JP6402755B2 - ドライブトレインの試験システム及びドライブトレインの試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドライブトレインの試験システム及びドライブトレインの試験方法に関する。より詳しくは、車両のドライブトレインに接続されたモータでエンジンを模したトルクを発生させるドライブトレインの試験システムと、これを用いたドライブトレインの試験方法に関する。

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、フライホイール、トランスミッション、トルクコンバータ、ダンパ、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、様々な装置で構成される。ドライブトレインの試験システムでは、上記のようなドライブトレイン又はその構成装置を供試体とし、この供試体に、実エンジンの代わりにモータで発生したトルクを入力することによって、その耐久性能や品質などを評価する。

実エンジンでは、各気筒内におけるピストンの往復運動はクランクシャフトの回転運動に変換されるが、この際、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。このためドライブトレインの試験システムでは、所定の加減速度で駆動するための直流信号と所定の加振周波数及び加振振幅の交流信号とを合成することによってトルク指令信号を生成し、これをモータのインバータへ入力する（例えば、特許文献１参照）。これによりドライブトレインの試験システムでは、実エンジンを模した環境で供試体の試験を行う。

特開２０１４−２１５２５３号公報

ところで実際のエンジンにおけるトルク変動は、エンジンの機械的な位相、すなわちクランクシャフトの機械角やピストンの位置等と同期して発生する。このため実エンジンを精度良く再現するためには、モータで発生するトルクもエンジンの機械的な位相と同期して変動させることが好ましい。

しかしながら従来のドライブトレインの試験システムでは、トルク指令信号の周期を、モータに設けられる回転検出器によって得られるモータの回転速度に基づいて設定する。より具体的には、上記回転速度を積分することによってモータの位相を算出し、この位相に応じてトルク指令信号を周期的に変動させていた。したがって、回転速度の積分を開始する位置、すなわちモータの回し始めの位相によって、モータで発生するトルクの位相が本来の基準からずれてしまう場合がある。また回転速度を検出するセンサに誤差がある場合には、上述のような積分操作によって誤差が蓄積してしまい、これによってモータで発生するトルクの位相がずれてしまう場合もある。

またドライブトレインに用いられる部品には、エンジンの機械的な位相と同期して初めてその性能を発揮するように設計されるものが用いられる場合もある。このため、従来の試験システムでは、このようなドライブトレインの性能を適切に評価することが困難な場合もある。

本発明は、実エンジンにおけるトルク変動を精度良く再現できるドライブトレインの試験システム及びドライブトレインの試験方法を提供することを目的とする。

（１）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１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、車両のドライブトレインの入力軸（例えば、後述の入力軸ＷＩ）に接続されるモータ（例えば、後述の入力側動力計２）と、前記モータで前記車両のエンジンを模したトルクを発生させるためのトルク指令信号を生成するトルク指令生成装置（例えば、後述のトルク指令生成装置５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ）と、前記モータの回転軸（例えば、後述の回転軸２１）の基準位置からの絶対位置に相当するモータ機械角を取得する機械角取得手段（例えば、後述の回転検出器４，４Ａ、及びインバータ６Ａ）と、を備え、前記トルク指令生成装置は、前記機械角取得手段によって取得された前記モータ機械角を用いることにより、当該モータ機械角の所定の次数倍の周期を有する信号と同期して変動するトルク指令信号を生成することを特徴とする。

（２）この場合、前記機械角取得手段は、前記モータ機械角に応じた信号を発生するアブソリュートエンコーダ（例えば、後述の回転検出器４）を備えることが好ましい。

（３）この場合、前記機械角取得手段は、前記回転軸が回転するとその回転変位量に応じたパルス信号を発生するインクリメンタルエンコーダ（例えば、後述の回転検出器４Ａ）と、前記インクリメンタルエンコーダのパルス信号を用いて前記モータ機械角を算出し、当該モータ機械角を用いて前記トルク指令信号を実現するように前記モータに駆動電流を供給するインバータ（例えば、後述のインバータ６Ａ）と、を備えることが好ましい。

（４）この場合、前記トルク指令生成装置は、前記次数と前記モータ機械角とを乗算することによって位相角を算出し、当該位相角に応じた正弦波又は余弦波と所定の加振振幅とを乗算したものを前記トルク指令信号の交流成分とすることが好ましい。

（５）この場合、前記トルク指令生成装置は、前記モータ機械角と前記エンジンの気筒数とを用いてピストンの位置に相当するシリンダ機械角を気筒毎に算出し、前記気筒毎のシリンダ機械角と前記モータ機械角を用いて算出される前記回転軸の回転速度とを用いて発生トルクを気筒毎に算出し、前記気筒毎の発生トルクを合算したものを前記トルク指令信号とすることが好ましい。

