JPH04248436A - 動力伝達系試験機の軸捩り振動減衰制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車の動力伝達系等の
試験機の軸捩り振動減衰制御装置に係り、特に、試験機
全体のばね定数が供試体のばね定数で代表される軸捩り
振動共振を減衰させるのに良好な軸捩り振動減衰制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】動力伝達系等の試験機の回転機械系では
、回転体の慣性と動力伝達軸に介在するばね定数による
軸捩り振動が必ず存在する。特に、自動車用試験機の場
合は、動力伝達軸に被試験体である供試体及びトルクメ
ータが介在するため、機械系全体のばね定数が低下し、
そのため機械系全体の軸捩り振動の共振周波数の低下を
招き、その結果、制御系の固有振動数（制御系時定数）
と近接し、制御系と機械系が干渉して機械系の共振周波
数で振動が持続するという問題があった。

【０００３】この問題を解決するため、従来装置では、
特開昭５９−５０３３４　号公報に開示されているよう
に、機械系全体の軸捩り振動の共振周波数を決定するば
ね定数は、トルクメータのばね定数が代表するものとし
て、トルクメータの検出トルクを微分して、その微分信
号をモータのマイナ電流制御系に帰還することにより軸
捩り振動減衰を図っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、自動車の軽量化
，エンジンの高回転化に伴い自動車の動力伝達系、すな
わち、試験機の供試体のばね定数が従来最も低いばね定
数とされたトルクメータのそれよりも低下し、試験機の
軸捩り振動の共振周波数は供試体のばね定数で決まるよ
うになって来た。

【０００５】従って、この場合、トルクメータのばね定
数が共振周波数を代表しないため、従来のトルクメータ
のトルク微分信号では軸捩り振動の減衰が図れないとい
う問題が生じていた。

【０００６】本発明の目的は、トルクメータによらない
軸捩り振動減衰制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は自動車の動力伝達系等の供試体の入力軸に
、回転検出器と、駆動モータと、マイナ電流制御系を備
えた駆動モータ用制御装置とから成る駆動装置を結合し
、同じく供試体の出力軸には回転検出器と、吸収モータ
と、マイナ電流制御系を備えた吸収モータ用制御装置と
から成る吸収装置とを結合し、供試体の試験を行う動力
伝達系等の試験機において、前記入力軸回転検出器と前
記出力軸回転検出器の両者の回転信号より供試体の入出
力軸間のギヤ比を演算する手段と、前記出力軸回転検出
器の信号を前記演算したギヤ比で乗算して入力軸回転に
換算する手段と、前記入力軸換算出力軸回転信号と前記
入力軸回転検出器の信号の両者間の回転変動差信号を演
算する手段と、前記回転変動差信号を適性な補償ゲイン
に調整する演算増幅器からなる手段とを備え、前記演算
増幅器から成る手段の出力信号を駆動用モータ制御装置
あるいは前記吸収用モータ制御装置のいずれかのマイナ
電流制御系に帰還するように構成した軸捩り振動減衰制
御装置としたものである。

【０００８】

【作用】特開昭５９−５０３３４　号公報にも開示され
ている通り、図３の破線内のブロック図は係る軸捩り振
動系における機械系を二マス系に近似したブロック図で
ある。なお、図３全体のブロック図は駆動モータを速度
制御とした場合の制御ブロック図である。破線内の各信
号は以下の通りで、下記はすべて供試体入力軸に換算し
た値である。

【０００９】 Ｊ１：駆動装置側慣性能率（Ｋｇ・ｍ．ｓｅｃ２）Ｊ２
：吸収装置側慣性能率（Ｋｇ・ｍ．ｓｅｃ２）Ｋ　　：
供試体ばね定数（Ｋｇ・ｍ／ｒａｄ）Ｃ　　：粘性まさ
つ（Ｋｇ・ｍ／ｒａｄ／ｓｅｃ）ω１　：入力軸回転角
速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）ω２　：出力軸回転角速度（ｒ
ａｄ／ｓｅｃ）Ｔ１　：駆動モータ駆動トルク（Ｋｇ・
ｍ）Ｔ２　：吸収モータ吸収トルク（Ｋｇ・ｍ）なお、
試験機でも、完全な二マス系ではなく共振動数は最低次
の一次以外にも、一次以降の振動数が存在する。 しかし、制御系との干渉は一次の振動数が問題となるこ
とは明らかである。また試験機の慣性は駆動モータと吸
収モータが大勢であり、最も低いばね定数を節点とする
二マス系に近似できるので、図３の破線内のブロック図
で評価しても問題ない。

