JP4765759B2 - 疲労試験機 - Google Patents

Description

本発明は、目標波形を実振動波形とした振動を供試体に与えるための駆動信号を生成し、その駆動信号をアクチュエータなどに出力して供試体を加振する疲労試験機に関する。

従来技術として、実振動波形と等価な目標波形に逆伝達関数を乗じて生成した駆動信号で負荷アクチュエータを駆動し、供試体に負荷を与えるようにした疲労試験機が知られている（たとえば、特許文献１）。この種の疲労試験機では、供試体にランダム波形を入力し、ランダム波形による供試体の変形量などを検出し、ランダム波形と検出波形との比から伝達関数を算出する。そして、算出された伝達関数の逆数を逆伝達関数とし、目標波形に逆伝達関数を乗じて駆動信号波形が生成される。
特開２００４−５３４５２号公報

加振前の供試体の変位から駆動信号による初期変位まで供試体の変位は不連続である。その結果、特許文献１に記載されているような従来の疲労試験機では、供試体を加振して試験を開始すると、供試体に不必要な衝撃を与えてしまうという問題点がある。

（１）請求項１の発明の疲労試験機は、実振動波形に逆伝達関数を乗じて生成された駆動信号を負荷アクチュエータに出力することにより前記負荷アクチュエータを駆動して供試体を加振する疲労試験機において、前記実振動波形を分割する波形分割手段と、前記波形分割手段により分割された実振動波形と前記逆伝達関数とにより分割駆動信号を生成する分割駆動信号生成手段と、前記分割駆動信号を継ぎ合わせて前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記供試体の変位を、加振前の変位から前記駆動信号の初期変位まで漸増するダミー駆動信号を生成する第１のダミー駆動信号生成手段と、前記ダミー駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力した後、前記駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力して前記供試体を加振する信号出力手段とを備え、前記第１のダミー駆動信号生成手段は、加振開始時の前記分割駆動信号より前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の疲労試験機において、前記第１のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号の周波数特性と同じ周波数特性の信号から前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする。
（３）請求項３の発明の疲労試験機は、実振動波形に逆伝達関数を乗じて生成された駆動信号を負荷アクチュエータに出力することにより前記負荷アクチュエータを駆動して供試体を加振する疲労試験機において、前記実振動波形を分割する波形分割手段と、前記波形分割手段により分割された実振動波形と前記逆伝達関数とにより分割駆動信号を生成する分割駆動信号生成手段と、前記分割駆動信号を継ぎ合わせて前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記供試体の変位を、前記駆動信号の最終変位から加振前の変位まで漸減するダミー駆動信号を生成する第２のダミー駆動信号生成手段と、前記駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力した後、前記ダミー駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力して前記供試体への加振を終了させる信号出力手段とを備え、前記第２のダミー駆動信号生成手段は、加振終了時の前記分割駆動信号より前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の疲労試験機において、前記第２のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号の周波数特性と同じ周波数特性の信号から前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の疲労試験機において、前記第１のダミー駆動信号生成手段または前記第２のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号または前記分割駆動信号をコサイン曲線またはサイン曲線に重畳させてダミー駆動信号を生成することを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の疲労試験機において、前記第１のダミー駆動信号生成手段または前記第２のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号または前記分割駆動信号を一次式に重畳させてダミー駆動信号を生成することを特徴とする。

本発明によれば、加振前の供試体の変位から駆動信号による初期変位まで供試体の変位を漸増するダミー駆動信号を駆動信号の前に付加するようにした。したがって、加振時、供試体に不必要な衝撃を与えることなく実振動波形の振動を供試体に与えることができる。

この種の疲労試験機は、たとえば、車両用疲労試験機などであり、次の手順で測定が行われる。実車走行により収集した振動波形を実振動波形とし、この実振動波形を供試体に与える振動波形の目標波形として供試体を負荷し、データを採取する。車両用疲労試験機のように測定対象の供試体に実測した波形を与えるような場合、負荷対象となるシステム、すなわち供試体および負荷アクチュエータの伝達関数を算出し、その逆数である逆伝達関数を実振動波形に乗じて駆動信号を生成する。これより、供試体は実振動波形で負荷されることになる。