（６）この場合、前記トルク指令生成装置は、前記次数と前記モータ機械角とを乗算することによって基準位相角を算出し、当該基準位相角から所定の補正位相角を減算することによって位相角を算出し、当該位相角に応じた正弦波又は余弦波と所定の加振振幅とを乗算したものを前記トルク指令信号の交流成分とすることが好ましい。

（７）この場合、前記トルク指令生成装置は、前記モータ機械角から所定の補正位相角を減算することによって位相角を算出し、当該位相角と前記エンジンの気筒数とを用いてピストンの位置に相当するシリンダ機械角を気筒毎に算出し、前記気筒毎のシリンダ機械角と前記モータ機械角を用いて算出される前記回転軸の回転速度とを用いて発生トルクを気筒毎に算出し、前記気筒毎の発生トルクを合算したものを前記トルク指令信号とすることが好ましい。

（８）ドライブトレインの試験方法は、供試体であるドライブトレインの入力軸に、（４）又は（５）に記載のドライブトレインの試験システムを用いて前記モータで発生させた駆動トルクを入力することにより前記供試体の性能を評価する方法であって、前記入力軸の基準位置と前記回転軸の基準位置とが一致するように、前記入力軸を前記回転軸に位置合わせしながら連結する供試体連結工程と、前記トルク指令生成装置によって生成したトルク指令信号を用いて前記モータを駆動しながら前記供試体の性能を評価する試験工程と、を備えることを特徴とする。

（９）ドライブトレインの試験方法は、供試体であるドライブトレインの入力軸に、（６）又は（７）に記載のドライブトレインの試験システムを用いて前記モータで発生させた駆動トルクを入力することにより前記供試体の性能を評価する方法であって、前記入力軸を前記回転軸に連結する供試体連結工程と、前記モータを回転させながら前記入力軸の回転位置がその基準位置になった時における前記モータ機械角を取得し、当該取得したモータ機械角を前記補正位相角として設定する補正位相角設定工程と、前記トルク指令生成装置によって生成したトルク指令信号を用いて前記モータを駆動しながら前記供試体の性能を評価する試験工程と、を備えることを特徴とする。

（１）本発明では、機械角取得手段によってモータの回転軸の基準位置からの絶対位置に相当するモータ機械角を取得し、このモータ機械角を用いて、モータ機械角の所定の次数倍の周期を有する信号と同期して変動するトルク指令信号を生成する。ドライブトレインの試験システムでは、このように生成したトルク指令信号を用いることによってモータで発生させた駆動トルクをドライブトレインの入力軸に入力する。これにより、実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体に入力することができる。またモータ機械角を用いることにより、トルク指令信号の位相がモータの回し始めの位相によって変化したり、誤差が蓄積することによって変化したりすることもない。また実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体に入力することにより、上述のようにエンジンの機械的な位相と同期してその性能を発揮するように設計された供試体の性能を適切に評価できる。

（２）本発明では、機械角取得手段としてモータ機械角に応じた信号を発生するアブソリュートエンコーダを用いる。これにより、モータ機械角を高精度で取得することができる。

（３）本発明では、機械角取得手段として、回転軸が回転するとその回転変位量に応じたパルス信号を発生するインクリメンタルエンコーダと、このインクリメンタルエンコーダのパルス信号を用いてモータ機械角を算出し、これを用いてトルク指令信号を実現するようにモータに駆動電流を供給するインバータと、を用いる。すなわち、本発明ではインバータにおける演算によって得られるモータ機械角を用いることにより、アブソリュートエンコーダのように通常のドライブトレインの試験システムには搭載されていない特別な装置を設けることなく、モータ機械角を取得することができる。

（４）本発明では、次数とモータ機械角とを乗算することで位相角を算出し、この位相角に応じた正弦波又は余弦波と加振振幅とを乗算したものをトルク指令信号の交流成分とする。これにより、モータ機械角の次数倍の周期を有しかつ加振振幅に応じた振幅を有する正弦波又は余弦波であるトルク指令信号を簡易な演算で生成することができる。

（５）本発明では、モータ機械角と気筒数とを用いてシリンダ機械角を気筒毎に算出し、気筒毎のシリンダ機械角と回転速度とを用いて発生トルクを気筒毎に算出し、さらに気筒毎の発生トルクを合算したものをトルク指令信号とする。これにより、モータ機械角の次数倍の周期を有しかつ実エンジンのトルク変動に近い態様で変動するトルク指令信号を生成することができる。これにより、実エンジンに近い環境下でドライブトレインの試験を行うことができる。

