JP5561444B2 - ドライブトレインの試験システム - Google Patents

Description

本発明は、ドライブトレインの試験システムに関する。

ドライブトレインとは、エンジンで発生したエネルギーを駆動輪に伝達するための複数の装置の総称をいい、エンジン、クラッチ、トランスミッション、ドライブシャフト、プロペラシャフト、デファレンシャルギヤ、および駆動輪などで構成される。ドライブトレインの性能評価試験では、実際にエンジンでトランスミッションを駆動し続けることにより、その耐久性能や品質などが評価される。近年では、このようなドライブトレインの試験を行うシステムとして、ワークに入力する駆動トルクを、実エンジンの代わりにモータで発生させるものが提案されている。

図７は、ドライブトレインの試験システム１０１の構成を模式的に示す図である。図７では、ＦＲ駆動方式のドライブトレインを供試体とした例について説明する。
ドライブトレインの一部を構成するワーク１０２の入力軸にはエンジンを模したモータ１０３の駆動軸が連結され、ワーク１０２の出力軸であるプロペラシャフト１０４にはワーク１０２の変速出力を吸収するための負荷に相当する動力計１０５が接続される。試験システム１０１には、ワーク１０２の入力軸に作用する軸トルクを検出するトルクメータ１０６と、ワーク１０２の出力軸に作用する軸トルクを検出するトルクメータ１０７とが設けられており、これらメータ１０６、１０７の検出値に基づいて、モータ１０３で発生させる駆動トルクおよび動力計１０５で発生させる吸収トルクが制御される。

また、実エンジンでは各気筒における燃焼工程に起因して周期的なトルク変動が生じるところ、図７に示すようなモータを利用した試験システム１０１においても、一定の駆動トルクを発生させるための直流成分に正弦波による交流成分を合算することにより、モータで発生する駆動トルクを擬似的に変動させ、試験の再現性を向上したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−７１５２０号公報

ところで近年では、より幅広い車種への対応や試験の再現性の向上のため、以上のような試験システムに対し、より大きな駆動トルクを発生させることが望まれている。このような要望に対しては、モータをより大径のものに変更することが考えられるものの、以下で説明するように、試験システムのレイアウト上の制約からモータの大径化は困難である。

図８は、上記図７の試験システム１０１において、供試体をＦＦ駆動方式のドライブトレインに変更したものである。
図８に示すように、ＦＦ駆動方式のドライブトレインでは、クラッチ、デファレンシャルギヤ、およびトランスミッションなどで構成されたワーク１０８に対し、出力軸であるドライブシャフト１０９は両側へ延在しているため、ドライブシャフト１０９や、ドライブシャフト１０９の両端に接続される動力計１１０，１１１およびトルクメータ１１２，１１３などを設ける位置を確保すると、モータ１０３の大径化には限界がある。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、エンジンを模したモータを大径化することなく大きな駆動トルクを発生させることができるドライブトレインの試験システムを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため本発明は、加振周波数の交流成分を含むトルク指令に応じて発生させた駆動トルクを、ドライブトレインの一部を構成するワーク（例えば、後述のワークＷ）の入力軸（例えば、後述の入力軸Ｓ１）に入力することにより、当該ワークの性能を評価するドライブトレインの試験システム（例えば、後述の試験システム１）を提供する。この試験システムは、第１モータ（例えば、後述の第１モータ２ａ）と、その駆動軸の一端側で前記第１モータの駆動軸に連結され、他端側で前記ワークの入力軸に連結された第２モータ（例えば、後述の第２モータ２ｂ）と、前記ワークおよび前記第２モータ間の軸に作用するトルクを検出する軸トルク検出手段（例えば、後述のトルクメータ６）と、前記軸トルク検出手段の検出値に基づいて、前記第１モータ、前記第２モータ、および前記ワークを連結する軸のねじり共振が抑制されるように、前記トルク指令を前記第１モータに対する第１トルク指令と前記第２モータに対する第２トルク指令とに分担する共振抑制回路（例えば、後述の共振抑制回路５）と、を備えることを特徴とする。

（１）の発明では、第１モータと第２モータとの２つのモータの駆動軸を連結する。すなわち、ワークの入力軸に入力する駆動トルクを発生するモータを、２つのモータを直列に接続したいわゆるタンデム構成とすることにより、個々のモータを大径化することなく大きな駆動トルクを発生することができる。このため、より幅広い車種に対して試験を行うことができるとともに、試験の再現性も向上できる。

ところで、図７に示す従来の試験システム１０１において、ワーク１０２を単一の慣性モーメントで特徴付けられた剛体として捉えると、試験システム１０１における制御対象は、モータ１０３の慣性モーメントＪ_{ＭＯＴＯＲ}［ｋｇｍ^２］と、ワーク１０２の慣性モーメントＪ_ＷＯＲＫ［ｋｇｍ^２］と、これらモータ１０３およびワーク１０２を連結するねじり弾性軸のばね定数Ｋ_ｔｍ［Ｎｍ／ｒａｄ］との３つのパラメータで特徴付けられた２慣性系とみなすことができる（図９参照）。この２慣性系は、モータ１０３およびワーク１０２間の軸のねじり振動において、下記式（１）で示される共振周波数ｆ_ｒ［Ｈｚ］が存在することは周知である。

