KR20210121278A

KR20210121278A - 동력계 제어 장치

Info

Publication number: KR20210121278A
Application number: KR1020217030456A
Authority: KR
Inventors: 타카오 아키야마
Original assignee: 메이덴샤 코포레이션
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-10-07
Also published as: JP2020139854A; KR102383554B1; US11313762B2; US20220065750A1; WO2020174814A1; JP6737363B1

Abstract

입력측 제어 장치(5)는 엔진 토크 지령 신호 Tref와 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 편차를 기초로 제1 입력 신호를 생성하는 제1 입력 신호 생성부(51), 소정의 가중치 신호 w에 의해 가중치 부여된 입력측 속도 검출 신호 ω를 기초로 제2 입력 신호를 생성하는 제2 입력 신호 생성부(52), 제1 및 제2 입력 신호를 기초로 토크 지령 신호를 생성하는 토크 지령 신호 생성부(54)를 구비한다. 제2 입력 신호 생성부(52)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f의 값이 소정의 임계값 미만인 경우에는, 필터 신호 ω_f의 값이 상기 임계값 이상인 경우보다 가중치 신호 w의 값을 작게 한다. 또한 입력측 속도 검출 신호 ω는 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh보다 0으로부터의 상승이 늦다.

Description

동력계 제어 장치

본 발명은 동력계 제어 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 예를 들어 차량의 드라이브 트레인과 같은 입력축과 출력축을 구비하는 공시체와, 이 공시체의 입력축에 연결된 동력계를 구비하는 시험 시스템에서 전기 관성 제어를 수행하는 동력계 제어 장치에 관한 것이다.

드라이브 트레인이란, 엔진에서 발생한 에너지를 구동륜으로 전달하기 위한 복수의 장치의 총칭을 말하며, 엔진, 클러치, 트랜스미션, 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트, 디퍼렌셜 기어 및 구동륜 등으로 구성된다. 드라이브 트레인의 시험 시스템에서는, 실제로 엔진으로 트랜스미션을 구동하는 동시에 그 출력축에 접속된 출력측 동력계를 전기 관성 제어함으로써, 타이어나 차체의 관성을 모의한 부하 토크를 출력축에 부여하면서 드라이브 트레인의 내구 성능이나 품질 등이 평가된다(예를 들어 특허 문헌 1 참조). 또한 최근에는 드라이브 트레인의 입력축에 입력하는 구동 토크를 실제 엔진 대신 입력측 동력계에서 발생시키는 시험 시스템도 제안되었다(예를 들어 특허 문헌 2 참조).

그런데, 입력측 동력계의 실제 관성 모멘트(이하, '동력계 관성 모멘트'라고도 함)는 이에 의해 모의하고자 하는 실제 엔진의 관성 모멘트와 상이하다. 보다 구체적으로는, 동력계 관성 모멘트는 실제 엔진의 관성 모멘트보다 크다. 때문에, 시험의 재현성을 향상시키기 위해서는, 동력계 관성 모멘트가 흡사 그보다 작은 값으로 설정된 설정 관성 모멘트인 것처럼 입력측 동력계를 제어하는 저관성화 제어를 함께 수행할 필요가 있다. 특허 문헌 3에는, 입력측 동력계에 대해 저관성화 제어를 수행하는 동력계 제어 장치가 나타나 있다.

특허문헌 1: 국제 공개 공보 제2014/010409호 특허문헌 2: 일본 특허 공개 공보 제2013-257234호 특허문헌 3: 일본 특허 출원 제2017-175378호

그런데, 특허문헌 3의 동력계 제어 장치에서는, 축 토크 검출기로부터 송신되는 축 토크 검출 신호와 속도 검출기로부터 송신되는 속도 검출 신호를 기초로 상술한 바와 같은 저관성화 제어를 수행한다. 그러나, 일반적으로는 속도 검출기로부터 송신되는 속도 검출 신호는 축 토크 검출기로부터 송신되는 축 토크 검출 신호보다 0으로부터의 상승이 늦다. 이 때문에, 속도 검출 신호의 지연에서 기인하여, 입력측 동력계로의 제어 입력인 토크 지령 신호가 진동하는 경우가 있다. 이후에 도 8을 참조하여 설명하는 바와 같이, 이러한 토크 지령 신호의 진동은 속도 검출 신호의 지연이 특히 큰 저회전 영역에서 현저해진다.

