JP4644085B2

JP4644085B2 - シャシーダイナモメータ

Info

Publication number: JP4644085B2
Application number: JP2005279034A
Authority: JP
Inventors: 健裕新膳; 敦夫片桐; 岳夫秋山; 雅彦鈴木; 達也鷺山; 照夫吉田; 陽一舟橋
Original assignee: Meidensha Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Meidensha Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP2007093222A

Description

本発明は、供試車両の駆動力に基づいた速度制御によって供試車両の動力試験を行うシャシーダイナモメータに関する。

図３は従来の駆動力制御方式のシャシーダイナモメータの制御ブロックの構成例を設備構成と共に示し、制御ブロックは左側駆動輪のみを示す。屋内床下には、一対のローラ１Ｒ、１Ｌと、これらを軸支する一対の機構部２Ｒ、２Ｌと、これらに軸結合する一対の交流モータ３Ｒ、３Ｌを設備する。床面近くに頂部を露出させたローラ１Ｒ、１Ｌ上には、供試車両４の両駆動輪（ホイール）を載せ、供試車両４を床上で固定する。供試車両４はその試験目的に従った自動アクセル操作やクラッチ・変速機操作によって模擬走行を行わせる。

交流モータ３Ｒ、３Ｌは、インバータ５で駆動され、ローラ１Ｒ、１Ｌを介して加えられる供試車両４の駆動力を吸収する。モータ３Ｒ、３Ｌの駆動力制御は、車両モデル６により設定する駆動力指令値と、駆動力推定器７により検出する推定駆動力との偏差が零になるよう、駆動力制御器８によりインバータ５の出力周波数と電流を制御する。車両モデル６は、供試車両４の動力伝達系の構成、車体重量、タイヤ径、車体形状などの車両自体の等価モデルを内蔵し、このモデルに車両の走行速度（角速度）、およびタイヤと路面の摩擦係数や路面の登坂角度などの路面状況設定値を基に、供試車両４に発生する走行抵抗を求め、これを駆動力指令値として出力する。走行抵抗は、車体が受ける空気抵抗、登坂抵抗、タイヤの転がり抵抗、および走行速度を変化させる場合の加速度負荷等を変数として求める。駆動力推定器７は、速度検出部で計測する走行速度（角速度）と、トルクメータで計測する軸トルクを変数として、車両のタイヤ面での駆動力を推定する。

上記の構成になるシャシーダイナモメータは、供試車両の駆動力を直接に制御する試験方式であるが、供試車両の燃費試験や排気ガス試験など、車速制御を基にした試験を容易にする方式として、供試車両の駆動力に基づいた速度制御方式がある（例えば、特許文献１参照）。この方式は、原理的には、車両の質量をＭ、車両に加わる駆動力をＦとすると、次式により駆動力Ｆから速度Ｖを求め、これをシャシーダイナモメータの速度指令とする。
［数式］
Ｖ＝∫（Ｆ／Ｍ）ｄｔ …（１）
図４は、車両走行試験における駆動力と速度（ローラ速度）の対応関係を示す。タイヤ表面に加えられる仮想駆動力をＦ_Xとすると、車体速度演算部Ａでは上記（１）式の関係と同様に、現在加えられている仮想駆動力Ｆ_Xから仮想車体速度ｖを求める。この演算は、加速度をａとすると、駆動力Ｆ_X＝Ｍ×ａ、ｖ＝∫ａｄｔの関係から求められる。路面モデル演算部Ｂは、仮想車体速度ｖとタイヤ速度ｖ（Ｔ）で決まるスリップ率ｓと、路面がもつ摩擦係数μとの関係になるスリップ率ｓ−摩擦係数μの特性カーブから摩擦係数μを求め、さらに摩擦係数μ×タイヤ荷重Ｆｚからタイヤ表面に加えられる力（仮想駆動力Ｆｘ）を求める。タイヤ速度演算部Ｃは、タイヤに発生するホイールトルクとタイヤに加わる駆動力Ｆ_Xの差から、タイヤ速度ｖ（Ｔ）＝Ｊω’を求める。このタイヤ速度ｖ（Ｔ）がローラ速度に相当する。

図５は、上記の速度制御方式によるシャシーダイナモメータの制御ブロックの構成例を設備構成と共に示し、設備構成は図３と同じとする。制御ブロックは、前記の（１）式を基にした速度指令Ｖを求め、この速度指令Ｖとモータ速度（角速度）から速度制御器によりインバータ５を制御する。トルク／前後方向力変換部９は、計測される軸トルクをタイヤ面に加えられる駆動力Ｆに変換し、これと供試車両に発生する走行負荷（走行抵抗として演算で求められる）の偏差ΔＦを除算器１０で車両の質量Ｍで除算し、この結果を積分器１１で積分して速度指令Ｖを得る。速度制御器１２は、速度指令Ｖと計測されるモータ速度（角速度）との偏差から、比例増幅器１２Ａと積分器１２Ｂ及び微分器１２Ｃの各演算要素によってＰＩＤ演算を行い、速度偏差を零にする極性と大きさのトルク電流指令値を得る。
特開平１０−１９７４０９号公報

