KR102431570B1 - 시험 시스템의 제어 장치 - Google Patents

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메이덴샤 코포레이션
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Abstract

목적은 공시체가 새로운 것으로 교환된 경우이더라도, 이 새로운 공시체의 기계 특성에 따른 공진 억제 제어기 하에서 신속하게 시험을 시작할 수 있는 시험 시스템의 제어 장치를 제공하는 것. 시험 시스템의 총괄 제어 장치(1)는 베이스 토크 전류 지령 신호와 축 토크 검출 신호가 입력되면, 공시체(W)와 다이나모미터(D) 사이의 기계 공진이 억제되는 토크 전류 지령 신호를 생성하는 동시에 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 복수의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n); 다이나모미터(D)에 접속되어 있는 공시체(W)의 관성 모멘트의 값을 취득하는 공시체 특성 취득부(51); 공시체 특성 취득부(51)에 의해 취득된 관성 모멘트의 값을 기초로 복수의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n) 중 1개를 선택하고, 선택한 공진 억제 제어기(32_i)를 다이나모미터 제어 모듈(3)에 실장하는 공진 억제 제어기 선택부(52);를 구비한다.

Description

시험 시스템의 제어 장치
본 발명은 시험 시스템의 제어 장치에 관한 것이다.
엔진 벤치 시스템이나 드라이브 트레인 벤치 시스템 등의 시험 시스템에서는, 공시체인 엔진이나 드라이브 트레인 등의 관성체가 스프링 요소인 연결축을 통해 전동기에 연결되어 있기 때문에, 적지 않은 공진이 발생한다. 또한 이러한 시험 시스템에서는 높은 응답성을 얻기 위해 연결축으로서 고강성 및 저댐핑인 것이 이용되는 경우가 많기 때문에, 공진이 현저해진다. 이에 시험 시스템에는 연결축에 작용하는 축 토크의 검출 신호와 상위 지령 신호를 기초로 공진을 억제하는 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어기가 탑재되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 등록특허공보 제5839154호
그런데 시험 시스템에 탑재되는 공진 억제 제어기는 충분한 공진 억제 효과가 얻어지도록, 전문 설계자에 의해 공시체의 특성에 따라 개별적으로 설계된 것이 이용된다. 이 때문에 종래에서는 공시체가 교환될 때마다 설계자가 나가 공진 억제 제어기를 새로 다시 설계할 필요가 있어, 새로운 공시체로 시험을 시작하기까지 긴 시간이 걸릴 우려가 있다.
본 발명은 공시체가 새로운 것으로 교환된 경우라 하더라도, 이 새로운 공시체의 특성에 따른 공진 억제 제어기 하에서 신속하게 시험을 시작할 수 있는 시험 시스템의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 제어 장치(예를 들어, 후술하는 총괄 제어 장치(1, 1a))는 공시체(예를 들어, 후술하는 공시체(W, Wa))와 연결축(예를 들어, 후술하는 연결축(S), 입력축(S1))을 통해 접속된 전동기(예를 들어, 후술하는 다이나모미터(D, Da))와, 토크 전류 지령 신호에 따라 상기 전동기에 전력을 공급하는 인버터(예를 들어, 후술하는 인버터(7))와, 상기 연결축에 발생하는 축 토크에 따른 축 토크 검출 신호를 발생하는 축 토크 센서(예를 들어, 후술하는 축 토크 센서(81))와, 상기 전동기의 회전 속도에 따른 회전 속도 검출 신호를 발생하는 회전 속도 센서(예를 들어, 후술하는 회전 속도 센서(82))를 구비하는 시험 시스템(예를 들어, 후술하는 시험 시스템(SS, SSa))의 제어 장치이다. 상기 제어 장치는 상기 토크 전류 지령 신호에 대한 상위 지령 신호와 상기 축 토크 검출 신호가 입력되면, 상기 공시체와 상기 전동기 사이의 기계 공진이 억제되는 상기 토크 전류 지령 신호를 생성하는 동시에 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 복수의 공진 억제 제어기(예를 들어, 후술하는 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n), 공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_m))와, 상기 전동기에 접속되어 있는 공시체의 특성 파라미터의 값을 취득하는 공시체 특성 취득 수단(예를 들어, 후술하는 공시체 특성 취득부(51, 51a))과, 상기 공시체 특성 취득 수단에 의해 취득된 상기 특성 파라미터의 값을 기초로 상기 복수의 공진 억제 제어기 중 1개를 선택하는 공진 억제 제어기 선택 수단(예를 들어, 후술하는 공진 억제 제어기 선택부(52, 52a))을 구비하며, 상기 공진 억제 제어기 선택 수단에 의해 선택된 공진 억제 제어기(예를 들어, 후술하는 공진 억제 제어기(32_i, 32a_j))에 상기 상위 지령 신호와 상기 축 토크 검출 신호를 입력하고, 상기 선택된 공진 억제 제어기에서 생성된 토크 전류 지령 신호를 상기 인버터에 입력하는 것을 특징으로 한다.
(2) 이 경우, 상기 특성 파라미터는 상기 전동기에 접속되어 있는 공시체의 관성 모멘트인 것이 바람직하다.
(3) 이 경우, 상기 공시체 특성 취득 수단은 오퍼레이터로부터의 지령 조작에 따라 소정 시간에 걸쳐 상기 전동기의 가진(加振) 운전을 실행하는 동시에 상기 가진 운전의 실행 중의 상기 축 토크 검출 신호 및 상기 회전 속도 검출 신호를 포함하는 데이터를 취득하는 데이터 취득 수단(예를 들어, 후술하는 도 2의 S2 또는 도 10의 S12의 시스템 동정(同定) 운전의 실행과 관련된 수단)과, 상기 데이터 취득 수단에서 취득한 데이터를 기초로 상기 특성 파라미터의 값을 산출하는 특성 파라미터 산출 수단(도 2의 S3 또는 도 10의 S13의 시스템 동정 처리의 실행과 관련된 수단)을 구비하는 것이 바람직하다.
(1) 본 발명의 시험 시스템의 제어 장치는 토크 전류 지령 신호에 대한 상위 지령 신호와 축 토크 검출 신호가 입력되면, 공시체와 전동기 사이의 기계 공진이 억제되는 토크 전류 지령 신호를 생성하는 것이며, 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 복수의 공진 억제 제어기를 구비한다. 또한 본 발명에서는, 공시체 특성 취득 수단에 의해 전동기에 접속되어 있는 공시체의 특성 파라미터의 값을 취득하고, 공진 억제 제어기 선택 수단에 의해 취득한 특성 파라미터의 값을 기초로 복수의 공진 억제 제어기 중 1개를 선택한다. 또한 본 발명에서는, 상위 지령 신호와 축 토크 검출 신호를 특성 파라미터의 값에 따라 선택한 공진 억제 제어기에 입력하고, 이 공진 억제 제어기에서 생성된 토크 전류 지령 신호를 인버터에 입력한다. 따라서 본 발명에 의하면, 전동기에 접속되는 공시체가 새로운 것으로 교환된 경우이더라도, 이 공시체의 특성에 따른 공진 억제 제어기가 자동적으로 선택되므로, 공시체에 따른 공진 억제 제어기를 새롭게 다시 설계할 필요가 없어 신속하게 시험을 시작할 수 있다. 또한 본 발명에서는, 공진 억제 제어기로서 미리 준비된 복수의 것으로부터 공시체의 특성 파라미터의 값에 따른 것을 자동적으로 선택함으로써, 오퍼레이터의 스킬에 의존하지 않고 안정적인 공진 억제 효과를 얻을 수 있다.