본 발명은 축 토크 검출기의 축 토크 검출 신호 및 이 축 토크 검출 신호보다 지연이 큰 속도 검출기의 속도 검출 신호를 기초로 동력계를 제어하는 동력계 제어 장치이며, 지연이 현저해지는 저회전 영역에서의 동력계로의 제어 입력의 진동을 억제할 수 있는 동력계 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치(예를 들어 후술하는 입력측 제어 장치(5, 5A))는 입력축(예를 들어 후술하는 입력축(SI)) 및 출력축(예를 들어 후술하는 출력축(SO1, SO2))을 구비하는 공시체(예를 들어 후술하는 공시체(W))의 입력축에 연결된 동력계(예를 들어 후술하는 입력측 동력계(21)), 토크 지령 신호(예를 들어 후술하는 토크 지령 신호 Tr)에 따른 전력을 상기 동력계에 공급하는 인버터(예를 들어 후술하는 입력측 인버터(22)), 상기 동력계의 회전 속도에 따른 속도 검출 신호(예를 들어 후술하는 입력측 속도 검출 신호 ω)를 발생하는 속도 검출기(예를 들어 후술하는 입력측 속도 검출기(23)), 상기 입력축에 작용하는 축 토크에 따른 축 토크 검출 신호(예를 들어 후술하는 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh)를 발생하는 축 토크 검출기(예를 들어 후술하는 입력측 축 토크 검출기(24))를 구비하는 시험 시스템(예를 들어 후술하는 시험 시스템(1))을 제어 대상으로 하며, 상기 토크 지령 신호에 대한 상위 지령 신호(예를 들어 후술하는 엔진 토크 지령 신호 Tref), 상기 속도 검출 신호 및 상기 축 토크 검출 신호를 이용하여 상기 토크 지령 신호를 생성한다. 상기 동력계 제어 장치는 상기 상위 지령 신호와 상기 축 토크 검출 신호의 편차를 기초로 제1 입력 신호를 생성하는 제1 입력 신호 생성부(예를 들어 후술하는 제1 입력 신호 생성부(51)), 소정의 가중치 신호(예를 들어 후술하는 가중치 신호 w)에 의해 가중치 부여된 상기 속도 검출 신호를 기초로 제2 입력 신호를 생성하는 제2 입력 신호 생성부(예를 들어 후술하는 제2 입력 신호 생성부(52, 52A)), 상기 제1 및 제2 입력 신호를 기초로 상기 토크 지령 신호를 생성하는 토크 지령 신호 생성부(예를 들어 후술하는 토크 지령 신호 생성부(54))를 구비하고, 상기 제2 입력 신호 생성부는 상기 속도 검출 신호의 값 또는 그 필터값이 소정의 임계값(예를 들어 후술하는 제1 임계값 ω1 또는 제2 임계값 ω2) 미만인 경우에는, 상기 속도 검출 신호의 값 또는 그 필터값이 상기 임계값 이상인 경우보다 상기 가중치 신호의 값을 작게 하여, 상기 속도 검출 신호는 상기 축 토크 검출 신호보다 0으로부터의 상승이 늦는 것을 특징으로 한다.

(2) 이 경우, 상기 속도 검출기는 상기 동력계의 출력축이 회전하면 그 회전 변위량에 따른 주파수의 펄스 신호를 상기 속도 검출 신호로서 생성하는 인크리멘탈 엔코더(incremental encoder)인 것이 바람직하다.

(3) 이 경우, 상기 제2 입력 신호 생성부(예를 들어 후술하는 제2 입력 신호 생성부(52))는 상기 속도 검출 신호로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시키는 필터(예를 들어 후술하는 제2 로우 패스 필터(521)), 상기 필터의 출력 신호(예를 들어 후술하는 필터 신호 ω_f)의 값에 따른 값의 상기 가중치 신호를 출력하는 가중치 설정부(예를 들어 후술하는 가중치 설정부(522)), 상기 필터의 출력 신호에 상기 가중치 신호 및 소정의 설정 관성(예를 들어 후술하는 설정 관성 Jset)을 곱함으로써 상기 제2 입력 신호를 생성하는 곱셈부(예를 들어 후술하는 가중치 곱셈부(523) 및 설정 관성 곱셈부(524))를 구비하는 것이 바람직하다.

