JPH0125414B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は定トルク制御装置に係り、特に、自動
車の動力伝達系等の試験機に用いられる電動機の
制御に最適な定トルク制御装置に関する。

自動車の動力伝達系（トランスアクスル、トラ
ンスミツシヨン等、以下、供試体と称する）の試
作試験、耐久試験等を単体で行なう試験機は第１
図に示す如き構成をとつている。エンジンに相当
する動力源として直流電動機（DCM）１が用意
されると共に、走行路による抵抗発生に相当する
ものとして吸収直流電動機ADCM２が用意され
る。直流電動機１と吸収直流電動機２との間に供
試体３が挿入接続され、直流電動機１を定速度で
回転させ、吸収直流電動機２のトルク出力を可変
し（すなわち動力吸収を行なう）て種々の試験が
行われる。供試体３の入力側DCM１はサイリス
タレオナード等による定速度制御、出力軸側の動
力吸収は定トルク制御を行なつている。これらは
動力伝達を安定して行うために必然的に決定され
る制御方式である。試験で計測される項目は、供
試体の油温、振動、騒音、効率等であり、そのパ
ラメータとなるのは入力軸トルク値である。この
ために入力軸側に計測用トルク検出器４が設けら
れ、このトルク検出値をトルク表示器５に表示し
ている。

従来より、供試体３の出力軸側に設けられてい
る吸収直流電動機２の定トルク制御としては２種
類の方法が用いられていた。第１の方法を装置で
示したのが第２図であり、第２の方法を装置で示
したのが第３図である。出力軸トルクをトルク検
出器で検出して、フイードバツク信号とする実ト
ルク制御（以下ATRと称する）と、吸収直流電
動機２の電機子電流を検出して、フイードバツク
信号とする電流制御（以下ACRとする）である。
ACRは吸収直流電動機２の界磁を一定とすれば、
吸収直流電動機２のトルクが電機子電流に比例す
るという特性を有することから採用されるもので
ある。

吸収直流電動機２は交流電源１８に接続される
順変換サイリスタ（以下、FTHYと称する）７
と逆変換サイリスタ（以下、RTHYと称する）
８により駆動される。FTHY７は順変換パルス
位相器（以下、FAPPSと称する）１０により制
御され、RTHY８は逆変換パルス位相器（以下、
RAPPSと称する）１１により制御される。
FTHY７およびRTHY８の各々はアナログゲー
ト（FGT）１２、（RGT）１３の各々によつて
駆動されると共に、アナログゲート１２，１３は
順逆変換切替ロツジ（以下、LOGと称する）１
４およびマイナー電流制御アンプ（以下、
MAAMPと称する）１５によつて制御される。
LOG１４とMAAMP１５は交流電源１８の電流
を検出する変流器（以下、CTと称す）９の出力
およびトルク制御アンプ（以下、ATAMPと称
する）１６の出力に基ずいて制御され、また、
ATAMP１６は供試体３の出力軸の装着される
トルク検出器６のトルク検出値および吸収トルク
を設定するためのポテンシヨメータを主体とする
トルク設定器１７の出力に基づいて制御される。

第２図に示したような順順逆逆サイリスタ方式
では、FTHY７とRTHY８とは切替て使用して、
必ず一定方向の電流のみを通電させる。そのた
め、LOG１４が設けられており、LOG１４の出
力とATAMP１６の信号極性出力とCT９にて検
出する電流が零の条件のANDで、その時の
ATAMP１６の出力極性にしたがいFGT１２又
はRGT１３が選択され、FTHY７又はRTHY８
が通電する。しかし完全な電流零検出及び
ATAMF１６の信号極性の変化においても完全
零点の検出はノイズ等の問題で不可能であり、
LOG１４は切替（一般的に５％位の）デツドバ
ンドが必要である。

又、サイリスタ装置は、交流電源波形を制御角
に応じてカツトして、直流電圧（平均値）に変換
するものである。このため、制御角が進みカツト
量が大きくなると、回路リアクタンスで決まる電
流値以下（一般的には10％以下）では、直流電圧
と電流は必連続となり断続する。この断続領域で
は回路抵抗が見掛け上増大したと等しくなり、
MAAMP１５をプリアンプとして構成されてい
る自動制御ループの応答が著しく劣化する。この
結果、ATAMP１６で構成されるトルク制御系
が不安定となる。