そのため、この種の疲労試験機では、試験に先立って、システムの伝達関数を次のように算出する。供試体を負荷する油圧アクチュエータにランダム波形を入力し、ランダム波形による供試体の変形量などの検出波形を検出する。ランダム波形と検出波形との比から伝達関数を算出する。そして、算出された伝達関数の逆数を逆伝達関数とし、実測波形と等価である実振動波形に逆伝達関数を乗じて駆動信号を生成する。

図１は、本発明の一実施の形態による疲労試験機の構成図である。油圧アクチュエータ１はサーボ弁２で開閉動作が制御される。制御装置２０から出力されるデジタル駆動信号はＤ／Ａ変換器３でアナログ信号に変換された後に増幅器４で増幅されてサーボ弁２に入力される。供試体ＳＰの変位量は変位計５で検出される。変位検出信号は、増幅器６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル検出信号に変換されて制御回路２０に入力される。制御装置２０は、変位検出信号と駆動信号との差分を算出し、その差分をサーボ弁２にフィードバックして油圧アクチュエータ１を駆動する。

荷重フィードバック制御してもよく、この場合の動作は次の通りである。供試体ＳＰに負荷される荷重は荷重計８で検出される。荷重検出信号は、増幅器９で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０でデジタル検出信号に変換されて制御回路２０に入力される。制御装置２０は、荷重検出信号と駆動信号との差分を算出し、その差分をサーボ弁２にフィードバックして油圧アクチュエータ１を駆動する。

図２は、制御装置２０内部のフィードバック駆動系機能ブロック図である。制御装置２０は、実車走行により採取した実振動波形の測定信号を入力する実振動波形入力回路２１と、重複時間を設けて実振動波形を所定の時間ごとに分割する実振動波形分割部２２と、詳細は後述する逆伝達関数演算部２８と、その演算結果が記憶される逆伝達関数記憶部２３と、分割された実振動波形に逆伝達関数を乗じて分割された駆動信号（以下、分割駆動信号と呼ぶ）を演算する乗算器２４と、分割駆動信号を継ぎ合わせて駆動信号を生成する駆動信号生成部２５と、所定時間ごとにフィードバックする変位信号もしくは荷重信号を選択するスイッチ２６と、駆動信号と変位もしくは荷重のフィードバック信号の偏差を演算する偏差器２７とを備えている。

図３は、制御装置２０内部の逆伝達関数演算部２８の詳細を説明する機能ブロック図である。伝達関数は、油圧アクチュエータ１と供試体ＳＰを含む制御系に入力するランダム入力波形と、そのランダム入力波形により得られる制御系の出力波形（変位検出波形や荷重検出波形）との比に基づいて算出される。すなわち、図３に示すように、逆伝達関数演算部２８は、ランダム入力波形信号の生成回路２８１と、ランダム入力波形をフーリエ変換する入力波形信号用フーリエ変換回路２８２と、出力波形信号（検出波形）の生成回路２８３と、出力波形をフーリエ変換する出力波形信号用フーリエ変換回路２８４と、入力波形信号用フーリエ変換回路２８２からの出力信号を、出力波形信号用フーリエ変換回路２８４からの出力信号で除して伝達関数を算出する除算器２８５と、除算器２８５から出力される伝達関数の逆数を演算する逆数演算回路２８６とを備える。

このように構成された疲労試験機では、疲労試験に先立って作成された駆動信号により、次のようにして疲労試験が行われる。

実振動波形生成回路２１から出力される実振動波形信号は実振動波形分割部２２で重複時間を設けて分割される。分割された実振動波形信号と逆伝達関数記憶部２３から出力される逆伝達関数とを乗算器２４で乗じて分割駆動信号を生成する。分割駆動信号は駆動信号生成部２５で継ぎ合わされ、駆動信号が生成される。この継ぎ合わせ処理の詳細については後述する。上述のように生成された駆動信号とフィードバック信号との偏差を偏差器２７で演算し、この差分駆動信号でサーボ弁２を駆動する。すなわち、差分駆動信号は、Ｄ／Ａ変換器３でアナログ信号に変換され、増幅器４で増幅されてサーボ弁２に印加される。このような差分駆動信号でサーボ弁２が駆動されることにより油圧アクチュエータ１が駆動されて供試体ＳＰが加振される。