(4) 이 경우, 상기 가중치 설정부는 상기 필터의 출력 신호(예를 들어 후술하는 필터 신호 ω_f)의 값이 0 이상이면서 제1 임계값(예를 들어 후술하는 제1 임계값 ω1) 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0으로 하고, 상기 필터의 출력 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 큰 제2 임계값(예를 들어 후술하는 제2 임계값 ω2) 이상인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 1로 하고, 상기 필터의 출력 신호의 값이 상기 제1 임계값 이상이면서 상기 제2 임계값 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0부터 1의 사이에서 상기 필터의 출력 신호의 값에 비례한 값으로 하는 것이 바람직하다.

(5) 이 경우, 상기 제2 입력 신호 생성부(예를 들어 후술하는 제2 입력 신호 생성부(51A)는 상기 속도 검출 신호로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시키는 제1 필터(예를 들어 후술하는 제2 로우 패스 필터(521)), 상기 속도 검출 신호의 값에 따른 값의 상기 가중치 신호를 출력하는 가중치 설정부(예를 들어 후술하는 가중치 설정부(522A)), 상기 가중치 신호로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시키는 제2 필터(예를 들어 후술하는 제3 로우 패스 필터(525A)), 상기 제1 필터의 출력 신호에 상기 제2 필터의 출력 신호 및 소정의 설정 관성(예를 들어 후술하는 설정 관성 Jset)을 곱함으로써 상기 제2 입력 신호를 생성하는 곱셈부(예를 들어 후술하는 가중치 곱셈부(523) 및 설정 관성 곱셈부(524))를 구비하는 것이 바람직하다.

(6) 이 경우, 상기 제2 필터는 상기 제1 필터보다 낮은 주파수 성분을 감쇠시키는 것이 바람직하다.

(7) 이 경우, 상기 가중치 설정부는 상기 속도 검출 신호(예를 들어 후술하는 입력측 속도 검출 신호 ω)의 값이 0 이상이면서 제1 임계값(예를 들어 후술하는 제1 임계값 ω1) 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0으로 하고, 상기 속도 검출 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 큰 제2 임계값(예를 들어 후술하는 제2 임계값 ω2) 이상인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 1로 하고, 상기 속도 검출 신호의 값이 상기 제1 임계값 이상이면서 상기 제2 임계값 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0부터 1의 사이에서 상기 속도 검출 신호의 값에 비례한 값으로 하는 것이 바람직하다.

(1) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에 있어서, 제1 입력 신호 생성부는 상위 지령 신호와 축 토크 검출 신호의 편차를 기초로 제1 입력 신호를 생성하고, 제2 입력 신호 생성부는 소정의 가중치 신호에 의해 가중치 부여된 속도 검출 신호를 기초로 제2 입력 신호를 생성하고, 토크 지령 신호 생성부는 이들 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 기초로 동력계에 대한 토크 지령 신호를 생성한다. 여기서 속도 검출기로부터 제2 입력 신호 생성부로 송신되는 속도 검출 신호는 축 토크 검출기로부터 제1 입력 신호 생성부로 송신되는 축 토크 검출 신호보다 0으로부터의 상승이 늦다. 때문에 이후에 도 8을 참조하여 설명하는 바와 같이, 종래의 동력계 제어 장치에서는, 동력계가 정지(靜止)해 있으면서 축 토크도 작용하고 있지 않은 상태로부터, 상위 지령 신호의 값을 0으로부터 변화시키면, 속도 검출 신호의 값은 축 토크 검출 신호의 값이 변화하기 시작하고 나서 소정 시간 지연되어 급격히 증가하는 경우가 있다. 때문에 종래의 동력계 제어 장치에서는, 저회전 영역에서는 토크 지령 신호가 진동하고, 나아가서는 축 토크 검출 신호도 진동하는 경우가 있다. 이에 반해 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에서는, 제2 입력 신호 생성부는 속도 검출 신호의 값 또는 그 필터값이 소정의 임계값 미만인 경우(즉, 저회전 영역인 경우), 속도 검출 신호의 값 또는 그 필터값이 임계값 이상인 경우(즉, 고회전 영역인 경우)보다 가중치 신호의 값을 작게 한다. 이로써 저회전 영역에서 속도 검출 신호의 값이 급격하게 증가한 경우에도, 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

