JP3158461B2 - ダイナモメータの電気慣性補償方法 - Google Patents

ダイナモメータの電気慣性補償方法

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JP3158461B2 JP04158791A JP4158791A JP3158461B2 JP 3158461 B2 JP3158461 B2 JP 3158461B2 JP 04158791 A JP04158791 A JP 04158791A JP 4158791 A JP4158791 A JP 4158791A JP 3158461 B2 JP3158461 B2 JP 3158461B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイナモメータシステ
ムにおける電気慣性補償方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイナモメータは、車両の性能試験や耐
久試験を室内で可能とし、動力伝達系の試験には例えば
図4に示すシステム構成にされる。エンジン1にクラッ
チ2及び変速機3を一体にした組立て状態で動力吸収手
段としてのダイナモメータ4が結合される。この構成に
おいて、エンジン1は速度コントローラ5によって速度
制御され、ダイナモメータ4はトルクコントローラ6に
よって走行抵抗制御が行われることで変速機3に実車と
等価な慣性を負荷し、実車走行を模擬した変速機試験が
行われる。クラッチ2はコントローラ7によって変速時
及び発進時に断から接に徐々に自動操作され、変速機3
もコントローラ8によって変速時の変速比切換操作がな
される。
【0003】エンジン1の速度制御は、速度検出器9か
らの検出速度と設定速度NSとの比較によりスロットル
コントローラ10にスロットル開度θを指令し、コント
ローラ10とアクチェータ11によるスロットル制御を
行う。
【0004】ここで、車両の走行抵抗は、タイヤ転り抵
抗と空気抵抗からなる平坦路定常走行抵抗に慣性抵抗さ
らには登降坂抵抗を加え合わせたものになり、この走行
抵抗(制動抵抗)はダイナモメータでは各抵抗成分の係
数変換によってトルクの単位で設定される。
【0005】上述の走行抵抗のうち、慣性抵抗は実車と
等価な慣性設定されるフライホイールを使用することが
あるが、フライホイールは設置スペースが大きくなるこ
とや高価になることから、ダイナモメータ4の吸収トル
ク分として制御する電気慣性補償が採用されている。
【0006】従来の電気慣性補償は、図5に示す等価ブ
ロック構成にされる。図中、要素A〜Eはエンジンの速
度制御系を示し、Aは速度コントローラ5が持つ比例積
分要素、Bはスロットル開度制御系(10,11)が持
つ開度制御遅れ要素、Cはスロットル開度θに対するエ
ンジン1出力トルク特性、Dはエンジンと変速機とダイ
ナモメータ等が持つ慣性を合わせた試験装置の慣性要素
であり、慣性Jは主にエンジン慣性JEとダイナモメー
タの機械慣性JDの和になる。Eは速度検出器9が持つ
一次遅れ要素である。これら要素における各記号は次の
通りである。
【0007】 Ke:速度コントローラ5のゲイン Te:速度コントローラ5の時定数 Ks:開度制御系のゲイン Ts:開度制御系の時定数 J:試験装置の機械慣性 Kv:速度検出器のゲイン Tv:速度検出器の時定数 次に、要素F〜Iはダイナモメータ4のトルク制御系を
示し、Fはトルク制御系が持つ比例積分要素、Gはトル
ク制御系のマイナループになる電流制御系が持つ電流制
御遅れ要素、Hはダイナモメータの電動機の電流−トル
ク変換要素、Iはダイナモメータのトルク検出器が持つ
一次遅れ要素である。これら要素における各記号は次の
とおりである。
【0008】Kd:トルク制御系のゲイン Td:トルク制御系の時定数 Kc:電流制御系のゲイン Tc:電流制御系の遅れ時定数 Kt:電動機の電流−トルク変換係数 Kl:トルク検出器のゲイン Tl:トルク検出器の遅れ時定数 次に、要素J,K,Lは電気慣性補償演算のためのオブ
ザーバ(破線ブロック)の構成要素であり、Jは速度検
出器9又はダイナモメータ4側に設ける速度検出器が持
つ一次遅れ要素、Kは要素Jの検出速度を微分して加速
度を得る加速度演算要素、Lは電気慣性設定分Jdから
機械慣性分Jを減算して電気慣性補償分をトルクとして
求める電気慣性分演算要素である。これら要素における
各記号は次の通りである。