この式（１）で示す共振周波数ｆｒは、実エンジンを模してモータで発生させるトルク変動の周波数（加振周波数）の帯域よりも十分に低いため、従来の試験システム１０１では、加振周波数でトルクを変動させたとしても、このようなねじり共振の存在が課題として顕在化することはなかった。

しかしながら本発明のように、第１モータと第２モータのタンデム構成とし制御対象が従来の２慣性系から３慣性系になることにより、ワークおよび第２モータ間並びに第１モータおよび第２モータ間の軸のねじり振動における共振周波数が、上記加振周波数の帯域内あるいはその近傍に存在するようになってしまうため、共振時の機械系の保護という新たな課題が生じる。これに対し（１）の発明では、モータをタンデム構成とすることで顕在化するねじり共振の課題を考慮し、ワークおよび第２モータ間の軸トルクの検出に基づいて、ねじり共振が抑制されるように、加振周波数の交流成分を含むトルク指令を、第１モータに対する第１トルク指令と第２モータに対する第２トルク指令とに分担する共振抑制回路を設けた。これにより、大きな駆動トルクを発生させながらかつ共振から機械系を保護することが可能となる。

（２）この場合、前記第１モータの慣性モーメント（Ｊ１）、前記第２モータの慣性モーメント（Ｊ２）、前記ワークの慣性モーメント（Ｊ３）、前記第１モータおよび前記第２モータを連結するねじり軸のばね定数（Ｋ１２）、並びに前記第２モータおよび前記ワークを連結するねじり軸のばね定数（Ｋ２３）で特徴付けられた伝達関数を有する３慣性系の機械系モデルをノミナルプラント（例えば、後述のノミナルプラントＰ）とした一般化プラント（例えば、後述の一般化プラント７，７Ａ）を定義し、前記共振抑制回路は、前記一般化プラントにＨ∞制御またはμ設計法と呼称される制御系設計方法を適用して設計されることが好ましい。

Ｈ∞制御やμ設計法などのロバスト制御理論に基づくコントローラの設計方法では、設計用のモデルとしてノミナルプラントを選定し、このノミナルプラントと実際の制御対象との差である不確かさの範囲を見積もり、この範囲内の変動を含むようなモデル集合に対し、ロバスト安定性が保障されかつ所望の制御目的が達成されるようにコントローラを設計する方法である。（２）の発明では、上述のようなねじり共振が生じ得る３慣性系の機械モデルをノミナルプラントとした一般化プラントに対し、Ｈ∞制御またはμ設計法を適用して共振抑制回路を設計することにより、ワークおよび第２モータ間並びに第１モータおよび第２モータ間のねじり共振が抑制されるように第１モータと第２モータとに適切にトルクを分担させることができる。

（３）この場合、前記共振抑制回路により算出された第１トルク指令に応じた電力を前記第１モータに供給する第１インバータ（例えば、後述の第１インバータ３ａ）と、前記共振抑制回路により算出された第２トルク指令に応じた電力を前記第２モータに供給する第２インバータ（例えば、後述の第２インバータ３ｂ）と、をさらに備え、前記一般化プラントは、前記第１インバータの制御誤差（ｗ１）と、前記第２インバータの制御誤差（ｗ２）と、前記軸トルク検出手段の検出誤差（ｗ５）と、を外乱として含み、前記一般化プラントは、重み付けされたトルク指令と第１トルク指令および第２トルク指令の総和との差分に重み付けしたもの（ｚ１）と、前記軸トルク検出手段の特性を有する伝達関数（Ｇｔｍ（ｓ））の出力に重み付けしたもの（ｚ４）と、を制御量として含むことが好ましい。

（３）の発明によれば、一般化プラントにおいて、トルク指令と第１トルク指令および第２トルク指令の総和との差分と、軸トルク検出手段の特性を有する伝達関数の出力とを制御量とし、第１インバータの制御誤差、第２インバータの制御誤差、および軸トルク検出手段の検出誤差を外乱とすることにより、これら誤差の上記制御量への影響を抑制することができる。すなわち、実システムにおいて生じる上記誤差のトルク分担や共振抑制制御の影響を抑制することができる。

（４）この場合、前記一般化プラントは、前記ノミナルプラントから出力された前記第１モータおよび前記第２モータ間の軸トルク（Ｋ１２．Ｔ）に重み付けしたもの（ｚ５）を制御量として含むことが好ましい。

（４）の発明によれば、一般化プラントにおいて第２モータと第１モータとの間の軸トルクを制御量とし、これを明示的に評価できるようにすることにより、より共振抑制効果の高い共振抑制回路を設計することができる。

（５）この場合、前記トルク指令を前記ワークおよび前記第２モータ間の軸トルクに対する軸トルク指令と定義し、前記共振抑制回路は、前記軸トルク検出手段の検出値が前記軸トルク指令になるように、前記第１および第２トルク指令を決定することが好ましい。