(2) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에서는, 동력계의 회전 속도를 검출하는 속도 검출기로서, 동력계의 출력축이 회전하면 그 회전 변위량에 따른 주파수의 펄스 신호를 속도 검출 신호로서 생성하는 인크리멘탈 엔코더를 이용한다. 인크리멘탈 엔코더는 앱솔루트 엔코더나 리졸버 등의 기존에 알려진 속도 검출기 중에서는 저가라는 이점이 있다. 그러나 인크리멘탈 엔코더는 동력계의 회전축이 정지한 상태로부터 회전하기 시작한 직후에는 펄스수가 부족하기 때문에, 0으로부터의 상승 시의 지연이 특히 현저해진다는 과제가 있다. 이에 반해 본 발명의 동력계 제어 장치에 의하면, 상술한 바와 같이 속도 검출 신호의 값 또는 그 필터값에 따라 가중치 신호의 값을 변화시킴으로써, 저회전 영역에서 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호가 진동하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 속도 검출기로서 인크리멘탈 엔코더를 이용함으로써 발생하는 디메리트가 현재화(顯在化)되지도 않는다.

(3) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에서는, 제2 입력 신호 생성부는 속도 검출 신호를 필터에 통과시킴으로써 얻어지는 필터값에 따라 가중치 신호의 값을 설정하는 동시에, 이 속도 검출 신호의 필터값에 가중치 신호의 값과 설정 관성을 곱함으로써 제2 입력 신호를 생성한다. 이로써, 저회전 영역에서 속도 검출 신호의 값이 급격히 증가한 경우에도, 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

(4) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에서 가중치 설정부는 속도 검출 신호의 필터값이 0 이상이면서 제1 임계값 미만인 경우에는 가중치 신호의 값을 0으로 하고, 필터값이 제2 임계값 이상인 경우에는 가중치 신호의 값을 1로 하고, 필터값이 제1 임계값 이상이면서 제2 임계값 미만인 경우에는 가중치 신호의 값을 0부터 1의 사이에서 필터값에 비례한 값으로 한다. 이로써, 속도 검출 신호의 필터값이 제2 임계값 미만인 저회전 영역에서는 필터값에 따라 가중치 신호의 값을 적절히 변화시킬 수 있으므로, 저회전 영역에서 속도 검출 신호의 값이 급격히 증가한 경우에도 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

(5) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에서는, 제2 입력 신호 생성부는 속도 검출 신호의 값에 따라 가중치 신호의 값을 설정하는 동시에, 속도 검출 신호를 제1 필터에 통과시킴으로써 얻어지는 필터값에, 가중치 신호를 제2 필터에 통과시킴으로써 얻어지는 필터값과 소정의 설정 관성을 곱함으로써 제2 입력 신호를 생성한다. 이로써, 저회전 영역에서 속도 검출 신호의 값이 급격히 증가한 경우에도 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호가 진동하는 것을 억제할 수 있다. 또한 본 발명에 있어서, 제2 입력 신호 생성부는 제1 필터와 제2 필터의 2개의 로우 패스 필터를 이용함으로써, 동력계의 회전 속도가 0으로부터 상승할 때의 제2 입력 신호의 변화 정도를 미세하게 조정할 수 있으므로, 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호의 진동을 상기 (3)의 발명보다 더욱 억제할 수 있다.

(6) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에 있어서, 제2 필터는 제1 필터보다 낮은 주파수 성분을 감쇠시킨다. 이로써, 동력계의 회전 속도가 0으로부터 상승할 때의 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호의 진동을 더욱 억제할 수 있다.