従来の速度制御方式によるシャシーダイナモメータでは、速度零制御時に不安定な制御状態を招く問題がある。以下、具体的に説明する。

（１）速度制御方式のシャシーダイナモメータにおいて、坂路発進試験には坂路分の負荷になる一定負荷が走行抵抗として加算される。

上記の坂路発進試験において、図３の駆動力制御方式のシャシーダイナモメータでは、車両モデル６に対する路面状況設定値として坂路傾斜格角度が与えられ、これを基に車両モデル６で坂路分を加えた駆動力指令を発生し、駆動力制御を開始できる。

しかし、図５の速度制御方式による坂路発進試験に際して、走行抵抗設定値に坂路分の一定負荷を与えるのでは、速度指令Ｖが零に保持されたままで試験が開始され、坂路抵抗分の駆動力に対応したダイナモトルクを与えることができず、その後にダイナモトルクの急変や振動的な振る舞い、および車両のバック現象を起こすという、不安定な制御状態を招くおそれがある。

（２）速度制御方式のシャシーダイナモメータにおいて、両速度制御器に対する速度指令Ｖが零速度に下げられた場合、供試車両４の左右の駆動輪およびローラ１Ｒ，１Ｌのトルクが共に零になって速度零状態になる場合とは別に、図６の（ａ）に模式図を、図６の（ｂ）に左右駆動輪に発生する軸トルク波形を示すように、左右の駆動輪が互いに反対の回転方向に軸トルクＴＲ，ＴＬ（ねじれ力）を出したまま速度零状態を保持することになる。この場合、ダイナモトルクが振動的に変化して不安定な制御状態になるし、供試車両の両駆動輪を結合する差動ギヤに不要な応力が加わること、タイヤに不要な摩擦力が加わることから、供試車両を損傷させるおそれがある。

本発明の目的は、供試車両の駆動力に基づいた速度制御方式による動力試験において、速度零状態での不安定な制御状態の発生を防止できるシャシーダイナモメータを提供することにある。

本発明は、供試車両の駆動力に基づいた速度制御によって動力試験を行うシャシーダイナモメータにおいて、速度指令が零になったときは両速度制御器の積分項の出力を零に設定し、さらに坂路負荷を伴う試験には坂路分負荷を両速度制御器の積分項の初期値として設定する制御手段を設けることで、左右駆動輪にねじれ力が発生したままの不安定な速度零制御状態を無くし、また、坂路発進試験等に際して、速度指令が零状態でも適切なダイナモトルクを発生して不安定な制御状態の発生を無くすようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）供試車両の両駆動輪が発生する駆動力でそれぞれローラに回転駆動力を加え、前記両ローラにはそれぞれ動力吸収手段としてのモータを機械結合し、前記駆動力に基づいて求める速度指令と前記ローラの回転速度との偏差を比例・積分・微分演算して当該モータの速度制御量を得る一対の速度制御器を設けたシャシーダイナモメータにおいて、
前記速度指令が零になったときは前記両速度制御器の積分項の出力を零に設定する制御手段を備えたことを特徴とする。

（２）前記制御手段は、坂路発進試験等に際して、供試車両に発生する坂路分負荷を前記両速度制御器の積分項の初期値として設定することを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、速度指令が零になったときは両速度制御器の積分項の出力を零に設定し、さらに坂路負荷を伴う試験には坂路分負荷を両速度制御器の積分項の初期値として設定する制御手段を設けたため、左右駆動輪にねじれ力が発生したままの不安定な速度零制御状態を無くし、また、坂路発進試験等において速度指令が零状態でも適切なダイナモトルクを発生して不安定な制御状態の発生を無くすことができる。

（実施形態１）
図１は、本実施形態を示す制御ブロックであり、設備構成と共に示す。同図が図５と異なる部分は、零速度検出部１３と初期値設定部１４の両出力を積分器１２Ｂの入力とし、これら入力によって積分器１２Ｂをリセットおよび積分出力を零にする点にある。

零速度検出部１３は、角速度検出値等を利用して、タイヤやローラがほぼ零速度になったことを検出する。初期値設定部１４は積分器１２Ｂの初期値設定値「零」を予め記憶しておく。

積分器１２Ｂは、通常時は速度指令と角速度との偏差分の積分動作をすることで、速度制御器の積分項として適切な積分出力を得る。この通常制御において、零速度検出部１３が零速度を検出したときに、積分器１２Ｂはリセット動作し、このリセット動作と同時に積分出力を設定部１４の出力「零」に強制または切り替える。

