JP5292922B2 - Method and apparatus for estimating roller surface driving force - Google Patents

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本発明は、動力計システムにおけるローラ表面駆動力の推定方法とその装置に関するものである。   The present invention relates to a roller surface driving force estimation method and apparatus in a dynamometer system.

動力計計測システムの負荷側または駆動側で、動力計測対象の機械慣性成分を電気的に補償するために電気慣性制御方式が採られている。この電気慣性制御方式としては、特許文献1が公知となっている。この特許文献1には、設置された軸トルクメータにより車両の動力伝達軸に発生する軸トルクを検出する。動力計は、軸トルクの検出値と、機械慣性分を除いた走行抵抗分のトルク設定値と、動力計の機械慣性及び設定慣性から電気慣性トルク設定値を求め、この電気慣性トルク設定値と走行抵抗分のトルク設定値との和で吸収トルクを制御する。そして、電気慣性制御のための加速度検出を不要としたことにより、電気慣性制御の応答性を高めかつ安定化した制御を可能としたことが記載されている。
特開2004−361255
An electric inertia control system is employed to electrically compensate a mechanical inertia component of a power measurement target on the load side or drive side of the dynamometer measurement system. As this electric inertia control system, Patent Document 1 is known. In Patent Document 1, a shaft torque generated in a power transmission shaft of a vehicle is detected by an installed shaft torque meter. The dynamometer obtains the electric inertia torque set value from the detected value of the shaft torque, the torque set value for the running resistance excluding the mechanical inertia, and the mechanical inertia and the set inertia of the dynamometer. The absorption torque is controlled by the sum of the torque setting value for the running resistance. Further, it is described that the acceleration detection for electric inertia control is not required, thereby improving the response of electric inertia control and enabling stable control.
JP 2004-361255 A

特許文献1では、動力計の機械系モデルを共振特性を持つ2慣性系としている。特許文献1のものは、機械系の共振特性が考慮されていないため、電気慣性制御応答を高めようとすると、機械系の共振特性に起因するハンチングや発散等の不安定現象が発生する。また、シャシーダイナモメータシステムやドライブトレインベンチシステムの動力計システムでは、機械系の共振特性以外の軸トルク検出特性、動力計角速度検出特性及びインバータ応答特性なども存在し、これらによる軸トルクの検出遅れやインバータのトルク応答遅れ要素なども考慮しないと、より高応答で安定した制御ができない。   In Patent Document 1, a mechanical system model of a dynamometer is a two-inertia system having resonance characteristics. Since the resonance characteristic of the mechanical system is not considered in Patent Document 1, an unstable phenomenon such as hunting or divergence due to the resonance characteristic of the mechanical system occurs when an attempt is made to increase the electrical inertia control response. In addition, chassis dynamometer systems and drive train bench system dynamometer systems have shaft torque detection characteristics, dynamometer angular velocity detection characteristics, and inverter response characteristics in addition to mechanical resonance characteristics, and these are the detection delays in shaft torque. Without considering the torque response delay factor of the inverter or the inverter, stable control with higher response cannot be performed.

より高応答で安定した制御を実施するために、ローラ表面駆動力推定装置の高精度が要求されている。また、試験車両にホイールトルクメータや六分力計等による駆動力測定のための計測機器が無い場合でも、高精度なローラ表面駆動力計測を要求されている。
図6はシャシーダイナモメータシステムの概略構成図を示したもので、Dyは動力計、Rは動力計Dyに連結されたローラ、IVはインバータ、RPは制御部に設けられるローラ表面駆動力推定部、TMは軸トルクメータ、EC1は動力計の回転数を検出するためのエンコーダ、EC2はローラ回転数を検出するためのエンコーダで、これら軸トルクメータTM及びエンコーダEC1,EC2によって検出された各検出信号はローラ表面駆動力推定部RPに入力される。
図7はローラ表面駆動力推定部RPの構成図を示したもので、1次のローパスフィルターを1/Td・s+1として1次のローパスフィルターの時定数Tdを設定し、ローラ慣性Jrollerに角速度dt/dωを掛けた出力にローパスフィルターを通し、軸トルク検出を減算してローラ表面駆動力推定値として算出している。
しかし、動力計には軸トルクの検出遅れや速度検出遅れが存在しているため、ローラ表面駆動力推定値の評価や、高応答なローラ表面駆動力推定を施すことが困難となっている。
In order to perform stable control with higher response, high accuracy of the roller surface driving force estimation device is required. Further, even when a test vehicle does not have a measuring device for measuring driving force such as a wheel torque meter or a six-component force meter, highly accurate roller surface driving force measurement is required.
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of a chassis dynamometer system, where Dy is a dynamometer, R is a roller connected to the dynamometer Dy, IV is an inverter, and RP is a roller surface driving force estimation unit provided in the control unit. , TM is a shaft torque meter, EC1 is an encoder for detecting the rotational speed of the dynamometer, EC2 is an encoder for detecting the rotational speed of the roller, and each detection detected by the shaft torque meter TM and encoders EC1 and EC2 The signal is input to the roller surface driving force estimation unit RP.
FIG. 7 shows a configuration diagram of the roller surface driving force estimation unit RP. The primary low-pass filter is set to 1 / Td · s + 1, the time constant Td of the primary low-pass filter is set, and the angular velocity dt is set to the roller inertia Jroller. A low-pass filter is passed through the output multiplied by / dω, and the shaft torque detection is subtracted to calculate the estimated roller surface driving force.
However, since there are shaft torque detection delays and speed detection delays in the dynamometer, it is difficult to evaluate the roller surface driving force estimation value and perform highly responsive roller surface driving force estimation.

