JPS62112028A - シャシダイナモメータシステムの制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車工場や自動車修理工場などにおいて使
用される一種の車両走行シミュレーター、即ち、自動車
が発生する力を吸収することにより、車体を静止させた
ままでありながら、自動車が実際の道路を走行している
状態を模擬的に現出させることが可能なシャーシダイナ
モメータ、更に詳しくは、供試車両の駆動車輪が載置さ
れる回転口−ラにフライホイールを備えたシャフトを介
して連動連結されたダイナモメータにより吸収すべき力
を制御するために、そのダイナモメータに対する制御信
号を、前記シャフト上に設けられたトルクセンサーおよ
び速度センサーによる各検出信号。

車両の慣性量、システムの機械慣性量などの所要のパラ
メータと制御係数とから成る制御方程式に暴く演算によ
り生成するように構成されているシャーシダイナモメー
タシステムの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

シャーシダイナモメータシステムの全体概略構成は、−
Ｃに、第５図に示すようなブロック回路図で表すことが
できる。

図において、１は供試車両の駆動車輪が載置される回転
ローラ、２はシャフト３を介して前記回転ローラ１に連
動連結された動力吸収装置としてのダイナモメータ、４
，５．６は夫々前記シャフト３上に設けられたフライホ
イール、トルクセンサー、速度センサーを示し、７は、
制御装置８から与えられる＋ｔｉ制御信号に基いて、ｎ
ｉＩ記ダイナモメータ２への界磁電流または励磁電流を
制御することにより、車両の発生する力と前記回転ロー
ラ１゜シャフト３．フライホイール４などによるシステ
ムの機械慣性量に基く力との差に相当する力を、そのダ
イナモメータ２により電気的に吸収させるようにする電
力変換器を示している。つまり、このシャーシダイナモ
メータシステムは、機械慣性量調整方程式と電気力調整
方程式とを組み合わせて車両の発生する力を吸収するよ
うに構成されており、前記フライホイール４の重量を車
種に応じて切り換えることによって機械慣性量が切り換
え設定され、前記制御装置８により前記ダイナモメータ
２の電気的な力が適宜調節されるようになっている。

そして、前記制御装置８としては、従来、速度関係式に
基く制御方程式によるものとトルク関係式に基く制御方
程式によるものとがあるが、最近では、加減速時の制御
特性などに鑑みて後者のトルク関係式に基く制御方程式
が有利であることが判ってきた。

而して、そのトルク関係式に基く制御方程式としては、
例えば、特願昭５８−１１８６８１号で本願出願人が既
に提案しているような、フィードフォーワード制御とフ
ィードバック制御とを組み合わせた制御方程式のものや
、やはり本願出願人の提案に係る特願昭５８−１１８６
８１号に示されるような、最急降下法により評価関数を
最小にする制御方程式がある。

第６図は、前者のフィードフォーワード制御とフィード
バック制御とを組み合わせた制御方程式を採用した従来
構成のＤＣシャーシダイナモメータの一例を示している
。

即ち、この構成において、時刻しにおける供試車両の発
生した力Ｆ　ｖｔｎ　（ｔ）の殆どは、トルクセンサー
５によって出力ＦＴｙ（ｔ）として測定され、また、速
度Ｖ（ｔ）は速度センサー６によって測定される。なお
、これらの測定値Ｆｆｙ（ｔ）　、　　Ｖ（ｔ）は、制
御装置８におけるフィードフォーワード制御回路９およ
び誤差関数演算回路１０に入力されス そして、前記フィードフォーワード制御回路９において
は、時刻ｔにおける前記測定値ＦｒＴ（ｔ）　。

ｖ（ｔ）および各種の設定パラメータを用いて、次のス
テップ（Δを時間後の時刻ｔ＋Δを時）にダイナモメー
タ２が吸収すべき力Ｆｐｉｕ（ｔ＋ΔＬ）を次式に基い
て演算する。