(7) 본 발명에 따른 동력계 제어 장치에서 가중치 설정부는 속도 검출 신호의 값이 0 이상이면서 제1 임계값 미만인 경우에는 가중치 신호의 값을 0으로 하고, 속도 검출 신호의 값이 제2 임계값 이상인 경우에는 가중치 신호의 값을 1로 하고, 속도 검출 신호의 값이 제1 임계값 이상이면서 제2 임계값 미만인 경우에는 가중치 신호의 값을 0부터 1의 사이에서 속도 검출 신호의 값에 비례한 값으로 한다. 이로써, 속도 검출 신호의 값이 제2 임계값 미만인 저회전 영역에서는 속도 검출 신호의 값에 따라 가중치 신호의 값을 적절히 변화시킬 수 있으므로, 저회전 영역에서 속도 검출 신호의 값이 급격히 변화한 경우에도 토크 지령 신호나 축 토크 검출 신호가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치가 적용된 드라이브 트레인의 시험 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 출력측 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 마찰 계수값을 결정하는 제어 맵의 일 예이다.
도 4는 입력측 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 전달 함수 Ge0(s)를 도출할 때 이용되는 컨트롤러의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 입력측 토크 지령 신호부터 입력측 축 토크 검출 신호까지의 응답 특성을 나타내는 보드 선도이다.
도 7은 가중치 신호의 값을 결정하는 제어 맵의 일 예이다.
도 8은 종래의 입력측 제어 장치에 의한 회전 상승 시의 제어예를 나타내는 타임 차트이다.
도 9는 상기 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치에 의한 회전 상승 시의 제어예를 나타내는 타임 차트이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 11은 가중치 신호의 값을 결정하는 제어 맵의 일 예이다.
도 12는 상기 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 블럭도이다.

<제1 실시 형태>

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5)가 적용된 드라이브 트레인의 시험 시스템(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 아울러 도 1에는 FF 구동 방식의 차량의 드라이브 트레인을 공시체(W)로 한 시험 시스템(1)의 예를 나타내지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 공시체는 예를 들어 FR 구동 방식의 차량의 드라이브 트레인으로 할 수도 있다.

공시체(W)는 완성 차에 탑재한 상태에서는 도시하지 않는 엔진이 접속되는 입력축(SI), 드라이브 샤프트인 좌우의 출력축(SO1, SO2), 클러치, 트랜스미션 및 디퍼렌셜 기어 등을 조합하여 구성되며, 입력축(SI)으로부터 입력된 동력을 출력축(SO1, SO2)에 전달하는 본체(WB)를 구비한다.

시험 시스템(1)은 입력측 동력계(21), 입력측 인버터(22), 입력측 속도 검출기(23), 입력측 축 토크 검출기(24), 제1 출력측 동력계(31), 제2 출력측 동력계(32), 제1 출력측 인버터(33), 제2 출력측 인버터(34), 제1 출력측 속도 검출기(35), 제2 출력측 속도 검출기(36), 제1 출력측 축 토크 검출기(37), 제2 출력측 축 토크 검출기(38), 입력측 제어 장치(5), 출력측 제어 장치(6)를 구비한다.

입력측 동력계(21)의 출력축은 공시체(W)의 입력축(SI)에 연결되어 있다. 입력측 인버터(22)는 입력측 제어 장치(5)로부터 후술하는 순서에 의해 생성되는 입력측 토크 지령 신호 Tr이 입력되면, 이 입력측 토크 지령 신호 Tr에 따른 전력을 입력측 동력계(21)에 공급한다.