そこで、本発明が目的とするところは、ローラ表面駆動力推定値の評価や高応答を可能とするローラ表面駆動力の推定方法とその装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a roller surface driving force estimation method and apparatus capable of evaluating a roller surface driving force estimated value and providing a high response.

本発明の請求項1は、シャフトを介してローラと連結された動力計を、制御部の出力によりインバータによって制御するシャシーダイナモメータシステムであって、制御部に有するオブザーバー部でローラ表面駆動力推定するものにおいて、
前記オブザーバー部と、このオブザーバー部に設けられるローラ表面駆動力推定のための機械系モデルをH∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法によりオブザーバー一般化プラントモデルを作成し、
前記オブザーバー部の一般化プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデル、この機械系モデルからの軸トルク信号を入力して軸トルクの検出信号を出力するトルクメータ特性モデル、機械系モデルにより演算されたローラ角速度信号を入力してローラ角速度信号を出力するエンコーダ特性モデルを有し、
前記トルクメータ特性モデルを介して生成されたトルク検出信号と重み付された軸トルク検出誤差信号の和を軸トルク検出信号としてコントローラへの観測信号として入力し、且つ前記エンコーダ特性モデルを介して検出されたローラ角速度信号と重みつけされた動力計角速度観測ノイズとの和を動力計角速度の検出信号としてコントローラへの観測信号として入力し、このコントローラの出力と前記重み付けされたローラ表面駆動力信号と差信号を重みつきのローラ表面駆動力推定信号とすることを特徴としたものである。
Claim 1 of the present invention is a chassis dynamometer system in which a dynamometer connected to a roller via a shaft is controlled by an inverter according to an output of a control unit, and the roller surface driving force is estimated by an observer unit included in the control unit. In what
An observer generalized plant model is created by a controller design method called the H∞ control and μ design method for the observer unit and a mechanical system model for estimating the roller surface driving force provided in the observer unit,
The generalized plant model of the observer unit is a mechanical system model that inputs a roller surface driving force signal and a dynamometer torque command that are respectively weighted, and calculates a roller angular velocity signal, a shaft torque signal, and a dynamometer angular velocity signal. A torque meter characteristic model that inputs a shaft torque signal from a mechanical system model and outputs a shaft torque detection signal, and an encoder characteristic model that inputs a roller angular speed signal calculated by the mechanical system model and outputs a roller angular speed signal And
The sum of the torque detection signal generated via the torque meter characteristic model and the weighted shaft torque detection error signal is input as an observation signal to the controller as an axis torque detection signal and detected via the encoder characteristic model The sum of the measured roller angular velocity signal and the weighted dynamometer angular velocity observation noise is input as an observation signal to the controller as a detection signal of the dynamometer angular velocity, and the output of the controller and the weighted roller surface driving force signal The difference signal is used as a weighted roller surface driving force estimation signal.

本発明の請求項2は、前記ローラ表面駆動力推定のための機械系モデルは、入力されたローラ表面にかかる車両駆動力によるローラの回転モーメントトルクとシャフト捩れトルク信号の和でローラ角速度信号を算出するローラ慣性モーメント要素と、入力された動力計トルク信号とシャフト捩れトルク信号の差で動力計の角速度信号を演算する動力計慣性モーメント要素と、この動力計の角速度信号と前記ローラ角速度信号の差でシャフト捩れトルク信号を演算するばね剛性要素の各伝達関数を有することを特徴としたものである。 According to a second aspect of the present invention, the mechanical system model for estimating the roller surface driving force is a roller angular velocity signal which is a sum of a rotational moment torque of the roller and a shaft torsion torque signal due to the vehicle driving force applied to the roller surface. A roller moment of inertia element to be calculated; a dynamometer moment of inertia element that calculates the angular velocity signal of the dynamometer based on the difference between the input dynamometer torque signal and the shaft torsion torque signal; and the angular velocity signal of the dynamometer and the roller angular velocity signal It is characterized by having each transfer function of a spring stiffness element for calculating the shaft torsion torque signal by the difference.

