JPS6114450B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は駆動系の等価試験を実施する駆動試験
機の慣性補償制御装置に係り、特に試験装置の慣
性量と被試験駆動系の慣性量に差が有つた場合
に、この差を制御系で補償して等価試験を実施す
るようにした駆動試験機の慣性補償制御装置に関
するものである。

試験機の構成には、従来より多種類のものが知
られているが、第１図は自動車用エンジンおよび
トランスミツシヨン用試験機の例である。

図において１はエンジン、２はトランスミツシ
ヨン、３はトランスミツシヨン軸、４はカツプリ
ング、５はトルクピツクアツプ、６は直流電動機
または電気動力計、７はフライホイール、８はパ
ルスピツクアツプ、９は電流検出器、１０はサイ
リスタ電源装置、１１はサイリスタゲートパルス
発生器、１２は定電流制御演算増幅器、１４はト
ルク制御演算増幅器、１５はＦ／Ｖ（周波数／電
圧）変換器、１６は定常吸収トルク設定演算器で
ある。

トルク制御系はトルクピツクアツプ５の検出値
と定常吸収トルク設定演算器１６の出力との差を
演算し、これをトルク制御演算増幅器１４に供給
して電流指令値を得る。前記電流指令値に基ずい
て、定電流制御演算増幅器１２、サイリスタゲー
トパルス発生器１１を介してサイリスタ電源装置
１０を制御する。

以上に図示、説明したところから分るように、
この例での被試験供試品は、エンジン１およびト
ランスミツシヨン２のみである。実際の自動車の
走行状態を模擬し、等価試験を実施するには種々
の条件があるが、少なくとも、車体重量のトラン
スミツシヨン軸３の換算慣性モーメント（以下車
体等価慣性モーメントと呼ぶ）と同一慣性モーメ
ントを、直流電動機または電気動力計（以下、単
に電動機と呼ぶ）６およびフライホイール７の慣
性モーメントで実現しなければならない。

一方、試験される自動車（以下一般的に被試験
駆動系と呼ぶ）も多種類あるので、従来はフライ
ホイール７の慣性量を小きざみに調整可能とし、
この慣性量を選択して被試験駆動系の慣性量と一
致させるようにしていた。

このような従来方式では、フライホイール７お
よびフライホイールの脱着機構が必要であり、ス
ペースおよび価格的にもこれらが全試験設備のか
なりの割合をしめていた。

最近はこのフライホイールを無くするため、あ
るいは微少範囲の慣性量の調整を容易にするため
に、フライホイールでなく電気制御にて慣性量の
調整を実施する方式が採用されつつある。

第２図は第１図に慣性補償を追加した場合の構
成図であり、ブロツク１７，１８および１９がこ
の機能を果す。駆動軸の回転数−すなわち、Ｆ／
Ｖ変換器１５の出力を微分器１７で微分して加減
速度を検出する。一方、被試験駆動系と駆動試験
機の慣性量の差を慣性量設定演算器１９にて設定
演算する。そして、この両者を掛算器１８にて掛
け合せ、慣性量の差分に応じて直流電動機６が吸
収し、もしくは駆動すべき加減速トルクを算出す
る。

このようにして算出したトルクを、トルク制御
演算増巾器１４に指令値として加算し、トルクピ
ツクアツプ５およびブロツク１４−１２−１１−
１０等によりなるトルク制御系にて慣性量の差を
補償し、等価試験を実施する。すなわち、トルク
制御系は前述のように、トルクピツクアツプ５の
検出値を帰還信号とし、トルク制御演算増巾器１
４において、トルク指令値と突き合せて演算し、
トルクピツクアツプ５の検出値を指令値に一致さ
せるように制御する。

この場合、トルクピツクアツプ５には50〜300
ｍｓの検出遅れがあるため、トルク制御系の応答
度を高めることには限度がある。しかしながら、
慣性補償制御方式にて等価試験を実施するには、
加減速開始時に、直流電動機６はすみやかに必要
な吸収もしくは駆動トルクを発生する必要があ
り、応答度を高める必要がある。