입력측 축 토크 검출기(24)는 입력축(SI)에 작용하는 축 토크를 예를 들어 축의 비틀림 방향의 왜곡량으로부터 검출하고, 이 축 토크에 따른 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh를 발생한다. 이 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh는 입력측 제어 장치(5)에 입력된다. 아울러 본 실시 형태에서는, 입력측 축 토크 검출기(24)로서, 예를 들어 왜곡 게이지를 이용함으로써 축 토크를 검출하는 축 토크 센서를 이용한 경우에 대해 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

입력측 속도 검출기(23)는 입력측 동력계(21)의 출력축의 회전 속도(축의 단위 시간당 회전수)를 검출하고, 이 회전 속도에 따른 입력측 속도 검출 신호 ω를 발생한다. 이 입력측 속도 검출 신호 ω는 입력측 제어 장치(5)에 입력된다. 아울러 이후에 도 8을 참조하여 설명하는 바와 같이, 입력측 속도 검출기(23)로부터 출력되는 입력측 속도 검출 신호 ω는 상술한 입력측 축 토크 검출기(24)로부터 출력되는 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh보다 0으로부터의 상승이 늦다.

본 실시 형태에서는, 입력측 속도 검출기(23)로서, 입력측 동력계(21)의 출력축이 회전하면 그 회전 변위량에 따른 주파수의 펄스 신호를 입력측 속도 검출 신호 ω로서 생성하는 인크리멘탈 엔코더를 이용한 경우에 대해 설명한다. 인크리멘탈 엔코더에서 생성되는 펄스 신호는 A상, B상, Z상을 포함한다. A상이란, 기준 출력이며, 출력축의 1회전에서 분해능의 수만큼 펄스를 발생한다. B상이란, A상에 대해 소정의 위상차(예를 들어, 90°)로 A상과 동일한 수의 펄스를 발생한다. 이들 A상과 B상의 펄스 신호를 이용함으로써, 입력측 동력계(21)의 출력축의 회전 방향을 검출할 수 있다. 또한 Z상이란, 원점 기준 출력이 되는 것으로, 출력축이 미리 정해진 기준 위치가 되면 펄스를 발생한다. 입력측 속도 검출기(23)로서 인크리멘탈 엔코더를 이용하면, 상술한 바와 같은 0으로부터의 상승 시의 지연이 현저해진다. 아울러 본 실시 형태에서는, 입력측 속도 검출기(23)로서 인크리멘탈 엔코더를 이용하는 경우에 대해 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 입력측 속도 검출기(23)는 상술한 바와 같이 입력측 속도 검출 신호 ω가 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh보다 0으로부터의 상승이 늦는 것이면 무방하며, 앱솔루트 엔코더나 리졸버 등을 이용할 수도 있다.

제1 출력측 동력계(31)의 출력축은 공시체(W)의 출력축(SO1)에 연결되어 있다. 제1 출력측 인버터(33)는 출력측 제어 장치(6)로부터 후술하는 순서에 의해 생성되는 제1 출력측 토크 지령 신호 Tr1이 입력되면, 이 제1 출력측 토크 지령 신호 Tr1에 따른 전력을 제1 출력측 동력계(31)에 공급한다. 제1 출력측 속도 검출기(35)는 제1 출력측 동력계(31)의 출력축의 회전 속도를 검출하고, 이 회전 속도에 따른 제1 출력측 속도 검출 신호 ω1을 발생한다. 이 제1 출력측 속도 검출 신호 ω1은 출력측 제어 장치(6)에 입력된다. 제1 출력측 축 토크 검출기(37)는 출력축(SO1)에 작용하는 축 토크를 예를 들어 축의 비틀림 방향의 왜곡량으로부터 검출하고, 이 축 토크에 따른 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1을 발생한다. 이 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1은 출력측 제어 장치(6)에 입력된다.

제2 출력측 동력계(32)의 출력축은 공시체(W)의 출력축(SO2)에 연결되어 있다. 제2 출력측 인버터(34)는 출력측 제어 장치(6)로부터 후술하는 순서에 의해 생성되는 제2 출력측 토크 지령 신호 Tr2가 입력되면, 이 제2 출력측 토크 지령 신호 Tr2에 따른 전력을 제2 출력측 동력계(32)에 공급한다. 제2 출력측 속도 검출기(36)는 제2 출력측 동력계(32)의 출력축의 회전 속도를 검출하고, 이 회전 속도에 따른 제2 출력측 속도 검출 신호 ω2를 발생한다. 이 제2 출력측 속도 검출 신호 ω2는 출력측 제어 장치(6)에 입력된다. 제2 출력측 축 토크 검출기(38)는 출력축(SO2)에 작용하는 축 토크를 예를 들어 축의 비틀림 방향의 왜곡량으로부터 검출하고, 이 축 토크에 따른 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh2를 발생한다. 이 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh2는 출력측 제어 장치(6)에 입력된다.

