JP6390774B1 - 動力計制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力側動力計に対し安定して低慣性化制御を行うことができる動力系制御装置を提供すること。【解決手段】入力側制御装置５は、上位トルク指令信号Ｔｒｅｆと軸トルク検出信号Ｔｓｈとの差信号を用いることによって、設定慣性モーメントＪｓｅｔを有する慣性体が、差信号に相当するトルクの下で運動したときの回転速度に相当するモデル速度信号ωｍを生成し、モデル速度信号ωｍと速度検出信号ωとの差を無くすような第１制御入力信号を生成するフィードバック制御器５１と、差信号にＫ・Ｊｄｙ／Ｊｓｅｔを乗算することで第２制御入力信号を生成するフィードフォワード制御器５５と、制御器５１，５５の出力を合せて得られる信号から、共振周波数の近傍に設定されたカットオフ周波数ｆｃよりも高周波数の成分を減衰させることでトルク指令信号Ｔｒを生成するローパスフィルタ５７と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、動力計制御装置に関する。より詳しくは、例えば車両のドライブトレインのような入力軸と出力軸とを備える供試体と、この供試体の入力軸に連結された入力側動力計とを備える試験システムに用いられる動力計制御装置に関する。

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、及び駆動輪などで構成される。ドライブトレインの試験システムでは、実際にエンジンでトランスミッションを駆動するとともに、その出力軸に接続された出力側動力計を電気慣性制御することにより、タイヤや車体の慣性を模した負荷トルクを出力軸に付与しながら、ドライブトレインの耐久性能や品質などが評価される（例えば、特許文献１参照）。また近年では、ドライブトレインの入力軸に入力する駆動トルクを、実エンジンの代わりに入力側動力計で発生させる試験システムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

実エンジンでは各気筒における燃焼行程に起因して周期的なトルク変動が生じる。そこで試験システムでは、このような実エンジンのトルク変動を模すべく、供試体の入力軸を回転させながら入力側動力計のトルクを所定の周期及び振幅で変動させることにより、試験の再現性を向上している。より具体的には、一定の駆動トルクを発生させるための直流のベーストルク成分に、所定の加振周波数及び加振振幅で特徴付けられる交流の加振トルク成分を合成したものをトルク指令信号とし、これを動力計のインバータへ入力する（例えば、特許文献３参照）。

国際公開第２０１４／０１０４０９号公報 特開２０１３−２５７２３４号公報 特開２００２−７１５２０号公報

ところで、入力側動力計の実際の慣性モーメント（以下、「動力計慣性モーメント」ともいう）は、これによって模擬しようとする実際のエンジンの慣性モーメントと異なる。より具体的には、動力計慣性モーメントは、実際のエンジンの慣性モーメントよりも大きい。このため、試験の再現性を向上するためには、動力計慣性モーメントが、あたかもそれよりも小さな値に設定された設定慣性モーメントであるかのように入力側動力計を制御する低慣性化制御を併せて行う必要がある。

図１０は、入力側動力計に対し低慣性化制御を経ていないトルク指令信号を入力した場合における入力側動力計の回転速度（単位時間当たりの回転数）の変化を示す図である。図１０には、動力計慣性モーメントよりも小さな値に設定された設定慣性モーメントを有する仮想的な動力計に、同じトルク指令信号を入力した場合に実現される回転速度の変化を破線で示す。すなわち図１０における破線は、低慣性化制御によって入力側動力計で実現したい理想的な回転速度の変化である。図１０に示すように、入力側動力計と仮想的な動力計とでは回転速度の上昇速度が異なる。より具体的には、入力側動力計よりも仮想的な動力計の方が、慣性モーメントが小さい分、仮想的な動力計の回転速度は速やかに上昇する。

このようにドライブトレインの試験システムにおいて、入力側動力計による実エンジンの再現性を向上するためには、入力側動力計に対して低慣性化制御を行う必要がある。ここで供試体の出力軸に連結される出力側動力計に対する低慣性化制御の具体的な方法については、例えば、本願出願人による特許文献１に示されている。しかしながら、供試体の入力軸に連結される入力側動力計に対する低慣性化制御の具体的な方法についてはこれまで十分に検討されていない。

ここで、特許文献１に示されている出力側動力計に対する低慣性化制御をそのまま入力側動力計に適用することも考えられる。しかしながら、入力軸と出力軸とではねじり振動による影響が異なるため、安定した低慣性化制御を行うことができるかどうか、明らかでない。