（５）の発明では、軸トルク検出手段の検出値がトルク指令になるように第１および第２トルク指令を決定することにより、（１）の発明で説明した共振抑制効果を伴った軸トルク制御を行うことができる。

（６）この場合、前記第１モータの慣性モーメント（Ｊ１）、前記第２モータの慣性モーメント（Ｊ２）、前記ワークの慣性モーメント（Ｊ３）、前記第１モータおよび前記第２モータを連結するねじり軸のばね定数（Ｋ１２）、並びに前記第２モータおよび前記ワークを連結するねじり軸のばね定数（Ｋ２３）で特徴付けられた伝達関数を有する３慣性系の機械系モデルをノミナルプラント（例えば、後述のノミナルプラントＰ）とした一般化プラント（例えば、後述の一般化プラント７Ｂ，７Ｃ）を定義し、前記共振抑制回路は、前記一般化プラントにＨ∞制御またはμ設計法と呼称される制御系設計方法を適用して設計されることが好ましい。

（６）の発明によれば、上記（２）の発明と同等の効果を奏する。

（７）この場合、前記試験システムは、前記共振抑制回路により算出された第１トルク指令に応じた電力を前記第１モータに供給する第１インバータ（例えば、後述の第１インバータ３ａ）と、前記共振抑制回路により算出された第２トルク指令に応じた電力を前記第２モータに供給する第２インバータ（例えば、後述の第２インバータ３ｂ）と、をさらに備え、前記一般化プラント（７Ｂ，７Ｃ）は、前記第１インバータの制御誤差（ｗ１）と、前記第２インバータの制御誤差（ｗ２）と、前記軸トルク指令と、前記軸トルク検出手段の検出誤差（ｗ５）と、を外乱として含み、前記一般化プラントは、重み付けされた軸トルク指令と前記軸トルク検出手段の特性を有する伝達関数の出力に重み付けしたものとの偏差（ｃ＿ｉｎ１）を、コントローラ（Ｋ´）に入力される観測量として含むことが好ましい。

（７）の発明によれば、上記（３）の発明とほぼ同等の効果に加えて、軸トルク検出手段の出力値が軸トルク指令になるような軸トルク制御が可能なコントローラを構成できる。

（８）この場合、前記一般化プラント（７Ｂ，７Ｃ）は、前記ノミナルプラントから出力された前記第１モータおよび前記第２モータ間の軸トルク（Ｋ１２．Ｔ）に重み付けしたもの（ｚ５）を制御量として含むことが好ましい。

（８）の発明によれば、上記（４）の発明と同等の効果を奏する。

本発明のドライブトレインの試験システムによれば、２つのモータをタンデム構成とすることでレイアウト上の制約を受けることなく大きな駆動トルクを発生させることができる。また、これら２つのモータに対しては、タンデム構成とすることで顕在化するねじれ共振を抑制するようにトルク指令を分担することにより、共振から機械系を保護することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るドライブトレインの試験システムの構成を示すブロック図である。 実施例１の一般化プラントの構成を示すブロック図である。 上記実施例のノミナルプラントの構成を示すブロック図である。 実施例２の一般化プラントの構成を示すブロック図である。 トルク指令からワーク−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答（実施例２）を示すボード線図である。 トルク指令から第１モータ−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答（実施例２）を示すボード線図である。 ＦＲ駆動方式のドライブトレインの従来の試験システムの構成を示す図である。 ＦＦ駆動方式のドライブトレインの従来の試験システムの構成を示す図である。 ２慣性系の機械系モデルの構成を示す図である。 実施例３の一般化プラントの構成を示すブロック図である。 実施例４の一般化プラントの構成を示すブロック図である。 軸トルク指令からワーク−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答（実施例２）を示すボード線図である。 軸トルク指令から第１モータ−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答（実施例２）を示すボード線図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るドライブトレインの試験システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のドライブトレインの試験システム１の構成を示すブロック図である。なお図１には、上記図８を参照して説明したＦＦ駆動方式のドライブトレインを試供体として試験システム１を適用した例を示すが、本発明はこれに限るものではない。

試験システム１は、直列に接続された第１モータ２ａおよび第２モータ２ｂと、これらモータ２ａ、２ｂに対し電力を供給する第１インバータ３ａおよび第２インバータ３ｂと、単一のトルク指令を各モータ２ａ、２ｂに対するトルク指令に分担する共振抑制回路５と、トルクメータ６と、を備える。

第１モータ２ａおよび第２モータ２ｂは、各々の駆動軸を互いに同軸に連結し、ワークＷの出力軸であるドライブシャフトＳ２の近傍に平行に設けられる。第１モータ２ａの駆動軸は第２モータ２ｂの駆動軸の反ワーク側に同軸に連結されており、第２モータ２ｂの駆動軸のワーク側はワークＷの入力軸Ｓ１に同軸に連結されている。すなわち、ワークＷの入力軸Ｓ１には、これら２つのモータ２ａ、２ｂで発生したトルクを合算した駆動トルクが入力される。また、ワークＷのドライブシャフトＳ２の両端には、図８を参照して説明した従来の試験システムと同様に、変速出力を吸収するための吸収トルクを発生する動力計（図示せず）がそれぞれ接続される。