以上の構成および動作になる本実施形態では、速度指令Ｖが零に下げられて停止制御された場合、両速度制御器の積分項の出力が零になり、両モータ３Ｒ，３Ｌが発生するダイナモトルクもほぼ零になる。この状態では、速度指令零にした停止制御で、仮に左右の駆動輪が互いに反対の回転方向に軸トルクＴＲ，ＴＬ（ねじれ力）を出したまま速度零状態を保持しようとするも、両モータ３Ｒ，３Ｌの出力がほぼ零にあるため、左右の駆動輪間のねじれ力は発生せず、安定した停止制御状態を得ることができる。

なお、両速度制御器の比例増幅器１２Ａと微分器１２Ｃの出力がダイナモトルクの制御量として残るが、これらはダイナモの角速度が零にあることから、大きな比例・微分出力になることはない。また、これら比例増幅器１２Ａと微分器１２Ｃの出力を零にしておかないことで、速度指令Ｖが零から変化したときに、ダイナモトルク発生を可能となる。

（実施形態２）
図２は、本実施形態を示す制御ブロックであり、設備構成と共に示す。同図が図１と異なる部分は、初期値設定部１４に代えて、坂路分負荷設定部１５と、除算器１６を設けた点にある。なお、速度指令Ｖを求めるための走行負荷には坂路分負荷が除かれている。

坂路分負荷設定部１５は、供試車両に発生する走行抵抗のうち、坂路分負荷を演算して出力する。なお、坂路分負荷は、車重をＭ、重力加速度をｇ、坂路の傾斜角をθとしてこれらが入力されることで、Ｍ×ｇ×ｓｉｎθを演算またはテーブルデータを読み込んで出力する。

除算器１６は、坂路分負荷を積分器１２ＢのゲインＫｉで除算し、これを積分器１２Ｂの初期値として出力する。

この構成により、零速度検出部１３が零速度を検出することで積分器１２Ｂはリセット動作し、このリセット動作と同時に積分出力を除算器１６の出力「坂路分負荷に相当する積分器出力」に強制または切り替える。

以上の構成および動作になる本実施形態では、坂路発進試験の開始で、速度指令Ｖが零に保持されたままであっても、積分器１２Ｂには坂路分負荷に相当する初期出力を得ることができ、この出力によってダイナモトルクを発生させることができ、従来のようなダイナモトルクの急変や振動的な振る舞い、および車両のバック現象を起こすことなく、安定した坂路発進制御状態を得ることができる。

なお、本実施形態において、積分器１２Ｂに設定される坂路分負荷の初期出力は、両速度制御器で多少の誤差が発生したとしても、それらは共に同じ極性になることから、左右の駆動輪間に大きなねじれ力が発生することはない。

また、坂路分負荷設定部１５は、坂路発進試験を行わない場合や平坦地走行試験の場合は、その設定出力が零になる。この場合、坂路分負荷設定部１５と除算器１６は、初期値設定部１４と同じ作用を呈し、左右の駆動輪間のねじれ力を発生させることはない。

また、実施形態１、２において、モータとそのインバータなどの駆動装置、およびローラ等の設備構成は、適宜設計変更して同等の作用効果を得ることができる。また、速度制御器は比例項・積分項・微分項をもつ場合を示すが、積分項と比例項の組み合わせとする構成にも適用できる。

本発明の実施形態１を示す制御ブロック構成例。本発明の実施形態２を示す制御ブロック構成例。従来の制御ブロック構成例（駆動力制御方式）。供試車両の駆動力と速度の対応関係図。従来の制御ブロック構成例（速度制御方式）。供試車両の両駆動輪に加わるねじれ力と軸トルク波形の例。

符号の説明

１Ｒ，１Ｌローラ
２Ｒ，２Ｌ機構部
３Ｒ，３Ｌモータ
４供試車両
５インバータ
９トルク−前後方向力変換部
１０除算器
１１積分器
１２速度制御器
１３零速度検出部
１４初期値設定部
１５坂路分負荷設定部
１６除算器

Claims

供試車両の両駆動輪が発生する駆動力でそれぞれローラに回転駆動力を加え、前記両ローラにはそれぞれ動力吸収手段としてのモータを機械結合し、前記駆動力に基づいて求める速度指令と前記ローラの回転速度との偏差を比例・積分・微分演算して当該モータの速度制御量を得る一対の速度制御器を設けたシャシーダイナモメータにおいて、
前記速度指令が零になったときは前記両速度制御器の積分項の出力を零に設定する制御手段を備えたことを特徴とするシャシーダイナモメータ。
前記制御手段は、坂路発進試験等に際して、供試車両に発生する坂路分負荷を前記両速度制御器の積分項の初期値として設定することを特徴とする請求項１に記載のシャシーダイナモメータ。