比較器１５の比較結果に基づき、加振トルク指令を補正する補正器１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを模擬したモータにより供試体を駆動して、供試体の試験を行う台上試験システムにおけるモータの制御装置に関する。

従来、自動車のエンジンで発生したエネルギーを駆動輪に伝達するトランスミッションなどの駆動伝達系（ドライブトレイン）の試験を行う台上試験システムでは、駆動伝達系（以下、「供試体」と称する）の入力軸にエンジンを接続して駆動トルクをかけ、出力軸にモータを接続して負荷トルクをかけるエンジン駆動方式が用いられていた。しかしながら、エンジン駆動方式は、付帯設備が多くなり、手間がかかるため、昨今では、エンジンの代わりにモータを用いて供試体の入力軸に駆動トルクをかけるモータ駆動方式が用いられている。

供試体の性能評価を行う場合、エンジンの挙動を模擬して評価を行う必要がある。エンジンの挙動（回転数およびトルク）には、エンジンの回転数および気筒数に応じた周期的な変動（正弦波状の脈動）が生じる。そこで、特許文献１には、モータの回転数指令に、モータの回転数を周期的に変動させる正弦波加振指令を加算し、回転数指令と正弦波加振指令との和とモータの実回転数との偏差がなくなるように制御（加振トルク制御）する技術が記載されている。

特開２０１３−２５７２３４号公報

台上試験システムにおける試験では、エンジンを模擬したモータの出力トルクが、所定の条件（例えば、定められた要求トルクに追従する、モータの定格トルクを超えないなどの条件）を満たす必要がある。特許文献１に記載されている加振トルク制御では、上述した所定の条件を満たさない場合がある。このような場合、モータの出力トルクが所定の条件を満たすように、試験を行うユーザが手動でモータの出力トルクを調整する必要があり、手間がかかっていた。

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、モータの出力トルクをより容易に調整することができる制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る制御装置は、エンジンを模擬したモータにより供試体を駆動して、前記供試体の試験を行う台上試験システムにおける前記モータの制御装置であって、前記エンジンの気筒数、前記モータの回転数および所定の慣性値に基づき、脈動成分を含む前記モータの出力トルクを指示する加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成器と、前記エンジンの回転数の時間的な変動を示す回転脈動データから得られた、前記エンジンの回転数と、脈動成分を含む前記エンジンの出力トルクの振幅値との対応関係を用いて、前記モータの回転数に応じた前記モータの出力トルクである加振トルクを推定する加振トルク推定器と、前記加振トルク推定器により推定された加振トルクと、前記試験において前記モータに要求される要求トルクとを比較する第１の比較器と、前記第１の比較器の比較結果に基づき、前記加振トルク指令生成器により生成された加振トルク指令を補正する補正器と、を備える。

また、本発明に係る制御装置において、前記加振トルク推定器により推定された加振トルクと、前記モータの定格トルクとを比較する第２の比較器と、前記第２の比較器の比較結果に基づき、前記補正器による補正後の加振トルク指令を制限する制限器と、をさらに備えることが好ましい。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る制御装置は、エンジンを模擬したモータにより供試体を駆動して、前記供試体の試験を行う台上試験システムにおける前記モータの制御装置であって、前記エンジンの気筒数、前記モータの回転数および所定の慣性値に基づき、周期的な変動を含む前記モータの出力トルクを指示する加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成器と、前記エンジンの回転数の変動を示す回転脈動データから得られた、前記エンジンの回転数と、脈動成分を含む前記エンジンの出力トルクの振幅値との対応関係を用いて、前記モータの回転数に応じた前記モータの出力トルクである加振トルクを推定する加振トルク推定器と、前記加振トルク推定器により推定された加振トルクと、前記モータの定格トルクとを比較する比較器と、前記比較器の比較結果に基づき、前記加振トルク指令生成器により生成された加振トルク指令を制限する制限器と、を備える。

本発明に係る制御装置によれば、モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、モータの出力トルクをより容易に調整することができる。

本発明の第１の実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。エンジンの出力トルクの爆発変動について説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御装置１０の構成例を示す図である。本実施形態に係る制御装置１０は、モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、供試体の入力軸を駆動するモータを制御するものである。