第１インバータ３ａは、共振抑制回路５から入力された後述の第１トルク指令に応じたモータトルクを第１モータ２ａで発生させるべく、図示しない電源から供給された電力を第１モータ２ａに供給する。第２インバータ３ｂは、共振抑制回路５から入力された後述の第２トルク指令に応じたモータトルクを第２モータ２ｂで発生させるべく、図示しない電源から供給された電力を第２モータ２ｂに供給する。

トルクメータ６は、ワークＷの入力軸Ｓ１、すなわちワークＷおよび第１モータ２ａ間の軸に作用するトルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、検出値に略比例した信号を共振抑制回路５に送信する。

共振抑制回路５は、トルクメータ６の検出値をフィードバックとして、第１モータ２ａ、第２モータ２ｂ、およびワークＷを連結する軸で生じ得るねじり共振が抑制されるように、図示しない演算装置により算出されたトルク指令を第１トルク指令と第２トルク指令とに分担する。このトルク指令は、タンデム構成された２つのモータ２ａ、２ｂで発生させるべき駆動トルクに対する指令に相当し、ベーストルクに相当する直流成分に、エンジンのトルク脈動を模した所定の加振周波数の交流成分を重畳して構成される。

この共振抑制回路５としては、トルク分担の演算やねじり共振の抑制などの上記制御目的が達成されるようにＨ∞制御やμ設計法と呼称される制御系設計方法を利用して設計されたコントローラを、電子計算機に実装して構成されたものが好ましく用いられる。その具体例については、後の実施例１、２において説明する。

以上のような構成により、試験システム１では、エンジンのトルク脈動を模した変動を含む駆動トルクをタンデム構成としたモータ２ａ、２ｂで発生し、この駆動トルクをワークＷの入力軸Ｓ１に入力することにより、このワークＷの耐久性能や品質などが評価される。

次に、上記実施形態の実施例１について説明する。上記実施形態において説明したように、２つのモータへのトルク分担の役割を担う共振抑制回路５は、Ｈ∞制御またはμ設計法などの制御系設計方法を利用して設計されたコントローラが好ましく用いられる。これらロバスト制御理論に基づくコントローラの設計は、ノミナルプラントの選定と、各種周波数重み関数の設定と、一般化プラントの設定と、設定した一般化プラントに基づくコントローラの計算と、の主に４つのステップで構成される。これら４つのステップにおいて、特に重み関数および一般化プラントの設定は、コントローラに制御仕様を反映させるための最も重要なステップとなっている。

図２は、本実施例の一般化プラント７の構成を示すブロック図である。
図２において、５つの入力信号ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４，ｗ５はそれぞれ一般化プラント７における外乱を示し、４つの出力信号ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４はそれぞれ一般化プラント７における制御量を示す。また、２つの出力信号ｃ＿ｏｕｔ１，ｃ＿ｏｕｔ２はそれぞれコントローラＫからノミナルプラントＰに入力される制御入力に相当し、２つの入力信号ｃ＿ｉｎ１，ｃ＿ｉｎ２はそれぞれコントローラＫに入力される観測量に相当する。

５つの外乱ｗ１，…，ｗ５は、上記実施形態で説明した実システム１において大きな影響を及ぼすと考えられるパラメータと、目標追従特性を持たせたいパラメータとを想定し、具体的には以下のように定義される。
ｗ１は、第１インバータによる第１モータのモータトルクの制御誤差とする。すなわち、ｗ１は、重み関数Ｇｗ１（ｓ）で重み付けられた後、第１インバータの応答特性を示す伝達関数Ｇｉｎｖ１（ｓ）の出力と合算され、第１モータのトルクＪ１．ＴとしてノミナルプラントＰに入力される。
ｗ２は、第２インバータによる第２モータのモータトルクの制御誤差とする。すなわち、ｗ２は、重み関数Ｇｗ２（ｓ）で重み付けられた後、第２インバータの応答特性を示す伝達関数Ｇｉｎｖ２（ｓ）の出力と合算され、第２モータのトルクＪ２．ＴとしてノミナルプラントＰに入力される。
ｗ３は、トルク指令とする。すなわち、ｗ３は、重み関数Ｇｗ３（ｓ）で重み付けられた後、観測量ｃ＿ｉｎ１としてコントローラＫに入力される。
ｗ４は、その出力軸を介してワークに入力されるトルクとする。すなわち、ｗ４は、重み関数Ｇｗ４（ｓ）で重み付けられた後、ワークのトルクＪ３．ＴとしてノミナルプラントＰに入力される。
ｗ５は、トルクメータの検出誤差とする。すなわち、ｗ５は、重み関数Ｇｗ５（ｓ）で重み付けられた後、トルクメータの応答特性を示す伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）からの出力と合算され、観測量ｃ＿ｉｎ２としてコントローラＫに入力される。

