JP4921020B2 - シャシーダイナモメータ - Google Patents

Description

本発明は、自動四輪車の各種試験に用いられるシャシーダイナモメータを制御する技術に関するものである。

車両の走行状態を再現するために車両に対して走行中の路面を模擬するローラと、前記ローラのトルクを制御するモータと、ローラと車輪間に作用する力を計測する測定装置とのセットを、自動四輪車の前輪用と後輪用にそれぞれ備えた自動四輪車用のシャシーダイナモメータが知られている。

また、このような自動四輪車用のシャシーダイナモメータを制御する技術としては、車両の走行抵抗を模擬する目標抵抗を前輪と後輪に対してそれぞれ設定し、各測定装置で計測したローラと前輪間に作用する力およびローラと後輪間に作用する力が、それぞれ目標抵抗となるように、各モータの発生トルクをフィードバック制御する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
特開平05-005676号公報

さて、自動四輪車用のシャシーダイナモメータでは、前輪用のローラと後輪用のローラを同回転速度、同角加速度で回転させないと、車両がノンスリップ状態で走行している状態を正しく再現したことにはならない。
一方、前述した目標抵抗のみにのみ着目した制御では、前輪用のローラと後輪用のローラを厳密に同回転速度、同角加速度で回転させることは困難である。
そこで、本発明は、自動四輪車用のシャシーダイナモメータにおいて、前輪用のローラと後輪用のローラを、より精度よく同回転速度で同期して回転させることを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、自動四輪車の前輪が載置される前輪用ローラと当該前輪用ローラと連結した前輪用モータと当該前輪用ローラと前記前輪間に作用する力を計測する前輪用測定装置と前記前輪用モータの回転速度を計測する前輪用回転速度計とを有する前輪用ダイナモメータと、前記自動四輪車の後輪が載置される後輪用ローラと当該後輪用ローラと連結した後輪用モータと当該後輪用ローラと前記後輪間に作用する力を計測する後輪用測定装置と前記後輪用モータの回転速度を計測する後輪用回転速度計とを有する後輪用ダイナモメータとを備えた自動四輪車用のシャシーダイナモメータの制御装置を、前記前輪用測定装置の計測した力に基づいて、前記前輪用ダイナモメータの前記ローラに前記自動四輪車の前輪から伝達されたトルクを前輪伝達トルクとして算出する前輪伝達トルク算出手段と、前記後輪用測定装置の計測した力に基づいて、前記後輪用ダイナモメータの前記ローラに前記自動四輪車の後輪から伝達されたトルクを後輪伝達トルクとして算出する後輪伝達トルク算出手段と、前記前輪伝達トルクと前記後輪伝達トルクとに応じて、前記前輪用ダイナモメータのモータと前記後輪用ダイナモメータのモータとを両モータの回転角加速度間に差が生じないように制御するモータ制御手段とより構成したものである。

このようなシャシーダイナモメータの制御装置によれば、前輪用ダイナモメータのモータの回転角加速度と、後輪用ダイナモメータのモータの回転角加速度を常に一致させることができる。そして、これにより、前輪用ダイナモメータのモータと後輪用ダイナモメータのモータとを、より精度良く同じ回転速度に同期させて回転させることができるようになる。

ここで、このようなシャシーダイナモメータの制御装置は、より具体的には、前記モータ制御手段において、前記前輪用ダイナモメータのモータの制御によって前記前輪用ダイナモメータの回転系に加えるトルクと前記前輪伝達トルクとの合計と、前記前輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量とより求まる、当該前輪用ダイナモメータの回転系の回転角加速度と、前記後輪用ダイナモメータのモータの制御によって前記後輪用ダイナモメータの回転系に加えるトルクと前記後輪伝達トルクとの合計と、前記後輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量とより求まる、当該後輪用ダイナモメータの回転系の回転角加速度とが等しくなるように、当該前輪用ダイナモメータのモータの制御と後輪用ダイナモメータのモータの制御とを行うようにしてもよい。