本発明の目的は、加減速開始時において、電動
機（もしくは電気動力計）が発生すべき吸収もし
くは駆動トルクの応答度を高め、等価試験の正確
度を高めることにある。

この場合に、補償慣性量（駆動試験機と被試験
駆動系の慣性量の差）の変化に対する応答度の変
化を少なくすることが、もう一つの本発明の目的
である。

前述したように、トルク制御系の応答度を高め
られない原因はトルクピツクアツプの検出遅れに
ある。一方、電動機の電流検出は変流器などによ
り実施できるので、検出遅れを非常に小さくする
ことが出来る。従つて、補償吸収もしくは駆動ト
ルクを、電動機の電流値ベースにて検出演算し、
電動機のマイナーループ定電流制御系に指令値と
して与えることにより、過渡応答度を高めること
が出来る。

慣性補償量の大きさによる応答の変化を防止す
るために、本補償制御系の利得を調整しようとす
ると、補償吸収もしくは駆動トルクの値自体を変
化させてしまうので不可であり、時定数を調整す
る必要がある。この時定数は、マイナーループ定
電流制御系の応答時定数および加減速度検出の不
完全微分の遅れ時定数である。しかしながら電流
検出による方式では精度がトルク検出より劣るの
で、精度確保のために従来方式のトルク制御系へ
の慣性補償制御は残す必要がある。

第３図は、従来の、慣性補償制御法を実施した
第２図の装置に、慣性補償制御の過渡応答度を高
めるための制御装置を付加した本発明の一実施例
である。本実施例では、第１図および第２図で必
要であつたフライホイール７は不要となる。

応答度は高めるための制御は微分器２０、掛算
器２１および補償量演算器２２で実現される。駆
動軸の回転数を微分器２０にて微分することによ
り、加減速度を検出する。一方、被試験駆動系と
試験機の慣性量の差、および速度信号を基にした
直流電動機６のトルクと電流の関係より、フオー
シング電流計算係数２３を補償量演算器２２にて
設定演算する。

加減速度とフオーシング電流計算係数２３とを
掛算器２１にて掛け合せ、直流電動機６が駆動も
しくは吸収すべきフオーシング電流指令値を算出
する。このフオーシング電流指令値を定電流制御
演算増巾器１４の出力に加算し、応答の速い定電
流制御系にて応答度が比較的悪い定トルク制御系
を補うことが出来る。

この補償制御系のループ（微分器２０→掛算器
２１→定電流制御演算増巾器１２→サイリスタゲ
ートパルス発生器１１→サイリスタ電源装置１０
→電流検出器９→直流電動機または電気動力計６
→パルスピツクアツプ８→Ｆ／Ｖ変換器１５）
は、補償すべき慣性量によつてループゲインが変
化し、過渡応答度も変化する。これを防ぐのが、
信号２４，２５であるが、この説明は後述する。

次に本発明により過渡応答性が高められること
をブロツク図にて示す。第４図、第５図および第
６図は夫々第１図、第２図、第３図をブロツク図
にて表示したものである。ただし、小さい時定数
は省略してある。ここで図中の各記号は、それぞ
れつぎのように定義される。

Ie；各図において、トルクピツクアツプ５より左
側の慣性量 Im；各図においてトルクピツクアツプ５より右
側の慣性量 Ia；試験機の全慣性量すなわち（Ie＋Im） Ｉ〓；被試験駆動系すなわち実車の全慣性量 従つて（Ｉ〓−Ia）が実車と試験機の慣性量の
差になる。

εφ；直流電動機６のトルク係数 Fc；定電流制御系の電流検出利得 Tc；定電流制御系の応答時定数 T₁、T₂；トルク制御系の補償時定数 Ｋ_T；トルク検出利得 T₃；トルク検出遅れ時定数 T₄、T₅；不完全微分器の遅れ時定数 Te；エンジン１の発生トルク Td；試験機に対する駆動トルク Tm；直流電動機６の吸収トルク Tf；トルクピツクアツプ５の検出トルク ω；回転角速度 Vf；トルクピツクアツプの検出電圧 Ｖ_TP；定常吸収トルク指令値 Ｖ_IC；過渡吸収もしくは駆動トルク指令値 Ｖ_AC；過渡吸収もしくは駆動トルクの電流指令換
算値 Ｖ_CP；定電流制御系に対する指令値 これらの図において、ブロツク２７，２８はエ
ンジン１の発生トルクTeおよび直流電動機６の
吸収トルクTmと、トルクピツクアツプ５の位置
でのトルクTfとの関係を示す係数を出力する伝
達関数ブロツクであり、前記係数は以下に述べる
ようにして求められる。