本発明は、入力軸と出力軸とを備える供試体の入力軸に連結された入力側動力計を備える試験システムにおいて、この入力側動力計に対し安定して低慣性化制御を行うことができる動力計制御装置を提供することを目的とする。

（１）試験システム（例えば、後述の試験システム１）は、入力軸（例えば、後述の入力軸ＳＩ）及び出力軸（例えば、後述の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２）を備える供試体（例えば、後述の供試体Ｗ）の入力軸に連結された動力計（例えば、後述の入力側動力計２１）と、トルク指令信号（例えば、後述の入力側トルク指令信号Ｔｒ）に応じた電力を前記動力計に供給するインバータ（例えば、後述の入力側インバータ２２）と、前記動力計の回転速度に応じた速度検出信号（例えば、後述の入力側速度検出信号ω）を発生する速度検出器（例えば、後述の入力側エンコーダ２３）と、前記入力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号（例えば、後述の入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ）を発生する軸トルク検出器（例えば、後述の入力側軸トルクメータ２４）と、を備える。本発明の動力計制御装置（例えば、後述の入力側制御装置５）は、前記速度検出信号及び前記軸トルク検出信号を用いて前記トルク指令信号を生成するものであって、前記トルク指令信号に対する上位指令信号（例えば、後述の上位指令信号Ｔｒｅｆ）と前記軸トルク検出信号との差信号（例えば、後述の差信号（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ））を用いることによって、前記動力計の慣性モーメント（例えば、後述の入力側慣性モーメントＪｄｙ）よりも小さな設定慣性モーメント（例えば、後述の設定慣性モーメントＪｓｅｔ）を有する慣性体が前記差信号に相当するトルクの下で運動したときの回転速度に相当するモデル速度信号（例えば、後述のモデル速度信号ωｍ）を生成し、当該モデル速度信号と前記速度検出信号との差を無くすような第１制御入力信号を生成するフィードバック制御器（例えば、後述のフィードバック制御器５１）と、前記差信号に前記動力計の慣性モーメント及び前記設定慣性モーメントに基づいてその値が設定される係数を乗算することにより第２制御入力信号を生成するフィードフォワード制御器（例えば、後述のフィードフォワード制御器５５）と、前記第１制御入力信号と前記第２制御入力信号とを合せて得られる信号から、前記供試体の前記入力軸側における共振周波数の近傍に設定されたカットオフ周波数（例えば、後述のカットオフ周波数ｆｃ）よりも高周波数の成分を減衰させることによって前記トルク指令信号を生成するフィルタ（例えば、後述のローパスフィルタ５７）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記供試体は、車両のドライブトレインであり、前記フィルタは、二次のローパスフィルタであることが好ましい。

（３）この場合、前記係数は、前記動力計の慣性モーメントが大きくなるほど大きな値に設定され、前記設定慣性モーメントが大きくなるほど小さな値に設定されることが好ましい。

（１）本発明の動力計制御装置は、フィードバック制御器とフィードフォワード制御器とフィルタとを備え、これらを用いることによって、供試体の入力軸に連結される動力計に対するトルク指令信号を生成する。フィードバック制御器は、トルク指令信号に対する上位指令信号と軸トルク検出信号との差信号を用いることによって、動力計慣性モーメントよりも小さな設定慣性モーメントを有する慣性体が差信号に相当するトルクの作用下で運動したときの回転速度に相当するモデル速度信号を生成し、さらにこのモデル速度信号と速度検出信号との差を無くすような第１制御入力信号を生成する。本発明の動力計制御装置では、設定慣性モーメントを有する慣性体をモデルとした演算に基づいて、以上のような手順で第１制御入力信号を生成することにより、動力計慣性モーメントが、あたかもこれより小さな設定慣性モーメントであるように、動力計の低慣性化制御を行うことができる。ここで供試体の入力軸と動力計とを接続した場合、この入力軸にはねじり振動が発生してしまい、上記のようなフィードバック制御器だけでは、このねじり振動に起因して安定した低慣性化制御を行うことができない場合がある。これに対し本発明では、フィードフォワード制御器において、上位指令信号と軸トルク検出信号との差信号に、動力計慣性モーメント及び設定慣性モーメントに基づいてその値が設定される係数を乗算することによって第２制御入力信号を生成し、さらにフィルタにおいて、これら第１制御入力信号と第２制御入力信号とを合せて得られる信号から、供試体の入力軸側における共振周波数の近傍に設定されたカットオフ周波数よりも高周波数の成分を減衰させることによってトルク指令信号を生成する。本発明の動力計制御装置によれば、フィードバック制御器に加えて、このようなフィードフォワード制御器とフィルタとを併用することにより、入力軸に連結された動力計に対し安定して低慣性化制御を行うことができる。

