JPS5890135A - 動力計のトルク検出装置 - 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】 本発明はトルク制御の応答性を改善した動力計のトルク
検出装置に関する。

最近、エンゾンの試験や、ベンチおよびシャシダイナモ
メータによる加減速試験や、排ガスモー−ド試験に動力
計を用いて走行抵抗シタニレ−ジョンを実施する場合が
多い。この走行抵抗シミュレーションを実施するに際し
、走行抵抗（定常走行抵抗外と加速抵抗分とから々る）
のうち加速抵抗分を与えるには、従来、慣性円板を用い
て機械的な慣性シミュレーションカ行なわれていだが、
任意可変とするには慣性円叛数が多くなるため、コスト
ダウンやコン・ゼクト化の点から最近では電気的な慣性
シξヱレーションを採用する傾向にある。

この電気的な慣性シ、ミミレーションは動力計゛に作用
する加速度を検出し、この加速度に比例したトルクを動
力計に発生させようとするものである。この場合、動力
計はトルク制御モードによって制御される。このだめの
指令信号としては、定常走行抵抗（ころがり抵抗と空気
抵抗を含む抵抗分）の他、加速抵抗（慣性に作用する抵
抗分で、電気的に補償しようというもの）に相当するト
ルクに対応したものとなる。

上記定常走行抵抗の指令信号は、この抵抗が回転速要の
関数となっているので、別に設置された走行抵抗設定器
によって作られる。この定常走行抵抗においては回転速
度が急変しないため、トルク制御の応答速度をそれ程高
める必要はない。

これに比べ上記加速抵抗の指令信号においては、回転速
度変化率に比例して与える必要があるため、トルク制御
の応答速度をきわめて高くしなければ、制御精度が低下
してし甘い電気的々（ｆｉｔ　性シ？＝レーションの目
的を達成することができなく庁る。例えば、少求される
トルク制御の応答速度は現在のととる６３％応答におい
て０．１秒といわれている。

ところが、このような応答速度は、サイリスタ等による
制御段階においては特に問題とならないが、従来のトル
ク検出機構におけるトルク検出段階で問題がある。

ここで従来のトルク検出装置について若干説明する。第
１図（ａｔ　（ｂｌにはトルク検出機構の一例を示し、
第２図には、ブロック構成を示す。

従来の装置は第１図ｔａ＋に示すように揺動子５が油圧
式の浮揚装置ｆｆ　４によって支持され、揺動子５に突
設されたトルクアーム６の先端がペットｌ上に防振ゴム
ＩＯを介して固設されたロードセル９の受アーム８に連
結されている。トルクアーム６と受アーム８の連結構造
は第１図（ｂｌに示すようにトルクアーム６にナイフェ
ツジ７が突設され、受アーム８側にはナイフェツジ７を
遊貫する受は孔８ａが設けられており、ナイフェツジ７
がギャップｆを有して受は孔８ａに挿入数＃されている
。したがって、揺動子５に発生するトルクはトルクアー
ム６、ナイフェツジ７、受は孔８ａ、受アーム８を介し
てロードセル９に伝達される。またロードセル９の出力
は第２図に示す如く、歪増幅器１１および増幅器１２全
通してトルク指示計１３に表示される一方、トルク制御
出力Ａとして取出される１１１成である。尚、図中、２
は回転軸、３は回転子、５ａは界磁コイル、５ｂは補極
コイルを示す。

上記ナイフェツジ７は、ロードセル９に曲げモーメント
が加わることによりゼロ点変化や感度変化を起こして精
度低下を低下させないよう設けられている。−！、た、
ナイフェツジ７と受はアーム８との間のギャップ１は、
揺動子５の軸方向変位および直角方向変位、固定ボルト
等の締め具合や動力計自体の不均等な温度変化などによ
る曲げモーメントの発生を防止するために設けられたも
のである。さらに防振ゴム１０は、ロードセル９に加わ
る衝撃荷重をやわらげて吸収するために設けられたもの
である。

しかしながら、上記従来の装置はトルク検出機構におい
て、以下＋１１〜（５）に述べる検出送れや外乱が生ず
るためトルク制御のための応答速度の精度を上げること
が困難であった。

（１１ロードセルの出力を増幅する歪増幅器による検出
遅れ、 ＋２１　　動力計揺動子の慣性による検出遅れ、（３）
　　動力計回転子から発生する回転角同期のトルク脈動
、 （４）動力計揺動子とロードセルとの結合部分のパンク
ラッシュによシ生ずるトルク検出信号のヒステリシス現
象および衝撃トルク信号、（５）動力計揺動子の慣性と
、ロードセルおよびその支持装置の弾性に基〈固有振動
の発生によるトルク信号雑音。

以上の中で（１１は歪増幅器のＬも答改善が可能であり
、（３）は回転子の加工精度の改善によシ解決すること
ができるが、他の＋２１．　＋４１．　＋５１について
は解決することが難しい。

