JP4862758B2 - ダイナモメータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、試験対象となる自動車を室内で走行試験するシャシダイナモメータやエンジン性能試験を行うダイナモメータの制御装置に係り、特にダイナモメータのトルク制御における逆転防止に関する。

ダイナモメータは、室内で、自動車のエンジンおよび動力伝達系の試験や模擬走行試験を可能にするもので、速度制御またはトルク制御する電動機を動力吸収手段または駆動手段とする。

図３はダイナモメータの構成図を示す。自動車１はその駆動輪１Ａがローラ２上に乗せられ、ローラ２には回転機としての電動機３が結合され、自動車１側では制御装置４により．加減速パターンに従ったエンジン１Ｂの速度制御ＡＳＲやスロットル開度制御ＡθＲを行い、電動機３側では走行抵抗設定器５からの走行抵抗指令に従ってトルク制御する。

このトルク制御は、ロードセル６とストレインアンプ７等による電動機３のトルク検出信号と、走行抵抗指令との突合せによるトルク制御アンプ８によるフィードバック制御を行う。このトルク制御系のマイナループには、電流制御系を設け、電動機３の電流制御を行う。

即ち、トルク制御アンプ８の出力はリミッタ回路９による電流制限された電流指令として取出し、この電流指令と電動機３の電流検出信号との突合せにより電流制御アンプ１０からインバータなどの電力変換器１１の出力電流を制御することで、電動機３の吸収トルクや駆動力を制御する。

この構成において、減速時に回転数がゼロ回転付近に低下したときのトルク制御で逆転することがある。例えば、走行抵抗制御に登降坂抵抗を含ませる場合、登坂抵抗分は電動機３の負荷吸収制御になって走行方向とは逆方向になるトルクを発生させる。一方、自動車１は登坂路上で停止状態を模擬するときは変速機をニュートラル状態とし、また機械ブレーキ操作制御は設けられないため平坦路の停止と同じ放置状態になる。このため、登坂路上での停止状態模擬では車速がゼロにあっても登坂抵抗分で電動機が逆転し、この逆転が登坂抵抗分の設定量によっては危険速度まで達する場合がある。

この逆転防止装置として、電動機が逆転方向になる電圧極性になるときに電流制御系の出力をゼロに制御する電圧フィードハック回路と、トルク制御系のトルク制御アンプの出力制限のうち電動機の回転速度がゼロから低速度領域で徐々に通常制限値まで上昇させるリミッタ値制御回路により、電動機の吸収電流制御値を調節する制御回路とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図４は逆転防止装置を付加したダイナモメータの制御回路図を示し、電動機をトルク制御する場合である。

直流−直流電力変換器２１によって電動機２２の吸収トルクまたは駆動力を制御する。電動機２２の電機子電流は電流検出器２３と電流演算部２４によって検出し、出力トルクはロードセル（ＬＣ）２５とトルク演算部２６によって検出し、速度はパルスピックアップ２７と速度演算部２８によって検出する。

トルク制御アンプ２９は、可変リミッタ付きとし、トルク設定器３０によるトルク設定値とトルク演算部２６からのトルク検出値との偏差を比例積分（ＰＩ）演算し、演算結果を電流制御アンプ３１の電流指令とする。電流制御アンプ３１は、電流指令と電流演算部２４の電流検出値との偏差を比例積分演算し、演算結果で電力変換器２１の出力電流制御を行う。

以上までのトルク制御系に対する逆転防止装置として、回路要素３２〜３４を追加する。リミッタ値制御部３２は、トルク制御アンプ２９のリミッタ値を制限するもので、図５の（ａ）に速度−トルク特性を示すように、電動機２２の回転数がゼロから速度Ｎ１までの速度領域では一定の傾斜で上昇するランプ電圧特性を有して制限し、速度Ｎ１を越える範囲では定格トルクに制限する。

ゼロ速度判定部３３は、電動機２２の回転数がゼロ速度領域を設定する速度Ｎ０（例えば、最高速度の０．２％）以上か否かを判定し、ゼロ速度Ｎ０以下になったときに、トルク制御アンプ２９の出力および電流制御アンプ３１の出力を遮断（ゼロ付近に制限）する。

電圧制限部３４は、電動機２２の電圧を電流制御指令への全負帰還電圧として取出すことで、ゼロ速度Ｎ０以下の領域で電動機２２に電圧が発生している場合にそれがゼロになるよう電流指令を下げる。

この逆転防止装置の追加により、電動機２２の駆動トルク制御または吸収トルク制御がゼロ速度領域になったとき、ゼロ速度判定部３３によるトルク制御アンプ２９と電流制御アンプ３１の出力リセットでゼロ速度制御し、このゼロ速度制御にも逆転方向のトルクが発生するときに電圧制限部３４により逆転トルクを抑える。