本発明の請求項3は、シャフトを介してローラと連結された動力計を、ローラ表面駆動力推定のオブザーバー部と加振指令発生部を有する制御部からの制御信号に基づいてインバータで制御するシャシーダイナモメータシステムにおいて、
前記オブザーバー部で、シャシーダイナモメータシステムの検出された角速度信号とシャフトの軸トルク信号を入力してローラ表面駆動力推定値を算出し、前記加振指令発生部からの加振指令をトルク電流指令に重畳し、この重畳トルク電流指令からオブザーバー出力の周波数特性や伝達関数を求めるよう構成すると共に、
前記オブザーバー部と、このオブザーバー部に設けられるローラ表面駆動力推定のための機械系モデルは、H∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法により作成されたオブザーバー一般化プラントモデルとし、
オブザーバー部の一般化プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデル、この機械系モデルからの軸トルク信号を入力して軸トルクの検出信号を出力するトルクメータ特性モデル、機械系モデルからの動力計角速度を入力して動力計角速度信号を出力するエンコーダ特性モデルを有し、
且つ一般化プラントモデルは、前記トルクメータ特性モデルを介して生成されたトルク検出信号と重み付された軸トルク検出誤差信号の和を軸トルク検出信号としてコントローラへの観測信号として入力すると共に、前記エンコーダ特性モデルを介して検出された動力計角速度信号と重みつけされた動力計角速度観測ノイズとの和を動力計角速度の検出信号としてコントローラへの観測信号として入力し、このコントローラの出力と前記重み付けされたローラ表面駆動力信号と差信号を重みつきのローラ表面駆動力推定信号とするよう構成したことを特徴とした
ものである。
According to a third aspect of the present invention, the dynamometer connected to the roller through the shaft is controlled by an inverter based on a control signal from a control unit having an observer unit for estimating the roller surface driving force and a vibration command generating unit. In the chassis dynamometer system,
The observer unit inputs the angular velocity signal detected by the chassis dynamometer system and the shaft torque signal of the shaft to calculate the estimated roller surface driving force, and the excitation command from the excitation command generation unit is a torque current command. superimposed on, when configured to determine the frequency characteristic and transfer function observer output from the specified superimposed torque current command both
The observer unit and the mechanical system model for estimating the roller surface driving force provided in the observer unit are an observer generalized plant model created by a controller design method called H∞ control and μ design method,
The generalized plant model of the observer section is a mechanical system model that inputs a weighted roller surface driving force signal and a dynamometer torque command and calculates a roller angular velocity signal, a shaft torque signal of a shaft, and a dynamometer angular velocity signal. A torque meter characteristic model that inputs a shaft torque signal from a system model and outputs a detection signal of a shaft torque, an encoder characteristic model that inputs a dynamometer angular speed from a mechanical system model and outputs a dynamometer angular speed signal,
The generalized plant model inputs the sum of the torque detection signal generated via the torque meter characteristic model and the weighted shaft torque detection error signal as an axis torque detection signal as an observation signal to the controller, and The sum of the dynamometer angular velocity signal detected via the encoder characteristic model and the weighted dynamometer angular velocity observation noise is input as an observation signal to the controller as a dynamometer angular velocity detection signal, and the output of the controller and the weighting The roller surface driving force signal and the difference signal thus formed are used as weighted roller surface driving force estimation signals .

以上のとおり、本発明によれば、ローラ表面駆動力推定を実行するオブザーバー部を、H∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法を用いて設計したものである。これにより、機械系の共振特性、軸トルク検出特性、動力計角速度検出特性、ローラ角速度検出特性など、動力計システムの制御応答性能に影響する各特性を考慮したオブザーバー部の設計が可能となると共に、動力計システムにおける高応答なローラ表面駆動力推定が可能となるものである。
また、このオブザーバー部を動力計システムの制御部に組み込むことにより、動力計のトルク電流指令からローラ表面駆動力推定の周波数特性や伝達関数を求めることが出来る。また、試験車両にホイールトルクメータや六分力計等による駆動力測定のための計測機器が無い場合でも、高精度なローラ表面駆動力計測することが出来る。
As described above, according to the present invention, the observer unit for executing the roller surface driving force estimation is designed by using a controller design method called H∞ control and μ design method. This makes it possible to design an observer unit that takes into account various characteristics that affect the control response performance of the dynamometer system, such as mechanical system resonance characteristics, shaft torque detection characteristics, dynamometer angular speed detection characteristics, and roller angular speed detection characteristics. This makes it possible to estimate the roller surface driving force with high response in the dynamometer system.
Further, by incorporating this observer unit into the control unit of the dynamometer system, it is possible to obtain the frequency characteristics and transfer function of the roller surface driving force estimation from the torque current command of the dynamometer. Further, even when the test vehicle does not have a measuring device for measuring driving force such as a wheel torque meter or a six-component force meter, the roller surface driving force can be measured with high accuracy.

本発明は、特許文献1のように電気慣性制御回路そのものを提供するものではなく、ローラ表面駆動力推定回路のオブザーバー(ローラ表面駆動力推定)部を
「H∞制御」「μ設計法」と呼称されるコントローラ設計手法により作成し、状態方程式のパラメータを算出してローラ表面駆動力推定値とするものである。
なお、「H∞制御」「μ設計法」「一般化プラント」については、例えば、劉康志著、「線形ロバスト制御」、コロナ社、2002年などにおいて、ロバスト制御の一般的な教科書で説明されている。
The present invention does not provide the electric inertia control circuit itself as in Patent Document 1, and the observer (roller surface driving force estimation) portion of the roller surface driving force estimation circuit is referred to as “H∞ control” and “μ design method”. It is created by a so-called controller design method, and parameters of the state equation are calculated to obtain an estimated value of the roller surface driving force.
“H∞ control”, “μ design method”, and “generalized plant” are explained in general textbooks of robust control in, for example, Liu Yasushi, “Linear Robust Control”, Corona, 2002, etc. ing.