ＦｒＡｕ（ｔ＋Δｔ）　＝　−ＲＬ　（Ｖ）　　＋■ ここに、 ■、：機械慣性量の設定値（フライホイール４の慣性量
で近似的に代表される） １１　：ダイナモメータ２内のローラの慣性量１　：供
試車両の慣性量 ■、：電気的慣性ｆｉｌ　（＝１−　（１，＋ｌ、　）
　ＩＲＬ（Ｖ）：走行抵抗（＝Ａ４−ＢＶ＋ＣＶ’　；
Ａ、Ｂ、Ｃは定数） Ｌ、（Ｖ）：フライホイール４の機械的損失■　：時刻
むにおける車速Ｖ　（ｔ） である。

一方、前記誤差関数演算回路ｌＯにおいては、誤差関数
の演算を行う。ここで、誤差関数とは、ローラ１の慣性
力をも含めてダイナモメータ２の実際の出力予測値Ｆ０
゜’　（ｔ＋Δ【）と目標値であるＦ、ア（ｔ）＋Ｌ、
ｍ　との差の積分値であり、次式で与えられる。

ＦＰＡＬＩ　’　（ｔ＋Δｔ）ｌｄｔ この誤差関数演算回路１０からの誤差信号は、その誤差
信号をＯにするように制御動作を行うフィードバック制
御回路１１を通って加算部１２に入力され、この加算部
１２において、前記フィードフォーワード制御回路９か
らの信号Ｆｐｓｕ　（ｔ＋Δｔ）の修正が行われる。そ
して、前記フィードバック制御回路１ｊが例えばＰＩ制
御を行うものである場合には、修正された信号は次式の
ように表される。

Ｆ　ｒｃ（ｔ）　　＝　Ｆ　ＦＡＩＩ　（ｔ＋Δ１）＋
ここに、 ＫｒＦＰＩ制御の比例項の制御係数 ＫＩ：ＰＩ制御の積分項の制御係数 である。

上記修正信号Ｆｐｃ（ｔ）は、電力変換器７を制御し、
ダイナモメータ２への界磁電流または励磁電流を流し、
これによって、ダイナモメータ２は供試車両の出力して
いる力を吸収するように制御されるのである。

また、第７図は、後者の最急降下法により評価関数を最
小にするよう制御方程式を採用した従来構成のＤＣシャ
ーシダイナモメータの一例を示している。

即ち、この構成において、時刻ｔにおける供試車両の発
生した力Ｆｒｙイ〔１〕は、トルクセンサー５によって
出力Ｆｒｙ（ｔ）として測定されて制御装置８における
評価関数勾配演算回路１３に入力され、また、速度Ｖ（
ｔ）は速度センサー６によって測定されて制御装置８に
おける加速度演算用微分回路１４を介して前記評価関数
勾配／ｉ５算回路１３に人力される。

そして、この評価関数勾配演算回路１３においては、前
述の誤差関数に対応するものとして用いられる評価関数
、 Ｊ＝　　　（Ｆｒｙ（ｔ）　　　＋Ｌ、％　（Ｖ）　　
　　　Ｆｐａｕ　　’　　　（ｔ　＋　Δ　む））２の
勾配Ｊが次式に基いて演算される。

Ｊ　”　Ｆｒｙ（ｔ）　　”　Ｌ−（Ｖ）　　　ＲＬ（
ν）−（１−Ｌ６　）　　ｄｖ／ｄｔ ここに、 １１　：機械慣性量の設定値（フライホイール４の慣性
量で近似的に代表される） Ｉ　：供試車両の慣性量 ＲＬ（Ｖ）：走行抵抗（−Ａ＋ＢＶ＋ＣＶ”　。

Ａ、Ｂ、Ｃは定数） Ｌ、Ｉ（Ｖ）：フライホイール４の機械的損失Ｖ　　：
Ｖ（ｔ） Ｆｒａυ’　（ｔ＋Δｔ）：ダイナモメータ２の実際の
出力予測値 である。

次に、上記評価関数勾配演算回路１３からの出力信号（
勾配Ｊ）は制御係数乗算回路１５に人力され、この制御
係数乗算回路１５からは前記勾配Ｊに小さな制御係数α
が乗ぜられたα・、Ｉが出力されて、これが逐次修正演
算回路１６に与えられる。