（６）上述のように、ドライブトレインに用いられる部品には、エンジンの機械的な位相と同期して初めてその性能を発揮するように設計されるものが用いられる場合があるが、このようなドライブトレインは、実エンジンに取り付ける際に各々の基準位置が一致するように位置合わせして取り付けられる。このため、このようなドライブトレインをドライブトレインの試験システムで試験する際には、ドライブトレインの入力軸の基準位置とモータの回転軸の基準位置とが一致するように位置合わせする必要がある。本発明では、次数とモータ機械角とを乗算することで基準位相角を算出し、さらにこの基準位相角から補正位相角を減算することによって位相角を算出し、この位相角に応じた正弦波又は余弦波と加振振幅とを乗算したものをトルク指令信号の交流成分とする。これにより、ドライブトレインの入力軸の基準位置とモータの回転軸の基準位置とがずれて接続された場合であっても、このずれを、補正位相角を介して事後的に補うことができる。

（７）本発明では、モータ機械角から補正位相角を減算することによって位相角を算出し、さらにこの位相角と気筒数とを用いてシリンダ機械角を気筒毎に算出し、気筒毎のシリンダ機械角と回転速度とを用いて発生トルクを気筒毎に算出し、さらに気筒毎の発生トルクを合算したものをトルク指令信号とする。これにより、モータ機械角の次数倍の周期を有しかつ実エンジンのトルク変動に近い態様で変動するトルク指令信号を生成できる。また、ドライブトレインの入力軸の基準位置とモータの回転軸の基準位置とがずれて接続された場合であっても、このずれを、補正位相角を介して事後的に補うことができる。

（８）本発明の試験方法では、供試体の入力軸の基準位置とモータの回転軸の基準位置とが一致するように入力軸を回転軸に位置合わせしながら連結し、さらに（４）又は（５）のトルク指令生成装置によって生成したトルク指令信号を用いてモータを駆動しながら供試体の性能を評価する。これにより、実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体に入力し、その性能を適切に評価することができる。

（９）本発明の試験方法では、入力軸と回転軸とを連結した後、モータを回転させながら入力軸の回転位置がその基準位置になった時におけるモータの機械角を取得し、これを補正位相角として設定した後、（６）又は（７）のトルク指令生成装置によって生成したトルク指令信号を用いてモータを駆動しながら供試体の性能を評価する。これにより、入力軸を回転軸に連結する際にお互いの基準位置が一致するように位置合わせを行わずとも、連結した後に補正位相角を適切な大きさに設定することにより、実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体に入力し、その性能を適切に評価することができる。

本発明の第１実施形態に係る試験システムの構成を示す図である。 上記実施形態に係るトルク指令生成装置においてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。 上記実施形態に係る試験システムにおける供試体の試験手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る試験システムの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る試験システムのトルク指令生成装置においてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る試験システムのトルク指令生成装置においてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。 上記実施形態に係る試験システムにおける供試体の試験手順を示すフローチャートである。 本発明の第５実施形態に係る試験システムのトルク指令生成装置においてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る試験システム１について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る試験システム１の構成を示す図である。
試験システム１は、車両のドライブトレインである供試体Ｗと、この供試体Ｗの入力軸ＷＩとその回転軸２１が同軸に連結された入力側動力計２と、供試体Ｗの出力軸ＷＯとその回転軸３１が同軸に連結された出力側動力計３と、回転軸２１の回転を検出する回転検出器４と、回転検出器４の出力信号を用いて入力側動力計２で発生させるトルクに対する指令に相当するトルク指令信号を生成するトルク指令生成装置５と、トルク指令信号に応じた駆動電流を入力側動力計２に供給するインバータ６と、回転軸２１の軸トルクを検出する軸トルクメータ７と、を備える。試験システム１では、供試体Ｗが搭載される車両のエンジンを模した駆動トルクを入力側動力計２で発生し、これを供試体Ｗの入力軸ＷＩに入力しながら、供試体Ｗの出力を出力側動力計３によって吸収することにより、供試体Ｗの耐久性能や品質等を評価する試験が行われる。

供試体Ｗは、例えば、入力軸ＷＩと、入力軸ＷＩに連結されたフライホイールＷ１と、フライホイールＷ１に連結されたダンパＷ２と、ダンパＷ２に連結された出力軸ＷＯと、によって構成されるが、本発明はこれに限らない。供試体Ｗは、車両のドライブトレインを構成する部品であればどのようなものでもよい。

回転検出器４は、入力側動力計２の回転軸２１の所定の基準位置からの絶対位置に相当するモータ機械角［°］を検出するアブソリュートエンコーダが用いられる。回転検出器４は、回転軸２１の１回転を所定の分解能（例えば、２０ビット）で検出し、モータ機械角に応じたコード信号を発生し、インバータ６及びトルク指令生成装置５へ送信する。

インバータ６は、回転検出器４によって検出されたモータ機械角及びトルク指令生成装置５によって後述の手順によって生成されるトルク指令信号を用いて、トルク指令信号に応じた駆動トルクが入力側動力計２で発生するよう、ＰＷＭ制御やベクトル制御等の既知の方法によって入力側動力計２へ駆動電流を供給する。