（２）本発明の動力計制御装置では、供試体をドライブトレインとし、トルク指令信号における高周波数の成分を減衰させるフィルタとして、二次のローパスフィルタを用いる。一般的にドライブトレインは、エンジンが接続される入力軸側と駆動輪が接続される出力軸側とで共振特性が異なる。本発明の動力計制御装置では、フィルタとして二次のローパスフィルタを用いることにより、入力軸側におけるトルク指令信号に対する軸トルクの高周波数領域における減衰傾度を、出力軸側におけるトルク指令信号に対する軸トルクの高周波数領域における減衰傾度に近づけることができ、ひいては入力軸側の動力計に対する低慣性化制御をさらに安定化することができる。

（３）本発明の動力計制御装置では、フィードフォワード制御器において、差信号に乗ずる係数として、動力計慣性モーメントが大きくなるほど大きな値に設定され、設定慣性モーメントが大きくなるほど小さな値に設定されるものを用いる。これにより、入力軸側の動力計に対する低慣性化制御をさらに安定化することができる。

本発明の一実施形態に係る入力側制御装置が適用されたドライブトレインの試験システムの構成を示す図である。 出力側制御装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 摩擦係数値を決定する制御マップの一例である。 入力側制御装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 比較例の入力側制御装置を用いて低慣性化制御を行った場合における入力側動力計の回転速度の変化を示す図である。 供試体の入力軸側の機械特性を示すボード線図である。 供試体の出力軸側の機械特性を示すボード線図である。 上記実施形態に係る入力側制御装置が適用された試験システムにおいて、ローパスフィルタへの入力からみた供試体の入力軸側の機械特性を示すボード線図である。 上記実施形態に係る入力側制御装置を用いて入力側動力計の低慣性化制御を行った場合における入力側動力計の回転速度の変化を示す図である。 入力側動力計に対し低慣性化制御を経ていないトルク指令信号を入力した場合における入力側動力計の回転数の変化を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る入力側制御装置５が適用されたドライブトレインの試験システム１の構成を示す図である。なお図１には、ＦＦ駆動方式の車両のドライブトレインを供試体Ｗとした試験システム１の例を示すが、本発明はこれに限るものではない。供試体は、例えばＦＲ駆動方式の車両のドライブトレインとしてもよい。

供試体Ｗは、完成車に搭載した状態では図示しないエンジンが接続される入力軸ＳＩと、ドライブシャフトである左右の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２と、クラッチ、トランスミッション、及びデファレンシャルギヤ等を組み合わせて構成され、入力軸ＳＩから入力された動力を出力軸ＳＯ１，ＳＯ２へ伝達する本体ＷＢと、を備える。

試験システム１は、入力側動力計２１と、入力側インバータ２２と、入力側エンコーダ２３と、入力側軸トルクメータ２４と、第１出力側動力計３１と、第２出力側動力計３２と、第１出力側インバータ３３と、第２出力側インバータ３４と、第１出力側エンコーダ３５と、第２出力側エンコーダ３６と、第１出力側軸トルクメータ３７と、第２出力側軸トルクメータ３８と、入力側制御装置５と、出力側制御装置６と、を備える。

入力側動力計２１の出力軸は供試体Ｗの入力軸ＳＩに連結されている。入力側インバータ２２は、入力側制御装置５から後述の手順によって生成される入力側トルク指令信号Ｔｒが入力されると、この入力側トルク指令信号Ｔｒに応じた電力を入力側動力計２１に供給する。入力側エンコーダ２３は、入力側動力計２１の出力軸の回転速度（軸の単位時間当たりの回転数）を検出し、この回転速度に応じた入力側速度検出信号ωを発生する。この入力側速度検出信号ωは、入力側制御装置５へ入力される。入力側軸トルクメータ２４は、入力軸ＳＩに作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈを発生する。この入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈは、入力側制御装置５へ入力される。