供試体ＳＰの変位は変位計５で検出され、増幅器６で増幅される。この変位検出信号はＡ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換されて制御装置２０にフィードバックされ、変位検出信号と駆動信号と偏差が上述したように演算される。

駆動信号生成部２５における分割駆動信号の継ぎ合わせ処理について図４を参照して説明する。図４（ａ）は、重複時間を設けた実振動波形の分割を説明するための図であり、図４（ｂ）は、分割した実振動波形より算出した分割駆動信号を説明するための図である。図４（ｃ）は、分割駆動信号を継ぎ合わせた駆動信号を説明するための図である。

実振動波形Ｍと精度よく一致した振動を供試体ＳＰに与えるために、実振動波形Ｍは、時刻ｔ１から時刻ｔ３、時刻ｔ２から時刻ｔ５および時刻ｔ４から時刻ｔ６に分割される。このような振動波形の分割処理により、各区間を精度よく近似式で表すことが可能となる。時刻ｔ１から時刻ｔ３の時間における実振動波形を実振動波形Ｍ１とし、時刻ｔ２から時刻ｔ５の時間における実振動波形を実振動波形Ｍ２とし、時刻ｔ４から時刻ｔ６の時間における実振動波形を実振動波形Ｍ３とする。実振動波形Ｍ１と実振動波形Ｍ２とは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の時間で重複している。実振動波形Ｍ２と実振動波形Ｍ３とは、時刻ｔ４から時刻ｔ５の時間で重複している。重複時間（たとえば、ｔ２〜ｔ３）は分割されている時間（たとえば、ｔ２〜ｔ５）の約２０％の時間である。

図４（ｂ）に示すように、分割した実振動波形Ｍ１〜Ｍ３のそれぞれに逆伝達関数を乗じて分割駆動信号Ｄ１１，Ｄ２１，Ｄ３１が算出される。分割駆動信号Ｄ１１は実振動波形Ｍ１から算出された駆動信号であり、分割駆動信号Ｄ２１は実振動波形Ｍ２から算出された駆動信号であり、分割駆動信号Ｄ３１は実振動波形Ｍ３から算出された駆動信号である。

次に、実振動波形Ｍ１と実振動波形Ｍ２の重複時間である時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間の分割駆動信号Ｄ１１と分割駆動信号Ｄ２１とを比較して、２つの分割駆動信号Ｄ１１，Ｄ２１が最初に一致する時刻、または最も近接する時刻ｔ７を検出する。また、実振動波形Ｍ２と実振動波形Ｍ３の重複時間である時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間の分割駆動信号Ｄ２１と分割駆動信号Ｄ３１とを比較して、２つの分割駆動信号Ｄ２１，Ｄ３１が最初に一致する時刻または最も近接する時刻ｔ８を検出する。

図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ７になると分割駆動信号Ｄ１１から分割駆動信号Ｄ２１に切り替わるように、時刻ｔ８になると分割駆動信号Ｄ２１から分割駆動信号Ｄ３１に切り替わるように分割駆動信号を継ぎ合わせる。すべての分割駆動信号の継ぎ合わせ処理が完了すると、分割駆動信号を継ぎ合わせた駆動信号を不図示の記憶部に格納しておく。試験開始の指示により、記憶部の駆動信号を油圧アクチュエータ１に出力して、疲労試験を行う。

ここで、分割駆動信号Ｄ１１の出力が終了する終了点Ａと分割駆動信号Ｄ２１の出力が開始する開始点Ｂとは一致または近接しており、分割駆動信号Ｄ２１の出力が終了する終了点Ｃと分割駆動信号Ｄ３１の出力が開始する開始点Ｄとは一致または近接している。したがって、駆動信号を油圧アクチュエータ１に出力しても、分割駆動信号の継ぎ目で供試体ＳＰに対する衝撃は発生しない。