図１に示す制御装置１０は、加振トルク指令生成器１１と、微分器１２と、エンジントルク変換器１３と、加振トルク推定器１４と、比較器１５と、補正器１６と、加算器１７とを備える。

加振トルク指令生成器１１は、モータにより模擬されるエンジンの気筒数、模擬されるエンジンの回転数に相当するモータの回転数および所定の慣性値に基づき、エンジンの挙動を模擬した、脈動成分を含むモータの出力トルクを指示する加振トルク指令を生成する。加振トルク指令は、一定のトルクに周期的なトルクの変動を加算した指令である。

図１に示すように、加振トルク指令生成器１１は、除算器１１１，１１２，１１５と、乗算器１１３と、加算器１１４と、正弦波指令生成器１１６とを備える。

除算器１１１は、エンジン気筒数が入力される。一般に、エンジンが２回転する間にエンジン気筒数分の出力トルクの爆発変動、すなわち、出力トルクの脈動が生じる。したがって、４気筒のエンジンでは、エンジンが２回転する間に４回の出力トルクの爆発変動が生じる。また、６気筒のエンジンでは、エンジンが２回転する間に６回の出力トルクの爆発変動が生じる。除算器１１１は、エンジンが１回転する間のエンジンの出力トルクの脈動の回数を求めるために、エンジンの気筒数を２で除算する。除算器１１１は、除算値を乗算器１１３に出力する。

除算器１１２は、模擬されるエンジンの回転数に相当するモータの回転数（１分間当たりの回転数）が入力される。除算器１１２は、１秒間当たりの回転数を求めるために、モータの回転数を６０で除算する。除算器１１２は、除算値を乗算器１１３に出力する。

乗算器１１３は、除算器１１１から出力された除算値（エンジンの１回転当たりの出力トルクの脈動の回数）と、除算器１１２から出力された除算値（１秒間当たりの回転数）とを乗算する。乗算器１１３は、乗算値を加振周波数として正弦波指令生成器１１６に出力する。加振周波数は、エンジンの出力トルクの脈動の周波数を示す。

加算器１１４は、所定の慣性値として、供試体慣性値および装置慣性値が入力される。供試体慣性値は、試験対象の供試体の慣性値である。装置慣性値は、試験設備の慣性値である。加算器１１４は、入力された供試体慣性値と装置慣性値とを加算し、加算値を除算器１１５に出力する。

除算器１１５は、加算器１１４から出力された加算値を所定の定数Ｋ（たとえば、１．５２）で除算する。除算器１１５は、除算値を加振振幅値として正弦波指令生成器１１６に出力する。加振振幅値は、エンジンの出力トルクの振幅値を示し、一定のトルクに脈動成分の振幅値を加えた値である。

正弦波指令生成器１１６は、乗算器１１３から出力された加振周波数を周波数とし、除算器１１５から出力された加振振幅値を振幅値とした正弦波を生成する。正弦波指令生成器１１６は、生成した正弦波を、モータの出力トルクを指示する加振トルク指令として、加算器１７に出力する。加振トルク指令は、脈動成分を含むモータの出力トルクを指示する指令である。

微分器１２は、モータにより模擬されるエンジンの回転数の時間的な変動を示す回転脈動データが入力される。微分器１２は、入力された回転脈動データを微分して、回転脈動データをエンジンの出力トルクの時間的な変動を示すデータに変換し、エンジントルク変換器１３に出力する。回転脈動データは、モータにより模擬されるエンジンの回転数を予め測定することで取得される。

エンジントルク変換器１３は、微分器１２から出力された、エンジンの出力トルクの時間的な変動を示すデータ（図２参照）に基づき、エンジンの１回転分の出力トルクの脈動を求める。エンジンの１回転分の出力トルクの脈動から、エンジンの回転数と、脈動成分を含むエンジンの出力トルクの振幅値との対応関係（マップ）が得られる。

加振トルク推定器１４は、模擬されるエンジンの回転数に相当するモータの回転数が入力される。加振トルク推定器１４は、上述したエンジンの回転数と、脈動成分を含むエンジンの出力トルクの振幅値との対応関係を用いて、入力されたモータの回転数に応じたモータの出力トルクである加振トルクを推定する。加振トルクは、一定のトルクに脈動成分の振幅値を加えた値であり、実際のモータの出力トルクの推定値である。加振トルク推定器１４は、推定した加振トルクを比較器１５に出力する。