本発明は、上記手法を用いて設計された一般化プラントモデルを用いて図6で示すシャシーダイナモメータシステムに使用される。以下、実施例に基づいて説明する。   The present invention is used in the chassis dynamometer system shown in FIG. 6 using a generalized plant model designed by using the above method. Hereinafter, a description will be given based on examples.

図1は、ローラ表面駆動力推定回路のオブザーバーを、また、図2はオブザーバーの機械系モデルをそれぞれ一般化プラントに基づき「H∞制御」または、「μ設計法」にて状態方程式のパラメータを算出するものである。
図1で示すローラ表面駆動力推定のためのオブザーバーの一般化プラントモデルには、その外乱としてローラ表面駆動力w1、動力計トルク指令w2、軸トルク観測ノイズw3、及び動力計角速度観測ノイズw4が入力され、観測量A,Bが検出されてコントローラ10に入力される。外乱信号は、実際にシャシーダイナモメータシステムが駆動されていることを想定し、その時の制御ループに発生するノイズが外乱信号となり、ここではw1〜w4の4つになっている。コントローラ10では、ローラ表面駆動力推定の状態方程式のパラメータを設定し、ゲインが小さくなるようアルゴリズムに基づいてパラメータを決定する。また、一般化プラントモデルでは、制御量としてz1〜z4が生成される。
Fig. 1 shows the observer of the roller surface driving force estimation circuit, and Fig. 2 shows the parameters of the state equation using the "H∞ control" or "μ design method" based on the generalized plant. Is to be calculated.
The generalized plant model of the observer for estimating the roller surface driving force shown in FIG. 1 includes a roller surface driving force w1, a dynamometer torque command w2, a shaft torque observation noise w3, and a dynamometer angular velocity observation noise w4 as disturbances. The observation quantities A and B are detected and input to the controller 10. The disturbance signal assumes that the chassis dynamometer system is actually driven, and noise generated in the control loop at that time is a disturbance signal, and here, there are four disturbance signals w1 to w4. The controller 10 sets the parameters of the state equation for estimating the roller surface driving force, and determines the parameters based on an algorithm so that the gain becomes small. In the generalized plant model, z1 to z4 are generated as control amounts.

入力された外乱には、それぞれは重み係数付加手段1(Ow1(s))〜4(Ow4(s))、及び11(Oz1(s))〜14(Oz4(s))において各別に重み付けされ、求める特性が得られるようになっている。すなわち、手段1では、車両駆動力にかける重みで、ある定数がかけられてローラの回転モーメントトルクJ1.Tとし機械系モデル20(Omec(s))に出力すると共に、減算手段7に出力する。手段2では、動力計のトルク指令にかける重みで、ある定数がかけられてその出力はJ2.Tとして機械系モデル20に出力する。手段3では、軸トルクの検出誤差にかける重みで、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされ、加算手段5に出力する。手段4では、動力計角速度検出誤差にかける重みで、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされて、加算手段6に出力される。   The input disturbances are weighted individually in weighting factor adding means 1 (Ow1 (s)) to 4 (Ow4 (s)) and 11 (Oz1 (s)) to 14 (Oz4 (s)), respectively. The desired characteristics can be obtained. That is, in the means 1, a certain constant is multiplied by the weight applied to the vehicle driving force, and it is outputted to the mechanical system model 20 (Omec (s)) as a rotational moment torque J1.T of the roller and also outputted to the subtracting means 7. . In the means 2, a constant is multiplied by the weight applied to the torque command of the dynamometer, and the output is output to the mechanical system model 20 as J2.T. In the means 3, the weight applied to the detection error of the shaft torque is set to a certain constant or a characteristic such that the gain is increased in a high range, and is output to the adding means 5. In the means 4, the weight applied to the dynamometer angular velocity detection error is set to a certain constant or a characteristic such that the gain is increased in a high range, and is output to the adding means 6.