【００１０】さて、機械系の軸捩り振動の共振周波数は
図３のブロックにおいて、ω１／Ｔ１の伝達関数に依存
する。よって、ω１／Ｔ１の伝達関数を求めると、

【０
０１１】

【数１】

【００１２】数１を二次系伝達関数の一般式で書き直す
と

【００１３】

【数２】

【００１４】但し、

【００１５】

【数３】

【００１６】

【数４】

【００１７】

【数５】

【００１８】

【数６】

【００１９】となる。

【００２０】以上より、数２におけるωＡが機械系の軸
捩り振動における共振角周波数であり、その共振倍率を
ＭＰとすると

【００２１】

【数７】

【００２２】ζＡは数で示されるから、粘性まさつＣが
非常に小さい場合、ＭＰは非常に大きくなる。すなわち
、回転機械系では本来粘性まさつの要素は軸受等の極小
のフリクションロスしか存在しないため、共振倍率は非
常に大きい値（一般に４０ｄｂ〜５０ｄｂ以上）となる
。よって、制御系＋機械系の全体の一巡伝達関数におけ
るボード線図において、ωＡの共振倍率ピークが０ｄｂ
（ゲイン１倍）以上に跳ね上がる結果となり、軸捩り振
動が励振されωＡの振動数が接続する。

【００２３】従って、何んらかの手段で粘性まさつＣを
増加させる手段を講じることができれば、ＭＰ値、すな
わち、共振倍率を低下させることが可能であるから軸捩
り振動を減衰させることができる。

【００２４】よって、本実施例では、前述の手段を講じ
たことにより以下の通り電気的に粘性まさつＣを増加さ
せることが可能であり、軸捩り振動を減衰させることが
できる。以下、図２に基づきその事柄を説明する。

【００２５】図２，図３に対して本発明の手段を採用し
た場合のブロック図であり、破線内が本発明ブロックで
、図３の説明で前記した記号以外の各記号は下記の通り
である。

【００２６】ＧＡＳＲ　：速度制御系補償伝達関数ＦＣ
　　　：マイナ電流制御系電流フィードバックゲインＴ
Ｃ　　　：マイナ電流制御系閉ループ時定数ＫＴ　　　
：モータトルク系数（発生トルク／電機子電流）ＦＮ　
　　：回転検出ゲイン Δω　　：供試体入出力間回転変動（ω１−ω２）Ｄｇ
　　　：軸捩り振動減衰補償ゲイン図２における粘性ま
さつＣは、Ｃ×Δω（＝ω１−ω２）で作用するから、
本発明手段ブロックによるＡ→Ａ´で示すループを考え
れば、このループはＣと同等に作用することは明らかで
ある。この作用を考え、いま新しい粘性まさつをＣ´と
すれば

【００２７】

【数８】

【００２８】但し、ＴＣは充分に小さくＴＣ　　０とす
る。

【００２９】となる。また、数８式中のＤｇ　は任意に
調整できるから、Ｄｇ　を調整することにより任意のＣ
´を得られる。よって、Ｄｇ　を調整すれば機械系の粘
性まさつと同等な値を電気的に増加させることが可能で
あり、軸捩り振動を減衰を図ることができる。

【００３０】このように、前述の本発明の手段の通り、
供試体の入力軸の回転変動差を求め、それを適性な補償
ゲインに調整してモータのマイナ電流制御系に帰還して
、図２のＡ→Ａ´のループを構成すれば、トルクメータ
の信号を用いる必要のない軸捩り振動減衰制御装置を得
ることができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。