第１出力側動力計３１の出力軸は供試体Ｗの出力軸ＳＯ１に連結されている。第１出力側インバータ３３は、出力側制御装置６から後述の手順によって生成される第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１が入力されると、この第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１に応じた電力を第１出力側動力計３１に供給する。第１出力側エンコーダ３５は、第１出力側動力計３１の出力軸の回転速度を検出し、この回転速度に応じた第１出力側速度検出信号ω１を発生する。この第１出力側速度検出信号ω１は、出力側制御装置６へ入力される。第１出力側軸トルクメータ３７は、出力軸ＳＯ１に作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１を発生する。この第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１は、出力側制御装置６へ入力される。

第２出力側動力計３２の出力軸は供試体Ｗの出力軸ＳＯ２に連結されている。第２出力側インバータ３４は、出力側制御装置６から後述の手順によって生成される第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２が入力されると、この第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２に応じた電力を第２出力側動力計３２に供給する。第２出力側エンコーダ３６は、第２出力側動力計３２の出力軸の回転速度を検出し、この回転速度に応じた第２出力側速度検出信号ω２を発生する。この第２出力側速度検出信号ω２は、出力側制御装置６へ入力される。第２出力側軸トルクメータ３８は、出力軸ＳＯ２に作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２を発生する。この第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２は、出力側制御装置６へ入力される。

入力側制御装置５は、入力側速度検出信号ωや入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ等の入力信号を用いることにより、後に図４〜図９等を参照して説明する手順に従って入力側トルク指令信号Ｔｒを生成し、これを入力側インバータ２２へ入力する。これにより入力側制御装置５は、供試体Ｗが搭載される完成車におけるエンジンを模擬した駆動トルクを入力側動力計２１に発生させ、供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動する。

出力側制御装置６は、第１及び第２出力側速度検出信号ω１，ω２や第１及び第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１，Ｔｓｈ２等の入力信号を用いることにより、後に図２〜図３等を参照して説明する手順に従って第１及び第２出力側トルク指令信号Ｔｒ１，Ｔｒ２を生成し、これらを第１及び第２出力側インバータ３３，３４へ入力する。これにより出力側制御装置６は、供試体Ｗが搭載される完成車におけるタイヤ慣性や車体慣性を模擬した負荷を供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に付与する。

試験システム１では、入力側制御装置５によって供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動すると同時に、出力側制御装置６によって供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２にタイヤ慣性や車体慣性を模擬した負荷を付与することにより、実車の走行状態に近い状態の下で供試体Ｗの耐久性能や品質等を評価する。

図２は、出力側制御装置６の制御回路の構成を示すブロック図である。
出力側制御装置６は、第１出力側速度検出信号ω１及び第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１に基づいて第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１を生成する第１制御回路６１と、第２出力側速度検出信号ω２及び第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２に基づいて第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２を生成する第２制御回路６２と、供試体Ｗを搭載した仮想的な車両の速度を算出する車両速度演算部６３と、を備える。

第１制御回路６１は、第１タイヤ速度演算部６１１と、第１車両駆動トルク演算部６１２と、第１速度制御装置６１３と、第１フィードフォワード入力演算部６１４と、第１軸トルク入力セレクタ６１５と、第１合成部６１６と、を備える。第２制御回路６２は、第２タイヤ速度演算部６２１と、第２車両駆動トルク演算部６２２と、第２速度制御装置６２３と、第２フィードフォワード入力演算部６２４と、第２軸トルク入力セレクタ６２５と、第２合成部６２６と、を備える。

車両速度演算部６３は、仮想的な第１タイヤと仮想的な第１路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する後述の第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１と、仮想的な第２タイヤと仮想的な第２路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する後述の第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２とを入力とし、上記第１、第２タイヤを駆動輪として走行する仮想的な車両の慣性モーメントＪｖで特徴付けられる車両の運動方程式（下記式（１）参照）によって、車両の速度に相当する車両速度信号Ｖを生成する。
Ｆｘ１＋Ｆｘ２＝Ｊｖ・ｄＶ／ｄｔ （１）

車両速度演算部６３は、より具体的には、第１車両駆動トルク演算部６１２によって生成される第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１と第２車両駆動トルク演算部６２２によって生成される第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２とを合算した信号に、車両慣性モーメントＪｖの逆数を乗算し、これに積分演算を施すことにより車両速度信号Ｖを生成する。