8(Otm(s))は軸トルクを検出するトルクメータ特性生成手段(トルクメータ特性モデル)で、機械モデル20からの結合シャフトの軸トルクK12.Tを入力して所定のトルクメータ特性として加算手段5に出力する。加算手段5では、重み付けされた軸トルクの検出誤差信号とトルクメータ特性を加算して軸トルク検出値を生成し、観測量Aとしてコントローラ10に入力される。9(Oenc(s))はエンコーダ特性生成手段(エンコーダ特性モデル)で、機械モデル20からの動力計角速度J2.wを入力して所定のエンコーダ特性を生成し、加算部6に出力する。加算部6では、重み付けされた動力計角速度検出誤差信号とエンコーダ特性を加算して動力計角速度検出値を生成し、観測量Bとしてコントローラ10に出力する。コントローラ10では入力された信号に基づいて所定の演算を実行する。その演算信号は減算手段7に出力してローラの回転モーメントトルクJ1.Tとの減算が行われ、手段11に出力する。   8 (Otm (s)) is a torque meter characteristic generating means (torque meter characteristic model) for detecting the shaft torque. The shaft torque K12.T of the coupled shaft from the mechanical model 20 is input and added as a predetermined torque meter characteristic. Output to means 5. The adding means 5 adds the weighted shaft torque detection error signal and the torque meter characteristic to generate a shaft torque detection value, which is input to the controller 10 as the observation amount A. Reference numeral 9 (Oenc (s)) denotes an encoder characteristic generation means (encoder characteristic model), which inputs the dynamometer angular velocity J2.w from the machine model 20 to generate a predetermined encoder characteristic and outputs it to the adder 6. The adding unit 6 adds the weighted dynamometer angular velocity detection error signal and the encoder characteristic to generate a dynamometer angular velocity detection value, and outputs it to the controller 10 as an observation amount B. The controller 10 performs a predetermined calculation based on the input signal. The calculated signal is output to the subtracting means 7, subtracted from the rotational moment torque J1.T of the roller, and output to the means 11.

手段11(Oz1(s))は、ローラ表面駆動力推定の偏差値に重み付けをする手段で、積分特性、または、高域でゲインが低くなるような所定の特性にして重みつきローラ表面駆動力推定値z1とし出力する。手段12(Oz2(s))は、軸トルクに重みをかける手段で、機械系モデル20からの軸トルクK12.Tを入力してある定数、または、高域でゲインが高くなるような所定の特性にして軸トルク制御指令z2とし出力する。手段13(Oz3(s))は、機械系モデル20からの動力計角速度J2.wに重みをかける手段で、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような所定の特性にして重み付けされた動力計角速度指令z3とし出力する。手段14(Oz4(s))は機械系モデル20からのローラ角速度検出に重みをかける手段で、ある定数、または、高域でゲインが高くなる特性として重みつきローラ角速度指令z4として出力する。   The means 11 (Oz1 (s)) is a means for weighting the deviation value of the roller surface driving force estimation, and the weighted roller surface driving force is set to an integral characteristic or a predetermined characteristic such that the gain becomes low in a high range. The estimated value z1 is output. Means 12 (Oz2 (s)) is means for applying a weight to the shaft torque, and is a constant to which the shaft torque K12.T from the mechanical system model 20 is input or a predetermined value that increases the gain in the high range. The characteristic is output as a shaft torque control command z2. The means 13 (Oz3 (s)) is a means for applying a weight to the dynamometer angular velocity J2.w from the mechanical system model 20, and is weighted with a predetermined characteristic or a predetermined characteristic that increases the gain in a high frequency range. Output as the dynamometer command z3. Means 14 (Oz4 (s)) is means for applying a weight to the detection of the roller angular velocity from the mechanical system model 20, and outputs it as a weighted roller angular velocity command z4 as a characteristic that increases the gain in a certain constant or high frequency range.

図2で示すローラ表面駆動力推定のためのオブザーバーの機械系モデル20は、動力計の機械特性を伝達関数で表現したもので、2慣性機械系のモデルである。この実施例での機械系モデルは、J1.TとJ2.Tを入力として持ち、J1.w、K12.T、及びJ2.wを出力として持つ。
同図において、21はローラ慣性モーメント要素で、その出力はローラ角速度J1.wとして一般化プラントへ出力すると共に、減算手段26に出力する。22はばね剛性要素で、減算手段26により演算された動力計角速度とローラ角速度の差信号が入力されてシャフト捩れトルクK12.T信号として一般化プラントへ出力すると共に、加算手段24と減算手段25に出力する。加算手段24では、ローラ表面にかかる車両駆動力によるローラの回転モーメントJ1.Tとシャフト捩れトルクK12.Tが加算されてローラ慣性モーメント要素21に入力される。また、減算手段25では、入力された動力計トルク信号J2.Tとシャフト捩れトルクK12.Tの差信号が求められて動力計慣性モーメント要素23に出力され、この動力計慣性モーメント要素23において動力計角速度J2.wを演算して一般化プラントへ出力すると共に、減算手段26に出力される。
The observer mechanical system model 20 for estimating the roller surface driving force shown in FIG. 2 expresses the mechanical characteristics of the dynamometer as a transfer function, and is a model of a two-inertia mechanical system. The mechanical system model in this embodiment has J1.T and J2.T as inputs, and J1.w, K12.T, and J2.w as outputs.
In the figure, 21 is a roller inertia moment element, and its output is outputted to the generalized plant as a roller angular velocity J1.w and also outputted to the subtracting means 26. A spring stiffness element 22 receives the difference signal between the dynamometer angular velocity and the roller angular velocity calculated by the subtracting means 26 and outputs it as a shaft torsion torque K12.T signal to the generalized plant. Output to. In the adding means 24, the rotational moment J1.T of the roller due to the vehicle driving force applied to the roller surface and the shaft torsion torque K12.T are added and input to the roller inertia moment element 21. Further, the subtracting means 25 obtains a difference signal between the input dynamometer torque signal J2.T and the shaft torsion torque K12.T and outputs it to the dynamometer inertia moment element 23. The angular velocity J2.w is calculated and output to the generalized plant and also output to the subtracting means 26.