次に、供試体ＳＰの加振開始時における駆動信号生成部２５の駆動信号スムージング処理について図５を参照して説明する。図５の縦軸は油圧アクチュエータ１に与える駆動信号の大きさ、すなわち、供試体ＳＰの変位を表し、横軸は時間を表す。駆動信号スムージング処理とは、供試体ＳＰの加振開始時から駆動信号を油圧アクチュエータ１に出力するのではなく、加振前の供試体ＳＰの変位から駆動信号による供試体ＳＰの初期変位にスムーズに継ぐダミー駆動信号を油圧アクチュエータ１に出力した後、実振動波形から生成した駆動信号を出力する処理である。図５（ａ）は、駆動信号スムージング処理を行わない場合における供試体ＳＰの加振開始時の駆動信号を説明するための図であり、図５（ｂ）は、駆動信号スムージング処理を行った場合における供試体ＳＰの加振開始時の駆動信号を説明するための図である。時刻ｔ０における点Ｅでは、加振前の供試体ＳＰの変位はＳＥ、点Ｆでは、供試体ＳＰの変位はＳＦである。つまり、変位ＳＥに相当する信号以上の信号を油圧アクチュエータ１に出力すると、供試体ＳＰが負荷され始める。以下、駆動信号による供試体ＳＰの加振開始時刻ｔ０より手前の時間Δｔ（数秒）の間、ダミー駆動信号を出力するものとして説明する。

駆動信号スムージング処理を行わない場合、図５（ａ）に示すように、初期変位ＳＥに相当する駆動信号を時刻ｔ０で油圧アクチュエータ１に出力すると、供試体ＳＰは、加振前の変位ＳＥから駆動開始時の初期変位ＳＦまで不連続に大きく変化する。このため、供試体ＳＰに不必要な衝撃を与える。一方、駆動信号スムージング処理を行った場合、図５（ｂ）に示すようなダミー駆動信号Ｄ５を時間Δｔの間出力する。時刻ｔ０におけるダミー信号Ｄ５の終了点Ｇでの変位はＳＧであり、駆動信号の開始点Ｆでの変位ＳＦに接近している。そのため、加振開始時に供試体ＳＰに対して不必要な衝撃を与えない。

次にダミー駆動信号の生成処理について説明する。ダミー駆動信号Ｄ５は、制御装置２０の駆動信号生成部２５において生成される。ダミー駆動信号は、所定時間（ｔ９）から処理時間（Δｔ）における駆動信号を抽出して、抽出した駆動信号を元に次式によって算出される。
Ｄ５（ｔ）＝（Ｄ（ｔ）−Ｄ０）×ｔ÷Δｔ）＋Ｄ０ （数式１）
ここで、Ｄ５（ｔ）はダミー駆動信号、Ｄ（ｔ）はｔ９〜ｔ９＋Δｔの駆動信号の波形を示す関数、Δｔは処理時間、Ｄ０は加振前の供試体ＳＰの変位に相当する。

算出されたダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）は時刻（ｔ０−Δｔ）〜ｔ０の間、油圧アクチュエータ１に出力され、時刻ｔ０以降は、ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）に替わって駆動信号が油圧アクチュエータに出力される。つまり、駆動信号による加振を開始する時刻ｔ０において、ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）と駆動信号とが継ぎ合わされている。

以上の実施形態による疲労試験機は、次のような作用効果を奏する。
（１）供試体の伝達関数と実振動波形に基づいて作成された駆動信号Ｄ（ｔ）の先頭にダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）を付加した。ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）やＤ６（ｔ）は、供試体加振前の変位から駆動信号の初期変位まで供試体の変位を徐々に増加させる信号である。したがって、加振開始時に供試体に作用する衝撃力を低減することができる。