このようにATRによる制御では、実トルクそ
のものを制御するものであるから、メカニカルロ
ス等の影響を受けず高い精度を得ることが可能で
ある。しかし供試体３の出力軸側にトルク検出器
が必要となる。係るトルク検出器は機械的機構
（テンシヨンバー等のねじれ）を有するものであ
り、軸間へ挿入しなければならないという物理的
スペース条件を要する。又、高価なものであると
共に構造的に破損しやすいものである。従つて、
試験設備としては供試体３の入力側の計測に必然
的に必要なトルク検出器以外は省かれることが望
まれるものである。さらに前述の如く、マイナー
電流制御系の制御特性の劣化によりメインのトル
ク制御系が不安定となるほかサイリスタ装置にお
ける切替デツドバンドのために、この領域内での
制御が不能になるという欠点がある。

次に、ACR制御の構成は第３図に示す如くで
ある。第３図においては、第２図に示したと同一
機能を示す部材については同一符号を付してい
る。ACR制御においては第３図に示すように、
LOG１４の制御は電流設定ポテンシヨメータ
（AP／Ｔ）２０およびCT９の出力信号に基づい
て切替極性信号を出力する。FGT１２、RGT１
３に対しては、電流制御アンプ（以下、ACAMP
と称する）１９によつて行ない、該ACAMP１９
の制御はAP／Ｔ２０の出力とCT９の出力との加
減算値によつて行なう。第３図の如き構成ではト
ルク検出信号がパルス移相器順逆変換切替えに関
与しないために、AP／Ｔ２０によつて一義的に
FTHY７またはRTHY８の一方に固定して使用
される。従つて、LOG１４の切替デツドバンド
はノイズマージンを考慮して幅を持たせる必要が
無いために、ノイズマージンを低くとることがで
き、その分LOG１４の切替デツドバンドをATR
の場合より大幅（ATRの1/10位）に下げること
が可能である。又、電流断絶に対してもACAMP
１９で校正される１つの制御ループのみであるの
で、応答は劣化しても、不安定にはなりにくいと
いう特徴を有している。しかしながら、ACRは
単に電機子電流を一定としているものであるか
ら、吸収直流電動機２、伝達軸等の機械損を補償
しえないので、長い時間トルクを一定に維持する
ことは困難である。又前記した如くFTHY１０、
RTHY１１はAP／Ｔ２０の極性で常に固定して
使用されるため、加減速度の加減速トルク等の大
きいトルク外乱を補償しえないものである。この
ためスイープ運転等で入力回転を加減させるよう
な場合、大きなトルク変動が生じる結果となり、
スイープ運転時のある場合及び長い時間定トルク
維持を必要とする試験設備には使用できないとい
う大きな欠点を有している。

以上、従来技術の欠点について述べたが、更に
微少トルクの制御を行なうに対し、解決されなけ
ればならない問題について説明する。

近年の自動車に対する省エネルギーの要求は社
会的なものとなつているのは周知の通りである。
そのため自動車試験機においても、動力伝達系の
微少トルクの時の効率、特性の高精度での評価が
必要となつている。そのため従来要求されなかつ
たそれ相応の定格を有する試験設備で微少トルク
（５％以下）制御を可能とし、かつすべての場合
に、定トルク特性を維持する制御方式が要求され
ているものである。しかし前述の如くサイリスタ
無循環方式では電流断絶の問題があり、10％以下
の微少トルク制御は非常に困難である。循環方式
にすれば可能であるがコスト面で無理がある。こ
のように従来においては、微少トルクの制御を行
なうことは困難であつた。

本発明の目的は、微少トルク制御を行なうこと
のできる定トルク制御装置を提供するにある。

本発明は、電流制御を主体とし、これに実トル
ク制御の機能を付加したものであり、具体的に
は、供試体３の入力軸のトルク設定値を記憶して
基準値とし、この値と供試体３の入力軸の実際の
トルク値との偏差に基づいて供試体３の出力軸側
の吸収直流電動機の電流指令値を補償することに
より定トルク制御を行なうようにしたものであ
る。

すなわち、本発明は、供試体の入力軸を第１の
電動機によつて定速度で駆動すると共に前記供試
体の出力軸の動力吸収を第２の電動機により行な
い所要の試験を行なう試験機の定トルク制御装置
において、前記第２の電動機の電流設定値および
電機子電流検出値に基づいて該第２の電動機の電
流制御を行なう電流制御部と、設定時のトルクを
記憶し当該記憶値を基準トルク値とするメモリ部
と、前記入力軸のトルク値を検出するトルク検出
器と、該トルク検出器による実際のトルク値と前
記メモリ部の基準トルク値との偏差を積分出力す
る積分器と、該積分器の出力を前記電流設定値に
対し加減算する加減算器とを具備したことを特徴
とする。