【００３２】図１において、駆動モータ１０１は自動車
で言えばエンジンに相当し、供試体１に駆動トルクを与
え、吸収モータ２０１は同じく自動車の走行抵抗相当ト
ルクの負荷を供試体１に与える。試験機の駆動モータ１
０１は速度制御で運転されることは周知の通りで、この
部分は従来技術の以下の装置よりなる。すなわち、供試
体１の入力軸回転を検出する回転検出器１０２と、駆動
モータ１０１に動力を供給するサイリスタ装置１０３と
、サイリスタ装置１０３の出力電圧を調整するサイリス
タゲート位相調整器１０４と、位相調整器１０４の前段
増幅器となるマイナ電流制御系増幅器１０５と、マイナ
電流制御系増幅器１０５の前段増幅器となる速度制御系
増幅器１０７と、速度指令を出力する速度指令装置１１
０と、回転検出器１０２の回転信号を電圧に交換する回
転信号変換器１０９と、回転信号変換器１０９の出力と
速度指令装置１１０の出力とを突き合わせる加算器１０
８とから成る。この構成により、回転信号変換器１０９
の出力を回転速度フィードバック値として、速度指令装
置１１０の速度指令値と突き合せ、両者の偏差値が零と
なるように制御され、駆動モータ１０１の回転速度が指
令値に合致するように運転される。

【００３３】同様に吸収ダイナモメータはトルク制御で
走行抵抗相当トルクの負荷を供試体に与えるため吸収運
転されることも周知の通りで、この部分は以下の従来技
術装置より構成される。すなわち、吸収ダイナモメータ
の動力を吸収するサイリスタ装置２０３と、サイリスタ
装置２０３の出力電圧を調整するサイリスタゲート位相
調整器２０４と、位相調整器２０４の前段増幅器となる
マイナ電流制御系増幅器２０５と、マイナ電流制御系増
幅器の前段増幅器となるトルク制御系増幅器２０７と、
走行抵抗相当トルク指令を出力する走行抵抗指令装置２
１０と、吸収ダイナモメータ２０１の吸収トルクを検出
するロードセル装置２１１と、ロードセル装置２１１の
出力と走行抵抗指令装置２１０の出力とを突き合わせる
加算器２０８とから成る。この構成により、ロードセル
装置２１１の出力をトルクフィードバックとして、走行
抵抗指令装置２１０のトルク指令値と突合せ、両者の偏
差が零となるように制御され、吸収ダイナモメータ２０
１の吸収トルクが指令値に合致するように運転される。

【００３４】さて、本発明の軸捩り振動減衰制御装置は
図１の破線内の構成に係り、以下の通りに構成される。 すなわち、供試体１の出力軸回転を検出する回転検出器
２０２と、回転検出器２０２の回転信号を電圧に変換す
る回転信号変換器２０９と、回転信号変換器２０９の出
力で入力軸回転信号変換器１０９の出力を割算する割算
器１０と、割算器１０の出力を記憶する記憶装置１１と
、記憶装置１１の出力と出力軸回転信号変換器２０９の
出力を掛算する掛算器１２と、掛算器１２の出力と入力
回転変換器１０９の出力の両者の変動差を演算する回転
変動演算装置１３と、回転変動演算装置１３の出力を調
整する補償ゲイン調整器１４と、補償ゲイン調整器１４
の出力をマイナ電流制御系増幅器１０５に加えるための
加算器１０６とから成る。

【００３５】次にその動作を説明する。

【００３６】まず、軸捩り振動における回転振動周波数
は数３で示されるωＡとなるから、回転速度によること
はなく供試体の入出力軸とも数３のωＡで振動する。し
かし、入出力軸の回転速度の直流分の絶対値は明らかに
入出力軸間に介在する供試体のギヤ比ｉ分だけ相違する
。従って後述する入出力軸間の回転変動差値を求めるた
めには、両者の直流分のレベルを等しくしてやる必要が
ある。