図3は図1のようにして設計されたオブザーバー部を、図6で示すシャシーダイナモメータシステムに適用してローラ表面駆動力推定するための装置で、このオブザーバー部は、エンコーダにより検出された角速度信号と、軸トルクメータによって検出された軸トルク信号を入力して所定の演算を実行し、ローラ表面駆動力推定値として出力する。   FIG. 3 is an apparatus for estimating the roller surface driving force by applying the observer part designed as shown in FIG. 1 to the chassis dynamometer system shown in FIG. 6, and this observer part is an angular velocity detected by an encoder. The signal and the shaft torque signal detected by the shaft torque meter are input, a predetermined calculation is executed, and the roller surface driving force estimated value is output.

この実施例によれば、オブザーバー部は、機械系の共振特性、軸トルク検出特性、及び動力計角速度検出特性などを考慮したことにより、動力計システムにおける高応答なローラ表面駆動力推定が可能となるものである。   According to this embodiment, the observer unit can estimate the roller surface driving force with high response in the dynamometer system by considering the resonance characteristic of the mechanical system, the shaft torque detection characteristic, the dynamometer angular velocity detection characteristic, and the like. It will be.

図4は第2の実施例を示すローラ表面駆動力推定のオブザーバー一般化プラントモデルを示したもので、図1のオブザーバー一般化プラントモデルと相違する点は、エンコーダ特性生成手段9に入力される信号は機械系モデル20が出力するローラ角速度J1.wとなっていることである。したがって、エンコーダ特性生成手段9が出力するエンコーダの特性は、ローラの角速度に基づいて生成されて加算手段6に出力される。また、ローラ角速度観測ノイズw4が入力される手段4では、ローラ角速度検出誤差にかける重みで、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされて、加算手段6に出力される。加算手段6では、この信号と手段4からの信号が加算され、ローラ角速度制御偏差の観測量Bとしてコントローラ10に入力される。他は実施例1と同様である。 FIG. 4 shows an observer generalized plant model for estimating the roller surface driving force according to the second embodiment. The difference from the observer generalized plant model of FIG. The signal is the roller angular velocity J1.w output from the mechanical system model 20. Therefore, the encoder characteristic output by the encoder characteristic generation unit 9 is generated based on the angular velocity of the roller and output to the addition unit 6. In the means 4 to which the roller angular velocity observation noise w4 is inputted , the weight applied to the roller angular velocity detection error is set to a certain constant or a characteristic such that the gain is increased in a high range, and is output to the adding means 6. . In the adding means 6, this signal and the signal from the means 4 are added and input to the controller 10 as the observation amount B of the roller angular velocity control deviation. Others are the same as in the first embodiment.

この実施例によれば、一般化プラントにおける観測量を軸トルク検出(観測量A)とローラ角速度制御偏差(観測量B)としたものである。これにより、実施例1と同等の効果が得られる。   According to this embodiment, the observed quantity in the generalized plant is the axial torque detection (observed quantity A) and the roller angular velocity control deviation (observed quantity B). Thereby, the same effect as Example 1 is acquired.

図5はオブザーバーの評価装置を示す構成図である。30はローラ上に被試験車両が載置されたシャシーダイナモメータの実機で、その動力計はインバータIVの出力により制御される。40は制御部で、この制御部40には、図1又は図4で示した一般化プラントをH∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法により作成したオブザーバー部41と加振指令部42等を有している。オブザーバー部41には、実機30の軸トルク検出値と角速度検出値がそれぞれ無駄時間を要して入力され、ローラ表面駆動力推定値として出力する。加振指令部42では、ランダム加振指令などの加振指令が重畳されて動力計のトルク電流指令としてインバータIVの制御回路に出力される。
したがって、ローラ上に試験車両を載せた状態にて、加振指令部42による加振指令が重畳されたトルク電流指令を入力値とし、オブザーバー部41によるローラ表面駆動力推定値を出力値とした場合、入力と出力の関係から周波数特性や伝達関数を求めることで、動力計からローラ表面駆動力の伝達特性が把握できる。
すなわち、加振指令部42からの加振指令を可変することで、検出される軸トルク信号、角速度信号は各検出無駄時間を経てオブザーバー部41に入力され、その結果は縦軸にゲイン、位相、横軸に周波数を表したボード線図とした入力動力計トルク指令から出力Fx.OBSの特性が観測される。
このとき、例えば、周波数を増加させていったとき、或る周波数となったときにゲインや位相が急変するという挙動が発生する。その挙動発生時点をオブザーバー41の出力で観測することによりローラ表面駆動力推定値の評価が可能となる。
FIG. 5 is a block diagram showing an observer evaluation apparatus. Reference numeral 30 denotes an actual chassis dynamometer in which a vehicle under test is placed on a roller, and its dynamometer is controlled by the output of the inverter IV. Reference numeral 40 denotes a control unit. The control unit 40 includes an observer unit 41 and an excitation command unit that are created by a controller design technique called the H∞ control and μ design method for the generalized plant shown in FIG. 42 etc. The observer 41 is input with the detected shaft torque value and the detected angular velocity value of the actual machine 30 with a dead time, and outputs the estimated value as the roller surface driving force. In the vibration command unit 42, a vibration command such as a random vibration command is superimposed and output to the control circuit of the inverter IV as a dynamometer torque current command.
Therefore, in a state where the test vehicle is mounted on the roller, the torque current command on which the vibration command by the vibration command unit 42 is superimposed is set as an input value, and the estimated roller surface driving force value by the observer unit 41 is set as an output value. In this case, the transfer characteristic of the roller surface driving force can be grasped from the dynamometer by obtaining the frequency characteristic and transfer function from the relationship between the input and the output.
That is, by changing the vibration command from the vibration command unit 42, the detected shaft torque signal and angular velocity signal are input to the observer unit 41 after each detection dead time, and the result is the gain and phase on the vertical axis. , The output Fx. From the input dynamometer torque command as a Bode diagram with frequency on the horizontal axis. Observe the characteristics of OBS.
At this time, for example, when the frequency is increased, a behavior occurs in which the gain and the phase change suddenly when the frequency is reached. By observing the behavior occurrence time with the output of the observer 41, it is possible to evaluate the estimated roller surface driving force.