【0009】Kv:速度検出器のゲイン Tv:速度検出器の遅れ時定数 K:微分係数 このような等価ブロックにおいて、オブザーバは要素D
の出力になる速度nの検出値から要素Kによる微分でト
ルクに比例した値を求め、これを要素Lの演算結果にな
る電気慣性補償分に乗算することで電気慣性補償分のト
ルクTcを求める。
【0010】 Tc=K(Jd−J)(dn/dt)……(1) このトルクTに対するダイナモメータ4の要素F〜Iに
よる出力トルクτが要素Cのエンジン出力トルクτe
ら等価的に減算されて電気慣性補償がなされる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気慣性補償制
御は、電気慣性補償分Jdの設定値によってダイナモメ
ータの周波数応答が変化してしまう問題があった。これ
を以下に詳細に説明する。
【0012】図5に示す従来の電気慣性ブロックにおい
て、要素F〜Iからなるダイナモメータには慣性分を除
く走行抵抗に相当するトルク指令と慣性分のトルク指令
cが加えられるが、このトルク指令Tcは要素F〜Iの
前向きの伝達関数に対して要素Dとオブザーバ要素J〜
Lになる後向き伝達関数で制御ループ(以下、電気慣性
ループと呼ぶ)が構成される。
【0013】この電気慣性ループにおいて、電気慣性補
償分Jdの変更は後向き伝達関数のゲインを変えること
になる。例えば、電気慣性補償分Jdの変更による要素
Lの演算値(Jd−J)は、その下限値Kminと上限
値Kmaxとでは機械慣性Jに較べて電気慣性補償分J
dが大きいことから (Kmax/Kmin)=5〜10倍 となる。即ち、電気慣性ループは5〜10倍のゲイン変
化を受けることになり、慣性抵抗を大きくするとJd
Jが3倍以上では電気慣性ループのゲインが大きくなり
過ぎ、該ループを不安定にする。
【0014】図6はJd/J=2倍の場合の加速特性を
示し、速度Nの上昇に対してダイナモメータのトルクT
は安定している。Dは速度微分波形である。
【0015】これに対し、図7はJd/J=10倍の場
合を示し、速度Nを加速しようとするとトルクTが低く
なって速度低下になり、これによりトルクのTが再び高
くなるという不安定な状態からついには発振状態に移行
する。
【0016】本発明の目的は、電気慣性補償分の増減に
も電気慣性ループを安定にする方法を提供することにあ
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題の解決
を図るため、車両の動力伝達系に結合され、車両の慣性
抵抗をダイナモメータシステムの機械慣性分とダイナモ
メータの出力トルクにする電気慣性分の和として得るダ
イナモメータシステムにおいて、ダイナモメータの速度
を検出し、この検出速度の微分値に前記機械慣性分を乗
算して機械慣性分のトルクを求め、前記ダイナモメータ
の速度検出の遅れと同じ遅れを持たせて前記ダイナモメ
ータの出力トルクを求め、このダイナモメータの出力ト
ルクを前記機械慣性分のトルクに加算して前記車両の動
力源の出力トルク推定値τeeを求め、次式 G=1−(J/Jd) 但し、J:機械慣性設定値 Jd:電気慣性補償設定値 で設定するゲインGを前記推定値τeeに乗算して前記ダ
イナモメータの電気慣性補償分のトルク指令Tcを得る
ことを特徴とする。
【0018】
【作用】上記方法になる本発明によれば、機械慣性分に
ダイナモメータの出力トルクを加算してエンジンなどの
動力源の出力トルク推定値を求め、この推定値に機械慣
性Jと電気慣性Jdから決定されるゲインGを乗算して
慣性抵抗分のトルク指令Tcを求める。これにより、電
気慣性Jdの増減にもゲインGの増減を小さく、即ち電
気慣性ループのゲイン変化を小さくして系の周波数応答
を一定にし、また系を安定化させる。
【0019】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。同図が図5と異なる部分は破線ブロックで示すオ
ブザーバである。オブザーバは要素M〜Pを具える。M
は要素Dからの速度nに対して速度検出器が持つ一次遅
れを発生させる。Nは要素Mからの速度信号を微分し、
これに機械慣性Jを乗算して機械慣性によるトルク分を
求める機械慣性・トルク変換要素である。Oは要素Hの
出力に速度検出器が持つ一次遅れを作用させる一次遅れ
要素であり、要素Mによる遅れと一致させるものであ
る。要素Pは要素NとOの加算値τeeに電気慣性ゲイン
を乗算して慣性分のトルクTcを得る電気慣性設定要素