これらの問題が発生する原因として上記（４１において
は、ギャップが存在するために生ずるもので、トルク極
性が変化する時に不要な衝撃荷重がロードセルに加わる
ことによって発生し、これが外乱信号即ち衝撃トルク信
号としてロート９セルからの出力（ｉ号に加わるもので
ある。

まだ（５）は、ギャップや防振ゴムを設けたために揺動
子の回転慣性とロードセルおよび防振ゴムによる振動系
か形成されることに因る。っ甘り、トルク急変時にトル
クアームが振動することによシネ要なトルク信号雑音、
即ち振動信号が出力信号に加わるものである。

さらに（２）はナイフェツジの設置の必要から防振ゴム
も必要となり、この防振ゴムによって上記振動系の振動
周波数が低下するため、この振動周波数がトルク！Ｉ制
御と共振を起こし制作Ｊ不能となる場合がある。そのた
め、安定したトルク制御を行なうには、トルク制御の応
答速度を遅らせて検出せざるを得ない。これは動力計の
トルクを高周波数帯減寸で測定したい場合の阻害の要因
でもある。

捷だ従来の装置においてロードセルとしてビーム式ロー
ト９セルを用いた場合には、ナイフェツジなしでもトル
ク感度を変化せずにトルク測定可能であるが、ロードセ
ルの剛性が低いために揺動子慣性との共振がかなり低い
周波数で発生する。さらに、ナイフェツジと防渠ゴムを
除去して誤差を承知で構成した１易合には、ロート・セ
ルの弾性により振ｎｖ１の周波数が２〜３倍に上昇する
が、これに伴ない振動振幅が大きくなると共に制動係数
が減少して振動減衰時間が非常に長くなる。また反対に
ナイフェツジがある場合には、振動が非線形振動と４−
＋々るため、振。

動用波数が低下し、この振動は実験で求めざるを得ない
。

以上の問題点を検討してみると、基本的には揺動子の慣
性が大きいことから、揺動子の撮動による回転振動周波
数が低下して実用上の障害になると考えられる。そのた
め揺動子を慣性が小さくなるように設計すればよいが、
一般に高速回転に用いられる動力計では、慣性を小さく
すると剛性が低下し捷い、また、この剛性の低下のため
に新たに回転子の振動が生じてしまう。

さらに揺動子は磁路の一部を構成するため、大幅な慣性
低減は望めない。

そこで本発明は上記従来の欠点を解決するために、揺動
子の慣性によって生ずる撮動を検出し係数処理を行なっ
た後、ロードセルから得られる出力信号に逆に加えてロ
ードセルに発生する不要な信号を打消して検出送れや外
乱信号を除去することによシ、応答性を改善したトルク
制御出力を得ることができる動力計のトルク検出装置を
提供することを目的とする。

以下に本発明の冥施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

ここで本発明の原理について説明する。

第３図にトルク検出系の撮動モデルを示す。

尚、図中において Ｆ　ｋｌ、ナイフェツジ部に作用する揺動子発生トルク
Ｆ１７　”ｔ　ｎ力（ト１）、 Ｘはロードセルに実際に加わる力（Ｎ）、Ｍはナイフェ
ツジ部の揺動子回転慣性に相当する質請（Ｋ４）、 Ｃは制動係数（Ｎ／ｍ／８　）である。

この場合、ＭおよびＦは、 Ｍ　−Ｊ／Ｌ２（Ｋダ） Ｆ　−Ｔ／Ｌ　　　（Ｎ） の関係で表わされる。ここでＪは揺動子の回転慣性（Ｋ
ｆ・−）、Ｌは揺１子中心からロードセル着力点せでの
距離（ｍ）、Ｔは揺動子発生トルク（Ｎ−ｍ）である。

実際には、ロードセルには揺動子の反動作用に基づくト
ルク信号の他に、揺動子慣性に基づく揺動子の４辰馴に
よる加振力が作用する。

この振動はステップ入力をＦとすると次式（１）で表わ
される。

また、スフフグ人力Ｆが加えられた時点での、ロードセ
ル出力Ｆｘは第４図に示すような、立上シが遅れ脈動す
る振動波形となってしまう。

この現象によって従来においては真の動力計揺動子発生
トルクの波形が測定できず、また動力計のトルク制御の
応答性を改善することもできなかった。

そこで、ロードセルの出力波形の立上り遅れおよび脈動
を揺動子慣性による加速力を検出して逆に加えて消去す
ることによシ、応答性を改善することが考えられる。

つまシ、第３図における入力Ｆとロート１セル出力ＦＸ
の差が、過渡的なトルク検出遅れまたは誤差信号Ｆ′に
なるが、これは次式（２）の解においてＫｘ’の初期値
をＦとした場合の解と等しくなシ、（３１式の如くなる
。