（２）駆動信号の波形に一次式ｔ÷Δｔを重畳させてダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）を算出し、生成した。したがって、駆動信号と同じ周波数特性を持ったダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）を生成することができ、供試体ＳＰに過負荷がかからない。一方、ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）と駆動信号の周波数特性が異なると、時刻ｔ０において急に供試体ＳＰに与える振動の周波数特性が変わることになり、供試体ＳＰに過負荷を与えてしまう。

以上の実施の形態の疲労試験機を次のように変形することができる。
（１）加振開始時に駆動信号スムージング処理を行ったが、加振終了時に駆動信号スムージング処理を行ってもよい。

加振終了時の駆動信号スムージング処理について図６を参照して説明する。加振終了時の駆動信号スムージング処理とは、供試体ＳＰの加振終了時に、駆動信号の出力を終了して供試体ＳＰの加振を即終了するのではなく、ダミー駆動信号を油圧アクチュエータ１に出力した後、供試体ＳＰの加振を終了する処理である。図６（ａ）は、駆動信号スムージング処理を行わない場合における加振終了時の駆動信号を説明するための図であり、図６（ｂ）は、駆動信号スムージング処理を行った場合における加振終了時の駆動信号を説明するための図である。加振終了時の時刻ｔ１０における点Ｉでは、加振前の供試体ＳＰの変位はＳＩ、点Ｈでは供試体ＳＰの変位はＳＨである。以下、加振終了時の時刻ｔ１０から時間Δｔ（数秒）の間、ダミー駆動信号を出力するものとして説明する。

駆動信号スムージング処理を行わない場合、図６（ａ）に示すように、供試体ＳＰは、加振終了時の終了点Ｈの変位ＳＨから加振前の初期変位ＳＩまで不連続に大きく変化する。このため、供試体ＳＰに不必要な衝撃を与える。一方、駆動信号スムージング処理を行った場合、図６（ｂ）に示すように、駆動信号の終了点Ｈの変位ＳＨはダミー駆動信号Ｄ６の開始点Ｊの変位ＳＪと接近している。そのため、加振終了時に供試体ＳＰに対して不必要な衝撃を与えない。

次にダミー駆動信号Ｄ６の生成処理について説明する。ダミー駆動信号は、所定時間（ｔ１１）から処理時間（Δｔ）における駆動信号を抽出して、抽出した駆動信号を元に次式によって算出される。
Ｄ６（ｔ）＝（Ｄ（ｔ）−Ｄ０）×（Δｔ−ｔ）÷Δｔ）＋Ｄ０ （数式２）
ここで、Ｄ６（ｔ）はダミー駆動信号、Ｄ（ｔ）はｔ１１〜ｔ１１＋Δｔの駆動信号の波形を示す関数、Δｔは処理時間、Ｄ０は加振前の供試体ＳＰの変位ＳＩ（＝ＳＥ）に相当する。

駆動信号は時刻ｔ１０まで油圧アクチュエータ１に出力され、時刻ｔ１０において、駆動信号からダミー駆動信号Ｄ６（ｔ）に切り替わり、ダミー駆動信号Ｄ６（ｔ）は時刻ｔ１０〜（ｔ１０＋Δｔ）の間、油圧アクチュエータ１に出力される。つまり、時刻ｔ１０において駆動信号とダミー駆動信号Ｄ６（ｔ）とが継ぎ合わされる。

（２）ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ），Ｄ６（ｔ）は、駆動信号の波形を所定の変数に重畳して算出し、生成したが、駆動信号と同じ周波数特性を有する信号であれば、ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ），Ｄ６（ｔ）を算出する元となる信号は駆動信号に限定されない。

（３）ダミー駆動信号Ｄ（５）を生成するための元になる駆動信号の位置は特に限定されないが、ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）は、駆動信号の最後の時間Δｔの部分（図６（ａ）の（ｔ１０−Δｔ）〜ｔ１０の間の駆動信号）を抽出して生成するようにしてもよい。また、ダミー駆動信号Ｄ６（ｔ）は、駆動信号の最初の時間Δｔの部分（図５（ａ）のｔ０〜（ｔ０＋Δｔ）の間の駆動信号）を抽出して生成するようにしてもよい。駆動信号の波形は、目標波形をフーリエ変換したものに逆伝達関数をかけたものを逆フーリエ変換して求める。逆フーリエ変換は、変換した区間が無限に繰り返された波形として合成するので、駆動信号の駆動信号の最後の時間Δｔの部分、駆動信号の最初の時間Δｔの部分に基づいてダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）、Ｄ６（ｔ）を生成することによって、ダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）、Ｄ６（ｔ）と駆動信号とを滑らかにつなげることができる。