トルク指令生成装置５は、回転検出器４によって検出されたモータ機械角及び軸トルクメータ７によって検出された軸トルクを用いることによって、入力側動力計２によって供試体Ｗが搭載される車両のエンジンを模した駆動トルクを発生させるためのトルク指令信号を生成し、インバータ６へ入力する。

図２は、トルク指令生成装置５においてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。
トルク指令生成装置５では、図示しない処理によって定められた直流のベーストルク指令信号に加振信号生成部５１によって定められた交流の加振トルク信号を、加算部５２によって重畳することによって、実エンジンにおける周期的なトルク変動を模したトルク指令信号を生成する。

加振信号生成部５１では、供試体が搭載される車両のエンジンにおいてクランクシャフトが３６０°回転する間に発生する燃焼回数に相当する次数と、モータ機械角［°］と、加振トルク信号の振幅に相当する加振振幅［Ｎｍ］と、が入力されると、乗算部５１ａと、基本波生成部５１ｂと、乗算部５１ｃと、を用いることによって加振トルク信号を生成する。ここで、次数及び加振振幅は、それぞれ作業者によって設定された値が用いられ、モータ機械角は、図１を参照して説明したように回転検出器によって検出された値が用いられる。より具体的には、乗算部５１ａは、次数とモータ機械角とを乗算することによって位相角［°］を算出する。基本波生成部５１ｂは、算出した位相角に応じた基本波（より具体的には、図２に示すように周期を３６０°とし振幅を１とした正弦波、又は余弦波）を算出する。また乗算部５１ｃは、算出した基本波に予め設定された加振振幅を乗算したものを加振トルク信号とする。

次に、以上のような試験システム１を用いて供試体Ｗの試験を行う試験手順について説明する。
図３は、試験システム１における供試体Ｗの試験手順を示すフローチャートである。
始めにＳ１の供試体連結工程では、作業者は、供試体Ｗを入力側動力計２にセットする。より具体的には、作業者は、供試体Ｗの入力軸ＷＩにおいて予め定められた基準位置と、入力側動力計２の回転軸２１において予め定められた基準位置とが一致するように、軸の位置合わせをしながら入力軸ＷＩを回転軸２に同軸で連結する。この位置合わせの作業は、例えば、図１に示すように入力軸ＷＩ及び回転軸２１に各々の基準位置を示す目印Ｗ３，２２を予め記しておき、これら目印Ｗ３，２２が一致するように入力軸ＷＩ及び回転軸２１を連結することによって行われる。

次に、Ｓ２の負荷連結工程では、作業者は供試体Ｗの出力軸ＷＯに出力側動力計３の回転軸３１を連結する。次に、Ｓ３の加振試験工程では、トルク指令生成装置５において上述のように加振トルク信号が重畳されたトルク指令信号をインバータ６へ入力し、入力側動力計２でトルク指令信号に応じた駆動トルクを発生させ、これを供試体Ｗの入力軸ＷＩへ入力することにより、供試体Ｗの各種性能を評価する。

本実施形態の試験システム１及び試験方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）試験システム１では、回転検出器４によってモータ機械角を取得し、このモータ機械角を用いて、モータ機械角の次数倍の周期を有する信号と同期して変動するトルク指令信号を生成し、これを用いることによって入力側動力計で発生させた駆動トルクを入力軸ＷＩに入力する。これにより、実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体Ｗに入力することができる。またモータ機械角を用いることにより、トルク指令信号の位相がモータの回し始めの位相によって変化したり、誤差が蓄積することによって変化したりすることもない。また実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体Ｗに入力することにより、上述のようにエンジンの機械的な位相と同期してその性能を発揮するように設計された供試体Ｗの性能を適切に評価できる。

（２）試験システム１では、回転検出器４としてモータ機械角に応じた信号を発生するアブソリュートエンコーダを用いることにより、モータ機械角を高精度で取得することができる。

（３）試験システム１では、次数とモータ機械角とを乗算することで位相角を算出し、この位相角に応じた正弦波と加振振幅とを乗算したものを加振トルク信号とし、これを用いてトルク指令信号を生成する。これにより、モータ機械角の次数倍の周期を有しかつ加振振幅に応じた振幅を有するトルク指令信号を簡易な演算で生成することができる。