(2) 일반적으로 공진 억제 제어기를 설계할 때에는, 전동기에 접속되어 있는 공시체의 관성 모멘트 외, 스프링 상수나 감쇠 상수 등의 특성 파라미터의 값도 필요한데, 이들 특성 파라미터 중에서도 공시체의 관성 모멘트의 값이 공진 억제 제어기에 의한 공진 억제 효과에 미치는 영향이 크다. 이에 본 발명에서는, 이들 복수의 특성 파라미터 중에서도 관성 모멘트에 주목하여, 관성 모멘트의 값에 따라 공진 억제 제어기를 선택한다. 이로써, 미리 준비해 두는 공진 억제 제어기의 수를 최소한으로 하면서, 높은 공진 억제 효과를 얻을 수 있다.
(3) 본 발명에서는, 공시체 특성 취득 수단은 오퍼레이터로부터의 지령 조작에 따라 전동기의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 포함하는 데이터를 취득하고, 또한 취득한 데이터를 기초로 특성 파라미터의 값을 산출한다. 즉, 본 발명에서는, 공시체의 특성 파라미터의 값의 취득부터, 이 특성 파라미터의 값에 따른 공진 억제 제어기의 선택까지를 모두 자동으로 수행할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 오퍼레이터가 공시체의 특성 파라미터의 값을 동정하기 위한 시험을 수행하는 수고나, 취득한 특성 파라미터의 값을 입력하는 수고도 줄일 수 있기 때문에 편리성이 높다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 시험 시스템과 그 총괄 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 설계 모듈에 의해 공시체에 따른 공진 억제 제어기를 선택하는 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 공시체 특성 취득부에 의해 실행되는 시스템 동정 운전의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 공시체 특성 취득부에 의해 실행되는 시스템 동정 처리의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 시스템 동정 처리에서 산출되는 주파수 전달 함수의 구체적인 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 공진 억제 제어기 선택부에 저장되어 있는 테이블의 구체적인 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 동작 검증부에 의해 실행되는 시스템 동작 검증 처리의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 8은 2개의 주파수 전달 함수를 겹쳐 플롯한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 시험 시스템과 그 총괄 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 설계 모듈에 의해 공시체에 따른 공진 억제 제어기를 선택하는 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 11은 공시체 특성 취득부에 의해 실행되는 시스템 동정 운전의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 12는 동작 검증부에 의해 실행되는 시스템 동작 검증 처리의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
<제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 시험 시스템(SS)과 그 총괄 제어 장치(1)의 구성을 나타낸 도면이다. 아울러 본 실시 형태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 차량에 탑재되는 엔진을 공시체로 한 엔진에 대한 시험 시스템, 이른바 엔진 벤치 시스템에 본 발명을 적용한 경우에 대해 설명한다.
시험 시스템(SS)은 차량의 엔진(E) 및 클러치(C)를 조합하여 구성되는 공시체(W), 이 공시체(W)와 대략 막대 형상의 연결축(S)(예를 들어 프로펠러 샤프트)을 통해 연결된 다이나모미터(D), 이들 공시체(W) 및 다이나모미터(D)를 제어하는 컴퓨터 시스템인 총괄 제어 장치(1), 총괄 제어 장치(1)로부터 송신되는 지령 신호에 따라 엔진(E)의 스로틀 개도(開度), 나아가서는 그 출력을 제어하는 엔진 전자 제어 유닛(6)(이하, 'ECU(Electronic Control Unit)(6)'라는 약칭을 이용함), 총괄 제어 장치(1)로부터의 지령 신호에 따라 다이나모미터(D)에 전력을 공급하고, 그 출력을 제어하는 인버터(7), 연결축(S)에서 발생하는 비틀림 토크(이하, '축 토크'라고 함)를 검출하는 축 토크 센서(81), 다이나모미터(D)의 출력축의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 센서(82)를 구비한다.
축 토크 센서(81)는 일단 측이 연결축(S)과 도시하지 않는 커플링에 의해 결합되고, 타단 측이 다이나모미터(D)의 출력축과 도시하지 않는 커플링에 의해 결합되어 있다. 축 토크 센서(81)는 연결축(S)에 발생하는 축 토크에 따른 축 토크 검출 신호를 발생하여 총괄 제어 장치(1)로 송신한다.
엔진(E)과 클러치(C)와 연결축(S)과 다이나모미터(D)는 이 축 토크 센서(81)에 의해 동일 축이 되도록 기계적으로 연결되어 있다. 아울러 이들 엔진(E), 클러치(C), 연결축(S), 축 토크 센서(81) 및 다이나모미터(D)를 연결하여 구성되는 기계계에 있어서, 주된 관성 요소는 엔진(E) 및 다이나모미터(D)이며, 주된 스프링 요소는 클러치(C)이다. 또한 이 기계계는 스프링 요소를 포함하기 때문에, 기계 공진이 발생할 수 있다. 아울러 본 실시 형태에서는, 주된 스프링 요소인 클러치(C)를 포함하는 공시체(W)와 다이나모미터(D)를 연결축(S)으로 연결한 경우에 대해 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 공시체는 클러치를 포함하지 않는 것을 이용하고, 그 대신 연결축으로서 클러치에 의한 공진점을 고려한 스프링 상수를 갖는 축체를 이용할 수도 있다.
회전 속도 센서(82)는 예를 들어 로터리 엔코더이다. 회전 속도 센서(82)는 다이나모미터(D)의 출력축이 회전하면, 그 회전 속도에 따른 펄스 신호인 회전 속도 검출 신호를 발생하여 총괄 제어 장치(1)로 송신한다.
ECU(6)는 총괄 제어 장치(1)의 엔진 제어 모듈(2)에서 실행되는 제어 프로그램에 따라 생성되는 액셀 스트로크 지령 신호가 입력되면, 이 액셀 스트로크 지령 신호에 의해 지정되는 액셀 스트로크 양이 구현되도록 엔진(E)의 스로틀 개도를 제어한다.
인버터(7)는 총괄 제어 장치(1)의 다이나모미터 제어 모듈(3)에서 실행되는 제어 프로그램에 따라 생성되는 토크 전류 지령 신호가 입력되면, 이 토크 전류 지령 신호가 구현되도록 다이나모미터(D)에 전력을 공급한다.
컴퓨터인 총괄 제어 장치(1)에는 공시체(W)의 시험 내용에 따른 액셀 스트로크 지령 신호를 생성하는 엔진 제어 모듈(2), 축 토크 센서(81)로부터 송신되는 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 센서(82)로부터 송신되는 회전 속도 검출 신호를 기초로 토크 전류 지령 신호를 생성하는 다이나모미터 제어 모듈(3), 다이나모미터(D)에 접속되어 있는 공시체(W)의 기계 특성을 취득하고, 이 공시체(W)의 기계 특성에 적합한 다이나모미터 제어 모듈(3)을 구축하는 설계 모듈(5)이 구성되어 있다.
다이나모미터 제어 모듈(3)은 상위 제어기(31)와, 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 n(n은 2 이상의 정수)대의 공진 억제 제어기(32_1, 32_2, …, 32_n)를 구비한다.
상위 제어기(31)는 소정의 알고리즘에 따라 토크 전류 지령 신호에 대한 상위 지령 신호인 베이스 토크 전류 지령 신호를 생성한다. 보다 구체적으로는, 상위 제어기(31)는 축 토크 검출 신호를 이용한 축 토크 제어나 회전 속도 검출 신호를 이용한 회전 속도 제어 등, 기지(旣知)의 제어 알고리즘에 따라 베이스 토크 전류 지령 신호를 생성한다.