第１軸トルク入力セレクタ６１５は、第１タイヤ速度演算部６１１への入力を第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１と値０の信号とで選択的に切替える。第１軸トルク入力セレクタ６１５は、第１タイヤ速度演算部６１１への入力を、通常は第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１とし、ストール試験を行う場合は値０の信号とする。

第１タイヤ速度演算部６１１は、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１及び第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を入力として、第１タイヤの慣性モーメントＪｔ１で特徴付けられる第１タイヤの運動方程式（下記式（２）参照）によって、第１タイヤの回転速度に相当する第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を生成する。
Ｔｓｈ１−Ｆｘ１＝Ｊｔ１・ｄＶｗ１／ｄｔ （２）

第１タイヤ速度演算部６１１は、より具体的には、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１から第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を減算して得られる信号を第１タイヤの回転に寄与する第１タイヤ駆動トルク信号と定義し、これに第１タイヤ慣性モーメントＪｔ１の逆数を乗算し、これに積分演算を施すことにより第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を生成する。

第２軸トルク入力セレクタ６２５は、第２タイヤ速度演算部６２１への入力を第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２と値０の信号とで選択的に切替える。第２軸トルク入力セレクタ６２５は、第２タイヤ速度演算部６２１への入力を、通常は第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２とし、ストール試験を場合は値０の信号とする。

第２タイヤ速度演算部６２１は、第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２及び第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を入力として、第２タイヤの慣性モーメントＪｔ２で特徴付けられる第２タイヤの運動方程式（下記式（３）参照）によって、第２タイヤの回転速度に相当する第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を生成する。第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を算出する具体的な手順は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を算出する手順と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
Ｔｓｈ２−Ｆｘ２＝Ｊｔ２・ｄＶｗ２／ｄｔ （３）

第１車両駆動トルク演算部６１２は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１と車両速度信号Ｖとの差に基づいて、第１タイヤと仮想的に設定された第１路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する。以下、その手順について具体的に説明する。

第１車両駆動トルク演算部６１２は、先ず、速度差（Ｖｗ１−Ｖ）並びに速度信号Ｖｗ１及びＶの何れか大きい方に基づいて、第１タイヤの第１路面上における第１スリップ率λ１を下記式（４）に基づいて算出する。次に、第１車両駆動トルク演算部６１２は、算出した第１スリップ率λ１を引数として、図３に示すような制御マップｆ１に基づいて第１タイヤ−第１路面間の第１摩擦係数値μ１を決定する（下記式（５）参照）。なお、この摩擦係数値を決定する制御マップは、第１路面の状態（雪面、乾燥路面等）に応じて適宜選択可能となっている。次に、第１車両駆動トルク演算部６１２は、第１タイヤが第１路面から受ける第１垂直抗力値Ｎｚ１に、第１摩擦係数値μ１を乗算することにより、第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する（下記式（６）参照）。この第１垂直抗力値Ｎｚ１は、予め定められた定数又は車両速度信号Ｖなどに応じて推定された値が用いられる。
λ１＝（Ｖｗ１−Ｖ）／ｍａｘ（Ｖｗ１，Ｖ） （４）
μ１＝ｆ１（λ１） （５）
Ｆｘ１＝Ｎｚ１・μ１ （６）

第２車両駆動トルク演算部６２２は、第２タイヤ速度信号Ｖｗ２と車両速度信号Ｖとを入力として、下記式（７）〜（９）に基づいて、第２タイヤと第２路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を生成する。第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を生成する具体的な手順は、第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する手順と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
λ２＝（Ｖｗ２−Ｖ）／ｍａｘ（Ｖｗ２，Ｖ） （７）
μ２＝ｆ２（λ２） （８）
Ｆｘ２＝Ｎｚ２・μ２ （９）

以上のように、第１制御回路６１及び第２制御回路６２では、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に接続される第１タイヤ及び第２タイヤと、これらタイヤを駆動輪として第１路面及び第２路面上を走行する車両とを仮想的に設定し、これらを独立した慣性モーメントＪｔ１，Ｊｔ２，Ｊｖを有する物体とした上、それぞれに対する運動方程式（１）〜（９）を連立させることにより、車両速度信号Ｖ、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１、及び第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を生成する。