입력측 제어 장치(5)는 입력측 속도 검출 신호 ω나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh 등의 입력 신호를 이용함으로써, 이후에 도 4 등을 참조하여 설명하는 순서에 따라 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성하고, 이를 입력측 인버터(22)에 입력한다. 이로써 입력측 제어 장치(5)는 공시체(W)가 탑재되는 완성 차에서의 엔진을 모의한 구동 토크를 입력측 동력계(21)에 발생시켜, 공시체(W)의 입력축(SI)을 구동한다.

출력측 제어 장치(6)는 제1 및 제2 출력측 속도 검출 신호 ω1, ω2나 제1 및 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1, Tsh2 등의 입력 신호를 이용함으로써, 이후에 도 2~도 3 등을 참조하여 설명하는 순서에 따라 제1 및 제2 출력측 토크 지령 신호 Tr1, Tr2를 생성하고, 이들을 제1 및 제2 출력측 인버터(33, 34)에 입력한다. 이로써 출력측 제어 장치(6)는 공시체(W)가 탑재되는 완성 차에서의 타이어 관성이나 차체 관성을 모의한 부하를 공시체(W)의 출력축(SO1, SO2)에 부여한다.

시험 시스템(1)에서는 입력측 제어 장치(5)에 의해 공시체(W)의 입력축(SI)을 구동하는 동시에, 출력측 제어 장치(6)에 의해 공시체(W)의 출력축(SO1, SO2)에 타이어 관성이나 차체 관성을 모의한 부하를 부여함으로써, 실제 차의 주행 상태에 가까운 상태하에서 공시체(W)의 내구 성능이나 품질 등을 평가한다.

도 2는 출력측 제어 장치(6)의 제어 회로의 구성을 나타내는 블럭도이다.

출력측 제어 장치(6)는 제1 출력측 속도 검출 신호 ω1 및 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1을 기초로 제1 출력측 토크 지령 신호 Tr1을 생성하는 제1 제어 회로(61), 제2 출력측 속도 검출 신호 ω2 및 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh2를 기초로 제2 출력측 토크 지령 신호 Tr2를 생성하는 제2 제어 회로(62), 공시체(W)를 탑재한 가상적인 차량의 속도를 산출하는 차량 속도 연산부(63)를 구비한다.

제1 제어 회로(61)는 제1 타이어 속도 연산부(611), 제1 차량 구동 토크 연산부(612), 제1 속도 제어 장치(613), 제1 피드 포워드 입력 연산부(614), 제1 축 토크 입력 셀렉터(615), 제1 합성부(616)를 구비한다. 제2 제어 회로(62)는 제2 타이어 속도 연산부(621), 제2 차량 구동 토크 연산부(622), 제2 속도 제어 장치(623), 제2 피드 포워드 입력 연산부(624), 제2 축 토크 입력 셀렉터(625), 제2 합성부(626)를 구비한다.

차량 속도 연산부(63)는 가상적인 제1 타이어와 가상적인 제1 노면 사이의 마찰력에 의해 발생하는 차량 구동력에 상당하는 후술하는 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1과, 가상적인 제2 타이어와 가상적인 제2 노면 사이의 마찰력에 의해 발생하는 차량 구동력에 상당하는 후술하는 제2 차량 구동 토크 신호 Fx2를 입력으로 하고, 상기 제1, 제2 타이어를 구동륜으로 하여 주행하는 가상적인 차량의 관성 모멘트 Jv로 특징지어지는 차량의 운동 방정식(하기 식 (1) 참조)에 의해 차량의 속도에 상당하는 차량 속도 신호 V를 생성한다.

[수학식 1]

차량 속도 연산부(63)는 보다 구체적으로는, 제1 차량 구동 토크 연산부(612)에 의해 생성되는 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1과 제2 차량 구동 토크 연산부(622)에 의해 생성되는 제2 차량 구동 토크 신호 Fx2를 합산한 신호에 차량 관성 모멘트 Jv의 역수를 곱하고, 이것에 적분 연산을 실시함으로써 차량 속도 신호 V를 생성한다.