공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n)는 각각 베이스 토크 전류 지령 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호가 입력되면, 상기 기계계 중 공시체(W)와 다이나모미터(D)의 사이에서 발생할 수 있는 기계 공진이 억제되도록 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 기능을 갖는다. 또한 이들 n대의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n)는 각각, 베이스 토크 전류 지령 신호, 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호부터 토크 전류 지령 신호까지의 입출력 특성이 상이하다.
그런데 상기 기계계 중 주요한 관성 요소인 공시체(W)는 예를 들어 시험 대상으로 하는 차종을 변경할 때마다, 오퍼레이터에 의해 적절히 교환될 수 있다. 또한 공시체(W)의 기계 특성은 차종에 따라 다양하며 기본적으로는 미지(未知)이다. 때문에, 기계계의 일부인 공시체(W)를 변경하면, 이 기계계에서 발생할 수 있는 기계 공진의 특성도 변화한다.
이에 다이나모미터 제어 모듈(3)에는, 공시체(W)가 기계 특성이 상이한 것으로 교환될 수 있는 것을 고려하여, 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n)가 구성되어 있다. 또한 공시체(W)의 기계 특성을 특징짓는 파라미터 중에서도 공시체(W)의 관성 모멘트는 기계 공진의 특성에 미치는 영향이 가장 크다. 이에 각 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n)는 다이나모미터(D)에는 각각 상이한 관성 모멘트를 갖는 공시체가 접속되는 것을 상정하여, 가장 효과적으로 기계 공진을 억제할 수 있도록 구축되어 있다. 아울러 엔진 벤치 시스템에 있어서, 공시체의 관성 모멘트를 기초로 효과적으로 기계 공진이 억제되도록 공진 억제 제어기를 구축하는 구체적인 순서에 대해서는, 예를 들어 본원 출원인에 의한 일본 특허 제5136247호에 나타나 있으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
다이나모미터 제어 모듈(3)에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, n대의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n) 중 설계 모듈(5)에 의해 선택된 i(i는 1부터 n 사이의 정수 중 어느 것임)번째의 공진 억제 제어기(32_i)에 대해서만, 상위 제어기(31), 축 토크 센서(81), 회전 속도 센서(82) 및 인버터(7)의 입출력 포트를 접속한다. 이로써, 베이스 토크 전류 지령 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호는 설계 모듈(5)에 의해 선택된 1개의 공진 억제 제어기(32_i)에 입력된다. 또한 베이스 토크 전류 지령 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 입력함으로써 이 공진 억제 제어기(32_i)에서 생성된 토크 전류 신호는 인버터(7)에 입력된다.
설계 모듈(5)은 다이나모미터(D)에 연결되어 있는 공시체(W)의 기계 특성을 취득하는 공시체 특성 취득부(51), 공시체 특성 취득부(51)에 의해 취득된 기계 특성를 기초로 상기 n대의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n) 중에서 1개를 선택하고, 선택한 공진 억제 제어기(32_i)를 다이나모미터 제어 모듈(3)에 실장하는 공진 억제 제어기 선택부(52), 공진 억제 제어기 선택부(52)에 의해 선택된 공진 억제 제어기(32_i)의 효과를 검증하는 동작 검증부(53)를 구비한다.
도 2는 설계 모듈(5)에 의해 공시체에 따른 공진 억제 제어기를 선택하는 구체적인 순서를 나타낸 주된 흐름도이다. 도 2에 나타낸 처리는 다이나모미터(D)에 그 기계 특성이 미지인 신규 공시체를 연결하는 작업이 오퍼레이터에 의해 수행된 후, 이 신규 공시체에 가장 적합한 공진 억제 제어기를 선택하는 처리를 시작하기 위한 조작이 오퍼레이터에 의해 수행된 것을 계기로 하여 설계 모듈(5)에서 실행된다.
처음으로 S1에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 후술하는 시스템 동정 운전의 준비를 수행한다. 보다 구체적으로는, 공시체 특성 취득부(51)는 시스템 동정 운전을 실행하기 위해 필요한 1개 이상의 운전 파라미터의 값을 취득한다. 여기서 운전 파라미터란, 예를 들어 시스템 동정 운전의 실행 중의 엔진의 상한 회전수[rpm], 엔진의 최대 부하 토크[Nm] 및 후술하는 가진 운전에서 이용되는 랜덤 가진 진폭[Nm] 등이 있다. 아울러, 공시체 특성 취득부(51)는 이들 운전 파라미터의 값을 매번 오퍼레이터에 의한 수치 입력 조작을 기초로 취득할 수도 있고, 미리 정해진 값을 이용할 수도 있다.
그 다음 S2에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 S1에서 취득한 운전 파라미터의 값을 기초로 공시체(W) 및 다이나모미터(D)를 시험적으로 운전함으로써, 공시체(W)의 기계 특성 파라미터를 추정하기 위해 필요한 데이터를 수록하는 시스템 동정 운전을 실행한다.
도 3은 공시체 특성 취득부(51)에 의해 실행되는 시스템 동정 운전의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
처음으로 S21에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 시동을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 엔진(E)의 도시하지 않는 스타터를 구동함으로써 엔진(E)을 시동하고, 나아가서는 엔진(E)을 아이들 운전 상태로 유지한다.
그 다음 S22에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 상위 제어기(31)로 회전 속도 제어의 시작을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 회전 속도 검출 신호를 이용한 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어를 시작하고, 다이나모미터(D)의 회전 속도를 소정의 목표 회전 속도로 유지한다.
그 다음 S23에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 액셀 스트로크 양을 서서히 증가시키는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 액셀 스트로크 양을 서서히 크게 한다. 여기서 상위 제어기(31)에 의한 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어 하에서 액셀 스트로크 양을 크게 하면, 연결축(S)에서의 축 토크도 커진다. 이에 엔진 제어 모듈(2)은 액셀 스트로크 양을 서서히 크게 함으로써 축 토크가 소정의 목표값에 도달한 경우에는, 액셀 스트로크 양을 이 때의 크기로 유지하고, 축 토크 센서(81)에 의해 검출되는 축 토크를 이 목표값으로 유지한다.
그 다음 S24에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 상위 제어기(31)로 다이나모미터(D)의 가진 운전의 실행을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 다이나모미터(D)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한다. 이 가진 운전에서는, 상위 제어기(31)는 미리 설정된 랜덤 가진 진폭 내에서 랜덤인 주파수로 진동하는 랜덤 토크 신호를 베이스 토크 전류 지령 신호에 중첩하여 얻어지는 신호를 인버터(7)에 입력한다. 또한 이 S24에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 다이나모미터(D)의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중에 인버터(7)에 입력되는 랜덤 토크 신호와, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 취득하고, 이들 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 도시하지 않는 기억 매체에 수록한다.
그 다음 S25에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 다이나모미터(D)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한 후, 상위 제어기(31)로 가진 운전의 종료를 지령하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 가진 운전을 종료한다. 또한 공시체 특성 취득부(51)는 가진 운전을 종료함에 따라, 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호의 수록을 종료한다.
그 다음 S26에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 액셀 스트로크 양을 0으로 하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 액셀 스트로크 양을 0으로 한다.
그 다음 S27에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 상위 제어기(31)로 다이나모미터(D)의 회전 속도의 저하를 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어 하에서 엔진(E)의 회전 속도를 아이들 회전 속도까지 저하시킨 후, 도 3의 시스템 동정 운전을 종료한다.