【００３７】よって、割算器１０で入力軸回転を出力軸
の回転で割算して供試体１のギヤ比ｉを求めて、それを
記憶装置１１でギヤ比ｉ相当電圧として保持し、そのギ
ヤ比ｉ電圧を出力回転信号変換器２０９の出力に掛算器
１２で掛算して、出力軸回転信号電圧を入力軸換算に変
換する。

【００３８】掛算器１２の出力、すなわち入力軸に換算
されたところの図１中のω２´Ｖで示される出力軸回転
信号電圧と、入力軸回転信号変換器１０９の同じく図中
でω１Ｖで示される入力軸回転信号電圧とを回転変動演
算装置１３に入力して、同じく図中のΔωＶ＝（ω１Ｖ
−ω２Ｖ）が求められる。このΔωＶが図２のブロック
図のΔωに係る電圧信号となる。

【００３９】回転変動演算装置１３の出力、すなわちΔ
ωＶ　を補償ゲイン調整器１４で調節した信号（以下こ
の信号を振動減衰補償信号と呼ぶ）を加算器１０６によ
りマイナ電流系増幅器１０５に加えることにより、図２
の図中に示すＡ→Ａ´のループと同等の回路が構成され
ることになる。

【００４０】補償ゲイン調整器１４の出力、すなわち振
動減衰補償信号の調節量をＤｇとすれば、図２のブロッ
クと同一となるから、粘性まさつＣは数８で示されるＣ
´に増加することが可能であり、よって軸捩り振動の減
衰が可能となる。

【００４１】なお、説明が後になってしまったが、本発
明の一実施例を示す図１と本発明の作用を説明する図２
の対応について以下に述べておくものとする。すなわち
、図１の駆動モータ１０１の速度制御系と同じく図１の
点線内の軸捩り振動装置の構成を等価制御ブロック図化
したものが図２に対応する。但し、図２はすべて入力軸
に換算した形で記述されていることは前述している通り
である。なおさらに詳述すれば、図２のブロック図のＧ
ＡＳＲは図１の速度制御系増幅器１０７の伝達関数を示
し、同様に１／ＦＣ（１＋ＴＣＳ）はマイナ電流制御系
増幅器１０５とサイリスゲート位相調整器１０４及びサ
イリスタ装置１０３から成るマイナ電流制御系閉伝達関
数を示し、同様にＫＴは駆動モータ１０１のモータトル
ク係数を示している。

【００４２】本実施例では、駆動モータ側のマイナ電流
制御系に振動減衰補償信号を与えているが、機械系に対
して電気的に前述している通り粘性まさつＣを増加させ
ればよいから、吸収ダイナモメータ側のマイナ電流制御
系に振動減衰補償信号を与えても同様の効果を得られる
ことは明らかである。但し、この場合は逆に供試体入力
軸回転信号電圧を出力軸側換算値に変換してやる必要が
ある。さらに言えば、本発明の原理は数８の作用をもっ
て、電気的に粘性まさつ相当の効果を図るものであるか
ら、駆動及び吸収モータ側の制御そのものにおいても必
ずしも本実施例の如く駆動モータが速度制御及び吸収モ
ータがトルク制御でなくてもよい。すなわち、軸捩り振
動系の節点の左右の回転を検出する手段を講じることが
可能であり、その軸捩り振動系を駆動または吸収するモ
ータがあり、そのモータの制御応答が後述しているよう
にマイナ電流制御系等のように応答の十分に早い制御系
をもっていれば、駆動、または、吸収モータの種類及び
制御方式にかかわらず本発明手段にする軸捩り振動減衰
装置は採用することができる。

【００４３】また、若干触れているが、マイナ電流制御
系に振動減衰補償信号を与えている理由は、当然のこと
ながら、図２のブロック図のＡ→Ａ´のループに介在す
る制御系の応答は数３のωＡ　より十分に早くなければ
ならないことにある。マイナ電流制御系の交差角周波数
ωＣ（１／ωＣ≒制御系の応等時定数）は一般的に最低
でも２００ｒａｄ以上確保できるから、十分にωＣ≫ω
Ａとなるから軸捩り振動に対して振動減衰補償信号が遅
れなく作用することになる。