（４）本実施形態に係る試験方法の供試体連結工程（Ｓ２）では、供試体Ｗの入力軸ＷＩの基準位置と入力側動力計２の回転軸２１の基準位置とが一致するように入力軸ＷＩを回転軸２１に位置合わせしながら連結し、さらにトルク指令生成装置５によって生成したトルク指令信号を用いて入力側動力計２を駆動しながら供試体Ｗの性能を評価する。これにより、実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体Ｗに入力し、その性能を適切に評価することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る試験システム１Ａについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の試験システム１Ａの説明において、第１実施形態の試験システム１と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４は、本実施形態に係る試験システム１Ａの構成を示す図である。試験システム１Ａは、回転検出器４Ａ、インバータ６Ａ、及びトルク指令生成装置５Ａの構成が、図１の試験システム１と異なる。

回転検出器４Ａは、回転軸２１が回転するとその回転変位量に応じたＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルス信号を発生し、インバータ６Ａへ送信するインクリメンタルエンコーダが用いられる。Ａ相とは、基準出力であり、回転軸２１の１回転で分解能の数だけパルスを発生する。Ｂ相とは、Ａ相に対し所定の位相差（例えば、９０°）でＡ相と同じ数のパルスを発生する。これらＡ相とＢ相のパルス信号を用いることにより、回転軸２１の回転方向を検出することができる。またＺ相とは、原点基準出力となるものであり、回転軸２１が予め定められた基準位置になるとパルスを発生する。インクリメンタルエンコーダは、第１実施形態において回転検出器４として用いられたアブソリュートエンコーダと比較して、安価であるという利点があるが、回転軸２１のモータ機械角を直接検出することはできないという欠点がある。

インバータ６Ａは、回転検出器４Ａから送信されるパルス信号を用いることにより回転軸２１のモータ機械角を算出する機械角算出装置６１Ａを備えており、この機械角算出装置６１Ａによって算出したモータ機械角及びトルク指令信号を用いて、トルク指令信号に応じた駆動トルクが入力側動力計２で発生するよう、ＰＷＭ制御やベクトル制御等の既知の方法によって入力側動力計２へ駆動電流を供給する。ここで、機械角算出装置６１Ａは、回転検出器４Ａで発生するＡ相のパルス信号を計数するカウンタを備えており、さらにこのカウンタの計数値を回転検出器４Ａで発生するＺ相のパルス信号を受信する度に０にリセットすることによって、回転検出器４Ａのパルス信号からモータ機械角を算出する。

トルク指令生成装置５Ａは、インバータ６Ａの機械角算出装置６１Ａによって算出されたモータ機械角及び軸トルクメータ７によって検出された軸トルクを用いることによって、入力側動力計２によって供試体Ｗが搭載される車両のエンジンを模した駆動トルクを発生させるためのトルク指令信号を生成し、インバータ６Ａへ入力する。なお、モータ機械角として回転検出器４Ａ及び機械角算出装置６１Ａによって取得されたものを用いる点を除き、トルク指令信号を生成する具体的な手順は、図２に示す手順と同じであるので、詳細な説明は省略する。また、試験システム１Ａを用いて供試体Ｗの試験を行う試験手順も図３に示す手順と同じであるので、詳細な説明は省略する。

本実施形態の試験システム１Ａ及び試験方法によれば、以下の効果を奏する。
（５）試験システム１Ａでは、回転軸２１が回転するとその回転変位量に応じたパルス信号を発生するインクリメンタルエンコーダである回転検出器４Ａと、この回転検出器４Ａのパルス信号を用いてモータ機械角を算出し、これを用いてトルク指令信号を実現するように入力側動力計２に駆動電流を供給するインバータ６Ａと、を用いる。すなわち、試験システム１Ａではインバータ６Ａにおける演算によって得られるモータ機械角を用いることにより、アブソリュートエンコーダのように通常の試験システムには搭載されていない特別な装置を設けることなく、モータ機械角を取得することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る試験システム１Ｂについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の試験システム１Ｂの説明において、第１実施形態の試験システム１と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５は、本実施形態に係る試験システム１Ｂのトルク指令生成装置５Ｂにおいてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。

トルク指令生成装置５Ｂは、シリンダ機械角算出部５３Ｂと、ガス圧トルク演算部５４Ｂと、慣性トルク演算部５５Ｂと、加算部５６Ｂと、トルク合算部５７Ｂと、を備え、これらを用いることによって、実エンジンにおける周期的なトルク変動を模したトルク指令信号を生成する。

シリンダ機械角算出部５３Ｂは、供試体Ｗが搭載される車両のエンジンの気筒数と、モータ機械角［°］と、が入力されると、エンジンの気筒内を摺動するピストンの位置に相当するシリンダ機械角［°］を気筒毎に、気筒数分だけ算出する。ここで、エンジンが、クランクシャフトの２回転（すなわち、７２０°）を１燃焼サイクルとする４ストロークエンジンであり、かつ各ピストンの位相が７２０°／気筒数ｎずつずれている場合について説明する。この場合、シリンダ機械角算出部５３Ｂは、１番目の気筒の第１シリンダ機械角はモータ機械角と等しいものとし、２番目の気筒の第２シリンダ機械角はモータ機械角に７２０°／ｎを加算したものとし、ｎ番目の気筒の第ｎシリンダ機械角はモータ機械角に（ｎ−１）×（７２０°／ｎ）を加算したものとする。