また、さらに具体的には、たとえば、前記モータ制御手段において、前記前輪伝達トルクをT_F、前記後輪伝達トルクをT_R、前記前輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量をM_F、前記後輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量をM_R、当該シャシーダイナモメータによって前記自動四輪車の慣性質量を模擬するために前記前輪用ダイナモメータの回転系と前記後輪用ダイナモメータの回転系とに与える電気慣性との合計をM_E、当該シャシーダイナモメータによって前記自動四輪車の走行抵抗を模擬するために前記前輪用ダイナモメータの回転系と前記後輪用ダイナモメータの回転系とに加えるトルクとの合計をRefとして、

によって、前輪用ダイナモメータのモータの制御量ACR_Fと後輪用ダイナモメータのモータの制御量ACR_Rを算出するようにしてもよい。
なお、以上のようなシャシーダイナモメータの制御装置には、さらに、前記前輪用回転速度計が計測した回転速度と、前記前輪伝達トルクを考慮に含めた前記前輪用ダイナモメータのモータの回転速度の理論値との差分に応じた量、当該差分が減少する方向に、前記モータ制御手段による前記前輪用ダイナモメータのモータの制御の制御量を修正すると共に、前記後輪用回転速度計が計測した回転速度と、前記後輪伝達トルクを考慮に含めた前記後輪用ダイナモメータのモータの回転速度の理論値との差分に応じた量、当該差分が減少する方向に、前記モータ制御手段による前記後輪用ダイナモメータのモータの制御の制御量を修正する制御量修正手段とを備えるようにしてもよい。このようにすることによりモータ制御手段による各モータの制御の、シャシーダイナモメータの実状態に対する追従遅れを改善することができる。

以上のように、本発明によれば、自動四輪車用のシャシーダイナモメータにおいて、前輪用のローラと後輪用のローラを、精度よく同回転速度で同期して回転させることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るシャシーダイナモメータの構成を模式的に示す。
ここで、図１ａはシャシーダイナモメータの上面模式図を、図１ｂはシャシーダイナモメータの側面模式図を示している。
図示するように、このシャシーダイナモメータは、四輪駆動の自動車用のシャシーダイナモメータであり、ピット１と、ピット１内に配置された前輪用ダイナモメータ２と、ピット１内に配置された後輪用ダイナモメータ３と、４つのベルト固定装置４と、制御装置５とを備えている。

ここで、前輪用ダイナモメータ２と後輪用ダイナモメータ３は同じ構成を備えている。
図２に、前輪用ダイナモメータ２を例にとり、前輪用ダイナモメータ２と後輪用ダイナモメータ３の構成を示す。
なお、図２では前輪用ダイナモメータ２の正面図を模式的に表している。
さて、図示するように、前輪用ダイナモメータ２は、ベース２１、左右一対の円筒形状のローラ２２、ベース２１に固定されたモータ２３を有している。そして、各ローラ２２の中心軸２４は、ベース２１に固定された二つの支柱２５によって回動可能に支持されている。また、左側のローラ２２の中心軸２４の右端は、左軸トルク計２６を介在して、モータ２３のモータ軸２７の左端に連結し、右側のローラ２２の中心軸２４の左端は、右軸トルク計２８を介在して、モータ２３のモータ軸２７の右端に連結している。また、モータ２３には、モータ軸２７のモータ２３の回転速度を検出し、検出した回転速度を表す回転速度信号V_Fを制御装置５に出力する回転速度計２９が設けられている。

このような構成において、モータ２３は、制御装置５から出力される指令信号CNT_Fに従って稼働し、各ローラ２２の回転の動力を供給または吸収する。また、左軸トルク計２６は、たとえば歪みゲージであり、モータ２３のモータ軸２７と左側のローラ２２の中心軸２４との間に働く軸トルクをねじれ方向の歪み量より検出し、検出した軸トルクを表す軸トルク信号DT_FLを制御装置５に出力する。また、同様に、右軸トルク計２８は、たとえば歪みゲージであり、モータ２３のモータ軸２７と右側のローラ２２の中心軸２４との間に働く軸トルクを、たとえば、ねじれ方向の歪み量より検出し、検出した軸トルクを表す軸トルク信号DT_FRを制御装置５に出力する。