コントローラＫは、トルク指令として入力された観測量ｃ＿ｉｎ１と、トルクメータの検出値として入力された観測量ｃ＿ｉｎ２とに基づいて、制御入力ｃ＿ｏｕｔ１，ｃ＿ｏｕｔ２を出力する。
制御入力ｃ＿ｏｕｔ１は、第１トルク指令として第１インバータの特性を有する伝達関数Ｇｉｎｖ１（ｓ）をかけた後、上述のように重み付けされた外乱ｗ１と合算して、第１モータのトルクＪＴ．１としてノミナルプラントＰに入力される。
制御入力ｃ＿ｏｕｔ２は、第２トルク指令として第２インバータの特性を有する伝達関数Ｇｉｎｖ２（ｓ）をかけた後、上述のように重み付けされた外乱ｗ２と合算して、第２モータのトルクＪＴ．２としてノミナルプラントＰに入力される。

ノミナルプラントＰは、第１モータのトルクＪＴ．１、第２モータのトルクＪＴ．２、およびワークのトルクＪＴ．３が入力されると、第１モータの角速度Ｊ１．ｗ、第２モータの角速度Ｊ２．ｗ、ワークの角速度Ｊ３．ｗ、第１モータ−第２モータ間の軸のねじれトルクＫ１２．Ｔ、および第２モータ−ワーク間の軸のねじれトルクＫ２３．Ｔを出力する。なお、本実施例の一般化プラント７では、ノミナルプラントＰの出力のうち、第２モータ−ワーク間の軸のねじれトルクＫ２３．Ｔのみ用いるが、本発明はこれに限るものではない。

図３は、ノミナルプラントＰの構成を示すブロック図である。
ノミナルプラントＰは、第１モータの慣性モーメントＪ１［ｋｇｍ^２］、第２モータの慣性モーメントＪ２［ｋｇｍ^２］、ワークの慣性モーメントＪ３［ｋｇｍ^２］、第１モータおよび第２モータを連結するねじり軸のばね定数Ｋ１２［Ｎｍ／ｒａｄ］、並びに第２モータおよびワークを連結するねじり軸のばね定数Ｋ２３［Ｎｍ／ｒａｄ］で特徴付けられた伝達関数“１／Ｊ１・ｓ”，“１／Ｊ２・ｓ”，“１／Ｊ３・ｓ”，“Ｋ１２／ｓ”および“Ｋ２３／ｓ”を組み合わせて、図３に示すように、３慣性系の機械系モデルで表現される。

図２に戻って、４つの制御量ｚ１，…，ｚ４は、ねじり共振が抑制されるように第１モータと第２モータに適切にトルクを分担するという制御目的を想定し、具体的には以下のように定義される。
ｚ１は、重み付けされたトルク指令と、第１トルク指令および第２トルク指令の総和との差分に重み付けしたもので定義される。より具体的には、コントローラＫの観測量ｃ＿ｉｎ１から、コントローラＫの２つの制御入力ｃ＿ｏｕｔ１およびｃ＿ｏｕｔ２を減算したものに、重み関数Ｇｚ１（ｓ）で重み付けしたものを、制御量ｚ１とする。
ｚ２は、重み付けされた第１トルク指令で定義される。より具体的には、コントローラＫの制御入力ｃ＿ｏｕｔ１に、重み関数Ｇｚ２（ｓ）で重み付けしたものを、制御量ｚ２とする。
ｚ３は、重み付けされた第２トルク指令で定義される。より具体的には、コントローラＫの制御入力ｃ＿ｏｕｔ２に、重み関数Ｇｚ３（ｓ）で重み付けしたものを、制御量ｚ３とする。
ｚ４は、重み付けされた伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）の出力で定義される。より具体的には、ノミナルプラントＰから出力されたトルクＫ２３．Ｔにトルクメータの応答特性を示す伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）をかけたものに、重み関数Ｇｚ４（ｓ）で重み付けしたものを、制御量ｚ４とする。

以上のような一般化プラント７において、重み関数Ｇｗ１（ｓ），…，Ｇｗ５（ｓ）並びにＧｚ１（ｓ），…，Ｇｚ４（ｓ）は、以下のように定められる。
第１インバータの制御誤差ｗ１に対する重み関数Ｇｗ１（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
第２インバータの制御誤差ｗ２に対する重み関数Ｇｗ２（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
トルク指令ｗ３に対する重み関数Ｇｗ３（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
ワークのトルクｗ４に対する重み関数Ｇｗ４（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
トルクメータの検出誤差ｗ５に対する重み関数Ｇｗ５（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
トルク指令と分担トルク総和との差分ｚ１に対する重み関数Ｇｚ１（ｓ）は、例えば、所定の定数、または低域でゲインが高くなるように設定される。
第１トルク指令ｚ２に対する重み関数Ｇｚ２（ｓ）は、例えば、所定の定数、または高域でゲインが高くなるように設定される。
第２トルク指令ｚ３に対する重み関数Ｇｚ３（ｓ）は、例えば、所定の定数、または高域でゲインが高くなるように設定される。
トルクメータの検出値ｚ４に対する重み関数Ｇｚ４（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。