ガス圧トルク演算部５４Ｂは、気筒内におけるガス圧に起因して発生するトルクであるガス圧トルクＴｇ［Ｎｍ］を、例えば下記式（１）を用いることによって、気筒毎に算出する。下記式（１）において、“Ｐｇ”は、気筒内のガス圧に相当し、例えば、図示しないテーブルを検索することによって算出された値が用いられる。“Ｄ”はピストンの外径に相当し、“ｒ”はクランク半径に相当し、“ρ”は効率に相当し、これらはそれぞれ作業者によって予め設定された値が用いられる。また“θ”はシリンダ機械角に相当し、シリンダ機械角算出部５３Ｂによって算出された値が用いられる。

慣性トルク演算部５５Ｂは、気筒内を往復運動するピストンの慣性に起因して発生するトルクである慣性トルクＴｉ［Ｎｍ］を、例えば下記式（２）を用いることによって、気筒毎に算出する。下記式（２）において、“Ｍ”はピストン及びコンロッドの質量に相当し、作業者によって予め設定された値が用いられる。また“ω”は、入力側動力計の回転軸の回転速度［ｒｐｍ］に相当し、例えば、モータ機械角を時間微分することによって算出された値が用いられる。

加算部５６Ｂは、ｎ個の気筒のうちの１つについて、ガス圧トルク演算部５４Ｂによって算出されたガス圧トルクＴｇと慣性トルク演算部５５Ｂによって算出された慣性トルクＴｉとを合算することにより、対象とする気筒における発生トルクを算出する。トルク合算部５７Ｂは、加算部５６Ｂによって気筒毎に算出された発生トルクを、ｎ個の全気筒にわたり足し合わせたものを、トルク指令信号とする。これにより、図５に示すように、モータ機械角の次数倍の周期で変動するトルク指令信号が生成される。

なお、以上のような試験システム１Ｂを用いて供試体Ｗの試験を行う試験手順は、図３に示す手順と同じであるので、詳細な説明は省略する。

本実施形態の試験システム１Ｂ及び試験方法によれば、以下の効果を奏する。
（６）試験システム１Ｂでは、モータ機械角と気筒数とを用いてシリンダ機械角を気筒毎に算出し、気筒毎のシリンダ機械角と回転速度とを用いてガス圧トルクＴｇ及び慣性トルクＴｉを気筒毎に算出し、さらに気筒毎のガス圧トルク及び慣性トルクを合算したものをトルク指令信号とする。これにより、モータ機械角の次数倍の周期を有しかつ実エンジンのトルク変動に近い態様で変動するトルク指令信号を生成することができる。これにより、実エンジンに近い環境下で供試体Ｗの試験を行うことができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る試験システム１Ｃについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の試験システム１Ｃの説明において、第１実施形態の試験システム１と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６は、本実施形態に係る試験システム１Ｃのトルク指令生成装置５Ｃにおいてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。
トルク指令生成装置５Ｃでは、図示しない処理によって定められた直流のベーストルク指令信号に加振信号生成部５８Ｃによって定められた加振トルク信号を、加算部５２によって重畳することによって、実エンジンにおける周期的なトルク変動を模したトルク指令信号を生成する。

トルク指令生成装置５Ｃの加振信号生成部５８Ｃでは、次数とモータ機械角と加振振幅と補正位相角［°］と、が入力されると、乗算部５８ａと、位相補正部５８ｂと、基本波生成部５８ｃと、乗算部５８ｄと、を用いることによって加振トルク信号を生成する。ここで、補正位相角は、後述の図７のＳ１２において設定された値が用いられる。より具体的には、乗算部５８ａは、次数とモータ機械角とを乗算することによって基準位相角［°］を算出する。位相補正部５８ｂは、基準位相角から補正位相角を減算することによって位相角［°］を算出する。基本波生成部５８ｃは、図２の基本波生成部５１ｂと同様の手順によって位相角に応じた基本波を算出する。また乗算部５８ｄは、算出した基本波に予め設定された加振振幅を乗算したものを加振トルク信号とする。

次に、以上のような試験システム１Ｃを用いて供試体Ｗの試験を行う試験手順について説明する。
図７は、試験システム１Ｃにおける供試体Ｗの試験手順を示すフローチャートである。
始めにＳ１１の供試体連結工程では、作業者は、供試体Ｗの入力軸ＷＩを、入力側動力計２の回転軸２１に同軸で連結する。なお、図３を参照して説明したように、試験システム１では、入力軸ＷＩを回転軸２１に連結する際、互いの基準位置を一致させる位置合わせの作業が必要であったが、本実施形態の試験システム１Ｃでは、連結時にはこのような位置合わせの作業は不要である。