第７図に、トルクTe，Tm，Tfと慣性モーメ
ントIe，Imの関係を示す。ここで角加速度をα
とすると、 Te−Tf＝Ie・α ……(1) Tf−Tm＝Im・α ……(2) (1)、(2)式が成立つ。これらの式より(4)式が得られ
る。

α＝Ｔｅ−Ｔｍ／Ｉｅ＋Ｉｍ＝Ｔｅ−Ｔｍ／Ｉａ＝Ｔ
ｄ／Ｉａ……(3) Tf＝Ｉｍ／Ｉｅ＋ＩｍTe＋Ｉｃ／Ｉｅ＋ＩｍTm＝Ｉｍ／ＩａTe＋Ｉｅ／ＩａTm ……(4) (4)式よりブロツク２７，２８の係数は夫々、
Im／Ia，Ie／Iaであることが判る。ブロツク２６
の係数は(3)式より求まる。

定電流制御系の応答は、補償定数を適切に選択
することにより、一次遅れ系に近似出来る。この
一次遅れ時定数をTcとすると、電流指令値Ｖ_CP
と電動機トルクTmの関係はブロツク２６の伝達
関数で表わされる。

第４〜６図において、定常吸収トルク設定演算
器１６は、タイヤの摩擦抵抗値、風損抵抗および
勾配による重力落下力などを定常吸収トルク指令
値Ｖ_TPに換算するものである。その出力は、被試
験機および試験条件が定まると、一定値の項、車
速に比例する項および車速の２乗に比例する項の
和で近似され、時間に対する変化率はゆるやかで
ある。

一方、慣性補償制御に関する検出値は、微分器
１７，２０により微分項とし、加減速中に制御す
るものであるので、応答性が非常に速い。

従つて第４図においては、トルクピツクアツプ
５の位置での検出トルクTfが車速に対応したト
ルク値になるように制御される。

しかしながら、この値は定常状態での値であ
り、実走行の加減速時には加減速レートに対応し
てTfは増加（加速時）または減少（減速時）す
るところが、第１，４図では、定トルク制御系
が、Tfを定常指令値Ｖ_TPになるように制御して
しまうので、実走行との差が生じる。

第２，５図において付加されているブロツク１
７〜１９の目的は、１つには、この加減速時の誤
差をなくすることである。被試験駆動系の全慣性
モーメントＩ〓試験機の全慣性モーメントIaが等
しい場合でも、ブロツク１７〜１９は加減速度と
Imの積を求め、トルク制御系の指令値を補正し
ている。この積は、トルクピツクアツプ５より右
側−すなわち、直流電動機６側の全慣性モーメン
トが必要とする加減速トルクである。

被試験駆動系の全慣性モーメントＩ〓が試験機
の全慣性モーメントIaより大きい場合を考える。
エンジン１がある値の加速度トルクを発生する
と、実車に較べて試験機の加速レートの方が速く
なつてしまう。

明らかなように、これを実車と同一レートに制
御すれば、エンジン１およびトランスミツシヨン
２の試験は実車と等価になる。第５図のブロツク
１９に示すように、補正トルク指令値Ｖ_ICの算出
を、試験機の慣性モーメントでなく、実車の全慣
性モーメントＩ〓により行えばこれが実現出来
る。

第５図において、定常吸収トルク指令値Ｖ_TPの
時間変化はゆるやかであるのに対し、過渡吸収／
駆動トルク指令値Ｖ_ICは加減速中に制御するもの
であり、変化率の速いものである。従つて応答速
度に大きな差があるので、Ｖ_TPは一定値としても
大きな誤差は生じない。

Ｖ_TPを一定とし、第４〜６図を等価変換したも
のが第８〜１０図である。この等価変換において
微分器１７の不完全微分遅れ時定数T₄は、トル
ク検出遅れ時定数T₃に一致させるものとした
（T₄＝T₃）。これは解析を簡素化すること、およ
び微分器１７の耐ノイズレベルを向上することの
面よりも妥当なものである。

第９図において、閉ループを構成するブロツク
１４→２９→３３（トルク制御系）の一巡利得
は、ブロツク３３中のＩ〓／Iaに比例し、このＩ
〓／Iaは被試験物により大巾に変化する。それ故
に、この閉ループの応答と最適化するには、前向
きブロツク１４の利得をIa／Ｉ〓に比例するよう
に制御する必要がある。