도 2로 돌아와, S3에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 S2에서 수록한 랜덤 토크 신호, 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호의 데이터를 기초로, 공시체(W)의 기계 특성 파라미터를 추정하는 시스템 동정 처리를 실행한다.
도 4는 공시체 특성 취득부(51)에 의해 실행되는 시스템 동정 처리의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
처음으로 S31에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 S2의 시스템 동정 운전에서 수록한 데이터를 이용함으로써, 도 5에 예시하는 바와 같은 축 토크 검출 신호부터 회전 속도 검출 신호까지의 주파수 전달 함수를 산출한다. 아울러 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호의 시계열 데이터로부터 상기 주파수 전달 함수를 산출하려면, 고속 푸리에 변환 등의 기지의 방법이 이용된다.
그 다음 S32에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 S31에서 산출된 주파수 전달 함수로부터, 최저 다음의 반공진 주파수(도 5의 두꺼운 파선 La 참조)인 제1 반공진 주파수를 특정한다.
그 다음 S33에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 S31에서 산출된 주파수 전달 함수 중, S32에서 특정된 제1 반공진 주파수 이하이면서 적분 특성을 나타내는 주파수 영역(도 5의 두꺼운 선 Lb 참조)을 특정한다.
그 다음 S34에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 S33에서 특정된 주파수 영역 내에서의 지정 주파수 ω와 지정 주파수 ω에서의 주파수 전달 함수의 게인값 A를 취득한다.
그 다음 S35에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 S34에서 취득된 지정 주파수 ω와 게인값 A를 이용하여, 하기 식 (1)에 따른 연산을 수행함으로써, 공시체(W)의 기계 특성을 나타내는 복수의 특성 파라미터 중 하나인 공시체(W)의 관성 모멘트 Jw의 값을 산출한다.
Jw=1/(ω·A) (1)
도 2로 돌아와, S4에서는, 공진 억제 제어기 선택부(52)는 S3의 시스템 동정 처리에 의해 산출된 공시체(W)의 관성 모멘트 Jw의 값을 기초로, n대의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n) 중 최적인 것을 1개, 다이나모미터 제어 모듈(3)에 실장하는 공진 억제 제어기(32_i)로서 선택한다. 보다 구체적으로는, 공진 억제 제어기 선택부(52)에는 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 공진 억제 제어기(32_1, 32_2, …, 32_n)와 그 공진 억제 기능이 보증되는 공시체(W)의 관성 모멘트의 수치 범위 [a0~a1], [a1~a2], …, [an-1~an]을 관련짓는 테이블이 저장되어 있다. 아울러 이 관성 모멘트의 수치 범위는 공진 억제 제어기를 구축할 때 참조한 공시체의 관성 모멘트의 설계값을 중심으로, 예를 들어 ±20% 정도의 범위로 한다. 공진 억제 제어기 선택부(52)는 이 테이블을 참조함으로써 시스템 동정 처리에 의해 산출된 관성 모멘트 Jw의 값을 수치 범위에 포함하는 공진 억제 제어기를 특정하고, 이를 다이나모미터 제어 모듈(3)에 실장하는 공진 억제 제어기(32_i)로서 선택한다.
그 다음 S5에서는, 공진 억제 제어기 선택부(52)는 S4에서 선택한 공진 억제 제어기(32_i)를 다이나모미터 제어 모듈(3)에 실장한다. 이로써, 상위 제어기(31)에 의해 생성되는 베이스 토크 지령 신호, 축 토크 센서(81)에 의해 생성되는 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 센서(82)에 의해 생성되는 회전 속도 검출 신호는 공진 억제 제어기(32_i)에 입력된다. 또한 공진 억제 제어기(32_i)에 의해 생성되는 토크 전류 지령 신호는 인버터(7)에 입력된다.
그 다음 S6에서는, 동작 검증부(53)는 실장한 공진 억제 제어기(32_i)가 적절히 작동하는지 여부를 검증하는 시스템 동작 검증 처리를 실행한다.
도 7은 동작 검증부(53)에 의해 실행되는 시스템 동작 검증 처리의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
처음으로 S41에서는, 동작 검증부(53)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 시동을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 엔진(E)의 도시하지 않는 스타터를 구동함으로써 엔진(E)을 시동하고, 나아가서는 엔진(E)을 아이들 운전 상태로 유지한다.
그 다음 S42에서는, 동작 검증부(53)는 다이나모미터 제어 모듈(3)로 공진 억제 기능을 오프로 하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 다이나모미터 제어 모듈(3)은 실장된 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 오프로 한다. 이로써, 상위 제어기(31)에서 생성되는 베이스 토크 전류 지령 신호는 공진 억제 제어기(32_i)를 거치지 않고 인버터(7)에 입력된다.
그 다음 S43에서는, 동작 검증부(53)는 상위 제어기(31)로 회전 속도 제어의 시작을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 회전 속도 검출 신호를 이용한 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어를 시작하고, 다이나모미터(D)의 회전 속도를 소정의 목표 회전 속도로 유지한다.
그 다음 S44에서는, 동작 검증부(53)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 액셀 스트로크 양을 서서히 증가시키는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 액셀 스트로크 양을 서서히 크게 하고, 축 토크가 소정의 목표값에 도달한 경우에는, 액셀 스트로크 양을 이 때의 크기로 유지하고, 축 토크 센서(81)에 의해 검출되는 축 토크를 이 목표값으로 유지한다.
그 다음 S45에서는, 동작 검증부(53)는 상위 제어기(31)로 다이나모미터(D)의 가진 운전의 실행을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 도 3의 S24와 동일한 순서에 의해 다이나모미터(D)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한다. 또한 이 S45에서는, 동작 검증부(53)는 다이나모미터(D)의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중에 인버터(7)에 입력되는 랜덤 토크 신호와, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 취득하고, 이들 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 도시하지 않는 기억 매체에 수록한다. 이로써, 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 오프로 한 상태에서의 가진 운전 시의 데이터가 수록된다.
그 다음 S46에서는, 동작 검증부(53)는 다이나모미터(D)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한 후, 상위 제어기(31)로 가진 운전의 종료를 지령하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 가진 운전을 종료한다. 또한 동작 검증부(53)는 가진 운전을 종료함에 따라, 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호의 수록을 종료한다.
그 다음 S47에서는, 동작 검증부(53)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 액셀 스트로크 양을 0으로 하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 액셀 스트로크 양을 0으로 한다.
그 다음 S48에서는, 동작 검증부(53)는 상위 제어기(31)로 다이나모미터(D)의 회전 속도의 저하를 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어 하에서 엔진(E) 및 다이나모미터(D)의 회전 속도를 아이들 회전 속도까지 저하시킨다.
그 다음 S49에서는, 동작 검증부(53)는 다이나모미터 제어 모듈(3)로 공진 억제 기능을 온으로 하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 다이나모미터 제어 모듈(3)은 실장된 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 온으로 한다. 이로써, 상위 제어기(31)에서 생성되는 베이스 토크 전류 지령 신호는 공진 억제 제어기(32_i)를 거쳐 인버터(7)에 입력된다. 이와 같이 동작 검증부(53)에서는 다이나모미터(D) 및 엔진(E)의 회전 속도가 아이들 회전 속도까지 저하되어, 저부하 및 저회전 속도 상태가 되고 나서 공진 억제 기능을 온으로 함으로써, 공시체(W)나 다이나모미터(D) 등의 기기에 걸리는 부담을 억제할 수 있다.