（４）駆動信号の波形Ｄ（ｔ）に一次式ｔ÷Δｔを重畳させてダミー駆動信号Ｄ５（ｔ）を算出し、生成したが、時刻（ｔ０−Δｔ）〜ｔ０の間において増加し、時刻ｔ０−Δｔのときの値が０で、時刻ｔ０のときの値が１となる変数であれば、上記一次式に限定されない。たとえば、コサイン曲線やサイン曲線と重畳させてもよい。

コサイン曲線のときは、次のようにしてダミー駆動信号Ｄ５１（ｔ）を算出する。
Ｄ５１（ｔ）＝(1−cos(π(t−t0＋Δt)/2Δt))×(D(t)−D0)＋D0 （数式３）
サイン曲線のときは、次のようにしてダミー駆動信号Ｄ５２（ｔ）を算出する。
Ｄ５２（ｔ）＝sin(π(t−t0＋Δt)/2Δt)×(D(t)−D0)＋D0 （数式４）

以上のように算出したダミー駆動信号Ｄ５１（ｔ），Ｄ５２（ｔ）を用いても、加振前の供試体ＳＰの変位から駆動信号による供試体ＳＰの初期変位までスムーズに継ぐことができるので、油圧アクチュエータ１は、加振開始時に不必要な衝撃を供試体ＳＰに与えない。

さらに、駆動信号Ｄ（ｔ）に一次式（Δｔ−ｔ）÷Δｔを重畳させて加振終了時のダミー駆動信号Ｄ６（ｔ）を算出し、生成したが、時刻ｔ１０〜（ｔ１０＋Δｔ）の間において減少し、時刻ｔ１０のときの値が１で、時刻ｔ１０＋Δｔのときの値が０になる変数であれば、駆動信号Ｄ（ｔ）に重畳させてダミー駆動信号Ｄ６（ｔ）を算出し、生成するための変数は上記一次式に限定されない。この場合もコサイン曲線やサイン曲線と重畳させてもよい。

コサイン曲線のときのダミー駆動信号Ｄ６１（ｔ）は次のようにして算出する。
Ｄ６１（ｔ）＝(1−cos(π(t10−t＋Δt)/2Δt))×(D(t)−D0)＋D0 （数式５）
また、サイン曲線のときのダミー駆動信号Ｄ６２（ｔ）は次のようにして算出する。
Ｄ６２（ｔ）＝sin(π(t10−t＋Δt)/2Δt))×(D(t)−D0)＋D0 （数式６）

以上のように算出したダミー駆動信号Ｄ６２（ｔ）を用いても、駆動信号Ｄ（ｔ）による加振終了時の変位から加振前の供試体ＳＰの変位まで徐々に漸減させることができるので、油圧アクチュエータ１は、加振終了時に不必要な衝撃を供試体ＳＰに与えない。

（５）処理時間Δｔの間の駆動信号Ｄ（ｔ）を元にダミー駆動信号を算出するのではなく、分割駆動信号、たとえば分割駆動信号の半分の信号を元にダミー駆動信号を算出してもよい。図７（ａ）に示すように、最初の時刻ｔ０〜ｔ１４の間に、分割駆動信号Ｄ１２を油圧アクチュエータ１に出力する場合も、時刻ｔ０のとき、変位ＳＥから分割駆動信号Ｄ１２の開始点Ｋの変位ＳＫにおいて不連続に変化するので、供試体ＳＰに衝撃が加わる。そこで、図７（ｂ）に示すように、駆動信号スムージング処理を行い、駆動信号Ｄ１２を出力する前にダミー駆動信号Ｄ５３を油圧アクチュエータ１に出力する。このときのダミー駆動信号Ｄ５３は分割駆動信号Ｄ１２の後半の信号Ｄ１２２を元に次式によって算出される。
Ｄ５３（ｔ）＝(D(t)−D0)×t÷(t14−t13)＋D0 （数式７）
ここで、Ｄ５３（ｔ）はダミー駆動信号、Ｄ（ｔ）は分割駆動信号Ｄ１２の後半の信号Ｄ１２２、つまり時刻ｔ１３〜ｔ１４の駆動信号の波形を示す関数、Δｔは処理時間、Ｄ０は加振開始前の供試体ＳＰの変位ＳＥに相当する。