すると、その逐次修正演算回路１６は、メモリ１６Ａに
蓄積されていたひとつ前のステップにおける制御信号Ｆ
　ＰＡＬＩ　（ｔ）と前記α・Ｊとから、最急降下法に
基く次式によって、次のステップにおｉノる制御信号Ｆ
ＰＡＩＩ　（ｔ＋Δｔ）を演算する。

ＦｒＡｕ（ｔ＋Δｔ）　＝　Ｆ　ＰＡＬＩ　（ｔ）−α
・Ｊ−Ｆｒａｕ　（ｔ）−α（Ｆｔｔ（ｔ）　　＋Ｌ、
（Ｖ）−ＲＬ（Ｖ）− （１−１，）ｄｖ／ｄｔｌ そして、前記メモリ１６Ａおよびフィードバック川減算
器１６Ｂから成る前記逐次修正演算回路１６では、加速
・減速などのシステムの変動に適応じて、電力変換器７
の制御信号ＦＰＡＬＩ　（ｔ＋Δｔ）を、前述のような
最急降下法により逐次修正演算し、これによって、ダイ
ナモメータ２への界磁電流または励磁電流が制御されて
、ダイナモメータ２は供試車両の出力している力を吸収
する力を所定時間内に発生するのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記した従来構成のンヤーシダイナモメ
ータの演算制御装置では、前記第６図に示したフィード
フォーワード制御とフィードバック制御とを組み合わせ
た制御方程式のものにせよ、前記第７図に示した最急降
下法により評価関数を最小にするよう制御方程式のもの
にせよ、その制御の基準となるところの、トルク、速度
、車両の慣性量、システムの機械慣性量などの所要のパ
ラメータと制御定数とから成る前述したような制御方程
式における前記制御係数（フィードフォーワード制御と
フィードバック制御とを組み合わせた制御方程式のもの
では前記したＫＰ　、に＋　、最急降下法により評価関
数を最小にするよう制御方程式のものでは前記したα）
が、ある一定の値に固定的に設定されていたために、車
種の違い等による測定条件如何によっては、制御システ
ムの収束時間が極端に遅くなってしまったり、発振して
しまう、という不安定制御状態に陥り易い欠点があった
。

そして、そのような不安定制御状態になった場合には、
前記制ｆ′ｉｌｌ係数を調整する必要があるが、従来は
、その調整を手動による試行錯誤的な手法により行なわ
ざるを得なかったために、非常に能率が悪い上に、的６
［な調整を行うことは掻めて困難であった。

本発明は、上記従来実情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、前述した制御方程式における制？ｆｆ［
ｌ係数が、安定な制御状態を実現する上で最適またはほ
ぼ最適な値に自動的に設定されるように工夫することに
よって、車種の違い等による測定条件如何によらず、シ
ステムを常に安定で且つ応答性に優れた制御状態に容易
に維持させ得るようにせんとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるシャーンダイ
ナモメータシステムの演算制御装置は、冒頭に記載した
ような基本的構成を有するものにおいて、機械慣性量を
変化させた場合には、その４Ｍ械慣性量の変化に応じて
、前記ｉｔ；ｉｆ御方程式における制御係数を自動的に
調節する手段を設けである、という特徴を脩えている。

〔作用〕

即ち、上記本発明は、後述する実施例の説明から理解さ
れるように、安定な制御状態を実現する上で最適または
ほぼ最適な制御係数の値の変化が、機械慣性量の設定値
の変化に大きく　（略−意向に）支配される傾向にある
、という発見的知見に基いてなされたものであり、前記
のように、機械慣性量の変化に応じて、前記制御方程式
における制御係数を自動的に調節する手段を設けたソヤ
ーシダイナモメータシステムの制御装置を開発したもの
である。

そして、かかる特徴構成故に、車種に応じて適宜設定さ
れる機械慣性量の変化という測定条件の変化如何に拘わ
らず、制御係数が、最適またはほぼ最適な値に自動的に
調節設定されるので、面倒かつ困難な手動調整操作を全
く必要とせずに、極めて容易に、システムを常に安定で
且つ応答性に優れた制御状態に維持させ得るに至ったの
である。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を図面（第１図ないし第４
図）を参照しながら説明する。