【００４４】また、供試体のギヤ比演算値を記憶する記
憶装置１１を設けているのは、回転検出器１０２及び２
０２がパルス発信器方式で回転信号変換器１０９及び２
０９がＦ／Ｖ（周波数／電圧）変換器で構成される場合
に、Ｆ／Ｖ変換器の応答遅れの影響を無くし、信号の安
定化を図るに必要があるからである。なお、初期記憶時
はＦ／Ｖ変換器の立上り時間だけ遅れるが、それ以降の
運転では、記憶値を常時出力し遅れの影響を無くすもの
である。また、記憶装置１１には供試体１のギヤシフト
等と連動したリセット回路が設けられるが図１では省略
している。

【００４５】本実施例では、駆動モータ１０１が速度制
御及び吸収ダイナモメータ２０１がトルク制御の場合を
例にとったものであるが、供試体１がこれらの制御で運
転される際供試体１のばね定数による軸捩り振動の発生
に対して、本発明手段で振動減衰補償信号を得て、駆動
モータ１０１のマイナ電流制御系に与えることにより軸
捩り振動の減衰を図ることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、軸捩り振動系の節点の
左右の回転を検出することにより軸捩り振動の減衰を図
ることができるから、トルクメータを用いることを無く
して、供試体のばね定数で代表される軸捩り振動の減衰
を図ることができる。

【００４７】また、本発明の振動減衰手段はその軸捩り
振動系のばね定数に直接関与するトルクメータ等の信号
によらないから、ばね定数及び慣性量等の機械系の物理
量を意識することなく、発生するすべての振動の共振周
波数の減衰を図ることができ、その適用に制限のない広
汎な軸捩り振動減衰制御装置を提供することができる。

【００４８】また、エンジンダイナモメータ等の本来ト
ルクメータを具備していない試験機等で、従来のトルク
メータを必要とする方式では、まったく軸捩り振動の減
衰が図れなかった試験機でも本発明によれば容易に軸捩
り振動の減衰を図れる。

【００４９】また、機械装置でトルクメータを設けるに
は、その軸間に支持台及び軸受等が必要で簡単でないの
に対して、回転検出器は軸端または軸間に回転パルス検
出用のパルギヤ等を設けることで容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である動力伝達系試験機の軸
捩り振動減衰制御装置の系統図。

【図２】軸捩り振動減衰制御装置の作用を説明する図１
の等価制御ブロック図。

【図３】駆動モータを速度制御に例をとった機械系の軸
捩り振動を説明するための制御ブロック図。

【符号の説明】

１…供試体、１０…割算器、１１…記憶装置、１２…掛
算器、１３…回転変動演算装置、１４…補償ゲイン調整
器、１０１…駆動モータ、１０５…マイナ電流制御系増
幅器、１０６…加算器、１０９…入力軸回転信号変換器
、２０１…吸収ダイナモメータ、２０９…出力軸回転信
号変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車等の動力伝達系等の供試体の入力軸
   に回転検出器と、駆動モータと、マイナ電流制御系とを
   備えた制御装置とから成る駆動装置を結合し、前記供試
   体の出力軸には前記回転検出器と、吸収モータと、前記
   マイナ電流制御系とを備えた吸収モータ用制御装置とか
   ら成る吸収装置を結合し、前記供試体の試験を行う動力
   伝達系試験機において、前記入力軸回転検出器と前記出
   力軸回転検出器の両者の回転信号により前記供試体の前
   記入出力軸間のギヤ比を演算する手段と、前記出力軸回
   転検出器の信号を前記演算したギヤ比で乗算して入力軸
   回転に換算する手段と、前記入力軸換算出力軸回転信号
   と前記入力軸回転検出器の信号の間の回転変動差信号を
   演算する手段と、前記回転変動差信号を適性な補償ゲイ
   ンに調整する演算増提器から成る手段とを備え、前記演
   算増幅器から成る手段の出力信号を前記駆動用モータ制
   御装置あるいは前記吸収用モータ制御装置のいずれかの
   マイナ電流制御系に帰還するように構成したことを特徴
   とする動力伝達系試験機の軸捩り振動減衰制御装置。