以上のように算出したダミー駆動信号Ｄ５３（ｔ）を用いても、加振前の供試体ＳＰの変位ＳＥから駆動信号Ｄ（ｔ）による初期変位ＳＫまで徐々に近づけることができるので、油圧アクチュエータ１は、加振開始時に不必要な衝撃を供試体ＳＰに与えない。

また、同様にして分割駆動信号を元に、たとえば、最後の分割駆動信号の前半の信号を元にダミー駆動信号を算出し、供試体ＳＰの加振終了時に不必要な衝撃を供試体ＳＰに与えないようにしてもよい。図８（ａ）に示すように、時刻ｔ１５〜ｔ１０の間に、分割駆動信号Ｄ１３を油圧アクチュエータ１に出力する場合も、時刻ｔ１０のとき、分割駆動信号Ｄ１３の終了点Ｍの変位ＳＭから加振前の変位ＳＩ（＝ＳＥ）までにおいて大きな変位変化が生ずるので、供試体ＳＰに衝撃が加わる。そこで、図８（ｂ）に示すように、駆動信号スムージング処理を行い、ダミー駆動信号Ｄ６３を油圧アクチュエータ１に出力する。このときのダミー駆動信号Ｄ６３は分割駆動信号Ｄ１３の前半部の信号Ｄ１３１を元に次式によって算出される。
Ｄ６３（ｔ）＝(D(t)−D0)×(t16−t15−t)÷(t16−t15)＋D0 （数式８）
ここで、Ｄ６３（ｔ）はダミー駆動信号、Ｄ（ｔ）は分割駆動信号Ｄ１３の前半の信号Ｄ１３１、つまり時刻ｔ１５〜ｔ１６の駆動信号の波形を示す関数、Δｔは処理時間、Ｄ０は加振開始前の供試体ＳＰの変位に相当する信号の変位をそれぞれ示す。

以上のように算出したダミー駆動信号Ｄ６３（ｔ）を用いても、駆動信号Ｄ（ｔ）による加振終了時の変位ＳＭから加振前の変位ＳＩ（＝ＳＥ）まで徐々に変位を低減できるので、油圧アクチュエータ１は、加振終了時に不必要な衝撃を供試体ＳＰに与えない。

駆動信号の波形は、目標波形をフーリエ変換したものに逆伝達関数をかけたものを逆フーリエ変換して求める。逆フーリエ変換は、変換した区間が無限に繰り返された波形として合成するので、ダミー駆動信号Ｄ５３を分割駆動信号Ｄ１２の後半の信号Ｄ１２２に基づいて生成することによって、また、ダミー駆動信号Ｄ６３を分割駆動信号Ｄ１３の前半部の信号Ｄ１３１に基づいて生成することによって、ダミー駆動信号Ｄ５３、Ｄ６３と駆動信号とを滑らかにつなげることができる。