である。
【0020】上述の構成において、電気慣性設定要素P
のゲイン設定は G=1−(J/Jd)……(2) として電気慣性分Jdが与えられる。オブザーバは、エ
ンジンが出力するトルクτeの推定値τeeを回転数から
要素M,Nで求める機械慣性トルク分にダイナモメータ
の電気慣性分トルクτを加算することで求める。このと
き、要素Oは要素Mの遅れに合わせるものになる。
【0021】オブザーバは上述のエンジントルク推定値
τeeに要素PによるゲインGを乗算することで電気慣性
補償分(慣性抵抗分)のトルクTcを得る。このとき、
ダイナモメータの出力トルクτは τ=G×τee……(3) となり、このトルクτが要素Dの機械慣性に作用するト
ルクは(τe−τ)となる。従って、 τe−τ=τe−(G×τee) となる。ここで、τe=τeeとすると τe−τ=(1−G)τe……(4) となる。つまり、慣性抵抗を変えた試験にはゲインGを
可変することによりダイナモメータの出力トルクを変え
ることができる。ここで、注目すべきことは、電気慣性
補償分Jdの増減にも(2)式から常にG<1になり、
電気慣性ループゲインへの影響が小さくなる。
【0022】それ故、周波数応答は電気慣性補償分Jd
の増減に拘わらず常に一定となる。本実施例に基づいた
実験として、Jd/J=2のときの波形図を図2に示
し、Jd/J=10のときの波形図を図3に示す。これ
ら図から明らかなように、電気慣性補償分Jdを大きく
変更するも回転数N,トルクT,Hに振動を起こすこと
なく、系を安定させた電気慣性補償を得ることができ
る。
【0023】本実施例の具体的構成は、図4の構成にお
いて、コントローラ6の走行抵抗設定に慣性抵抗分とし
てオブザーバの出力トルク信号Tcを与え、慣性抵抗値
を電気慣性補償分Jdとして電気慣性設定要素Pに設定
し、速度検出器9の検出信号を要素Nの入力とし、ダイ
ナモメータ4の出力トルクτを要素Oの入力とすること
で実現される。このとき、変速機の変速比が1でない場
合には該変速比からダイナモメータの回転数(車速)を
換算する。
【0024】なお、実施例ではエンジンを動力源とする
ダイナモメータシステムに適用する場合を示すが、本発
明はエンジンに代えて低慣性電動機とするダイナモメー
タシステムに適用して同等の作用効果を奏する。
【0025】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、機械慣
性分のトルクにダイナモメータの出力トルクを加算して
エンジンなどの原動機の出力トルクを推定し、この推定
値に機械慣性と電気慣性補償から求めるゲインGを乗算
して電気慣性分のトルク指令とするため、電気慣性補償
分の増減にもオブザーバのゲイン増減を小さくし、電気
慣性ループを安定化し、さらに周波数応答の変化を小さ
くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電気慣性ブロック図、
【図2】実施例の波形図、
【図3】実施例の波形図、
【図4】ダイナモメータシステムの構成図、
【図5】従来の電気慣性ブロック図、
【図6】従来の波形図、
【図7】従来の波形図。
【符号の説明】
1…エンジン、3…変速機、4…ダイナモメータ、5…
速度コントローラ、6…トルクコントローラ、10…ス
ロットルコントローラ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両の動力伝達系に結合され、車両の慣
    性抵抗をダイナモメータシステムの機械慣性分とダイナ
    モメータの出力トルクにする電気慣性分の和として得る
    ダイナモメータシステムにおいて、 ダイナモメータの速度を検出し、この検出速度の微分値
    に前記機械慣性分を乗算して機械慣性分のトルクを求
    め、前記ダイナモメータの速度検出の遅れと同じ遅れを
    持たせて前記ダイナモメータの出力トルクを求め、この
    ダイナモメータの出力トルクを前記機械慣性分のトルク
    に加算して前記車両の動力源の出力トルク推定値τee
    求め、次式 G=1−(J/Jd) 但し、J:機械慣性設定値 Jd:電気慣性補償設定値 で設定するゲインGを前記推定値τeeに乗算して前記ダ
    イナモメータの電気慣性補償分のトルク指令Tcを得る
    ことを特徴とするダイナモメータの電気慣性補償方法。
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