ここで、前述のように後輪用ダイナモメータ３は、前輪用ダイナモメータ２と同様に構成されており、制御装置５の出力される指令信号CNT_Rに従って稼働するモータ２３、モータ２３の回転速度を検出し、検出した回転速度を表す回転速度信号V_Rを制御装置５に出力する回転速度計２９、モータ２３のモータ軸２７と左側のローラ２２の中心軸２４との間に働く軸トルクを表す軸トルク信号DT_RLを制御装置５に出力する左軸トルク計２６、モータ２３のモータ軸２７と右側のローラ２２の中心軸２４との間に働く軸トルクを表す軸トルク信号DT_RRを制御装置５に出力する右軸トルク計２８とを備えている。

さて、図１に戻り、前輪用ダイナモメータ２と後輪用ダイナモメータ３はローラ２２の頂部がピット１上面に設けられた開口から露出するように配置されている。
そして、自動車の試験は、図示するように、ピット１上に自動車を進行させ、左右の前輪を前輪用ダイナモメータ２の左右のローラ２２上にそれぞれ位置決めすると共に、左右の後輪を後輪用ダイナモメータ３の左右のローラ２２上にそれぞれ位置決めした上で、自動車をピット対して４つのベルト固定装置４を用いて固定して行う。

なお、４つのベルト固定装置４は、ピット１上の、前述のように位置決めされた自動車の前後左右となる位置に配置されており、それぞれ、自動車に固着した固定フックと連結する固定ベルト４１と、ピット固定された巻取装置４２を備えている。ここで、この巻き取り装置は、当該固定ベルト４１を任意量巻き取ったり、任意量送り出したり、固定ベルト４１を任意量巻き取った状態で固定する装置である。なお、車両に固着した固定フックとしては、それが可能な場合は、自動車の牽引フックを流用してもよい。
次に、制御装置５の詳細について説明する。

図３に、制御装置５の構成を示す。
図示するように、制御装置５は、目標設定部５１、前輪伝達駆動力算出部５２、後輪伝達駆動力算出部５３、指令値算出部５４、指令値調整部５５、前モータ用加算部５６、後モータ用加算部５７とを有している。
このような構成において、目標設定部５１は、予め定められた試験スケジュールマップ等に等に従って、車両走行抵抗を模擬するための前輪用ダイナモメータ２のモータ２３と後輪用ダイナモメータ３のモータ２３で発生するトータルのトルクを表すトルク指令値Ref、車両の慣性質量を補償するために前輪用ダイナモメータ２のモータ２３と後輪用ダイナモメータ３のモータ２３で模擬するトータルの回転慣性質量を表す後輪電気慣性M_Eを算出し出力する。

前輪伝達駆動力算出部５２は、前輪用ダイナモメータ２の左側のローラ２２に自動車の左前輪から加わるトルクT_FLを、前輪用ダイナモメータ２の回転速度計２９から入力する回転速度信号V_Fと前輪用ダイナモメータ２の左軸トルク計２６から入力する軸トルク信号DT_FLから算出し、前輪用ダイナモメータ２の右側のローラ２２に自動車の右前輪から加わるトルクT_FRを、前輪用ダイナモメータ２の回転速度計２９から入力する回転速度信号V_Fと前輪用ダイナモメータ２の右軸トルク計２８から入力する軸トルク信号DT_FRから算出する。また、後輪伝達駆動力算出部５３は、後輪用ダイナモメータ３の左側のローラ２２に自動車の左後輪から加わるトルクT_RLを、後輪用ダイナモメータ３の回転速度計２９から入力する回転速度信号V_Rと後輪用ダイナモメータ３の左軸トルク計２６から入力する軸トルク信号DT_RLから算出し、後輪用ダイナモメータ３の右側のローラ２２に自動車の右後輪から加わるトルクT_RRを、後輪用ダイナモメータ３の回転速度計２９から入力する回転速度信号V_Rと後輪用ダイナモメータ３の右軸トルク計２８から入力する軸トルク信号DT_RRから算出する。より詳細には、以上の各トルクT_FL、T_FR、T_RL、T_RRは次式１に従って求める。

そして、指令値算出部５４は、前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の算出指令値ACR_Fと、後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の算出指令値ACR_Rとを、次の式２に従って算出する。

ただし、M_FLは前輪用ダイナモメータ２の左側のローラ２２の固定慣性、M_FRは前輪用ダイナモメータ２の右側のローラ２２の固定慣性、M_FDは前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の固定慣性、M_RLは後輪用ダイナモメータ３の左側のローラ２２の固定慣性、M_RRは後輪用ダイナモメータ３の右側のローラ２２の固定慣性、M_RDは後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の固定慣性である。