比較器１５は、加振トルク推定器１４から出力された加振トルクと、試験においてモータに要求される要求トルク（モータが出力すべきトルク）とを比較し、比較結果を補正器１６に出力する。

補正器１６は、比較器１５から出力された比較結果に応じた補正値を加算器１７に出力する。補正器１６から出力された補正値は、加算器１７により加振トルク指令に加算される。すなわち、補正器１６は、比較器１５の比較結果に基づき、加振トルク指令を補正する。補正器１６は、例えば、加振トルクが要求トルクよりも小さい場合、加振トルク指令を大きくする補正値を加算器１７に出力する。また、補正器１６は、例えば、加振トルクが要求トルクよりも大きい場合、加振トルク指令を小さくする補正値を加算器１７に出力する。

供試体の試験においては、例えば、ある回転数ではエンジン（モータ）の出力を増減させるという条件が設定されることがある。エンジン気筒数、エンジン回転数および所定の慣性値に基づき生成された加振トルク指令では、このような条件を満たすことができない場合がある。このような場合、従来は、試験を行うユーザが手動でモータの出力トルクを調整する必要があった。

一方、本実施形態においては、モータの回転数から推定したモータの実際の出力トルク（加振トルク）と要求トルクとを比較し、その比較結果に基づき、加振トルク指令を補正することで、試験で設定された条件に従い、エンジン（モータ）の出力を自動で調整することができる。そのため、モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、モータの出力トルクをより容易に調整することができる。

このように本実施形態に係る制御装置１０は、エンジンの回転数と、脈動成分を含むエンジンの出力トルクの振幅値との対応関係を用いて、モータの回転数に応じたモータの出力トルクである加振トルクを推定する加振トルク推定器１４と、推定された加振トルクと、要求トルクとを比較する比較器１５と、比較結果に基づき、加振トルク指令を補正する補正器１６と、を備える。

そのため、要求トルクに追従してモータの出力トルクを自動で調整することができるので、モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、モータの出力トルクをより容易に調整することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る制御装置２０の構成例を示す図である。図３において図１と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

図３に示す制御装置２０は、図１に示す制御装置１０と比較して、比較器１５、補正器１６および加算器１７がそれぞれ、比較器２１、制限器２２、加算器２３に変更された点が異なる。すなわち、本実施形態に係る制御装置２０は、加振トルク指令生成器１１と、微分器１２と、エンジントルク変換器１３と、加振トルク推定器１４と、比較器２１と、制限器２２と、加算器２３を備える。

比較器２１は、加振トルク推定器１４により推定された加振トルクと、エンジンを模擬するモータの定格トルクとを比較し、比較結果を制限器２２に出力する。

制限器２２は、比較器２１の比較結果に基づき、加振トルク指令生成器１１により生成された加振トルク指令を制限するための補正値を加算器２３に出力する。具体的には、制限器２２は、加振トルクが定格トルクよりも大きい場合、加振トルク指令を制限する（加振トルク指令を小さくする）補正値を加算器２３に出力する。制限器２２から出力された補正値は、加算器２３により加振トルク指令に加算される。すなわち、制限器２２は、比較器２１の比較結果に基づき、加振トルク指令を制限する。

このように本実施形態に係る制御装置２０は、加振トルク推定器１４により推定された加振トルクと、モータの定格トルクとを比較する比較器２１と、比較器２１の比較結果に基づき、加振トルク指令を制限する制限器２２と、を備える、

エンジンを模擬するモータとしては、磁石を用いたモータが一般的に用いられる。このようなモータが定格トルクを超えるトルクを出力すると、モータを構成する磁石の磁力が低下する減磁と呼ばれる現象が起こってしまう。

エンジン気筒数、エンジン回転数および所定の慣性値に基づき生成された加振トルク指令では、モータの定格トルクを超えるトルクの出力を指示される場合がある。このような場合、従来は、モータの出力トルクが定格トルクを超えないように、試験を行うユーザが手動でモータの出力トルクを調整する必要があった。

