JP5830897B2 - 速度制御装置、車両衝突試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、速度制御装置、及びこの速度制御装置を備えた車両衝突試験装置に関するものである。

従来より、例えばワイヤロープで牽引して走行路上を所定速度で走行させた自動車等のテスト車両を衝突壁（バリア）や車両等の衝突対象物に衝突させて、その損壊状況等を試験する車両衝突試験装置が知られている（例えば特許文献１）。このような衝突試験装置では、正確な試験結果が得られるように、車両を目標速度で走行させて衝突対象物に衝突させることが要求されている。

そこで、負荷である車両を所定速度で走行させる制御は、ダイナモメータと、ダイナモメータの作動を制御するインバータとを備えた速度制御装置によって行われている。また、試験車両が大型である場合には、複数台のダイナモメータを相互に連結し、各ダイナモの作動をそれぞれ個別のインバータで制御するように構成された速度制御装置が適用されている。

その一例として、図４に示すように、負荷Ｌ’を複数のダイナモメータ１’，２’によって所定の目標速度で作動させる場合において、速度指令と速度フィードバックに基づいてＰＩ演算処理を行う速度制御部３１’を有し、この速度制御部３１’の出力値（速度制御出力トルク）に基づいて１台目のダイナモメータ１’を速度制御するインバータ３’（第１インバータ）と、第１インバータ３’で演算した演算トルク（トルク指令）に基づいて２台目のダイナモメータ２’をトルク制御するインバータ４’（第２インバータ）とを備えた速度制御装置Ｘ’が挙げられる。

特開平５−１４２０９１号公報

ところが、上述した態様では、第１インバータ３’で演算トルクを算出し、その算出した演算トルクを第２インバータ４’に送る処理が必須であるため、演算トルクを第２インバータ４’へ送る際の遅れにより、ダイナモメータ１’，２’同士の連結部分でトルクハンチングが発生し、機械的な損傷を招来するおそれがある。そこで、フィルタを設けてトルクハンチングの発生を防止・抑制する態様も考えられるが、その場合はフィルタを用いることによって応答性が低下するというデメリットがあり得る。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、複数台のダイナモメータを連結して各ダイナモメータを個別のインバータで駆動制御する速度制御装置として、制御応答性の向上を実現し、ハンチングを防止・抑制可能なものを提供することにある。

すなわち本発明は、複数台のダイナモメータによって１つの負荷を所定の速度で移動させる速度制御装置に関するものであり、負荷に接続（連結）した１台目のダイナモメータである第１ダイナモメータと、所定の速度指令及び速度フィードバックに基づいてＰＩ演算処理を行う速度制御部を有し且つ第１ダイナモメータを速度制御する第１インバータと、第１ダイナモメータ以外の１又は複数のダイナモメータである第２ダイナモメータと、第２ダイナモメータをトルク制御する第２インバータとを備えたものである。

ここで、本発明は、１台の第２ダイナモメータを１台のインバータでトルク制御する態様、あるいは複数の第２ダイナモメータをそれぞれ個別の第２インバータでトルク制御する態様、これら何れの態様も包含する。なお、所定の速度で作動させる負荷としては、例えば車両衝突試験装置における車両（テスト車両）を挙げることができるが、本発明の速度制御装置による駆動制御対象である負荷は特に車両に限定されることはない。

そして、本発明に係る速度制御装置は、速度指令に対して微分処理を行う微分処理手段と、微分処理手段で算出した加速度に所定の慣性を乗算した加速トルクを算出する加速トルク算出手段と、加速トルク算出手段で算出した加速トルクをダイナモメータの台数及び容量に応じて分配する加速トルク分配手段とを備え、第２インバータが、加速トルク分配手段により分配された加速トルクに応じたトルク指令に基づいて第２ダイナモメータをトルク制御するものであり、第１インバータが、速度制御部の出力値である速度制御出力トルクに加速トルク分配手段により分配された加速トルクを加算した補正トルク指令に基づいて第１ダイナモメータを速度制御するものであることを特徴としている。