그 다음 S50에서는, 동작 검증부(53)는 상위 제어기(31)로 회전 속도 제어의 시작을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 회전 속도 검출 신호를 이용한 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어를 시작하고, 다이나모미터(D)의 회전 속도를 소정의 목표 회전 속도로 유지한다.
그 다음 S51에서는, 동작 검증부(53)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 액셀 스트로크 양을 서서히 증가시키는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 액셀 스트로크 양을 서서히 크게 하고, 축 토크가 소정의 목표값에 도달한 경우에는, 액셀 스트로크 양을 이 때의 크기로 유지하고, 축 토크 센서(81)에 의해 검출되는 축 토크를 이 목표값으로 유지한다.
그 다음 S52에서는, 동작 검증부(53)는 상위 제어기(31)로 다이나모미터(D)의 가진 운전의 실행을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 도 3의 S24와 동일한 순서에 의해 다이나모미터(D)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한다. 이 가진 운전에서는, 상위 제어기(31)는 미리 설정된 랜덤 가진 진폭 내에서 랜덤인 주파수로 진동하는 랜덤 토크 신호를 베이스 토크 전류 지령 신호에 중첩하여 얻어지는 신호를 공진 억제 제어기(32_i)에 입력하고, 이 공진 억제 제어기(32_i)에서 생성되는 토크 전류 지령 신호를 인버터(7)에 입력한다. 또한 이 S52에서는, 동작 검증부(53)는 다이나모미터(D)의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중에 인버터(7)에 입력되는 랜덤 토크 신호와, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 취득하고, 이들 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 도시하지 않는 기억 매체에 수록한다. 이로써, 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 온으로 한 상태에서의 가진 운전 시의 데이터가 수록된다.
그 다음 S53에서는, 동작 검증부(53)는 다이나모미터(D)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한 후, 상위 제어기(31)로 가진 운전의 종료를 지령하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 가진 운전을 종료한다. 또한 동작 검증부(53)는 가진 운전을 종료함에 따라, 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호의 수록을 종료한다.
그 다음 S54에서는, 동작 검증부(53)는 엔진 제어 모듈(2)로 엔진(E)의 액셀 스트로크 양을 0으로 하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 엔진 제어 모듈(2)은 액셀 스트로크 양을 0으로 한다.
그 다음 S55에서는, 동작 검증부(53)는 상위 제어기(31)로 다이나모미터(D)의 회전 속도의 저하를 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31)는 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어 하에서 다이나모미터(D) 및 엔진(E)의 회전 속도를 아이들 회전 속도까지 저하시킨다.
그 다음 S56에서는, 동작 검증부(53)는 도 4의 S31과 동일한 순서에 의해, S45에서 수록한 데이터를 이용하여 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 오프로 한 상태에서의 축 토크 검출 신호부터 회전 속도 검출 신호까지의 주파수 전달 함수(제1전달함수)를 산출하고, 다시 S52에서 수록한 데이터를 이용하여 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 온으로 한 상태에서의 축 토크 검출 신호부터 회전 속도 검출 신호까지의 주파수 전달 함수(제2전달함수)를 산출한다.
그 다음 S57에서는, 동작 검증부(53)는 상기 2개의 주파수 전달 함수를 겹쳐 플롯한 것을, 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같은 양태로 디스플레이에 표시한다. 이로써 오퍼레이터는, 공진 억제 제어기(32_i)가 효과적으로 작동하고 있는지 여부를 판정할 수 있다. 즉, 오퍼레이터는 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 오프로 한 상태에서는 나타나고 있었던 공진 주파수에서의 게인의 피크가, 자동으로 선택된 공진 억제 제어기(32_i)의 기능을 온으로 한 상태에서는 충분히 저감되었는지 여부를 시각을 통해 판정할 수 있다. 아울러 오퍼레이터의 부담을 경감하기 위해, S57의 처리는 자동화할 수도 있다. 이 경우, 동작 검증부(53)는 2개의 주파수 전달 함수를 비교함으로써, 공진 억제 제어기(32_i)가 효과적으로 작동하고 있는지 여부를 판정한다.
본 실시 형태에 따른 시험 시스템(SS)의 총괄 제어 장치(1)에 의하면, 이하의 효과를 나타낸다.
(1) 총괄 제어 장치(1)의 다이나모미터 제어 모듈(3)은 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 복수의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n)를 구비한다. 또한 총괄 제어 장치(1)의 설계 모듈(5)에서는, 공시체 특성 취득부(51)에 의해 다이나모미터(D)에 접속되어 있는 공시체(W)의 관성 모멘트 Jw의 값을 취득하고, 공진 억제 제어기 선택부(52)에 의해 상기 관성 모멘트 Jw의 값을 기초로 복수의 공진 억제 제어기(32_1, …, 32_n) 중 1개를 선택하고, 선택한 공진 억제 제어기(32_i)를 다이나모미터 제어 모듈(3)에 실장한다. 따라서 총괄 제어 장치(1)에 의하면, 다이나모미터(D)에 접속되는 공시체(W)가 새로운 것으로 교환된 경우이더라도, 이 새로운 공시체의 기계 특성에 따른 공진 억제 제어기(32_i)가 자동적으로 선택되므로, 공시체에 따른 공진 억제 제어기를 새롭게 다시 설계할 필요가 없어 신속하게 시험을 시작할 수 있다. 또한 총괄 제어 장치(1)에서는, 공진 억제 제어기로서, 미리 준비된 복수의 것에서 공시체의 관성 모멘트 Jw의 값에 따른 것을 자동적으로 선택함으로써, 오퍼레이터의 스킬에 의존하지 않고 안정적인 공진 억제 효과를 얻을 수 있다.
(2) 일반적으로 공진 억제 제어기를 설계할 때에는, 다이나모미터(D)에 접속되어 있는 공시체의 관성 모멘트 외, 스프링 상수나 감쇠 상수 등의 특성 파라미터의 값도 필요한데, 이들 특성 파라미터 중에서도 공시체의 관성 모멘트의 값이 공진 억제 제어기에 의한 공진 억제 효과에 미치는 영향이 크다. 이에 총괄 제어 장치(1)에서는, 이들 복수의 특성 파라미터 중에서도 관성 모멘트 Jw에 주목하여, 관성 모멘트 Jw의 값에 따라 공진 억제 제어기를 선택한다. 이로써, 미리 준비해 두는 공진 억제 제어기의 수를 최소한으로 하면서, 높은 공진 억제 효과를 얻을 수 있다.
(3) 총괄 제어 장치(1)에서는, 공시체 특성 취득부(51)는 오퍼레이터로부터의 지령 조작에 따라 다이나모미터(D)의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 포함하는 데이터를 취득하고, 또한 취득한 데이터를 기초로 관성 모멘트 Jw의 값을 산출한다. 즉 총괄 제어 장치(1)에서는, 공시체(W)의 관성 모멘트 Jw의 값의 취득부터, 이 관성 모멘트 Jw의 값에 따른 공진 억제 제어기의 선택까지를 모두 자동으로 수행할 수 있다. 따라서 총괄 제어 장치(1)에 의하면, 오퍼레이터가 공시체(W)의 관성 모멘트의 값을 동정하기 위한 시험을 수행하는 수고나, 취득한 관성 모멘트 Jw의 값을 입력하는 수고도 줄일 수 있기 때문에 편리성이 높다.