第１図は第１実施例を示し、フィードフォーワード制御
とフィードバック制御とを組み合わせた制御方程式によ
るシャーシダイナモメータシステムの制御装置に本発明
を適用したものである。

なお、図において、１ないし７および９，１０゜１２の
参照符号で示される各構成要素は、第６図に示した従来
装置における同符号で示したものと全く同じであるので
、その説明は省略する。

さて、本実施例装置における前記従来装置との違いは次
の点にある。

即ち、フィードバック制御回路１１をこの場合にはＩＰ
制御を行うものに構成しであること（但し、この点には
本質的な差は無い）、ならびに、そのフィードバック制
御回路１１において演算に用いられる制御係数（積分項
の制御係数に１．比例項の制御係数ＫＦ）を、従来装置
におけるように一定の固定的な値に設定しておくのでは
無く、そのフィードバック制御回路１１における制御係
数Ｋ１．ＫＰを随時変更可能に構成すると共に例えば、
車種の変更に伴って機械慣性量１６の設定値が切り換え
られて制御条件に変化が生したような場合においても、
システムを常に安定な制御状態に維持させる上で最適ま
たはほぼ最適なオブティマム制御係数ＫＩＯ，ＫＰ。を
演算して前記フィードバック制御回路１１に対して供給
するだめの制御係数演算回路１８Ａ（制御係数を自動的
に調節する手段Ｘ）を設けであることである。

前記制御係数演算回路１８Ａにおいて決定されるオプテ
ィマノ、制御係数ＫＩＯ，ＫＰ。は、この例では次式に
基いて演算される。

Ｔ　＋＋” ここに、ｋ、、に、は夫々常数であって、この例では、
ｋ、＝０．１８．ｋｂ　＝０．６０に設定されている。

ところで、上記したオブティマム制御係数に１゜。

Ｋ１゜の演算式は、モデルマツチング法を用いることに
よって、次のようにして導かれたものである。

即ち、そのモデルマツチング法とは、対象とする制御系
の伝達関数を、優れた応答性および安定性を有する状態
が選ばれているモデル制御系の伝達関数と等価なものに
一致（マツチング）させることにより、そのモデル制御
系の優れた応答性および安定性を対象とする制御系に与
える、という設計手法である。

さて、本実施例装置における前記フィードバック制御回
路１１はＩＰ制御方程式を用いているから、その伝達関
数Ｇ　（ｓ＞は次式で表される。

１＋３Ｘ　　　　　　　　　　　　　−に＋ ただし、 ａ　（ｓ）　＝ａｏ十ａ、ｓ＋ａｚｓ”ａｏ　＝Ｑ ａ　１−　（１ｍ　　＋　　Ｉｒ　　）／Ｋａａｇ　＝
Ｔａ　　（１ｍ　＋Ｉｒ　）　／ＫａＳニラプラス演算
子 ここに、Ｔａはダイナモメータ２の時定数であり、Ｋａ
はゲインである。

一方、参照すべきモデル制御系としては、本例では、ス
テップ応答において第２図に示すような優れた応答性お
よび安定性を有するモデル制（Ｂ系を選定した。このモ
デル制御系の伝達量ＧＭ（ｓ）は次式で与えられる。

Ｖ（ｓ）　　＝□□□− β。＋β、σＳ＋β２　σ２　Ｓ２　（−β３　σ３　
ｓ３ただし、 β。−１ βｌ−１ β２＝０．５ β３＝Ｏ，１５ σ−ａ２　ａｚ　　／　ａ　＋　　β。