ここで、前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の回転角加速度A_Fと、後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の回転角加速度A_Rは、算出指令値ACR_Fと算出指令値ACR_Fを用いて、次の式３によって示される。

そして、式３に式２を代入すると、次の式４に示すように、前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の回転角加速度A_Fと、後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の回転角加速度A_Rは一致する。

したがって、以上のように求めた算出指令値ACR_Fと算出指令値ACR_Fで、前輪用ダイナモメータ２とモータ２３と後輪用ダイナモメータ３のモータ２３を制御すれば、前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の回転角加速度A_Fと、後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の回転角加速度A_Rを常に一致させることができる。そして、これにより、前輪用ダイナモメータ２のモータ２３と後輪用ダイナモメータ３のモータ２３とを同じ回転速度に同期させて回転させることができる。

ここで、式２は、前輪用ダイナモメータ２の回転系全体の固定慣性をM_F=M_FL+M_FD+M_FR、後輪用ダイナモメータ３の回転系全体の固定慣性をM_R=M_RL+M_RD+M_RR、前輪用ダイナモメータ２の二つのローラ２２に自動車の前輪から加わるトルクの合計をT_F=T_FL+T_FR、後輪用ダイナモメータ３の二つのローラ２２に自動車の後輪から加わるトルクの合計をT_R=T_RL+T_RRとすると式５のように示される。

式５と式２により理解されるように、設定される算出指令値ACR_Fと算出指令値ACR_Fは、各モータ２３が、このトルク指令値Refや電気慣性M_Eに追従するように、各モータ２３を制御する値を示すものとなる。

さて、指令値調整部５５は、指令値算出部５４が算出した前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の算出指令値ACR_Fの調整量ΔACR_Fと、指令値算出部５４が算出した後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の算出指令値ACR_Rの調整量ΔACR_Rとを算出する。ここで、前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の算出指令値ACR_Fの調整量ΔACR_Fは、前輪用ダイナモメータ２の回転速度計２９が出力する回転速度V_F と、理想回転速度との差分に所定のゲインを乗じた量、当該差分を減少させる方向に、モータ２３の発生トルクを変更させる量として求める。また、後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の算出指令値ACR_Rの調整量ΔACR_Rは、後輪用ダイナモメータ３の回転速度計２９が出力する回転速度V_R と、理想回転速度との差分に所定のゲインを乗じた量、当該差分を減少させる方向に、モータ２３の発生トルクを変更させる量として求める。

なお、理想回転速度は、前輪用ダイナモメータ２と後輪用ダイナモメータ３について共通であり次式６によって求める。

さて、前モータ用加算部５６は指令値算出部５４が算出した前輪用ダイナモメータ２のモータ２３の算出指令値ACR_Fと指令値調整部５５が算出した調整量ΔACR_Fを加算した指令信号CNT_Fを前輪用ダイナモメータ２のモータ２３に出力する。そして、前輪用ダイナモメータ２のモータ２３は、前モータ用加算部５６から出力される指令信号CNT_Fに従ったトルクを発生するように動作する。

また、後モータ用加算部５７は指令値算出部５４が算出した後輪用ダイナモメータ３のモータ２３の算出指令値ACR_Rと指令値調整部５５が算出した調整量ΔACR_Rを加算した指令信号CNT_Rを後輪用ダイナモメータ３のモータ２３に出力する。そして、後輪用ダイナモメータ３のモータ２３は、後モータ用加算部５７から出力される指令信号CNT_Rに従ったトルクを発生するように動作する。