第１速度制御装置６１３は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１と第１出力側速度検出信号ω１との偏差が無くなるように第１フィードバック制御入力信号を生成する。第２速度制御装置６２３は、第２タイヤ速度信号Ｖｗ２と第２出力側速度検出信号ω２との偏差が無くなるように第２フィードバック制御入力信号を生成する。

第１フィードフォワード入力演算部６１４は、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１と第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１との差に、第１出力側動力計３１の慣性モーメントＪｄｙ１を第１タイヤの慣性モーメントＪｔ１で除算して得られる係数を乗算することにより、第１フィードフォワード制御入力信号を生成する。第１合成部６１６は、第１速度制御装置６１３によって生成される第１フィードバック制御入力信号と第１フィードフォワード入力演算部６１４によって生成される第１フィードフォワード制御入力信号とを足し合わせることによって、第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１を生成する。

第２フィードフォワード入力演算部６２４は、第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２と第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２との差に、第２出力側動力計３２の慣性モーメントＪｄｙ２を第２タイヤの慣性モーメントＪｔ２で除算して得られる係数を乗算することにより、第２フィードフォワード制御入力信号を生成する。第２合成部６２６は、第２速度制御装置６２３によって生成される第２フィードバック制御入力信号と第２フィードフォワード入力演算部６２４によって生成される第２フィードフォワード制御入力信号とを足し合わせることによって、第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２を生成する。

図４は、入力側制御装置５の制御回路の構成を示すブロック図である。図４には、入力側制御装置５に構成される制御回路のうち、特に入力側動力計の低慣性化制御を担う部分を示す。

入力側制御装置５は、フィードバック制御器５１と、フィードフォワード制御器５５と、合成部５６と、ローパスフィルタ５７と、を備え、これらを用いることによって入力側トルク指令信号Ｔｒを生成する。

フィードバック制御器５１は、モデル演算部５２と、速度制御器５３と、を備える。モデル演算部５２は、入力側トルク指令信号に対する上位指令信号である上位トルク指令信号Ｔｒｅｆと入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈとの差信号（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ）を用いて、所定の設定慣性モーメントＪｓｅｔを有する仮想的な慣性体の運動に関する演算を行う。

ここで上位トルク指令信号Ｔｒｅｆは、図示しない上位指令生成装置において既知の方法に基づいて生成される。完成車両において供試体Ｗの入力軸ＳＩに接続されるエンジンは、各気筒における燃焼行程に起因して周期的なトルク変動が生じる。そこで上位指令生成装置は、このような実エンジンのトルク変動を模擬するべく、直流信号と交流信号とを合成することによって上位トルク指令信号Ｔｒｅｆを生成する。

モデル演算部５２は、設定慣性モーメントＪｓｅｔを有する仮想的な慣性体が、上記差信号（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ）に相当するトルクの作用下で回転運動したときにおける、この慣性体の回転速度に相当するモデル速度信号ωｍを、上記慣性体に対する運動方程式に基づいて生成する。ここで設定慣性モーメントＪｓｅｔは、既知である入力側動力計２１の慣性モーメントである入力側慣性モーメントＪｄｙよりも小さな値、より具体的には供試体Ｗに接続されるべきエンジンの慣性モーメントと等しい値に設定される。モデル演算部５２は、図２に示すように、差信号（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ）に、設定慣性モーメントＪｓｅｔの逆数を乗算したものを積分することによってモデル速度信号ωｍを生成する。

速度制御器５３は、既知のフィードバック制御則に基づいて、モデル速度信号ωｍと入力側速度検出信号ωとの偏差を無くすような第１制御入力信号を生成する。図４には、所定のゲインＫｉ，Ｋｐによって特定されるＰＩ制御則に従って第１制御入力信号を生成する場合を例示するが、速度制御器５３で用いられるフィードバック制御則は、これに限るものではない。

フィードフォワード制御器５５は、上記差信号（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ）に、入力側慣性モーメントＪｄｙと、これよりも小さな設定慣性モーメントＪｓｅｔと、所定のゲインＫと、に基づいて設定される係数を乗算することにより、第２制御入力信号を生成する。フィードフォワード制御器５５において、差信号（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ）に乗算する係数は、入力側慣性モーメントＪｄｙが大きくなるほど大きな値に設定され、設定慣性モーメントＪｓｅｔが大きくなるほど小さな値に設定される。図４には、差信号（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ）に乗算する係数として、例えば入力側慣性モーメントＪｄｙを、これよりも小さな設定慣性モーメントＪｓｅｔで除算したものに、所定のゲインＫを乗算して得られる値を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。またゲインＫの値は、好ましい制御特性が得られるように１より大きな値、具体的には例えば“１．２”に設定される。