そこで、Ｇ　（ｓ）　＝Ｍ　（ｓ）として、Ｋ、および
に２を求めると、次のようにして前述のオプティマム制
御係数ＫＩＯ，ＫＰ。の演算式が得られるのである。

”　　ＫＩＯ β％・ａｚ　　　　　　　　Ｔ１１ −　Ｋ、。

つまり、上式によって与えられるオプティマム制御係数
に１゜、に、。は、機械慣性量■、の関数である（１．
　、　Ｔ　、は共に固定的な値）から、機械慣性１１．
の設定値の切り換えに応じて、前記フィードバック制御
回路１１において演算に用いられる制御係数に、、ｉ＜
、は、前記オプティマム制御係数に、、、に、、に自動
調整されることになり、また、そのオブティマム制御係
数に、。、に、。は優れた応答性および安定性を有する
モデル制御系をもとにして得られたものであるから、本
制御系もそのモデル制御系と同様に応答性および安定性
に優れた状態で運転されるのである。

なお、上記の実施例においては、前記フィードバック制
御回路１１がＩＰ制御方方程式ものを示したが、ＰＩ制
御方程式などの他の方程式のものであっても同様に本発
明を適用可能であることは言うまでも無い。

第３図は第２実施例を示し、最急降下法により評価関数
を最小にするよう制御方程式によるシャーシダイナモメ
ータの演算制御装置に本発明を適用したものである。

なお、図において、１ないし７および１３ないし１６　
（１６Ａ、１６Ｂ）の参照符号で示される各構成要素は
、第７図に示した従来装置における同符号で示したもの
と全く同じであるので、その説明は省略する。

さて、本実施例装置における前記従来装置との違いは次
の点にある。

即ち、制御係数乗算器１５において演算に用いられる制
御係数（α）を、従来装置におけるように一定の固定的
な値に設定しておくのでは無く、その制御係数乗算器１
５の制御係数αを随時変更可能に構成すると共に、例え
ば車種の変更に伴って機械慣性量■１の設定値が切り換
えられて制御条件に変化が生したような場合においても
、システムを常に安定な制御状態に維持させる上で最適
またはほぼ最適なオプティマム；ｔａｌ制御係数α。を
演算して前記制御係数乗算器１５に対して供給するため
の制御係数演算回路１８Ｂ（制御係数を自動的に変化さ
せる手段Ｘ）を設けであることである。

前記制御係数演算回路１８Ｂにおいて決定されるオブテ
ィマム制御係数α。は、この例では次式に基いて演算さ
れる。

α０＝α（１，、ｌ） ”　（Ｃｏ　＋Ｃ１１＋　Ｃ２１”　）　Ｉｌｌ　＋（
ｄｏ　＋ｄ＋　　Ｉ　＋ａ、　　■ｚ　）ここに、ｃｏ
　＋　　Ｃ＋　、Ｃｚ　＋　　ｄ６　、ｄｌ、ｄ２は、
夫々、制御系により決まる常数である。

ところで、上記したオプティマム制御係数α。

の演算式は、多数のシミュレーション実験の結果から、
次のようにして帰納的に導かれた回帰関数である。

即ち、第４図は、供試車両の慣性量Ｉを種々に変化させ
ると共に、それに伴って機械慣性量Ｉ。

の設定値を変化させ、夫々の状態における最適またはほ
ぼ最適なオブティマム制御係数α。をシミュレーション
実験により探索した結果をプロットしたグラフであるが
、このグラフから判断すると、前記オプティマム制御係
数α。は、少なくとも形式的には、供試車両の慣性量■
および機械慣性量Ｉ、、ｌをパラメータとした関数で表
現可能なことが明らかであり、しかも好都合なことに、
機械慣性量■、の変化は、供試車両の慣性Ｉの変化によ
って決まるカーブを縦軸方向に並行移動させるように影
響する、という非常に単純な形が看破できるので、オブ
ティマム制御係数α。を与える式を上記のような形に容
易に同定することができる。そして、そのオブティマム
制御係数α。を与える式における制御系により決まる常
数ｃｏ　＋　　ＣＩ　＝　　ｃｚ　ｌｄｏ、ｄｌ、ｄｚ
は、例えば最小自乗法を用いることによって容易に求め
ることができる。なお、前記オプティマム制御係数α。