<제2 실시 형태>
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 시험 시스템(SSa)과 그 총괄 제어 장치(1a)의 구성을 나타낸 도면이다. 아울러 본 실시 형태에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이 차량에 탑재되는 드라이브 트레인을 공시체로 한 드라이브 트레인에 대한 시험 시스템, 이른바 드라이브 트레인 벤치 시스템에 본 발명을 적용한 경우에 대해 설명한다. 아울러 이하에서는, 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
시험 시스템(SSa)은 입력축(S1) 및 출력축(S2)을 구비하는 공시체(Wa), 이 공시체(Wa)의 입력축(S1)에 축 토크 센서(81)를 통해 연결된 다이나모미터(Da), 이들 공시체(Wa) 및 다이나모미터(Da)를 제어하는 컴퓨터 시스템인 총괄 제어 장치(1a)를 구비한다. 아울러 도 9에서는, 시험 시스템(SSa) 중 공시체(Wa)의 출력축(S2)보다 앞선 구성의 도시를 생략한다.
공시체(Wa)는 입력축(S1), 출력축(S2), 이들 입력축(S1)과 출력축(S2) 사이에서 토크를 증폭하여 전달하는 토크 컨버터(TC)를 구비한다. 축 토크 센서(81)는 일단 측이 입력축(S1)과 도시하지 않는 커플링에 의해 결합되고, 타단 측이 다이나모미터(Da)의 출력축과 도시하지 않는 커플링에 의해 결합되어 있다.
다이나모미터(Da)와 공시체(Wa)는 이 축 토크 센서(81)에 의해 동일 축이 되도록 기계적으로 연결되어 있다. 아울러 이들 다이나모미터(Da), 축 토크 센서(81) 및 공시체(Wa)를 연결하여 구성되는 기계계에 있어서, 주된 관성 요소는 다이나모미터(Da) 및 토크 컨버터(TC)의 드라이브 플레이트(P) 및 도시하지 않는 펌프 임펠러이며, 주된 스프링 요소는 다이나모미터(Da)의 출력축 중 가장 가는 축단부이다. 또한 이 기계계는 스프링 요소를 포함하기 때문에, 제1 실시 형태의 엔진 벤치 시스템과 마찬가지로 기계 공진이 발생할 수 있다.
컴퓨터인 총괄 제어 장치(1a)에는 공시체(Wa)의 변속 동작을 제어하는 토크 컨버터 제어 모듈(2a), 축 토크 센서(81)로부터 송신되는 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 센서(82)로부터 송신되는 회전 속도 검출 신호를 기초로 토크 전류 지령 신호를 생성하는 다이나모미터 제어 모듈(3a), 다이나모미터(Da)에 접속되어 있는 공시체(Wa)의 기계 특성을 취득하고, 이 공시체(Wa)의 기계 특성에 적합한 다이나모미터 제어 모듈(3a)을 구축하는 설계 모듈(5a)이 구성되어 있다.
다이나모미터 제어 모듈(3a)은 상위 제어기(31a), 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 m(m은 2 이상의 정수)대의 공진 억제 제어기(32a_1, 32a_2, …, 32a_m)를 구비한다.
상위 제어기(31a)는 소정의 알고리즘에 따라 토크 전류 지령 신호에 대한 상위 지령 신호인 베이스 토크 전류 지령 신호를 생성한다. 보다 구체적으로는, 상위 제어기(31a)는 축 토크 검출 신호를 이용한 축 토크 제어나 회전 속도 검출 신호를 이용한 회전 속도 제어 등, 기지의 제어 알고리즘에 따라 베이스 토크 전류 지령 신호를 생성한다.
공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_m)는 각각 베이스 토크 전류 지령 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호가 입력되면, 상기 기계계 중 공시체(Wa)와 다이나모미터(Da)의 사이에서 발생할 수 있는 기계 공진이 억제되도록 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 기능을 갖는다. 또한 이들 m대의 공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_m)는 각각 베이스 토크 전류 지령 신호, 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호부터 토크 전류 지령 신호까지의 입출력 특성이 상이하다.
그런데 상기 기계계 중 주요한 관성 요소인 공시체(Wa)는 제1 실시 형태의 공시체(W)와 마찬가지로, 예를 들어 시험 대상으로 하는 차종을 변경할 때마다, 오퍼레이터에 의해 적절히 교환될 수 있다. 이에 다이나모미터 제어 모듈(3a)에는, 공시체(Wa)가 기계 특성이 상이한 것으로 교환될 수 있는 것을 고려하여, 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_m)가 구성되어 있다. 또한 공시체(Wa)의 기계 특성을 특징짓는 파라미터 중에서도 공시체(Wa)의 관성 모멘트는 기계 공진의 특성에 미치는 영향이 가장 크다. 이에 각 공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_n)는 다이나모미터(Da)에는 각각 상이한 관성 모멘트를 갖는 공시체가 접속되는 것을 상정하여, 가장 효과적으로 기계 공진을 억제할 수 있도록 튜닝되어 있다. 아울러 드라이브 트레인 벤치 시스템에 있어서, 공시체의 관성 모멘트를 기초로 효과적으로 기계 공진이 억제되도록 공진 억제 제어기를 구축하는 구체적인 순서에 대해서는, 예를 들어 본원 출원인에 의한 일본 등록특허공보 제5839154호에 나타나 있으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
다이나모미터 제어 모듈(3a)에서는 도 9에 나타낸 바와 같이, m대의 공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_m) 중 설계 모듈(5a)에 의해 선택된 j(j는 1부터 m 사이의 정수 중 어느 것임)번째의 공진 억제 제어기(32a_j)에 대해서만, 상위 제어기(31a), 축 토크 센서(81), 회전 속도 센서(82) 및 인버터(7)의 입출력 포트를 접속한다. 이로써, 베이스 토크 전류 지령 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호는 설계 모듈(5a)에 의해 선택된 1개의 공진 억제 제어기(32a_j)에 입력된다. 또한 베이스 토크 전류 지령 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 입력함으로써 이 공진 억제 제어기(32a_j)에서 생성된 토크 전류 신호는 인버터(7)에 입력된다.
도 10은 설계 모듈(5a)에 의해 공시체에 따른 공진 억제 제어기를 선택하는 구체적인 순서를 나타낸 주된 흐름도다. 도 10에 나타낸 처리는 다이나모미터(Da)에 그 기계 특성이 미지인 신규 공시체를 연결하는 작업이 오퍼레이터에 의해 수행된 후, 이 신규 공시체에 가장 적합한 공진 억제 제어기를 선택하는 처리를 시작하기 위한 조작이 오퍼레이터에 의해 수행된 것을 계기로 하여 설계 모듈(5a)에서 실행된다.
처음으로 S11에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 후술하는 시스템 동정 운전의 준비를 수행한다. 보다 구체적으로는, 공시체 특성 취득부(51a)는 시스템 동정 운전을 실행하기 위해 필요한 1 이상의 운전 파라미터의 값을 취득한다. 여기서 운전 파라미터란, 예를 들어 가진 운전에서 이용되는 랜덤 가진 진폭[Nm]이 있다. 아울러, 공시체 특성 취득부(51a)는 이들 운전 파라미터의 값을 매번 오퍼레이터에 의한 수치 입력 조작을 기초로 취득할 수도 있고, 미리 정해진 값을 이용할 수도 있다.
그 다음 S12에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 S11에서 취득한 운전 파라미터의 값을 기초로 공시체(Wa) 및 다이나모미터(Da)를 시험적으로 운전함으로써, 공시체(Wa)의 기계 특성 파라미터를 추정하기 위해 필요한 데이터를 수록하는 시스템 동정 운전을 실행한다.