なお、各重み関数の具体的な値は、所望の制御目的が達成されるように調整される。また、第１インバータの伝達関数Ｇｉｎｖ１（ｓ）、第２インバータの伝達関数Ｇｉｎｖ２（ｓ）、およびトルクメータの伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）には、システム同定により定められたものが用いられる。

以上のように構成された一般化プラント７に基づいて、コントローラＫの状態方程式を特徴付ける複数のパラメータは、Ｒｉｃｃａｔｉ方程式に基づく方法、ＬＭＩ（線形行列不等式）に基づく手法、Ｄ−Ｋイタレーションに基づく手法などの従来周知の手法を適用することで算出される。

次に、上記実施形態の実施例２について説明する。
図４は、本実施例の一般化プラント７Ａの構成を示すブロック図である。本実施例の一般化プラントは、ノミナルプラントＰから出力された第２モータ−第１モータ間の軸トルクの値Ｋ１２．Ｔに伝達関数Ｇｚ５（ｓ）で重み付けしたものを制御量ｚ５としてさらに含む点において、実施例１の一般化プラント７と異なる。

次に、本実施例の一般化プラントに基づいて設計された共振抑制回路の効果について説明する。
図５は、トルク指令からワーク−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答を示すボード線図である。
図６は、トルク指令から第１モータ−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答を示すボード線図である。これら図５、６において、太線は、共振抑制制御のある試験システムの例、より具体的には本実施例の一般化プラントに基づいて設計されたコントローラを、共振抑制回路に適用した試験システムの例を示す。細線は、共振抑制制御の無い試験システムの例、より具体的には一定の割合で第１モータと第２モータとにトルクを分担した試験システムの例を示す。

図５に示すように、共振抑制制御の無いシステムでは、１５０〜２００［Ｈｚ］の間においてワーク−第２モータ間の軸トルクにねじり共振が発生するところ、本発明のシステムによればこのような共振は抑制されることが検証された。また、図６に示すように、共振抑制制御の無いシステムでは、１５０〜２５０［Ｈｚ］の間に共振および反共振が発生するところ、本発明のシステムによればこのような共振および反共振はともに抑制されることが検証された。

本実施例によれば、ワーク−第２モータ間の軸トルクに加え、第２モータ−第１モータ間の軸トルクを制御量として明示的に評価できるように一般化プラント７Ａを構成することにより、実施例１と比較して第２モータ−第１モータ間の共振特性を加味した共振抑制回路を設計することができる。

なお図５、６は、実施例２による共振抑制効果を示すものであるが、これは実施例１に共振抑制効果がないことを示すものではなく、実施例１も図５、６と同質の共振抑制効果を奏する。特に、ねじり振動は軸の長手方向に伝播するため、実施例２の一般化プラントのように第２モータ−第１モータ間の軸トルクを制御量として評価せずとも、すなわち上記実施例１でも、図６に示すような第２モータ−第１モータ間のねじり振動を抑制する効果を奏する。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係るドライブトレインの試験システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同じ構成については、詳細な説明を省略する。
本実施形態の試験システムは、共振抑制回路の構成が、上述の第１実施形態の共振抑制回路５（図１参照）と異なる。より具体的には、トルク指令をワークＷ及び第２モータ２ｂ間の軸トルクに対する軸トルク指令と定義し、本実施形態の共振抑制回路は、上述の共振抑制機能に加えて、トルクメータ６の検出値が軸トルク指令になるように第１トルク指令および第２トルク指令を決定する軸トルク制御機能をさらに備える。以下、このような軸トルク制御機能をさらに備えたコントローラの具体例について、実施例３、４として説明する。

図１０は、本実施例の一般化プラント７Ｂの構成を示すブロック図である。
図１０において、５つの入力信号ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４，ｗ５はそれぞれ一般化プラント７Ｂにおける外乱を示し、３つの出力信号ｚ１，ｚ２，ｚ３はそれぞれ一般化プラント７における制御量を示す。また、２つの出力信号ｃ＿ｏｕｔ１，ｃ＿ｏｕｔ２はそれぞれコントローラＫからノミナルプラントＰに入力される制御入力に相当し、２つの入力信号ｃ＿ｉｎ１，ｃ＿ｉｎ２はそれぞれコントローラＫ´に入力される観測量に相当する。

ｗ１は、第１インバータによる第１モータのモータトルクの制御誤差とする。すなわち、ｗ１は、重み関数Ｇｗ１（ｓ）で重み付けられた後、第１インバータの応答特性を示す伝達関数Ｇｉｎｖ１（ｓ）の出力と合算され、第１モータのトルクＪ１．ＴとしてノミナルプラントＰに入力される。
ｗ２は、第２インバータによる第２モータのモータトルクの制御誤差とする。すなわち、ｗ２は、重み関数Ｇｗ２（ｓ）で重み付けられた後、第２インバータの応答特性を示す伝達関数Ｇｉｎｖ２（ｓ）の出力と合算され、第２モータのトルクＪ２．ＴとしてノミナルプラントＰに入力される。
ｗ３は、軸トルク指令とする。ｗ３は、重み関数Ｇｗ３（ｓ）で重み付けられる。
ｗ４は、ワークの発生トルクとする。すなわち、ｗ４は、重み関数Ｇｗ４（ｓ）で重み付けられた後、ワークのトルクＪ３．ＴとしてノミナルプラントＰに入力される。
ｗ５は、トルクメータの検出誤差とする。ｗ５は、重み関数Ｇｗ５（ｓ）で重み付けられる。