を与える弐の形は上記したものに限らず、前記シミュレ
ーション実験結果を大体において同定できるものであり
さえずれば、他の形のものであっても差支え無い。

つまり、上式によって与えられるオブティマム制御係数
α。は、供試車両の慣性量■が設定されれば、機械慣性
量１１のみの関数となるから、機械惜性−１１，の設定
値の切り換えに応じて、前記制御係数乗算器１５におい
て演算に用いられる制御係数αは、前記オブティマム制
御係数α。に自動調整されることになり、制御系は応答
性および安定性に優れた状態で運転されるのである。

なお、前記各実施例における演算制御装置８を、デジタ
ル回路またはマイクロコンピューターヲ利用したソフト
ウェア処理構成によっても実現可能であることは言うま
でも無い。

〔発明の効果〕

以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
シャーシダイナモメータシステムの制御装置によれば、
それがフィードフォーワード制御Ｂとフィードバック制
御とを組み合わせた制御方程式のものであれ、最急降下
法により評価関数を最小にするよう制御方程式のもので
あれ、その制御の基準となるところの、トルク、速度、
車両の慣性量、システムの機械慣性量などの所要のパラ
メータと制御定数とから成る制御方程式における前記制
御係数を、機械慣性量の変化に応じて自動的に調節する
手段を設けであるから、車種に応じて適宜設定される機
械慣性量の変化という測定条件の変化如何に拘わらず、
制御係数が、常に最適またはほぼ最適な値に自動的に調
節設定されるので、面倒かつ困難な手動調整操作を全く
必要とせずに、極めて容易に、システムを常に安定で且
つ応答性に優れた制御状態に維持させ得る、という効果
が発揮されるに至ったのである。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第４図は本発明に係るシャーシダイナモメ
ータシステムの制ｍ装置の具体的実施例を示し、第１図
は第１実施例の全体概略構成図、第２図はモデルマツチ
ング法を説明するために用いるグラフ、第３図は第２実
施例の全体概略構成図、第４図はシミュレーション実験
結果のグラフである。 また、第５図ないし第７図は、夫々、従来技術の問題点
を説明するためのものであって、第５図はシャーシダイ
ナモメータシステムの制御装置の一般的な構成を表す概
略ブロック図、第６図はフィードフォーワード制御とフ
ィードバック制御とを組み合わせた制御方程式を採用し
た装置の全体概略構成図、第７図は最急降下法により評
価関数を最小にするよう制御方程式のものを採用した装
置の全体概略構成図を夫々示している。 ｌ・・・・・・・・・回転ローラ、２・・・・・・・・
ダイナモメータ、５・・・・・・・・・トルクセンサー
、６・旧・・・・・速度センサー、８・・・・・・・・
・制御装置、Ｘ　（１８Ａ、１８Ｂ）・・・・・・・・
・制御係数自動調節手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕供試車両の駆動車輪が載置される回転ローラにフ
   ライホイールを備えたシャフトを介して連動連結された
   ダイナモメータにより吸収すべき力を制御するために、
   そのダイナモメータに対する制御信号を、前記シャフト
   上に設けられたトルクセンサーおよび速度センサーによ
   る各検出信号、車両の慣性量、システムの機械慣性量な
   どの所要のパラメータと制御係数とから成る制御方程式
   に基く演算により生成するように構成されているシャー
   シダイナモメータシステムの制御装置であって、前記機
   械慣性量を変化させた場合には、その機械慣性量の変化
   に応じて、前記制御方程式における制御係数を自動的に
   調節する手段を設けてあることを特徴とするシャーシダ
   イナモメータシステムの制御装置。 〔２〕前記制御方程式における制御係数を前記機械慣性
   量の変化に応じて自動的に調節する手段は、モデルマッ
   チング法により導かれる関数に基いて前記制御係数を算
   出する手段から成る特許請求の範囲第〔１〕項に記載の
   シャーシダイナモメータシステムの制御装置。 〔３〕前記制御方程式における制御係数を前記機械慣性
   量の変化に応じて自動的に調節する手段は、多数の実験
   結果から求められた回帰関数に基いて前記制御係数を算
   出する手段から成る特許請求の範囲第〔１〕項に記載の
   シャーシダイナモメータシステムの制御装置。