도 11은 공시체 특성 취득부(51a)에 의해 실행되는 시스템 동정 운전의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
처음으로 S61에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 토크 컨버터 제어 모듈(2a)로 토크 컨버터(TC)를 뉴트럴 포지션으로 하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 토크 컨버터 제어 모듈(2a)은 토크 컨버터(TC)를 뉴트럴 포지션으로 하고, 펌프 임펠러와 출력축(S2)의 접속을 차단한다.
그 다음 S62에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 상위 제어기(31a)로 회전 속도 제어의 시작을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 회전 속도 검출 신호를 이용한 다이나모미터(Da)의 회전 속도 제어를 시작하고, 다이나모미터(Da)의 회전 속도를 소정의 목표 회전 속도로 유지한다.
그 다음 S63에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 상위 제어기(31a)로 다이나모미터(Da)의 가진 운전의 실행을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 도 3의 S24와 동일한 순서에 의해 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한다. 또한 S63에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중에 인버터(7)에 입력되는 랜덤 토크 신호와, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 취득하고, 이들 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 도시하지 않는 기억 매체에 수록한다.
그 다음 S64에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한 후, 상위 제어기(31a)로 가진 운전의 종료를 지령하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 가진 운전을 종료한다. 또한 공시체 특성 취득부(51a)는 가진 운전을 종료함에 따라, 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호의 수록을 종료한다.
그 다음 S65에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 상위 제어기(31a)로 다이나모미터(Da)의 회전 속도의 저하를 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 다이나모미터(D)의 회전 속도 제어 하에서 엔진(E)의 회전 속도를 아이들 회전 속도까지 저하시킨 후, 도 11의 시스템 동정 운전을 종료한다.
도 10으로 돌아와, S13에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 S12에서 수록한 랜덤 토크 신호, 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호의 데이터를 기초로, 공시체(Wa)의 기계 특성 파라미터를 추정하는 시스템 동정 처리를 실행한다. 아울러 이 시스템 동정 처리에서는, 공시체 특성 취득부(51a)는 도 4와 동일한 순서를 거쳐 공시체(Wa)의 관성 모멘트 Jwa를 추정한다.
그 다음 S14에서는, 공진 억제 제어기 선택부(52a)는 S13의 시스템 동정 처리에 의해 산출된 공시체(Wa)의 관성 모멘트 Jwa의 값을 기초로, m대의 공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_m) 중 최적인 것을 1개, 다이나모미터 제어 모듈(3a)에 실장하는 공진 억제 제어기(32 a_i)로서 선택한다. 공진 억제 제어기 선택부(52a)에는 각 공진 억제 제어기(32a_1, …, 32a_m)와 공시체의 관성 모멘트의 수치 범위를 관련짓는 도 6과 동일한 테이블이 저장되어 있다. 이에 공진 억제 제어기 선택부(52a)는 이 테이블을 참조함으로써 시스템 동정 처리에 의해 산출된 관성 모멘트 Jwa의 값을 수치 범위에 포함하는 공진 억제 제어기를 특정하고, 이를 다이나모미터 제어 모듈(3a)에 실장하는 공진 억제 제어기(32a_j)로서 선택한다.
그 다음 S15에서는, 공진 억제 제어기 선택부(52a)는 S14에서 선택한 공진 억제 제어기(32a_j)를 다이나모미터 제어 모듈(3a)에 실장한다. 이로써, 상위 제어기(31a)에 의해 생성되는 베이스 토크 지령 신호, 축 토크 센서(81)에 의해 생성되는 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 센서(82)에 의해 생성되는 회전 속도 검출 신호는 공진 억제 제어기(32a_j)에 입력된다. 또한 공진 억제 제어기(32a_j)에 의해 생성되는 토크 전류 지령 신호는 인버터(7)에 입력된다.
그 다음 S16에서는, 동작 검증부(53a)는 실장한 공진 억제 제어기(32a_j)가 적절히 작동하는지 여부를 검증하는 시스템 동작 검증 처리를 실행한다.
도 12는 동작 검증부(53a)에 의해 실행되는 시스템 동작 검증 처리의 구체적인 순서를 나타낸 흐름도이다.
처음으로 S71에서는, 동작 검증부(53a)는 다이나모미터 제어 모듈(3a)로 공진 억제 기능을 오프로 하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 다이나모미터 제어 모듈(3a)은 실장된 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 오프로 한다. 이로써, 상위 제어기(31a)에서 생성되는 베이스 토크 전류 지령 신호는 공진 억제 제어기(32a_j)를 거치지 않고 인버터(7)에 입력된다.
그 다음 S72에서는, 동작 검증부(53a)는 토크 컨버터 제어 모듈(2a)로 토크 컨버터(TC)를 뉴트럴 포지션으로 하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 토크 컨버터 제어 모듈(2a)은 토크 컨버터(TC)를 뉴트럴 포지션으로 하고, 펌프 임펠러와 출력축(S2)의 접속을 차단한다.
그 다음 S73에서는, 동작 검증부(53a)는 상위 제어기(31a)로 회전 속도 제어의 시작을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 회전 속도 검출 신호를 이용한 다이나모미터(Da)의 회전 속도 제어를 시작하고, 다이나모미터(Da)의 회전 속도를 소정의 목표 회전 속도로 유지한다.
그 다음 S74에서는, 동작 검증부(53a)는 상위 제어기(31a)로 다이나모미터(Da)의 가진 운전의 실행을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 도 11의 S63과 동일한 순서에 의해 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한다. 또한 이 S74에서는, 동작 검증부(53a)는 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중에 인버터(7)에 입력되는 랜덤 토크 신호와, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 취득하고, 이들 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 도시하지 않는 기억 매체에 수록한다. 이로써, 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 오프로 한 상태에서의 가진 운전 시의 데이터가 수록된다.
그 다음 S75에서는, 동작 검증부(53a)는 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한 후, 상위 제어기(31a)로 가진 운전의 종료를 지령하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 가진 운전을 종료한다. 또한 동작 검증부(53a)는 가진 운전을 종료함에 따라, 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호의 수록을 종료한다.
그 다음 S76에서는, 동작 검증부(53a)는 상위 제어기(31a)로 다이나모미터(Da)의 회전 속도의 저하를 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 다이나모미터(Da)의 회전 속도 제어 하에서 다이나모미터(Da) 및 공시체(Wa)의 회전 속도를 아이들 회전 속도 근방(예를 들어 1000[rpm])까지 저하시킨다.
그 다음 S77에서는, 동작 검증부(53a)는 다이나모미터 제어 모듈(3a)로 공진 억제 기능을 온으로 하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 다이나모미터 제어 모듈(3a)은 실장된 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 온으로 한다. 이로써, 상위 제어기(31a)에서 생성되는 베이스 토크 전류 지령 신호는 공진 억제 제어기(32a_j)를 거쳐 인버터(7)에 입력된다. 이와 같이 동작 검증부(53a)에서는, 다이나모미터(Da) 및 공시체(Wa)의 회전 속도가 아이들 회전 속도 근방까지 저하되어, 저부하 및 저회전 속도 상태가 되고 나서 공진 억제 기능을 온으로 함으로써, 공시체(Wa)나 다이나모미터(Da) 등의 기기에 걸리는 부담을 억제할 수 있다.
그 다음 S78에서는, 동작 검증부(53a)는 상위 제어기(31a)로 회전 속도 제어의 시작을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 회전 속도 검출 신호를 이용한 다이나모미터(Da)의 회전 속도 제어를 시작하고, 다이나모미터(Da)의 회전 속도를 소정의 목표 회전 속도로 유지한다.