合成部５６は、フィードバック制御器５１によって生成される第１制御入力信号とフィードフォワード制御器５５によって生成される第２制御入力信号とを足し合わせた信号をローパスフィルタ５７へ入力する。

ローパスフィルタ５７は、合成部５６の出力信号のうち所定のカットオフ周波数ｆｃよりも高周波数の成分を減衰させることによって入力側トルク指令信号Ｔｒを生成する。ローパスフィルタ５７のカットオフ周波数ｆｃは、入力側制御装置５による入力側動力計２１の低慣性化制御が安定して実現されるよう、供試体Ｗの入力軸ＳＩ側の機械特性において表れる共振周波数（例えば、後に図６等を参照して説明するように、約２０［Ｈｚ］）の近傍に設定される。ここで「共振周波数の近傍」とは、カットオフ周波数ｆｃは、共振周波数と厳密に一致させる必要はなく、数［Ｈｚ］程度のずれが許容されることを意味する。またローパスフィルタ５７としては、上記低慣性化制御がさらに安定して実現されるよう、二次の関数形のものが用いられる。以下では、以上のようなカットオフ周波数ｆｃ及び関数形のローパスフィルタ５７を用いる理由について説明する。

図５は、比較例の入力側制御装置を用いて入力側動力計２１の低慣性化制御を行った場合における入力側動力計２１の回転速度の変化を示す図である。ここで比較例の入力側制御装置とは、図４に示す本実施形態の入力側制御装置５から、ローパスフィルタ５７を除いたものである。また図５において、破線は、図１０と同様に定義される理想的な回転速度の変化を示す。図５に示すように、ローパスフィルタ５７を備えない比較例の入力側制御装置では、安定した低慣性化制御を行うことができず、入力側動力計２１の回転速度は大きく振動する。比較例の入力側制御装置では安定した低慣性化制御を実現できない理由は、以下で説明するように、供試体Ｗの入力軸ＳＩ側と出力軸ＳＯ１，ＳＯ２側との間の機械特性の相違に起因すると考えられる。

図６は、供試体Ｗの入力軸ＳＩ側の機械特性を示すボード線図である。ここで入力軸ＳＩ側の機械特性とは、より具体的には、入力側トルク指令信号Ｔｒから入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈまでの伝達関数（Ｔｓｈ（ｓ）／Ｔｒ（ｓ））をいう。

図７は、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１側の機械特性を示すボード線図である。ここで出力軸ＳＯ１側の機械特性とは、より具体的には、第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１から第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１までの伝達関数（Ｔｓｈ１（ｓ）／Ｔｒ１（ｓ））をいう。なお、出力軸ＳＯ２側の機械特性は、図７と定性的には同じであるので、図示及び詳細な説明を省略する。

これら図６及び図７に示すように、供試体Ｗの機械特性には、軸のねじり振動に起因して、特定の周波数において入出力比が高くなる共振現象が発生する。より具体的には、入力軸ＳＩ側の機械特性には、約２０［Ｈｚ］において一次の共振点が表れ、約２５［Ｈｚ］において一次の反共振点が表れる。また出力軸ＳＯ１側の機械特性には、約５［Ｈｚ］において一次の共振点が表れる。

入力軸ＳＩ側の機械特性と出力軸ＳＯ１側の機械特性との相違に関し特に注目すべき点として、各々の一次の共振周波数より高周波数側における減衰傾度がある。出力軸ＳＯ１側の機械特性における、一次の共振周波数より高周波数側の減衰傾度は、図７において破線で示すように約−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］である。これに対し入力軸ＳＩ側の機械特性において一次の共振周波数より高周波数側では、入出力比は、−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］よりも急な減衰傾度で反共振点へ向けて低下した後、再び増加している。