（６）車両用疲労試験機に限定されず、各種の形式の疲労試験機にも本発明を適用できる。

本発明は、その特徴的構成を有していれば、以上説明した実施の形態になんら限定されない。

図１は、疲労試験機の一実施の形態を説明するブロック図。 図２は、図１の疲労試験機における制御装置の詳細を示すブロック図。 図３は、図２の逆伝達関数演算部の詳細を示すブロック図。 図４（ａ）は重複時間を設けて分割した実振動波形を示す図であり、図４（ｂ）は分割された実振動波形より算出された分割駆動信号を示す図であり、図４（ｃ）は分割駆動信号を継ぎ合わせた駆動信号を示す図である。 図５（ａ）は駆動信号スムージング処理を行わない場合の加振開始時の駆動信号を示す図であり、図５（ｂ）は駆動信号スムージング処理を行った場合の加振開始時の駆動信号を示す図である。 図６（ａ）は駆動信号スムージング処理を行わない場合の加振終了時の駆動信号を示す図であり、図６（ｂ）は駆動信号スムージング処理を行った場合の加振終了時の駆動信号を示す図である。 図７（ａ）は最初の分割駆動信号の駆動信号スムージング処理を行わない場合の加振開始時の駆動信号を示す図であり、図７（ｂ）は最初の分割駆動信号の駆動信号スムージング処理を行った場合の加振開始時の駆動信号を示す図である。 図８（ａ）は最後の分割駆動信号の駆動信号スムージング処理を行わない場合の加振終了時の駆動信号を示す図であり、図８（ｂ）は最後の分割駆動信号の駆動信号スムージング処理を行った場合の加振終了時の駆動信号を示す図である。

符号の説明

１ 油圧アクチュエータ ２０ 制御装置
２１ 実振動波形生成回路 ２２ 実振動波形分割部
２３ 逆伝達関数記憶部 ２４ 乗算器
２５ 駆動信号生成部 ２６ スイッチ
２７ 偏差器 ２８ 逆伝達関数演算部
ＳＰ 供試体

Claims (6)

1. 実振動波形に逆伝達関数を乗じて生成された駆動信号を負荷アクチュエータに出力することにより前記負荷アクチュエータを駆動して供試体を加振する疲労試験機において、
   前記実振動波形を分割する波形分割手段と、
   前記波形分割手段により分割された実振動波形と前記逆伝達関数とにより分割駆動信号を生成する分割駆動信号生成手段と、
   前記分割駆動信号を継ぎ合わせて前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記供試体の変位を、加振前の変位から前記駆動信号の初期変位まで漸増するダミー駆動信号を生成する第１のダミー駆動信号生成手段と、
   前記ダミー駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力した後、前記駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力して前記供試体を加振する信号出力手段とを備え、
   前記第１のダミー駆動信号生成手段は、加振開始時の前記分割駆動信号より前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする疲労試験機。
2. 請求項１に記載の疲労試験機において、
   前記第１のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号の周波数特性と同じ周波数特性の信号から前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする疲労試験機。
3. 実振動波形に逆伝達関数を乗じて生成された駆動信号を負荷アクチュエータに出力することにより前記負荷アクチュエータを駆動して供試体を加振する疲労試験機において、
   前記実振動波形を分割する波形分割手段と、
   前記波形分割手段により分割された実振動波形と前記逆伝達関数とにより分割駆動信号を生成する分割駆動信号生成手段と、
   前記分割駆動信号を継ぎ合わせて前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記供試体の変位を、前記駆動信号の最終変位から加振前の変位まで漸減するダミー駆動信号を生成する第２のダミー駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力した後、前記ダミー駆動信号を前記負荷アクチュエータに出力して前記供試体への加振を終了させる信号出力手段とを備え、
   前記第２のダミー駆動信号生成手段は、加振終了時の前記分割駆動信号より前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする疲労試験機。
4. 請求項３に記載の疲労試験機において、
   前記第２のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号の周波数特性と同じ周波数特性の信号から前記ダミー駆動信号を生成することを特徴とする疲労試験機。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の疲労試験機において、
   前記第１のダミー駆動信号生成手段または前記第２のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号または前記分割駆動信号をコサイン曲線またはサイン曲線に重畳させてダミー駆動信号を生成することを特徴とする疲労試験機。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の疲労試験機において、
   前記第１のダミー駆動信号生成手段または前記第２のダミー駆動信号生成手段は、前記駆動信号または前記分割駆動信号を一次式に重畳させてダミー駆動信号を生成することを特徴とする疲労試験機。
   

Images