この実施例によれば、試験車両にホイールトルクメータや六分力計等による駆動力測定のための計測機器が無い場合でも、オブザーバー41を制御部40に追加することでローラ表面駆動力推定値の評価が可能となり、動力計のトルク電流指令からローラ表面駆動力推定の周波数特性や伝達関数を求めることが出来る。   According to this embodiment, even when the test vehicle does not have a measuring device for measuring driving force such as a wheel torque meter or a six-component force meter, the estimated value of the roller surface driving force can be obtained by adding the observer 41 to the control unit 40. The frequency characteristics and transfer function for estimating the roller surface driving force can be obtained from the torque current command of the dynamometer.

本発明のオブザーバーの一般化プラントモデルの模式図。The schematic diagram of the generalized plant model of the observer of this invention. オブザーバーの一般化プラントモデルに適用される機械系モデル図。The mechanical system model figure applied to the generalized plant model of an observer. オブザーバーのブロック図。Block diagram of the observer. 本発明のオブザーバーの一般化プラントモデルの模式図。The schematic diagram of the generalized plant model of the observer of this invention. 動力計システムへのオブザーバー適用による構成図。The block diagram by the observer application to a dynamometer system. シャシーダイナモメータシステムの構成図。The block diagram of a chassis dynamometer system. 従来のローラ表面駆動力推定回路のブロック図。The block diagram of the conventional roller surface driving force estimation circuit.

符号の説明Explanation of symbols

Dy…動力計
IV…インバータ
RP…ローラ表面推定駆動力推定回路
R…ローラ
EC(EC1,EC2)…エンコーダ
TM…トルクメータ
10…コントローラ
20…機械系モデル
30…実機(動力計システム)
40…制御部
Dy ... Dynamometer IV ... Inverter RP ... Roller surface estimated driving force estimation circuit R ... Roller EC (EC1, EC2) ... Encoder TM ... Torque meter 10 ... Controller 20 ... Mechanical system model 30 ... Actual machine (dynamometer system)
40 ... Control unit

Claims (3)