그 다음 S79에서는, 동작 검증부(53a)는 상위 제어기(31a)로 다이나모미터(Da)의 가진 운전의 실행을 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 도 11의 S63과 동일한 순서에 의해 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한다. 이 가진 운전에서는, 상위 제어기(31a)는 미리 설정된 랜덤 가진 진폭 내에서 랜덤인 주파수로 진동하는 랜덤 토크 신호를 베이스 토크 전류 지령 신호에 중첩하여 얻어지는 신호를 공진 억제 제어기(32a_j)에 입력하고, 이 공진 억제 제어기(32a_j)에서 생성되는 토크 전류 지령 신호를 인버터(7)에 입력한다. 또한 이 S79에서는, 동작 검증부(53a)는 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 실행하는 동시에, 이 가진 운전의 실행 중에 인버터(7)에 입력되는 랜덤 토크 신호와, 이 가진 운전의 실행 중의 축 토크 검출 신호 및 회전 속도 검출 신호를 취득하고, 이들 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호를 도시하지 않는 기억 매체에 수록한다. 이로써, 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 온으로 한 상태에서의 가진 운전 시의 데이터가 수록된다.
그 다음 S80에서는, 동작 검증부(53a)는 다이나모미터(Da)의 가진 운전을 소정 시간에 걸쳐 실행한 후, 상위 제어기(31a)로 가진 운전의 종료를 지령하는 취지의 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 가진 운전을 종료한다. 또한 동작 검증부(53a)는 가진 운전을 종료함에 따라, 랜덤 토크 신호와 축 토크 검출 신호와 회전 속도 검출 신호의 수록을 종료한다.
그 다음 S81에서는, 동작 검증부(53a)는 상위 제어기(31a)로 다이나모미터(Da)의 정지를 지령하는 신호를 송신한다. 이 지령 신호를 수신함에 따라, 상위 제어기(31a)는 다이나모미터(Da)의 회전 속도 제어 하에서 다이나모미터(Da) 및 공시체(Wa)의 회전 속도를 정지 회전수(예를 들어 0[rpm])까지 저하시킨다.
그 다음 S82에서는, 동작 검증부(53a)는 도 4의 S31과 동일한 순서에 의해, S74에서 수록한 데이터를 이용하여 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 오프로 한 상태에서의 축 토크 검출 신호부터 회전 속도 검출 신호까지의 주파수 전달 함수를 산출하고, 다시 S79에서 수록한 데이터를 이용하여 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 온으로 한 상태에서의 축 토크 검출 신호부터 회전 속도 검출 신호까지의 주파수 전달 함수를 산출한다.
그 다음 S83에서는, 동작 검증부(53a)는 상기 2개의 주파수 전달 함수를 겹쳐 플롯한 것을 디스플레이에 표시한다. 이로써 오퍼레이터는 공진 억제 제어기(32a_j)가 효과적으로 작동하고 있는지 여부를 판정할 수 있다. 즉, 오퍼레이터는 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 오프로 한 상태에서는 나타나고 있었던 공진 주파수에서의 게인의 피크가, 자동으로 선택된 공진 억제 제어기(32a_j)의 기능을 온으로 한 상태에서는 충분히 저감되었는지 여부를 시각을 통해 판정할 수 있다. 아울러 오퍼레이터의 부담을 경감하기 위해, S83의 처리는 자동화할 수도 있다. 이 경우, 동작 검증부(53a)는 2개의 주파수 전달 함수를 비교함으로써, 공진 억제 제어기(32a_j)가 효과적으로 작동하고 있는지 여부를 판정한다.
본 실시 형태에 따른 시험 시스템(SSa)의 총괄 제어 장치(1a)에 의하면, 상기 제1 실시 형태에 따른 총괄 제어 장치(1)와 동등한 효과를 나타낸다.
S, Sa: 시험 시스템
W, Wa: 공시체
S: 연결축
S1: 입력축
D, Da: 다이나모미터(전동기)
1, 1a: 총괄 제어 장치(제어 장치)
3, 3a: 다이나모미터 제어 모듈
31, 31a: 상위 제어기
32_1, …, 32_n: 공진 억제 제어기
32a_1, …, 32a_m: 공진 억제 제어기
5, 5a: 설계 모듈
51, 51a: 공시체 특성 취득부(공시체 특성 취득 수단)
52, 52a: 공진 억제 제어기 선택부(공진 억제 제어기 선택 수단)
53, 53a: 동작 검증부
7: 인버터
81: 축 토크 센서
82: 회전 속도 센서

Claims (4)

  1. 공시체와 연결축을 통해 접속된 전동기;
    토크 전류 지령 신호에 따라 상기 전동기에 전력을 공급하는 인버터;
    상기 연결축에 발생하는 축 토크에 따른 축 토크 검출 신호를 발생하는 축 토크 센서; 및
    상기 전동기의 회전 속도에 따른 회전 속도 검출 신호를 발생하는 회전 속도 센서;를 구비하는 시험 시스템의 제어 장치에 있어서,
    상기 토크 전류 지령 신호에 대한 상위 지령 신호와 상기 축 토크 검출 신호가 입력되면, 상기 공시체와 상기 전동기 사이의 기계 공진이 억제되는 상기 토크 전류 지령 신호를 생성하는 동시에 각각 상이한 입출력 특성을 갖는 복수의 공진 억제 제어기;
    상기 전동기에 접속되어 있는 공시체의 특성 파라미터의 값을 취득하는 공시체 특성 취득 수단;
    상기 공시체 특성 취득 수단에 의해 취득된 상기 특성 파라미터의 값을 기초로 상기 복수의 공진 억제 제어기 중 1개를 선택하는 공진 억제 제어기 선택 수단; 및
    상기 공진억제제어기 선택수단에 의해 선택된 공진억제제어기의 기능을 오프한 상태에서의 제1전달함수와 온한 상태에서의 제2전달함수를 상기 인버터에 랜덤한 주파수로 진동하는 랜덤토크신호를 입력하는 가진운전을 실행함으로써 취득하고, 취득한 상기 제1 및 제2전달함수를 비교함으로써 해당 공진억제제어기의 효과를 검증하는 동작검증부; 를 구비하고,
    상기 공진 억제 제어기 선택 수단에 의해 선택된 공진 억제 제어기에 상기 상위 지령 신호와 상기 축 토크 검출 신호를 입력하고, 상기 선택된 공진 억제 제어기에서 생성된 토크 전류 지령 신호를 상기 인버터에 입력하는 것을 특징으로 하는 시험 시스템의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특성 파라미터는, 상기 전동기에 접속되어 있는 공시체의 관성 모멘트인 것을 특징으로 하는 시험 시스템의 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공시체 특성 취득 수단은,
    오퍼레이터로부터의 지령 조작에 따라 소정 시간에 걸쳐 상기 전동기의 가진 운전을 실행하는 동시에 상기 가진 운전의 실행 중의 상기 축 토크 검출 신호 및 상기 회전 속도 검출 신호를 포함하는 데이터를 취득하는 데이터 취득 수단; 및
    상기 데이터 취득 수단에서 취득한 데이터를 기초로 상기 특성 파라미터의 값을 산출하는 특성 파라미터 산출 수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 시험 시스템의 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 공진 억제 제어기는, 각각 상이한 상기 관성 모멘트에 대한 설계값 하에서 구축되는 동시에 상기 설계값을 포함하는 수치 범위와 관련지어지며,
    상기 공진 억제 제어기 선택 수단은, 상기 복수의 공진 억제 제어기 중, 상기 공시체 특성 취득 수단에 의해 취득된 상기 관성 모멘트의 값을 상기 수치 범위에 포함하는 것을 선택하는 것을 특징으로 하는 시험 시스템의 제어 장치.
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