このような速度制御装置であれば、微分処理手段によって速度指令に応じた加速度を算出することができ、加速トルク算出手段でこの加速度に所定の慣性（例えば負荷の慣性やダイナモメータの慣性）を乗算して加速トルクを算出し、この加速トルクに基づいて第２ダイナモメータを第２インバータによりトルク制御するように構成している。このように、本発明の速度制御装置は、トルク制御側のインバータである第２インバータが、速度制御側のインバータである第１インバータに入力される速度指令そのものに基づいて算出した加速トルクに応じたトルク指令によって第２ダイナモメータの駆動を制御しているため、速度制御側のインバータで算出した演算トルクに基づいてトルク制御側のインバータにより第２ダイナモメータをトルク制御する態様と比較して、制御応答性が向上し、制御遅れによるトルクハンチングの発生を防止・抑制することができる。

また、本発明の速度制御装置では、速度指令に基づいて算出した加速トルクを、加速トルク分配手段によって分配して第１インバータによる第１ダイナモメータの駆動制御、及び第２インバータによる第２ダイナモメータの駆動制御にそれぞれ反映させることができる。また、本発明の速度制御装置では、速度指令に対して微分処理手段、加算トルク手段及び加速トルク分配手段でそれぞれ演算して算出したトルク指令に基づいて各インバータが対応するダイナモメータの駆動を制御するように構成しているため、速度指令に対する追従性も向上する。

特に、本発明に係る速度制御装置で適用する速度指令としては速度パターンを挙げることができる。

また、本発明に係る車両衝突試験装置は、テスト車両を所定の目標速度で走行させて衝突対象物に衝突させるものであって、テスト車両を負荷としてその走行速度を上述した構成を有する速度制御装置によって制御することを特徴としている。

このような車両衝突試験装置であれば、テスト車両が大型であっても２台以上のダイナモメータによって得られる大きなトルクで好適に走行させることができ、制御応答性の向上を実現してトルクハンチングを防止・抑制可能な速度制御装置によって、テスト車両を所定の目標速度で走行させることができ、正確な衝突試験結果を得ることが可能になる。

本発明によれば、トルク制御側のインバータ（第２インバータ）が、速度制御側のインバータ（第１インバータ）に入力される速度指令自体に基づいて算出したトルク指令に基づいて第２ダイナモメータをトルク制御する構成であるため、制御遅れを改善して、トルクハンチングの発生を防止・抑制することが可能な速度制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る速度制御装置を適用した車両衝突試験装置の全体構成模式図。 同実施形態に係る速度制御装置の構成模式図。 同実施形態に係る速度制御装置の一変形例を図２に対応して示す図。 従来の速度制御装置の図２対応図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る速度制御装置Ｘは、例えば図１に示すように、所定速度で走行させた自動車等のテスト車両Ｔを衝突対象物Ｂ（図１では衝突対象物Ｂとして「バリア」を示す）に衝突させ、その衝突状況を例えばテスト車両Ｔの下方からカメラＣで撮影する衝突試験装置Ｙに適用可能なものである。衝突対象物Ｂとして車両を適用した場合には、車両同士を衝突させてその損壊状況をカメラＣで撮影することもできる。

衝突試験装置Ｙは、図１に示すように、テスト車両Ｔが走行する走行路Ｓと、走行路Ｓのうちテスト車両Ｔの走行方向Ｔａ（走行路Ｓの延伸方向）に沿って設置され、テスト車両Ｔを走行路Ｓの延伸方向に牽引する閉ループの牽引ワイヤロープＲと、走行路Ｓの終端Ｓａよりもテスト車両Ｔの走行方向Ｔａ下流側に配置した衝突対象物Ｂと、走行路Ｓの終端Ｌａと衝突対象物Ｂとの間に設けられ内部にカメラＣを設置したピットＰとを備えたものである。本実施形態では、周回走行する牽引ワイヤロープＲに連結させたドーリー装置Ｄを駆動走行させることにより、連結用ワイヤロープＲａを介してドーリー装置Ｄに連結しているテスト車両Ｔを走行方向Ｔａに牽引するように構成している。そして、テスト車両Ｔの走行速度を速度制御装置Ｘによって制御している。

牽引ワイヤロープＲは、一方端に配置した駆動装置であるウインチ装置Ｗにより駆動走行し、他方端に配置したリターンシーブ装置Ｓにより折り返して周回走行するものである。ウインチ装置Ｗは、円筒状の胴Ｗａを対向配置し、胴Ｗａを回転させることによって胴Ｗａ間に架け渡したワイヤロープＲを所定方向に繰り出したり、巻き取るものである。