なお、上記の逆転防止装置は、直流ダイナモメータに限らず、ＦＣＤＹでも基本的には同様にして逆転を防止することができる。
特許第３０５２５６４号公報

従来の逆転防止方式は、減速時、回転数が低下して、ゼロ回転付近になると、トルク制御系の制御部２９，３１の制御遮断や、電力変換器２１のゲート回路などを制御遮断して、運転停止させることにより、動力計側からは速度制御でもトルク制御でも逆転しないようにしている。

エンジンテストベンチのように機械的に直結のものはゼロ回転付近で運転することがないので問題は生じないが、ＡＴ（自動変速機）などの供試体のついたベンチではエンジンがアイドル回転数で回っていても、動力計にはゼロ回転での制御が必要になってくる。

この場合、速度制御では速度検出を正転、逆転で検出極性が正逆反転するようにすれば、ゼロ回転付近での制御は可能である。しかし、トルク制御においては基本的に回転数に無関係にトルクを一定にするため、動力計が吸収トルクを発生して、回転数が減速してくると、ゼロ回転になった後はそのまま、正転吸収トルクの方向に力が働き、逆転して逆転方向に回転が上昇する結果になる。このため、ゼロ回転付近以下では制御遮断をするしかなく、トルク制御でのゼロ回転付近での連続運転はできなかった。

前記の特許文献１の例では、エンジンテストベンチなどにおいて、トルク制御時のトルク出力を図５の（ａ）に示す出力リミッタ回路で制限することで、逆転は防止できるが、以下の問題がある。

（１）エンジン側からの駆動トルクが図５の（ａ）に示す駆動トルクレベルにあるときは出力トルクリミッタレベルと駆動トルクの交点になるＮ２の回転数で回転する。このため、図５の（ａ）の吸収トルク設定値としてもゼロ速度までは下げることができない。

（２）ゼロ速度から速度Ｎ１まではリミッタ値制御部３２で制限するため、最大吸収トルクが取れなくなることの他に、この傾斜によってはトルク制御ループにハンチングが発生することがある。

（３）図５の（ｂ）に示すような特性で制限すると、ゼロ速度までは行くが、僅かに逆転することになり、逆転防止ができない。

本発明の目的は、上記の課題を解決したダイナモメータの制御装置を提供することにある。

本発明は、従来のトルク制御系をもつダイナモメータにおいて、電動機の運転がゼロ速度領域に入ったときに、トルク制御系をゼロ速度指令値をもつ速度制御系にバンプレスに切換えること、さらにはゼロ速度領域では通常制限値を吸収トルク設定値に制限する出力トルクリミット特性に切換えることで、前記の課題を解決したもので、以下の構成を特徴とする。

（１）試験対象となる自動車のトルク指令値に応じて電動機の吸収トルクを制御するトルク制御系と、このトルク制御信号を電流指令値として電動機の電流を制御するする電流制御系とを備えたダイナモメータの制御装置において、
前記トルク制御系のトルク制御アンプの出力制限のうち、電動機の回転速度がゼロ速度領域で回転速度に応じて通常制限値まで上昇させるリミッタ値制御回路と、
前記ゼロ速度領域に入り、かつ前記トルク制御系のトルク設定値が吸収トルク設定値以下になったとき、前記トルク制御系を、ゼロ速度の速度指令値をもつ速度制御系にバンプレスに切換える切換回路とを備えたことを特徴とする。

（２）前記リミッタ値制御回路は、電動機の逆転方向の速度からゼロ速度まで回転速度に応じて通常制限値まで上昇させる出力トルクリミット特性としたことを特徴とする。

（３）前記リミッタ値制御回路は、前記ゼロ速度領域では通常制限値を吸収トルク設定値に制限する出力トルクリミット特性としたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、電動機の運転がゼロ速度領域に入ったときに、トルク制御系をゼロ速度指令値をもつ速度制御系にバンプレスに切換えること、さらにはゼロ速度領域では通常制限値を吸収トルク設定値に制限する出力トルクリミット特性に切換えるため、以下の効果がある。

（１）トルク制御時に逆転を防止できる。

（２）吸収トルクを設定したトルクのままでゼロ速度まで減速して停止できる。

（３）逆転暴走することなく、ゼロ速度でも駆動力に見合った吸収トルク制御が可能になる。

（４）この状態で、設定した吸収トルクより、車両又はエンジン側の駆動力を大きくすると駆動力が設定吸収トルクより大きくなり、動力計の回転はその差トルクにより回転が上昇する。そして、設定したトルク値でのトルク制御したものと同じ運転が可能になる。

図１は、本発明の実施形態を示す要部回路図であり、図２に示す速度−トルク特性（ゼロ速度領域では通常制限値を吸収トルク設定値に制限する出力トルクリミット特性）をもつ制御を行うもので、図４と同等の部分は同一符号で示す。

出力トルク制限部３２Ａは、図５の（ｂ）に示す特性を有して、トルク制御アンプ２９のリミッタ値を制限する。すなわち、電動機２２の回転数が逆転からゼロ速度までのゼロ速度領域では回転速度に応じて一定の傾斜で通常制限値まで上昇するランプ電圧特性を有し、ゼロ速度Ｎ０を越える範囲ではトルク制御アンプ２９の出力を定格トルクに制限する。