Ｋｘ’　＝　Ｋｘ−Ｆ’　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・・・・（３）甘た、制智１係数Ｃは揺］助子
の揺！ｔｌ！＋機構で主に生ずるが、Ｃｄｘ７ｄｔ項は
他の項に比べて極めて小さいため無視することができる
。この結果、次式＋４１．　＋５１が成立する。

したがって、Ｘ′は量としてｆα接観測できないとして
直接観測可能であることが理解できる。

尚、この場合、加速度検出器は細い電線で浮動子上から
固定部に亘って引出すことができるため、これによる揺
動部の揺動抵抗を増大させることがない。

本実施例においては誤差信号を直接観測し、これに最適
な係数処理待なってロードセル出力信号に加えるこ吉に
よって、ロードセル出力の立上シ遅れおよび脈動を消去
しようとするものである。

以下に本発明装置の実施例について説明する。

尚従来例と同一部分には同一番号を附し、重複する説明
は省略する。

第５図は加速度検出器２０をトルクアーム６に取付けた
一例を示し、第６図は、この加速度検出器２０を用いた
トルク検出装置のブロック構成を示したものである。こ
れらの図に示すよウニ、ロードセル９の荷重方向の加速
度はトルクアーム６上に取付けられた加速度検出器２０
によって加速度信号として取出される。つνシ、ローρ
セル９に加わる誤差信号を加速度信号として取出すもの
である。この加速度信号は加速度信号増幅器２１にて増
幅され、係数回路２２において揺動子慣性の速ｉｆ化率
に対応して加速刃金演算して係数が設定される。この係
数回路２２から出力される加速力信号は、他方ロード　
２ セル９から歪増幅器＋１を通して得られるトルク１１１
力信号に、加算回路２３において適切な割合で加算され
る。したがって、この加算回路２３において、トルク出
力（Ｆ！＋′ｉはその立上り遅れや脈動が揺動子慣性に
よる撮動に応じて打消されるため、応答性が改善された
トルク制御出力Ａ等として？することかできる。図中１
３はトルク指示計である。

なお、上記加算回路２３の極性は、第５図中ロードセル
９を下方に押す力を正とした時、加速度が下方に生じた
時の加速度信号を正とする。

また、上記歪増幅器１１は、これに限らず荷重検出方式
に応じて、抵抗線歪計方式、磁歪方式、または圧電方式
等を用いればよい。このことは加速度検出器２０および
加速１℃信号増幅器２１においても同様である。さらに
、上記係数回路２２は、その係数が揺動子慣性や、加速
期検出器２０および加速度信号増幅器２１によって決定
されるが、特に揺動子慣性については実験によって求め
ざるを得ないため設けられたものである。

次に他の実施例について第７図および第８図を参照しつ
つ説明する。

本実施例におけるトルク検出装首は先の実施例における
加速度信号増幅器２Ｉと係数回路２２との間にフィルタ
２４と低レベル除去回路２５を第７図の如く順次介設し
たものである。上記フィルタ２４は必要とする周波数帯
域外の加速度信号が入力されることを防止するために設
けられている。また、低レベル除去回路２５は、一般に
温度等による加速度検出器２０のゼロ点変動が犬きぐな
るため、これによってトルク検出信号の定常安定性を損
うことのないよう第８図に示す特性図の如く成るレベル
以下の入力をカットするために設けられている。尚、第
８図中、ａは低レベル除去回路の特性を、ｂは加速度信
号の特性の一例を示す。したがって、本実施例において
は、加速度検出器２０のゼロ点変動に伴なう出力誤差が
改善されるため、安定したトルク制御出力Ａを得ること
ができる。

５ 次に本発明装置の効果について従来装置と比較して説明
する、 （１）　　本装置では応答性能が第１表の如き結果が得
られた。

（２）　　従来装置において、防振ゴムを除去してロー
ト”セルを剛体支持して１に気的慣性シミーヱレーショ
ンを行なう場合があるが、この場合には揺動子の共振周
波数をｌ０Ｉ−１ｚよシ高くすることが困難であった。

そのため、トルク制御のステンｆ応答立上り時間を０．
１秒以内にするとＵ定性が損なわれることとガリ、０．
１５〜（）、２秒にせざるを得々かった。これに対し本
発明装置によれば、容易にトルク検出の周波６ 数を上げることが可能となる。

（３）従来装置においてロードセルを剛体支持しても、
制動係数が相対的に低下する結果、トルク変化時の揺動
子撮動の減衰時間が長く寿ってしまう。これに対し本発
明装置によれば、減衰時間を考慮しながら最適な状態に
対もすることができる。

（４）従来装置においてロードセルを剛体支持する場合
、ナイフェツジ部のギャップを極めて小さな値に常時保
持しておか々いと、ロート９セルに過負荷を生じてロー
−セルを破損する虞れがあり、定期的な点検修正が必要
である。