本実施形態に係る速度制御装置Ｘは、このウインチ装置Ｗの何れか一方の胴Ｗａの回転速度を制御することによって、牽引ワイヤロープＲに連結させたドーリー装置Ｄに取り付けたテスト車両Ｔを所定速度で走行させるものである。したがって、図２に示す速度制御装置Ｘの制御対象である負荷Ｌは、直接的にはウインチ装置Ｗの胴Ｗａであり、また胴Ｗａに巻回したワイヤーロープＲ、このワイヤーロープＲに連結したドーリー装置Ｄ、及びドーリー装置Ｄを取り付けたテスト車両Ｔ、これら各物品・各部品の集合であると捉えることができる。

速度制御装置Ｘは、図２に示すように、出力軸１ａを負荷Ｌに連結した第１ダイナモメータ１と、この第１ダイナモメータ１の入力軸１ｂに出力軸２ｂを連結した第２ダイナモメータ２と、第１ダイナモメータ１を速度制御する第１インバータ３と、第２ダイナモメータ２をトルク制御する第２インバータ４と、微分処理手段５と、加速トルク算出手段６と、加速トルク分配手段７とを備えている。

第１ダイナモメータ１及び第２ダイナモメータ２は周知のものを適用することができるため、詳細な説明は省略する。

第１インバータ３は、速度指令及び速度フィードバックに基づいてＰＩ演算処理を行う速度制御部３１（Automatic Speed Regulator）と、速度制御部３１の出力値である速度制御出力トルクに、加速トルク分配手段７により分配された加速トルクを加算して補正トルク指令を生成する補正トルク指令生成部３２とを備え、この補正トルク指令生成部３２で生成した補正トルク指令に基づいて第１ダイナモメータ１を速度制御するものである。速度制御部３１は、速度アンプ３１ａ等を用いて構成することができ、速度指令生成部８から入力される速度指令と、図示しない適宜の検出手段によって検出した速度検出値（速度フィードバック）とに基づいて算出した速度制御出力トルクを出力するものである。また、補正トルク指令生成部３２は、加算器３２ａを用いて構成することができる。すなわち、この第１インバータ３はＰＩ制御（Ｐ制御（比例制御）とＩ制御（積分制御）を併用したフィードバック制御）によって出力した速度制御出力トルクに基づいて第１ダイナモメータ１の駆動を制御している。

ここで、本実施形態では、速度指令として、図２に示すように、時間及び回転数をｘ軸，ｙ軸としたグラフに示すことができる速度パターンＰｔを適用している。このような速度指令（速度パターンＰｔ）は速度指令生成部８で生成され、この速度指令生成部８から速度制御部３１及び微分処理手段５に入力される。

微分処理手段５は、微分器５ａを用いて構成することができ、速度パターンＰｔで示される速度指令に対して微分処理を行い、速度パターンＰｔに応じた加速度を算出するものである。

加速トルク算出手段６は、微分処理手段５で算出した加速度に、所定の慣性（本実施形態では負荷Ｌの慣性及び各ダイナモメータ１，２の慣性）を所定値として乗算する処理を行い、加速トルクを算出するものである。

加速トルク分配手段７は、加速トルク分配器７ａを用いて構成することができ、加速トルク算出手段６で算出した加速トルクを、本装置Ｘが備えるダイナモメータの台数及び容量に応じて分配し、分配した加速トルクを各インバータ３，４にそれぞれ出力するものである。したがって、例えば各ダイナモメータ３，４の容量が同じである場合、加速トルク分配手段７は、加速トルク算出手段６で算出した加速トルクを等分配した加速トルクを各インバータ３，４に出力することになる。本実施形態では、この加速トルク分配手段７で分配した加速トルクを、第１インバータ３のうち速度制御部３１の出力側、及び第２インバータ４の入力側にそれぞれ入力するように構成している。

そして、第２インバータ４は、加速トルク分配手段７から出力される加速トルク（分配済み加速トルク）をトルク指令として第２ダイナモメータ２をトルク制御する。

一方、第１インバータ３は、速度制御部３１の出力値（トルク制御指令）に、加速トルク分配手段７から入力される加速トルク（分配済み加速トルク）を加算して生成した補正トルク指令に基づいて第１ダイナモメータ１を制御する。