シャフトを介してローラと連結された動力計を、制御部の出力によりインバータによって制御するシャシーダイナモメータシステムであって、制御部に有するオブザーバー部でローラ表面駆動力推定するものにおいて、
前記オブザーバー部と、このオブザーバー部に設けられるローラ表面駆動力推定のための機械系モデルをH∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法によりオブザーバー一般化プラントモデルを作成し、
前記オブザーバー部の一般化プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデル、この機械系モデルからの軸トルク信号を入力して軸トルクの検出信号を出力するトルクメータ特性モデル、機械系モデルにより演算されたローラ角速度信号を入力してローラ角速度信号を出力するエンコーダ特性モデルを有し、
前記トルクメータ特性モデルを介して生成されたトルク検出信号と重み付された軸トルク検出誤差信号の和を軸トルク検出信号としてコントローラへの観測信号として入力し、且つ前記エンコーダ特性モデルを介して検出されたローラ角速度信号と重みつけされた動力計角速度観測ノイズとの和を動力計角速度の検出信号としてコントローラへの観測信号として入力し、このコントローラの出力と前記重み付けされたローラ表面駆動力信号と差信号を重みつきのローラ表面駆動力推定信号とすることを特徴としたローラ表面駆動力推定方法。
A chassis dynamometer system for controlling a dynamometer connected to a roller via a shaft by an inverter according to an output of a control unit, and estimating a roller surface driving force with an observer unit included in the control unit,
An observer generalized plant model is created by a controller design method called the H∞ control and μ design method for the observer unit and a mechanical system model for estimating the roller surface driving force provided in the observer unit,
The generalized plant model of the observer unit is a mechanical system model that inputs a roller surface driving force signal and a dynamometer torque command that are respectively weighted, and calculates a roller angular velocity signal, a shaft torque signal, and a dynamometer angular velocity signal. A torque meter characteristic model that inputs a shaft torque signal from a mechanical system model and outputs a shaft torque detection signal, and an encoder characteristic model that inputs a roller angular speed signal calculated by the mechanical system model and outputs a roller angular speed signal And
The sum of the torque detection signal generated via the torque meter characteristic model and the weighted shaft torque detection error signal is input as an observation signal to the controller as an axis torque detection signal and detected via the encoder characteristic model The sum of the measured roller angular velocity signal and the weighted dynamometer angular velocity observation noise is input as an observation signal to the controller as a detection signal of the dynamometer angular velocity, and the output of the controller and the weighted roller surface driving force signal A roller surface driving force estimation method, wherein the difference signal is a weighted roller surface driving force estimation signal.
前記ローラ表面駆動力推定のための機械系モデルは、入力されたローラ表面にかかる車両駆動力によるローラの回転モーメントトルクとシャフト捩れトルク信号の和でローラ角速度信号を算出するローラ慣性モーメント要素と、入力された動力計トルク信号とシャフト捩れトルク信号の差で動力計の角速度信号を演算する動力計慣性モーメント要素と、この動力計の角速度信号と前記ローラ角速度信号の差でシャフト捩れトルク信号を演算するばね剛性要素の各伝達関数を有することを特徴とした請求項1記載のローラ表面駆動力推定方法。 The mechanical system model for estimating the roller surface driving force includes a roller inertia moment element that calculates a roller angular velocity signal based on a sum of a rotational torque torque of the roller and a shaft torsion torque signal due to a vehicle driving force applied to the input roller surface; A dynamometer inertial moment element that calculates the angular velocity signal of the dynamometer based on the difference between the input dynamometer torque signal and the shaft torsional torque signal; The roller surface driving force estimation method according to claim 1, wherein each of the transfer functions of a spring stiffness element is provided . シャフトを介してローラと連結された動力計を、ローラ表面駆動力推定のオブザーバー部と加振指令発生部を有する制御部からの制御信号に基づいてインバータで制御するシャシーダイナモメータシステムにおいて、
前記オブザーバー部で、シャシーダイナモメータシステムの検出された角速度信号とシャフトの軸トルク信号を入力してローラ表面駆動力推定値を算出し、前記加振指令発生部からの加振指令をトルク電流指令に重畳し、この重畳トルク電流指令からオブザーバー出力の周波数特性や伝達関数を求めるよう構成すると共に、
前記オブザーバー部と、このオブザーバー部に設けられるローラ表面駆動力推定のための機械系モデルは、H∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法により作成されたオブザーバー一般化プラントモデルとし、
オブザーバー部の一般化プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデル、この機械系モデルからの軸トルク信号を入力して軸トルクの検出信号を出力するトルクメータ特性モデル、機械系モデルからの動力計角速度を入力して動力計角速度信号を出力するエンコーダ特性モデルを有し、
且つ一般化プラントモデルは、前記トルクメータ特性モデルを介して生成されたトルク検出信号と重み付された軸トルク検出誤差信号の和を軸トルク検出信号としてコントローラへの観測信号として入力すると共に、前記エンコーダ特性モデルを介して検出された動力計角速度信号と重みつけされた動力計角速度観測ノイズとの和を動力計角速度の検出信号としてコントローラへの観測信号として入力し、このコントローラの出力と前記重み付けされたローラ表面駆動力信号と差信号を重みつきのローラ表面駆動力推定信号とするよう構成したことを特徴としたローラ表面駆動力推定装置。
In a chassis dynamometer system for controlling a dynamometer connected to a roller via a shaft by an inverter based on a control signal from a control unit having an observer unit and a vibration command generation unit for estimating roller surface driving force,
The observer unit inputs the angular velocity signal detected by the chassis dynamometer system and the shaft torque signal of the shaft to calculate the estimated roller surface driving force, and the excitation command from the excitation command generation unit is a torque current command. And is configured to obtain the frequency characteristic and transfer function of the observer output from this superimposed torque current command,
The observer unit and the mechanical system model for estimating the roller surface driving force provided in the observer unit are an observer generalized plant model created by a controller design method called H∞ control and μ design method,
The generalized plant model of the observer section is a mechanical system model that inputs a weighted roller surface driving force signal and a dynamometer torque command and calculates a roller angular velocity signal, a shaft torque signal of a shaft, and a dynamometer angular velocity signal. A torque meter characteristic model that inputs a shaft torque signal from a system model and outputs a detection signal of a shaft torque, an encoder characteristic model that inputs a dynamometer angular speed from a mechanical system model and outputs a dynamometer angular speed signal,
The generalized plant model inputs the sum of the torque detection signal generated via the torque meter characteristic model and the weighted shaft torque detection error signal as an axis torque detection signal as an observation signal to the controller, and The sum of the dynamometer angular velocity signal detected via the encoder characteristic model and the weighted dynamometer angular velocity observation noise is input as an observation signal to the controller as a dynamometer angular velocity detection signal, and the output of the controller and the weighting A roller surface driving force estimation apparatus configured to use the roller surface driving force signal and the difference signal as a weighted roller surface driving force estimation signal .
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