トルク判定部３５は、トルク設定値が吸収トルク設定値（図２参照）以下にあるか否かを判定する。

ゼロ速度領域判定部３６は、ゼロ速度判定部３３とトルク判定部３５の判定が同時に成立したか否かを判定する。すなわち、ゼロ速度Ｎ０以下でかつトルク設定値が吸収トルク設定値以下の状態を判定する。

ゼロ速度外判定部３７は、ゼロ速度領域判定部３６の判定出力を反転してゼロ速度外を判定し、この判定出力で速度制御アンプの出力を遮断する。

切換スイッチ３８は、ゼロ速度領域判定部３６がゼロ速度Ｎ０以下でかつトルク設定値が吸収トルク設定値以下にあるときに、電流制御アンプ３１の電流指令をトルク制御アンプ２９の出力からゼロ速度制御アンプ３８の出力に切換る。

ゼロ速度制御アンプ３９は、ゼロ速度を指令値とし、速度演算部２８からの速度検出値との偏差を比例積分し、現在のトルク設定値に制限した出力を切換スイッチ３８を通して電流制御アンプ３１の電流指令とする。これにより、ゼロ速度領域に入ったトルク制御系を、ゼロ速度領域の速度指令値をもつ速度制御系にバンプレスに切換える。

これらの制御回路により、見かけ上、吸収トルクは設定したトルクのままで減速し、ゼロ速度で停止し、その時の駆動力に対抗するだけの吸収トルクを発生して停止状態を維持できる。

このようにすると、逆転暴走することなく、ゼロ速度でも駆動力に見合った吸収トルク制御が可能になる。この状態で、設定した吸収トルクより、駆動力を大きくするとゼロ速度制御の吸収トルクは出力制限リミッタに掛かり、設定した吸収トルクで制限される。したがって、駆動力が設定吸収トルクより大きくなり、動力計の回転はその差トルクにより回転が上昇する。そして、前述のゼロ速度に非常に近い速度以上でゼロ速度制御から元のトルク制御に切り換え、見かけ上、設定したトルク値でのトルク制御したものと同じ運転が可能になる。

尚、ゼロ速度でも吸収トルクを発生させるために、図２に示すような出力トルクリミッタによる制限を行うので、僅かに逆転側のトルクが発生することはあり得るが、それは実際にはゼロ速度制御のオーバーシュートによるもので瞬間的に逆回転することはあるが、連続で逆回転することにはならない。

また、出力トルクリミッタの効果としては急減速でゼロ速度まできたときに、前述のゼロ速度制御での応答遅れが関係して大きく逆回転するような状況でも、逆回転方向のトルクが無くなるため、大きなオーバーシュートによる逆回転も防止できる。

なお、実施形態では、図２の出力トルクリミッタ特性とする場合を示すが、図５の（ａ）の出力トルクリミッタ特性にして、ゼロ速度領域でトルク制御から速度制御に切換える構成とし、または図５の（ａ）の特性により吸収トルク設定値を制限して、ゼロ速度領域でトルク制御から速度制御に切換える構成とし、前記の課題を解決することができる。

本発明の実施形態を示す要部回路図。 実施形態における速度−トルク特性図。 従来のダイナモメータの構成図。 従来の逆転防止装置を付加したダイナモメータの制御回路図。 従来の速度−トルク特性図。

符号の説明

３…電動機
２９…トルク制御アンプ
３１…電流制御アンプ
３２，３２Ａ…出力トルク制限部
３３…ゼロ速度判定部
３５…トルク判定部
３６…ゼロ速度領域判定部
３８…切換スイッチ
３９…ゼロ速度制御アンプ

Claims (3)

1. 試験対象となる自動車のトルク指令値に応じて電動機の吸収トルクを制御するトルク制御系と、このトルク制御信号を電流指令値として電動機の電流を制御するする電流制御系とを備えたダイナモメータの制御装置において、
   前記トルク制御系のトルク制御アンプの出力制限のうち、電動機の回転速度がゼロ速度領域で回転速度に応じて通常制限値まで上昇させるリミッタ値制御回路と、
   前記ゼロ速度領域に入り、かつ前記トルク制御系のトルク設定値が吸収トルク設定値以下になったとき、前記トルク制御系を、ゼロ速度の速度指令値をもつ速度制御系にバンプレスに切換える切換回路とを備えたことを特徴とするダイナモメータの制御装置。
2. 前記リミッタ値制御回路は、電動機の逆転方向の速度からゼロ速度まで回転速度に応じて通常制限値まで上昇させる出力トルクリミット特性としたことを特徴とする請求項１に記載のダイナモメータの制御装置。
3. 前記リミッタ値制御回路は、前記ゼロ速度領域では通常制限値を吸収トルク設定値に制限する出力トルクリミット特性としたことを特徴とする請求項１または２に記載のダイナモメータの制御装置。

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