次に、このような構成を有する本実施形態に係る速度制御装置Ｘによる制御方法及び作用について説明する。

本実施形態に係る速度制御装置Ｘは、負荷Ｌと第１ダイナモメータ１を第１カップリングＣ１で連結するとともに、第１ダイナモメータ１と第２ダイナモメータ２を第２カップリングＣ２で連結した状態で起動し、速度指令である速度パターンＰｔを速度指令生成部８から第１インバータ３及び微分処理手段５へ出力する。そして、速度制御装置Ｘは、第１インバータ３において、入力された速度パターンＰｔ及び速度フィードバックに基づいて速度制御部３１によりＰＩ演算処理を行い、速度制御出力トルクを出力する。

一方、微分処理手段５では速度指令生成部８から入力された速度パターンＰｔに対して微分処理を行い、加速度を算出し、次いで、加速トルク算出手段６において、微分処理手段５で算出した加速度に所定値（負荷Ｌ及びダイナモメータ１，２の慣性）を乗算して加速トルクを算出する。引き続いて、加算トルクを加速トルク分配器７ａでダイナモメータの数・容量に応じた加算トルクに分配し、この分配した加算トルク（分配済み加算トルク）を各インバータ３，４に出力する。

そして、本実施形態の速度制御装置Ｘは、第１インバータ３の補正トルク指令生成部３２により、速度制御部３１の出力値である速度制御出力トルクに分配済み出力トルクを加算した補正トルク指令を生成し、この補正トルク指令に基づいて第１ダイナモメータ１を制御する。また、本実施形態の速度制御装置Ｘは、第１インバータ３により第１ダイナモメータ１を速度制御すると同時に、第２インバータ４において、加速トルク分配器７ａから入力される加速トルク（分配済み加速トルク）に基づいて第２ダイナモメータ２をトルク制御する。

以上の処理を経て、本実施形態に係る速度制御装置Ｘは、各ダイナモメータ（第１ダイナモメータ１、第２ダイナモメータ２）の駆動を制御して、第１ダイナモメータ１に連結した負荷Ｌを速度パターンＰｔに応じた速度で作動させることができる。

特に、本実施形態に係る速度制御装置Ｘは、微分処理手段５によって速度パターンＰｔに応じた加速度を算出し、加速トルク算出手段６でこの加速度に負荷Ｌの慣性やダイナモメータ（第１ダイナモメータ１、第２ダイナモメータ２）の慣性を乗算して加速トルクを算出し、この加速トルクに基づいて第２インバータ４が第２ダイナモメータ２をトルク制御するように構成している。このような構成を採用している本実施形態に係る速度制御装置Ｘは、トルク制御側のインバータである第２インバータ４が、速度制御側のインバータである第１インバータ３に入力される速度指令そのものに基づいて算出した加速トルクによって第２ダイナモメータ２の駆動を制御しているため、速度制御側のインバータで算出した演算トルクに基づいてトルク制御側のインバータにより第２ダイナモメータ２をトルク制御する態様と比較して、制御応答性が向上し、制御遅れによるトルクハンチングの発生を防止・抑制することができ、速度指令（速度パターンＰｔ）に対する追従性の向上を図ることができる。

さらに、第２インバータ４では、加算トルク分配手段７によって分配された加速トルク（分配済み加速トルク）に基づいて第２ダイナモメータ２をトルク制御するとともに、第１インバータ３では、加算トルク分配手段７によって分配された加速トルク（分配済み加速トルク）を速度制御部３１の出力値に加算して生成した補正トルク指令に基づいて第１ダイナモメータ１の作動を制御しているため、これら各ダイナモメータ（第１ダイナモメータ１、第２ダイナモメータ２）の総出力トルクによって、制御対象（負荷Ｌ）を速度指令（速度パターンＰｔ）に応じた速度で作動させることができる。