これに対し、本発明装置によれば、防振ゴムを用いてロ
ードセルに過負荷が生じｈいように防娠ゴムの剛性を最
適化することができる他、ギャップが成る程度大きくて
もボ「容できるため、定明的ガ点検修正の頻度が大幅に
減少できると共に製作時の調整作業も短縮できる。

（５）　　従来装置においては、ナイフェツジ部が受ア
ームの受は孔の上下どちらにも接触しない間は、ロード
セルの出力はゼロと々る。しかし、実際にはギャップ内
をナイフェツジカ移動中には揺動子に何らかの力が発生
１７ているため、その移動時間中では非線形の検出遅れ
を生じこれによる非線形共振を発生することが多い。例
えば、市１気的慣性シミル−ジョンシステムにおける惰
行運転時には１ｔＪｔ力剖の出力はほとんどゼロとなり
、ナイフェツジ部も遊んだ状態である。これに対し本発
明装置によれば、揺動子の移動加速ＩＪ！゛を検出して
、これをロート９セル出力に加算する構成であるため、
ナイフェツジ部がギ１ツッデ内で移動中でも＃１加速度
に比例した出力が得られるため、非線形振動を防止する
ことができる。

＋６１　　捷た、従来装置においてｄｌ、ナイフェツジ
部がギャップ内の移動を完了して受は孔のどちらの側に
衝突すると、大きい衝撃力がロードセルに加わって外乱
信号として出力される。

これに対し、本発明装置に、しれば、揺勅子速度がナイ
フェツジの衝突時にロードセルに加わる力に見合って減
少し、そのとき揺動子速度の減速ｆＷに比例した出力が
加速度検出器に出力されて互いに打消し合うため、衝撃
による外乱信号はほとんど出力されることがなくなる。

これにより、非線形振動の防止や正確なトルク鼓形を測
定することができる。

尚、本発明装置は一般の回転機械における動力測定用の
動力計に限らず、自動車のタイヤ出力を測定するシャシ
ダイナモメータに用いられる動力計等にも適用できるこ
とはいう寸でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔａｌ〜第４図は従来例に係り、第１図ｔａｌは
動力計を一部断面で示す正面図、第１図ｔｂｌは第１図
ｆａｌ中のＩ−Ｉ矢視断面図、第２図はトルク検出装置
のブロック構成図、第３図はトルク検出機構の振切モデ
ル図、第４図はトルク検出機構にステップ入力を加えた
ときのロー−セル出力の波形図、第５図〜第８図は本発
明装置に９ 係シ、第５図は動力計を一部断面で示す正面図、第６１
シ１は第１の発明に係るトルク　検出装置のブロック構
成図、第７図は第２の発明に係るトルク検出装置のブロ
ック構成図、第８図はその低レベル除去回路の特性を示
すグラフである。 図面中 ５は揺ｍａｔ子、 ６はトルクアーム、 ７はナイフェツジ、 ９はロート９セル、 １　（＋は防撮ゴム、 １１は歪増幅器、 １２は増幅器、 １３はトルク指示唱、 ２０は加速度検出器、 ２１１ｄ加速ＩＫ信号噌幅器、 ２２け係数回路。 ２３は加算回路、 ２４はフィルタ、 ２５は低レベル除去回路、 ０ Ａはトルク制御出力等である。 特許出願人 株式会社　明　電　舎 代理人 弁理士　元　石　士　部（他１名） 第１図 （ａ） とｂノ 弔２図 第３図 第４図 □晴＋’ｆｌ 第５図 ≦−３６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ロードセルを用いてトルクを検出する揺動形
   動力計のトルク検出装置において、前記動力形の揺動子
   に取付けられてロードセル荷重方向の加速度を検出する
   加速度検出器と、この加速度検出器からの出力を増幅す
   ると共に前記揺動子の慣性の速度変化率に対応した加速
   力を演算する係数回路と、この係数回路から出力される
   揺動子慣性加速力を前記ロードセルからのトルク出力に
   加算する加算８際とからなることを特徴とする動力計の
   トルク検出装置。
2. （２）　　ロードセルを用いてトルクを検出する揺動形
   動力計のトルク検出装置において、前記動力計の揺動子
   に取付けられてロードセル荷重方向の加速度を検出する
   加速度検出器と、との加速度検出器からの出力を増幅す
   ると共に前記揺動子の慣性の速度変化率に対応した加速
   力を演算する係数回路と、この係数回路から出力される
   加速力の低レベル部分を除去する低レベル除去回路と、
   この低レベル除去回路から送出される揺動子慣性加速力
   を前記ロードセルからのトルク出力に加算する加算回路
   とからなることを特徴とする動力計のトルク検出装置巌
   。