一方、本実施形態においては、モータの回転数から推定したモータの実際の出力トルク（加振トルク）と定格トルクとを比較し、その比較結果に基づき、加振トルク指令を制限することで、減磁が発生しないように、エンジン（モータ）の出力トルクを自動で調整することができる。そのため、モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、モータの出力トルクをより容易に調整することができる。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る制御装置３０の構成例を示す図である。図４において図１，２と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

図４に示す制御装置３０は、図１に示す制御装置１０と比較して、比較器２１、制限器２２および加算器３１が追加された点が異なる。すなわち、本実施形態に係る制御装置３０は、加振トルク指令生成器１１と、微分器１２と、エンジントルク変換器１３と、加振トルク推定器１４と、比較器１５と、補正器１６と、加算器１７と、比較器２１と、制限器２２と、加算器３１とを備える。比較器１５は第１の比較器の一例である。比較器２１は第２の比較器の一例である。

比較器２１および制限器２２の動作は、第２の実施形態と同様である。ただし、本実施形態においては、制限器２２は、比較器２１の比較結果に基づき、加振トルク指令を制限するための補正値を加算器３１に出力する。

加算器３１は、加算器１７から出力された加振トルク指令（補正器１６による補正後の加振トルク指令）に、制限器２２から出力された補正値を加振トルク指令に加算する。したがって、本実施形態においては、制限器２２は、比較器２１の比較結果に基づき、補正器１６による補正後の加振トルク指令を制限する。

そのため、本実施形態に係る制御装置３０によれば、要求トルクに追従してモータの出力トルクを自動で調整することができるとともに、減磁が発生しないように、エンジン（モータ）の出力トルクを自動で調整することができる。そのため、モータ駆動方式の台上試験システムにおいて、モータの出力トルクをより容易に調整することができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。

１０，２０，３０制御装置
１１加振トルク指令生成器
１２微分器
１３エンジントルク変換器
１４加振トルク推定器
１５比較器（第１の比較器）
１６補正器
１７，２３，３１加算器
２１比較器（第２の比較器）
２２制限器
１１１，１１２，１１５除算器
１１３乗算器
１１４加算器
１１６正弦波指令生成器

Claims

エンジンを模擬したモータにより供試体を駆動して、前記供試体の試験を行う台上試験システムにおける前記モータの制御装置であって、
前記エンジンの気筒数、前記モータの回転数および所定の慣性値に基づき、脈動成分を含む前記モータの出力トルクを指示する加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成器と、
前記エンジンの回転数の時間的な変動を示す回転脈動データから得られた、前記エンジンの回転数と、脈動成分を含む前記エンジンの出力トルクの振幅値との対応関係を用いて、前記モータの回転数に応じた前記モータの出力トルクである加振トルクを推定する加振トルク推定器と、
前記加振トルク推定器により推定された加振トルクと、前記試験において前記モータに要求される要求トルクとを比較する第１の比較器と、
前記第１の比較器の比較結果に基づき、前記加振トルク指令生成器により生成された加振トルク指令を補正する補正器と、を備える制御装置。
請求項１に記載の制御装置において、
前記加振トルク推定器により推定された加振トルクと、前記モータの定格トルクとを比較する第２の比較器と、
前記第２の比較器の比較結果に基づき、前記補正器による補正後の加振トルク指令を制限する制限器と、をさらに備える制御装置。
エンジンを模擬したモータにより供試体を駆動して、前記供試体の試験を行う台上試験システムにおける前記モータの制御装置であって、
前記エンジンの気筒数、前記モータの回転数および所定の慣性値に基づき、周期的な変動を含む前記モータの出力トルクを指示する加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成器と、
前記エンジンの回転数の変動を示す回転脈動データから得られた、前記エンジンの回転数と、脈動成分を含む前記エンジンの出力トルクの振幅値との対応関係を用いて、前記モータの回転数に応じた前記モータの出力トルクである加振トルクを推定する加振トルク推定器と、
前記加振トルク推定器により推定された加振トルクと、前記モータの定格トルクとを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果に基づき、前記加振トルク指令生成器により生成された加振トルク指令を制限する制限器と、を備える制御装置。