このように構成することにより、第２の電動機
（前記吸収直流電動機２に相当する）には、電流
制御部によつて電流設定値に基づいた電機子電流
が流され、これに応じて供試体出力軸の動力吸収
が行なわれる。一方、積分器から出力される供試
体の入力軸の基準トルク値と実際の検出トルク値
との偏差を積分した値により、加減算器におい
て、前記電流設定値（指令値）が増減される。そ
の結果、これに応じて第２の電動機による動力吸
収量が増減され、供試体の入力軸のトルクが一定
に保持されることになる。また、上記偏差の積分
値により補正するようにしていることから、微小
なトルク偏差をも補償した定トルク制御を実現で
きる。以下、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

第４図は本発明の実施例を示すブロツク図であ
る。

第４図において破線で囲つた部分はACR制御
部１００であり、第３図に示した電流制御装置の
構成をそのまま流用したものであり、その内容に
ついては特に説明しない。また、第２図または第
３図に示したと同一機能を有する部材について
は、第４図においても同一符合を付している。実
トルク制御系として付加されるものは、計測用ト
ルク検出器４の出力を記憶するアナログメモリ２
２と、該アナログメモリ２２の出力（以下で述べ
るタイミングでセツトされた初期トルク値）とト
ルク検出器４の現在トルク値を加減算し両者の偏
差値を出力する加減算器２９と、偏差値を積分出
力する積分器２３と、AP／Ｔ２０の変化を検出
するパターン微分器２６と、アナログメモリ２２
のセツト時間調整用タイマー２４よりの構成要素
から成る制御ブロツクを設けているものである。

つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。まずトルクの設定は、AP／Ｔ２０で、トル
ク表示器５の表示トルク値が目的値になるよう、
吸収直流電動機２にACR制御部１００によつて
電流を流し、その電流値を維持する。AP／Ｔ２
０の設定替え及び初期設定においてはその認識は
パターン微分器２６で検出されアナログメモリ２
２はリセツトされる。アナログメモリ２２はリセ
ツト及びセツトのフリツプフロツプ機構を有して
いる。トルク設定完了は論理反転素子２５を通し
てタイマー２４がタイムアツプで認識され、タイ
ムアツプ信号でアナログメモリ２２はトルク検出
器４のトルク値を記憶する。その記憶した初期ト
ルク値と、以後のトルク検出器４の現在のトルク
値との間に差が生じれば積分器２３は、その偏差
が零となるようにAP／Ｔ２０の電流指令値を加
減算器３０を通して補償する。

以上のようにして、吸収直流電動機２の機械損
及び界磁の変化により入力軸トルクを変化すれ
ば、初期トルク値との間に偏差が生じ、又、その
偏差が零となるように積分器２３が電流指令を補
償して、吸収直流電動機２に流れる電流がその分
だけ変化して、入力軸トルクは常に初期トルク値
を維持することとなる。トルク設定替え等で
AP／Ｔ２０を操作すればパターン微分器２６が
ただちに認識してアナログメモリ２２をリセツト
し、設定替え後のトルク値が新たにアナログメモ
リ２２に記憶され、それが以後の初期トルク基準
値となることは説明するまでもないことである。

また、機械損、界磁の変化は主に周囲温度の影
響によるもので、短時間に急変する性質のもので
はない。したがつて、積分器２３の積分時間は数
分オーダーの大きい値としている。このことは、
短時間内のトルク変化が関与しないので電流制御
系１００に対しては、前記の補償ループはオープ
ンループに等しいものとして機能することを意味
する。したがつて微少トルク制御時の電流制御の
劣化により前記補償ループが不安定となることは
ない。また、積分器２３の積分時定数は大きくと
られているため、ノイズフイルターとしての効果
が大きくその出力は単なる電流補正指令値と見な
し得るものとなり、LOG１４の切替デツドバン
ドは従来の電流制御と同等に非常に小さくするこ
とができることとなる。即ち、従来の電流制御に
おいて、サイリスターの順逆変換切替デツドバン
ドを小さくできる利点をそのまま生かすことがで
きるものである。

次に加減速度の動作について説明する。加減時
においては、まずDCM１に設けられた速度検出
器２１（この検出器２１は従来より設けられてい
る駆動電動機１の安定速度制御用に設けられてい
るものを流用するものである）で検出する速度変
化を速度微分器２７で検出して加減速を認識す
る。加減速中は積分器２３の積分時定数を切替る
積分時間切換器２８が動作して積分器２３の時定
数を減少させる。