したがって、このような速度制御装置Ｘを適用した衝突試験装置Ｙでは、テスト車両Ｔとドーリー装置Ｄとを連結用ワイヤロープ６によって連結し、ドーリー装置Ｄに牽引ワイヤロープＲを取り付けた状態で、ウインチ装置Ｗを速度制御装置Ｘの制御下において作動させると、牽引ワイヤロープＲが周回走行し、ドーリー装置Ｄの駆動走行に伴い、テスト車両Ｔを走行路Ｓの延伸方向（テスト車両Ｔの走行方向Ｔａ）に沿って所定の目標速度で走行させることができる。そして、本実施形態の衝突試験装置Ｙでは、ドーリー装置Ｄが走行路Ｓの終端Ｌａ近辺まで走行した時点で、テスト車両Ｔとドーリー装置Ｄとの連結状態を解除して、テスト車両Ｔを衝突対象物Ｂに衝突させ、この衝突時点の損壊状況や衝突前後の状況をピットＰ内に設置したカメラＣによって撮影することができる。

このように、速度制御装置Ｘを適用した車両衝突試験装置Ｙでは、車両を所定の速度パターンＰｔで走行させて衝突対象物Ｂに衝突させることができ、正確な衝突試験結果を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図３に示すような構成を採用した速度制御装置であってもよい。すなわち、第１インバータ３として、速度制御部３１の出力値（速度制御出力トルク）を分配する分配器３３を備えたものを適用して、第１インバータ３では、この分配された速度制御出力トルク（分配済み速度制御出力トルク）に分配済み加算トルクを加算してなるトルク指令に基づいて第１ダイナモメータ１を速度制御するとともに、第２インバータ４では、分配済み加算トルクに分配済み速度制御出力トルクを加算してなるトルク指令に基づいて第２ダイナモメータ２をトルク制御するように構成してもよい。

また、メカロストルクを事前に把握できる環境下では、加速トルク算出手段で算出した加速トルクにメカロストルクを加算したトルクを加速トルク分配手段に出力するように構成することもできる。

さらには、加速度指令（加速度パターン）を積分して得られる速度指令を第１インバータ及び微分処理手段に出力しても構わない。

また、トルク制御によって作動が制御される第２ダイナモメータは２台以上であってもよい。その場合、第２ダイナモメータの台数に応じて第２インバータも増設すればよい。

本発明の速度制御装置は車両衝突試験装置以外の適宜の試験装置や、試験を目的としない種々の装置にも好適に適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…第１ダイナモメータ
２…第２ダイナモメータ
３…第１インバータ
３１…速度制御部
４…第２インバータ
５…微分処理手段
６…加速トルク算出手段
７…加速トルク分配手段
Ｂ…衝突対象物
Ｌ…負荷
Ｔ…テスト車両
Ｘ…速度制御装置
Ｙ…車両衝突試験装置

Claims (3)

1. 複数台のダイナモメータによって１つの負荷を所定の速度で作動させる速度制御装置であって、
   前記負荷に接続した１台目のダイナモメータである第１ダイナモメータと、
   所定の速度指令及び速度フィードバックに基づいてＰＩ演算処理を行う速度制御部を有し、前記第１ダイナモメータを速度制御する第１インバータと、
   前記第１ダイナモメータ以外の１又は複数のダイナモメータである第２ダイナモメータと、
   前記第２ダイナモメータをトルク制御する第２インバータと、
   前記速度指令に対して微分処理を行う微分処理手段と、
   前記微分処理手段によって算出した加速度に所定の慣性を乗算して加速トルクを算出する加速トルク算出手段と、
   前記加速トルク算出手段で算出した加速トルクを前記ダイナモメータの台数及び容量に応じて分配する加速トルク分配手段とを備え、
   前記第２インバータが、前記加速トルク分配手段により分配された加速トルクに応じたトルク指令に基づいて前記第２ダイナモメータをトルク制御するものであり、
   前記第１インバータが、前記速度制御部の出力値である速度制御出力トルクに、前記加速トルク分配手段により分配された加速トルクを加算した補正トルク指令に基づいて前記第１ダイナモメータを速度制御するものであることを特徴とする速度制御装置。
2. 前記速度指令が速度パターンである請求項１に記載の速度制御装置。
3. テスト車両を所定の目標速度で走行させて衝突対象物に衝突させる車両衝突試験装置であって、
   前記テスト車両を負荷としてその走行速度を請求項１又は２に記載の速度制御装置によって制御することを特徴とする車両衝突試験装置。

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