しかしながら、この種の利得補償を行つても、
トルクピツクアツプの検出遅れT₃は、現在の技
術レベルでは50〜300ｍｓ以下にすることは不可
能である。したがつて、トルク制御系の応答時間
短縮にもT₃によつて決まる限度がある。

第６図は、加減速トルクの補償を応答の速い電
流制御系で行うために、ブロツク２０，２１およ
び２２により電流値ベースで検出するようにした
ものである。第３図のブロツク２１〜２２はこれ
を実現する具体的手段を示す。第１０図は第６図
のブロツク図を等価変換し簡単化したものであ
る。

第１０図を第８，９図と比較すれば明らかなよ
うに、本実施例の装置は、従来の装置にはない伝
達関数ブロツク３４を備えている。そして、これ
はトルク制御系（ブロツク１４→３５→３３のル
ープ）とは無関係であるのでトルク制御系の応答
遅れに左右されず、応答度を高めることが出来
る。

また、従来方式のブロツク２９とこれに相当す
る本実施例のブロツク３５とでは、その利得およ
び過渡応答性の面で差がある。利得に関しては、
トルク制御系の一巡利得がブロツク３３のＩ〓／
Iaとブロツク３５のIa／Ｉ〓が打消しあつて一定
となるので、有利である。

本実施例においては、ブロツク３４の分母の特
性が過渡応答を決定する。ここで、分母中のIa／
Ｉ〓は被試験機の慣性量により大巾に変化する
が、分母自体の特性をほぼ一定にするにはT₅お
よびTcを調整すれば良い。これは第３図の信号
２４，２５により実現される。

以上のごとく本発明によれば、慣性補償制御の
過渡応答を大巾に高めることが出来ると共に、慣
性補償量の変化に対しても応答度をほぼ一定に保
つ事が出来る。従つて、フライホイールおよびフ
ライホイール着脱装置を使用しなくても近似度の
高い等価試験が実現出来るので、試験後の設置ス
ペースの縮少およびフライホイール省略により大
きな経済効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、駆動試験機の１例としてエンジ
ンおよびトランスミツシヨンの場合の機械系およ
び制御系の構成概要を示すもので、第１図は慣性
補償制御のない従来例の概略構成図、第２図は慣
性補償制御を行なう従来例の概略構成図、第３図
は本発明の一実施例の概略構成図、第４〜６図は
それぞれ第１〜３図の制御部分のブロツク図、第
７図はトルクピツクアツプの検出トルクと各部慣
性モーメントとの関係を示す図、第８〜１０図は
第４〜６図のブロツク図を等価変換して簡単化し
たブロツク図である。 １……エンジン、２……トランスミツシヨン、
３……トランスミツシヨン軸、４……カツプリン
グ、５……トルクピツクアツプ、６……直流電動
または電気動力計、８……パルスピツクアツプ、
１１……サイリスタゲートパルス発生器、１２…
…定電流制御演算増巾器、１４……トルク制御演
算増巾器、１５……Ｆ／Ｖ変換器、１６……定常
吸収トルク設定器、１７，２０……微分器、１
８，２１……掛算器、１９……慣性量設定演算
器、２２……補償量演算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動軸の一端に取付けられる被試験機と前記
   駆動軸の他端に取付けられる電動機と、前記駆動
   軸に取付けられているトルク検出器と、前記駆動
   軸の回転数を検出する速度検出手段と、該速度検
   出手段で検出した速度信号を入力して定常吸収ト
   ルクを求める定常吸収トルク演算手段と、前記被
   試験機と電動機の慣性量の差を設定する慣性量設
   定手段と、該慣性量設定手段に設定された設定慣
   性量と前記速度信号の変化率とを乗算し前記電動
   機が吸収あるいは駆動すべき加減速トルクを求め
   る加減速トルク演算手段と、前記トルク検出器で
   検出したトルク検出値と前記両演算手段でそれぞ
   れ求めた定常吸収トルクおよび加減速トルクを入
   力して電流指令信号を出力するトルク制御手段
   と、前記被試験機と電動機の慣性量差と前記速度
   信号に基づきフオーシング電流係数を求める補償
   量演算手段と、前記フオーシング電流係数と前記
   速度信号の変化率とを乗算しフオーシング電流指
   令値を求めるフオーシング電流演算手段と、前記
   トルク制御手段の出力する電流指令信号と前記フ
   オーシング電流指令信号の加算値を入力し前記電
   動機に供給する電流を制御する電流制御手段とを
   具備した駆動試験機の慣性補償制御装置。