次に、Ｓ１２の補正位相角設定工程では、入力側動力計２の回転軸２１を低速度で回転させながら、入力軸ＷＩの回転位置がその基準位置になった時におけるモータ機械角を記録し、この記録したモータ機械角を補正位相角として設定する。ここで、入力軸ＷＩの回転位置が基準位置になった時とは、例えば、入力軸ＷＩに記しておいた目印Ｗ３（図１参照）が、頂点に到達した時とすることができる。なお、Ｓ１３の負荷連結工程及びＳ１４の加振試験工程は、それぞれ図３のＳ２及びＳ３の工程と同じであるので、詳細な説明を省略する。

本実施形態の試験システム１Ｃ及び試験方法によれば、以下の効果を奏する。
（７）上述のように、ドライブトレインに用いられる部品には、エンジンの機械的な位相と同期して初めてその性能を発揮するように設計されるものが用いられる場合があるが、このようなドライブトレインは、実エンジンに取り付ける際に各々の基準位置が一致するように位置合わせして取り付けられる。このため、このようなドライブトレインをドライブトレインの試験システムで試験する際には、供試体Ｗの入力軸ＷＩの基準位置と入力側動力計２の回転軸２１の基準位置とが一致するように位置合わせする必要がある。試験システム１Ｃでは、次数とモータ機械角とを乗算することで基準位相角を算出し、さらにこの基準位相角から補正位相角を減算することによって位相角を算出し、この位相角に応じた正弦波と加振振幅とを乗算したものをトルク指令信号の交流成分とする。これにより、供試体Ｗの入力軸ＷＩの基準位置と入力側動力計２の回転軸２１の基準位置とがずれて接続された場合であっても、このずれを、補正位相角を介して事後的に補うことができる。

（８）本実施形態の試験方法では、入力軸ＷＩと回転軸２１とを連結した後、入力側動力計２を回転させながら入力軸ＷＩの回転位置がその基準位置になった時におけるモータの機械角を取得し、これを補正位相角として設定した後、トルク指令生成装置によって生成したトルク指令信号を用いて入力側動力計２を駆動しながら供試体Ｗの性能を評価する。これにより、入力軸ＷＩを回転軸２１に連結する際にお互いの基準位置が一致するように位置合わせを行わずとも、連結した後に補正位相角を適切な大きさに設定することにより、実エンジンの機械的な位相と同期して変動する駆動トルクを供試体に入力し、その性能を適切に評価することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る試験システム１Ｄについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の試験システム１Ｄの説明において、第３実施形態の試験システム１Ｂと同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８は、本実施形態に係る試験システム１Ｄのトルク指令生成装置５Ｄにおいてトルク指令信号を生成する具体的な演算手順を示すブロック図である。

トルク指令生成装置５Ｄは、位相補正部５９Ｄと、シリンダ機械角算出部５３Ｂと、ガス圧トルク演算部５４Ｂと、慣性トルク演算部５５Ｂと、加算部５６Ｂと、トルク合算部５７Ｂと、を備え、これらを用いることによって、実エンジンにおける周期的なトルク変動を模したトルク指令信号を生成する。すなわち、トルク指令生成装置５Ｄは、図５に示すトルク指令生成装置５Ｂに、位相補正部５９Ｄを加えたものである。

位相補正部５９Ｄは、モータ機械角から所定の補正位相角を減算することによって位相角を算出する。ここで補正位相角は、第４実施形態の試験システム１Ｃと同様に、図７のＳ１２における補正位相角設定工程において作業者によって設定された値が用いられる。シリンダ機械角算出部５３Ｂは、位相補正部５９Ｄによって算出された位相角とエンジンの気筒数とが入力されると、図５のシリンダ機械算出部５３Ｂと同様の手順によってシリンダ機械角［°］を気筒毎に、気筒数分だけ算出する。また、ガス圧トルク演算部５４Ｂ、慣性トルク演算部５５Ｂ、加算部５６Ｂ、及びトルク合算部５７Ｂにおける具体的な演算手順は、図５と同じであるので詳細な説明を省略する。また、試験システム１Ｄを用いて供試体Ｗの試験を行う試験手順も図７と同じであるので、詳細な説明は省略する。