ここで、このように算出指令値ACR_Fを、前述したように算出した調整量ΔACR_Fで調整して、最終的な指令信号CNT_Fとしたり、算出指令値ACR_Rを、前述したように算出した調整量ΔACR_Rで調整して、最終的な指令信号CNT_Rとすることにより、算出指令値ACR_Fや算出指令値ACR_Rををそのまま最終的な指令信号CNT_Fとした場合に生じる制御装置５の制御の遅延を改善することができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る前輪用ダイナモメータの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータの制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…ピット、２…前輪用ダイナモメータ、３…後輪用ダイナモメータ、４…ベルト固定装置、５…制御装置、２１…ベース、２２…ローラ、２３…モータ、２４…中心軸、２５…支柱、２６…左軸トルク計、２７…モータ軸、２８…右軸トルク計、２９…回転速度計、４１…固定ベルト、４２…巻取装置、５１…目標設定部、５２…前輪伝達駆動力算出部、５３…後輪伝達駆動力算出部、５４…指令値算出部、５５…指令値調整部、５６…前モータ用加算部、５７…後モータ用加算部。

Claims (3)

1. 自動四輪車の前輪が載置される前輪用ローラと当該前輪用ローラと連結した前輪用モータと当該前輪用ローラと前記前輪間に作用する力を計測する前輪用測定装置と前記前輪用モータの回転速度を計測する前輪用回転速度計とを有する前輪用ダイナモメータと、前記自動四輪車の後輪が載置される後輪用ローラと当該後輪用ローラと連結した後輪用モータと当該後輪用ローラと前記後輪間に作用する力を計測する後輪用測定装置と前記後輪用モータの回転速度を計測する後輪用回転速度計とを有する後輪用ダイナモメータとを備えた自動四輪車用のシャシーダイナモメータの制御装置であって、
   前記前輪用測定装置の計測した力と前記前輪用回転速度計が計測した前記前輪用モータの角加速度とに基づいて、前記前輪用ローラに前記自動四輪車の前輪から伝達されたトルクを前輪伝達トルクとして算出する前輪伝達トルク算出手段と、
   前記後輪用測定装置の計測した力と前記後輪用回転速度計が計測した前記後輪用モータの角加速度とに基づいて、前記後輪用ローラに前記自動四輪車の後輪から伝達されたトルクを後輪伝達トルクとして算出する後輪伝達トルク算出手段と、
   前記前輪用モータと前記後輪用モータとを制御するモータ制御手段とを有し、
   前記モータ制御手段は、前記前輪用モータの制御によって前記前輪用ダイナモメータの回転系に加えるトルクと前記前輪伝達トルクとの合計を前記前輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量で除した値として求まる、当該前輪用ダイナモメータの回転系の回転角加速度と、前記後輪用モータの制御によって前記後輪用ダイナモメータの回転系に加えるトルクと前記後輪伝達トルクとの合計を前記後輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量で除した値として求まる、当該後輪用ダイナモメータの回転系の回転角加速度とが等しくなるように、前記前輪用モータの制御と前記後輪用モータの制御とを行うことを特徴とすることをシャシーダイナモメータの制御装置。
2. 請求項１記載のシャシーダイナモメータの制御装置であって、
   前記モータ制御手段は、
   前記前輪伝達トルクをT _F 、
   前記後輪伝達トルクをT _R 、
   前記前輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量をM _F 、
   前記後輪用ダイナモメータの回転系の回転慣性質量をM _R 、
   当該シャシーダイナモメータによって前記自動四輪車の慣性質量を模擬するために前記前輪用ダイナモメータの回転系と前記後輪用ダイナモメータの回転系とに与える電気慣性の合計をM _E 、
   当該シャシーダイナモメータによって前記自動四輪車の走行抵抗を模擬するために前記前輪用ダイナモメータの回転系と前記後輪用ダイナモメータの回転系とに加えるトルクの合計をRefとして、
   
   によって、前輪用モータの制御量ACR _Ｆ と後輪用モータの制御量ACR _R を算出することを特徴とするシャシーダイナモメータの制御装置。
3. 請求項１または２記載のシャシーダイナモメータの制御装置であって、
   前記前輪用回転速度計が計測した回転速度と、前記前輪伝達トルクを考慮に含めた前記前輪用モータの回転速度の理論値との差分に応じた量、当該差分が減少する方向に、前記モータ制御手段による前記前輪用モータの制御の制御量を修正すると共に、前記後輪用回転速度計が計測した回転速度と、前記後輪伝達トルクを考慮に含めた前記後輪用モータの回転速度の理論値との差分に応じた量、当該差分が減少する方向に、前記モータ制御手段による前記後輪用モータの制御の制御量を修正する制御量修正手段を有することを特徴とするシャシーダイナモメータの制御装置。