コントローラＫ´は、観測量ｃ＿ｉｎ１，ｃ＿ｉｎ２に基づいて、制御入力ｃ＿ｏｕｔ１，ｃ＿ｏｕｔ２を出力する。
観測量ｃ＿ｉｎ２は、検出誤差を含むトルクメータの出力、より具体的にはトルクメータの応答特性を示す伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）からの出力に、Ｇｗ５（ｓ）で重み付けされたトルクメータの検出誤差ｗ５を加えたものとする。
また、コントローラＫ´に軸トルク制御機能を付与するため、観測量ｃ＿ｉｎ１は、Ｇｗ３（ｓ）で重み付けされた軸トルク指令と上記観測量ｃ＿ｉｎ２との偏差とする。

制御入力ｃ＿ｏｕｔ１は、第１トルク指令として第１インバータの特性を有する伝達関数Ｇｉｎｖ１（ｓ）をかけた後、上述のように重み付けされた外乱ｗ１と合算して、第１モータのトルクＪＴ．１としてノミナルプラントＰに入力される。
制御入力ｃ＿ｏｕｔ２は、第２トルク指令として第２インバータの特性を有する伝達関数Ｇｉｎｖ２（ｓ）をかけた後、上述のように重み付けされた外乱ｗ２と合算して、第２モータのトルクＪＴ．２としてノミナルプラントＰに入力される。

３つの制御量ｚ１，…，ｚ３は、ねじり共振が抑制されるように第１モータと第２モータに適切にトルクを分担するという制御目的を想定し、具体的には以下のように定義される。
ｚ１は、重み付けされた第１トルク指令で定義される。より具体的には、コントローラＫの制御入力ｃ＿ｏｕｔ１に、重み関数Ｇｚ１（ｓ）で重み付けしたものを、制御量ｚ１とする。
ｚ２は、重み付けされた第２トルク指令で定義される。より具体的には、コントローラＫの制御入力ｃ＿ｏｕｔ２に、重み関数Ｇｚ２（ｓ）で重み付けしたものを、制御量ｚ２とする。
ｚ３は、重み付けされた伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）の出力で定義される。より具体的には、ノミナルプラントＰから出力されたトルクＫ２３．Ｔにトルクメータの応答特性を示す伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）をかけたものに、重み関数Ｇｚ３（ｓ）で重み付けしたものを、制御量ｚ３とする。

以上のような一般化プラント７Ｂにおいて、重み関数Ｇｗ１（ｓ），…，Ｇｗ５（ｓ）並びにＧｚ１（ｓ），…，Ｇｚ３（ｓ）は、以下のように定められる。
第１インバータの制御誤差ｗ１に対する重み関数Ｇｗ１（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
第２インバータの制御誤差ｗ２に対する重み関数Ｇｗ２（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
軸トルク指令ｗ３に対する重み関数Ｇｗ３（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
軸トルクｗ４に対する重み関数Ｇｗ４（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
トルクメータの検出誤差ｗ５に対する重み関数Ｇｗ５（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。
第１トルク指令ｚ１に対する重み関数Ｇｚ１（ｓ）は、例えば、所定の定数、または高域でゲインが高くなるように設定される。
第２トルク指令ｚ２に対する重み関数Ｇｚ２（ｓ）は、例えば、所定の定数、または高域でゲインが高くなるように設定される。
トルクメータの検出値ｚ３に対する重み関数Ｇｚ３（ｓ）は、例えば、所定の定数に設定される。

次に、上記実施形態の実施例４について説明する。
図１１は、本実施例の一般化プラント７Ｃの構成を示すブロック図である。本実施例の一般化プラントは、ノミナルプラントＰから出力された第２モータ−第１モータ間の軸トルクの値Ｋ１２．Ｔに伝達関数Ｇｚ４（ｓ）で重み付けしたものを制御量ｚ４としてさらに含む点において、実施例３の一般化プラント７Ｂと異なる。

次に、本実施例の一般化プラントに基づいて設計された共振抑制回路の効果について説明する。
図１２は、軸トルク指令からワーク−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答を示すボード線図である。図１３は、軸トルク指令から第１モータ−第２モータ間の軸トルクへの周波数応答を示すボード線図である。これら図１２、１３に示すように、本発明のシステムによれば、約２００［Ｈｚ］近傍に存在していた共振は抑制されること検証された。