以上のようにして、駆動電動機１が加減速を開
始すれば、積分器２３の時定数は加減速度に十分
に追従できる値に減少する。その結果、供試体３
の入力軸に生じる加減速トルクは、アナログメモ
リ２２の初期トルク値との偏差となつて現われる
が、積分器２３はそれを補償しえる十分な応答を
有することとなり、ただちにAP／Ｔ２０の電流
指令を補正され、吸収直流電動機２の電流が加減
速度に応じて変化し、加減速中でも定トルク特性
が維持されることになる。加減速が完了すれば、
速度微分器２７の出力は零となり、積分時間切替
器２８は動作を停止して、アナログメモリ２２の
時定数は以前の値に戻り、アナログメモリ２２は
前記の機械損等の補正動作を以後も続行し定トル
クを維持する。

また、本発明においては、入力軸側のトルク検
出器４が結果的にはフイードバツク点となるの
で、入力軸トルクを一定にすることも併せて行な
うことができる。本来自動車のエンジン等は定ト
ルク特性であり、入力トルク一定のもとに動力伝
達系の試験は実施されるべきで、入力トルクに対
する出力トルクの減少によつて伝達の効率等を評
価するものであるから、入力トルク一定はより一
層良好といえる。

以上詳述したように本発明の実施例によれば、
従来の実トルク制御に比して、微少トルク制御は
その約1/10以下まで行なうことが可能となるとと
もに、従来の電流制御において不可能であつた機
械損、加減速トルク外乱の補正も可能となり、す
べての場合において定トルク特性の維持が可能で
ある。又、出力軸側にトルク検出器を省くことが
できその分の設備コスト、スペースの低減を可能
し、動力伝達系の試験機として、本来の目的であ
る入力軸トルク一定制御も合せて実現することが
できる。

なお、アナログメモリ２２に対するセツト、リ
セツトはタイマー２４、論理反転素子２５および
パターン微分器２６により自動的に行なうものを
例示したが、これらを除去し、手動によりセツ
ト、リセツトを行なうことも可能である。

本発明によれば、電流制御を主体とし、これに
実トルク制御の機能を付加したもので、供試体の
入力軸のトルク設定値を記憶して基準値とし、こ
の値と供試体の入力軸の実際のトルク値との偏差
を積分出力することにより、トルク系制御の不安
定を解決し、電流指令値を補償して微少トルク制
御の可能な定トルク制御装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車の動力伝達系用試験機の構成
図、第２図は従来の実トルク制御装置の構成を示
すブロツク図、第３図は従来の電流制御装置の構
成を示すブロツク図、第４図は本発明の実施例を
示すブロツク図である。 １…駆動直流電動機（DCM）、２…吸収直流電
動機、３…供試体、４…計測用トルク検出器、５
…トルク表示器、６…トルク検出器、７…順変換
サイリスター（FTHY）、８…逆変換サイリスタ
ー（RTHY）、９…電流検出変流器（CT）、１０
…順変換パルス位相器（FAPPS）、１１…逆変換
パルス位相器（RAPPS）、１２…順変換アナロ
グゲート（FGT）、１３…逆変換アナログゲート
（RGT）、１４…順逆変換切替ロジツク（LOG）、
１５…マイナー電流制御アンプ（MAAMP）、１
６…トルク制御アンプ（ATAMP）、１７…トル
ク設定ポテンシヨメータ、１８…交流電源、１９
…電流制御アンプ（ACAMP）、２０…電流設定
ポテンシヨメータ（AP／Ｔ）、２１…速度検出
器、２２…アナログメモリ、２３…積分器、２４
…タイマー、２５…論理反転素子、２６…パター
ン微分器、２７…速度微分器、２８…積分時間切
替器、２９，３０…加減算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 供試体の入力軸を第１の電動機によつて定速
   度で駆動すると共に前記供試体の出力軸の動力吸
   収を第２の電動機により行ない所要の試験を行な
   う試験機の定トルク制御装置において、前記第２
   の電動機の電流設定値および電機子電流検出値に
   基づいて該第２の電動機の電流制御を行なう電流
   制御部と、設定時のトルクを記憶し当該記憶値を
   基準トルク値とするメモリ部と、前記入力軸のト
   ルク値を検出するトルク検出器と、該トルク検出
   器による実際のトルク値と前記メモリ部の基準ト
   ルク値との偏差を積分出力する積分器と、該積分
   器の出力を前記電流設定値に対し加減算する加減
   算器とを具備することを特徴とする定トルク制御
   装置。 ２ 前記第１の電動機の回転速度検出値を微分
   し、その微分値に応じて前記積分器の積分時間を
   切替えることを特徴とする特許請求の範囲第１記
   載の定トルク制御装置。 ３ 前記電流設定値を微分して設定変更を検知
   し、該検知信号に基づいて前記メモリ部の記憶内
   容をリセツトすると共に前記検知信号の発生より
   一定時間後にメモリ部をセツトすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の定トルク制御装
   置。