比較例の入力側制御装置による低慣性化制御を不安定にする要因は、この一次の共振周波数より高周波数側における減衰傾度の相違に起因すると考えられる。またこれら減衰傾度の相違の中でもとりわけ、入力側では反共振点よりも高周波数側（例えば、１００［Ｈｚ］以降）において入出力比が十分に減衰していない点が低慣性化制御を不安定にしていると考えられる。そこで本実施形態に係る入力側制御装置５に設けられるローパスフィルタ５７のカットオフ周波数ｆｃ及び具体的な関数形は、入力軸ＳＩ側と出力軸ＳＯ１側とで減衰傾度が概ね一致するよう、より具体的には、入力側の入出力比が上記高周波数側でも−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］で減衰するように設定される。

図８は、本実施形態に係る入力側制御装置５が適用された試験システム１において、ローパスフィルタ５７への入力からみた供試体Ｗの入力軸ＳＩ側の機械特性を示すボード線図である。ここで入力側制御装置５のローパスフィルタ５７のカットオフ周波数ｆｃは、入力軸ＳＩ側の共振周波数の近傍である２０［Ｈｚ］に設定した。またローパスフィルタ５７の関数形は二次とした。図８に示すように、以上のようなローパスフィルタ５７を用いることにより、入力軸ＳＩ側の機械特性において、その一次の共振周波数より高周波数側における減衰傾度は、概ね−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］となり、出力軸ＳＯ１側の減衰傾度と概ね一致する。

図９は、本実施形態に係る入力側制御装置５を用いて入力側動力計２１の低慣性化制御を行った場合における入力側動力計２１の回転速度の変化を示す図である。図９において、破線は、図１０と同様に定義される理想的な回転速度の変化を示す。この図９に示すように、本実施形態の入力側制御装置５によれば、ローパスフィルタ５７を用いることによって入力軸ＳＩ側と出力軸ＳＯ１側とで減衰傾度を揃えることにより、安定して低慣性化制御を行うことができる。また入力側制御装置５を用いた低慣性化制御によれば、設定慣性モーメントＪｓｅｔよりも大きな入力側慣性モーメントＪｄｙを有する入力側動力計２１の回転速度の変化を、破線で示す理想的な回転速度の変化とほぼ一致させることができる。すなわち、入力側制御装置５によれば、入力側動力計２１の慣性モーメントを、入力側慣性モーメントＪｄｙよりも小さな設定慣性モーメントＪｓｅｔにする低慣性化制御を精度良く実現することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…試験システム
Ｗ…供試体
ＳＩ…入力軸
ＳＯ１，ＳＯ２…出力軸
２１…入力側動力計（動力計）
２２…入力側インバータ（インバータ）
２３…入力側エンコーダ（速度検出器）
２４…入力側軸トルクメータ（軸トルク検出器）
５…入力側制御装置（動力計制御装置）
５１…フィードバック制御器
５５…フィードフォワード制御器
５７…ローパスフィルタ（フィルタ）
６…出力側制御装置

Claims (3)

1. 入力軸及び出力軸を備える供試体の入力軸に連結された動力計と、
   トルク指令信号に応じた電力を前記動力計に供給するインバータと、
   前記動力計の回転速度に応じた速度検出信号を発生する速度検出器と、
   前記入力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器と、を備える試験システムにおいて、前記速度検出信号及び前記軸トルク検出信号を用いて前記トルク指令信号を生成する動力計制御装置であって、
   前記トルク指令信号に対する上位指令信号と前記軸トルク検出信号との差信号を用いることによって、前記動力計の慣性モーメントよりも小さな設定慣性モーメントを有する慣性体が前記差信号に相当するトルクの下で運動したときの回転速度に相当するモデル速度信号を生成し、当該モデル速度信号と前記速度検出信号との差を無くすような第１制御入力信号を生成するフィードバック制御器と、
   前記差信号に前記動力計の慣性モーメント及び前記設定慣性モーメントに基づいてその値が設定される係数を乗算することにより第２制御入力信号を生成するフィードフォワード制御器と、
   前記第１制御入力信号と前記第２制御入力信号とを合せて得られる信号から、前記供試体の前記入力軸側における共振周波数の近傍に設定されたカットオフ周波数よりも高周波数の成分を減衰させることによって前記トルク指令信号を生成するフィルタと、を備えることを特徴とする動力計制御装置。
2. 前記供試体は、車両のドライブトレインであり、
   前記フィルタは、二次のローパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の動力計制御装置。
3. 前記係数は、前記動力計の慣性モーメントが大きくなるほど大きな値に設定され、前記設定慣性モーメントが大きくなるほど小さな値に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力計制御装置。