また、本実施例によれば、ワーク−第２モータ間の軸トルクに加え、第２モータ−第１モータ間の軸トルクを制御量として明示的に評価できるように一般化プラント７Ｃを構成することにより、実施例３と比較して第２モータ−第１モータ間の共振特性を加味した共振抑制回路を設計することができる。なお図１２、１３は、実施例４による共振抑制効果を示すものであるが、これは実施例３に共振抑制効果がないことを示すものではない。実施例２において説明したのと同様の理由により、実施例３も図１２、１３と同質の共振抑制効果を奏する。

１…ドライブトレインの試験システム
２ａ、２ｂ…第１モータ、第２モータ
３ａ、３ｂ…第１インバータ、第２インバータ
５…共振抑制回路
６…トルクメータ
Ｗ…ワーク
Ｓ１…入力軸
Ｓ２…ドライブシャフト
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ…一般化プラント
Ｐ…ノミナルプラント
Ｋ、Ｋ´…コントローラ

Claims (8)

1. 加振周波数の交流成分を含むトルク指令に応じて発生させた駆動トルクを、ドライブトレインの一部を構成するワークの入力軸に入力することにより、当該ワークの性能を評価するドライブトレインの試験システムであって、
   第１モータと、
   その駆動軸の一端側で前記第１モータの駆動軸に連結され、他端側で前記ワークの入力軸に連結された第２モータと、
   前記ワークおよび前記第２モータ間の軸に作用するトルクを検出する軸トルク検出手段と、
   前記軸トルク検出手段の検出値に基づいて、前記第１モータ、前記第２モータ、および前記ワークを連結する軸のねじり共振が抑制されるように、前記トルク指令を前記第１モータに対する第１トルク指令と前記第２モータに対する第２トルク指令とに分担する共振抑制回路と、を備えることを特徴とするドライブトレインの試験システム。
2. 前記第１モータの慣性モーメント、前記第２モータの慣性モーメント、前記ワークの慣性モーメント、前記第１モータおよび前記第２モータを連結するねじり軸のばね定数、並びに前記第２モータおよび前記ワークを連結するねじり軸のばね定数で特徴付けられた伝達関数を有する３慣性系の機械系モデルをノミナルプラントとした一般化プラントを定義し、
   前記共振抑制回路は、前記一般化プラントにＨ∞制御またはμ設計法と呼称される制御系設計方法を適用して設計されることを特徴とする請求項１に記載のドライブトレインの試験システム。
3. 前記共振抑制回路により算出された第１トルク指令に応じた電力を前記第１モータに供給する第１インバータと、
   前記共振抑制回路により算出された第２トルク指令に応じた電力を前記第２モータに供給する第２インバータと、をさらに備え、
   前記一般化プラントは、前記第１インバータの制御誤差と、前記第２インバータの制御誤差と、前記軸トルク検出手段の検出誤差と、を外乱として含み、
   前記一般化プラントは、重み付けされたトルク指令と第１トルク指令および第２トルク指令の総和との差分に重み付けしたものと、前記軸トルク検出手段の特性を有する伝達関数の出力に重み付けしたものと、を制御量として含むことを特徴とする請求項２に記載のドライブトレインの試験システム。
4. 前記一般化プラントは、前記ノミナルプラントから出力された前記第１モータおよび前記第２モータ間の軸トルクに重み付けしたものを制御量として含むことを特徴とする請求項３に記載のドライブトレインの試験システム。
5. 前記トルク指令を前記ワークおよび前記第２モータ間の軸トルクに対する軸トルク指令と定義し、
   前記共振抑制回路は、前記軸トルク検出手段の検出値が前記軸トルク指令になるように、前記第１および第２トルク指令を決定することを特徴とする請求項２に記載のドライブトレインの試験システム。
6. 前記第１モータの慣性モーメント、前記第２モータの慣性モーメント、前記ワークの慣性モーメント、前記第１モータおよび前記第２モータを連結するねじり軸のばね定数、並びに前記第２モータおよび前記ワークを連結するねじり軸のばね定数で特徴付けられた伝達関数を有する３慣性系の機械系モデルをノミナルプラントとした一般化プラントを定義し、
   前記共振抑制回路は、前記一般化プラントにＨ∞制御またはμ設計法と呼称される制御系設計方法を適用して設計されることを特徴とする請求項５に記載のドライブトレインの試験システム。
7. 前記共振抑制回路により算出された第１トルク指令に応じた電力を前記第１モータに供給する第１インバータと、
   前記共振抑制回路により算出された第２トルク指令に応じた電力を前記第２モータに供給する第２インバータと、をさらに備え、
   前記一般化プラントは、前記第１インバータの制御誤差と、前記第２インバータの制御誤差と、前記軸トルク指令と、前記軸トルク検出手段の検出誤差と、を外乱として含み、
   前記一般化プラントは、重み付けされた軸トルク指令と前記軸トルク検出手段の特性を有する伝達関数の出力に重み付けしたものとの偏差を、コントローラに入力される観測量として含むことを特徴とする請求項６に記載のドライブトレインの試験システム。
8. 前記一般化プラントは、前記ノミナルプラントから出力された前記第１モータおよび前記第２モータ間の軸トルクに重み付けしたものを制御量として含むことを特徴とする請求項７に記載のドライブトレインの試験システム。

Images