本実施形態の試験システム１Ｄ及び試験方法によれば、以下の効果を奏する。
（９）試験システム１Ｄでは、モータ機械角から補正位相角を減算することによって位相角を算出し、さらにこの位相角と気筒数とを用いてシリンダ機械角を気筒毎に算出し、気筒毎のシリンダ機械角と回転速度とを用いて発生トルクを気筒毎に算出し、さらに気筒毎の発生トルクを合算したものをトルク指令信号とする。これにより、モータ機械角の次数倍の周期を有しかつ実エンジンのトルク変動に近い態様で変動するトルク指令信号を生成できる。また、供試体Ｗの入力軸ＷＩの基準位置とモータの回転軸の基準位置とがずれて接続された場合であっても、このずれを、補正位相角を介して事後的に補うことができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…試験システム
Ｗ…供試体
ＷＩ…入力軸
２…入力側動力計（モータ）
２１…回転軸
４，４Ａ…回転検出器（機械角取得手段）
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…トルク指令生成装置
６，６Ａ…インバータ（機械角取得手段）

Claims (9)

1. 車両のドライブトレインの入力軸に接続されるモータと、
   前記モータで前記車両のエンジンを模したトルクを発生させるためのトルク指令信号を生成するトルク指令生成装置と、を備えるドライブトレインの試験システムであって、
   前記モータの回転軸の基準位置からの絶対位置に相当するモータ機械角を取得する機械角取得手段を備え、
   前記トルク指令生成装置は、前記機械角取得手段によって取得された前記モータ機械角を用いることにより、当該モータ機械角の所定の次数倍の周期を有する信号と同期して変動するトルク指令信号を生成す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. 前記機械角取得手段は、前記モータ機械角に応じた信号を発生するアブソリュートエンコーダを備え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. 前記機械角取得手段は、前記回転軸が回転するとその回転変位量に応じたパルス信号を発生するインクリメンタルエンコーダと、前記インクリメンタルエンコーダのパルス信号を用いて前記モータ機械角を算出し、当該モータ機械角を用いて前記トルク指令信号を実現するように前記モータに駆動電流を供給するインバータと、を備え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。
4. 前記トルク指令生成装置は、前記次数と前記モータ機械角とを乗算することによって位相角を算出し、当該位相角に応じた正弦波又は余弦波と所定の加振振幅とを乗算したものを前記トルク指令信号の交流成分とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のドライブトレインの試験システム。
5. 前記トルク指令生成装置は、前記モータ機械角と前記エンジンの気筒数とを用いてピストンの位置に相当するシリンダ機械角を気筒毎に算出し、前記気筒毎のシリンダ機械角と前記モータ機械角を用いて算出される前記回転軸の回転速度とを用いて発生トルクを気筒毎に算出し、前記気筒毎の発生トルクを合算したものを前記トルク指令信号とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のドライブトレインの試験システム。
6. 前記トルク指令生成装置は、前記次数と前記モータ機械角とを乗算することによって基準位相角を算出し、当該基準位相角から所定の補正位相角を減算することによって位相角を算出し、当該位相角に応じた正弦波又は余弦波と所定の加振振幅とを乗算したものを前記トルク指令信号の交流成分とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のドライブトレインの試験システム。
7. 前記トルク指令生成装置は、前記モータ機械角から所定の補正位相角を減算することによって位相角を算出し、当該位相角と前記エンジンの気筒数とを用いてピストンの位置に相当するシリンダ機械角を気筒毎に算出し、前記気筒毎のシリンダ機械角と前記モータ機械角を用いて算出される前記回転軸の回転速度とを用いて発生トルクを気筒毎に算出し、前記気筒毎の発生トルクを合算したものを前記トルク指令信号とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のドライブトレインの試験システム。
8. 供試体であるドライブトレインの入力軸に、請求項４又は５に記載のドライブトレインの試験システムを用いて前記モータで発生させた駆動トルクを入力することにより前記供試体の性能を評価するドライブトレインの試験方法であって、
   前記入力軸の基準位置と前記回転軸の基準位置とが一致するように、前記入力軸を前記回転軸に位置合わせしながら連結する供試体連結工程と、
   前記トルク指令生成装置によって生成したトルク指令信号を用いて前記モータを駆動しながら前記供試体の性能を評価する試験工程と、を備えることを特徴とするドライブトレインの試験方法。
9. 供試体であるドライブトレインの入力軸に、請求項６又は７に記載のドライブトレインの試験システムを用いて前記モータで発生させた駆動トルクを入力することにより前記供試体の性能を評価するドライブトレインの試験方法であって、
   前記入力軸を前記回転軸に連結する供試体連結工程と、
   前記モータを回転させながら前記入力軸の回転位置がその基準位置になった時における前記モータ機械角を取得し、当該取得したモータ機械角を前記補正位相角として設定する補正位相角設定工程と、
   前記トルク指令生成装置によって生成したトルク指令信号を用いて前記モータを駆動しながら前記供試体の性能を評価する試験工程と、を備えることを特徴とするドライブトレインの試験方法。

Images