제1 축 토크 입력 셀렉터(615)는 제1 타이어 속도 연산부(611)로의 입력을 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1과 값 0의 신호로 선택적으로 전환한다. 제1 축 토크 입력 셀렉터(615)는 제1 타이어 속도 연산부(611)로의 입력을 통상적으로는 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1로 하고, 스톨 시험(Stall Test)을 수행하는 경우에는 값 0의 신호로 한다.

제1 타이어 속도 연산부(611)는 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1 및 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1을 입력으로 하여, 제1 타이어의 관성 모멘트 Jt1로 특징지어지는 제1 타이어의 운동 방정식(하기 식 (2) 참조)에 의해 제1 타이어의 회전 속도에 상당하는 제1 타이어 속도 신호 Vw1을 생성한다.

[수학식 2]

제1 타이어 속도 연산부(611)는 보다 구체적으로는, 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1로부터 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1을 감산하여 얻어지는 신호를 제1 타이어의 회전에 기여하는 제1 타이어 구동 토크 신호로 정의하고, 이것에 제1 타이어 관성 모멘트 Jt1의 역수를 곱하고, 이것에 적분 연산을 실시함으로써 제1 타이어 속도 신호 Vw1을 생성한다.

제2 축 토크 입력 셀렉터(625)는 제2 타이어 속도 연산부(621)로의 입력을 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh2와 값 0의 신호로 선택적으로 전환한다. 제2 축 토크 입력 셀렉터(625)는 제2 타이어 속도 연산부(621)로의 입력을 통상적으로는 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh2로 하고, 스톨 시험을 수행하는 경우에는 값 0의 신호로 한다.

제2 타이어 속도 연산부(621)는 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh2 및 제2 차량 구동 토크 신호 Fx2를 입력으로 하여, 제2 타이어의 관성 모멘트 Jt2로 특징지어지는 제2 타이어의 운동 방정식(하기 식 (3) 참조)에 의해 제2 타이어의 회전 속도에 상당하는 제2 타이어 속도 신호 Vw2를 생성한다. 제2 타이어 속도 신호 Vw2를 산출하는 구체적인 순서는 제1 타이어 속도 신호 Vw1을 산출하는 순서와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

[수학식 3]

제1 차량 구동 토크 연산부(612)는 제1 타이어 속도 신호 Vw1과 차량 속도 신호 V의 차를 기초로, 제1 타이어와 가상적으로 설정된 제1 노면 사이의 마찰력에 의해 발생하는 차량 구동력에 상당하는 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1을 생성한다. 이하, 그 순서에 대해 구체적으로 설명한다.

제1 차량 구동 토크 연산부(612)는 먼저, 속도차(Vw1-V) 및 속도 신호 Vw1 및 V 중 어느 큰 것을 기초로, 제1 타이어의 제1 노면 위에서의 제1 슬립률 λ1을 하기 식 (4-1)을 기초로 산출한다. 다음으로, 제1 차량 구동 토크 연산부(612)는 산출한 제1 슬립률 λ1을 인수로 하여, 도 3에 나타내는 바와 같은 제어 맵 f1을 기초로 제1 타이어-제1 노면 사이의 제1 마찰 계수값 μ1을 결정한다(하기 식 (4-2) 참조). 아울러, 이 마찰 계수값을 결정하는 제어 맵은 제1 노면의 상태(설면, 건조 노면 등)에 따라 적절히 선택 가능하도록 되어 있다. 다음으로, 제1 차량 구동 토크 연산부(612)는 제1 타이어가 제1 노면으로부터 받는 제1 수직 항력값 Nz1에 제1 마찰 계수값 μ1을 곱함으로써, 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1을 생성한다(하기 식 (4-3) 참조). 이 제1 수직 항력값 Nz1은 미리 정해진 상수 또는 차량 속도 신호 V 등에 따라 추정된 값이 이용된다.

[수학식 4]

제2 차량 구동 토크 연산부(622)는 제2 타이어 속도 신호 Vw2와 차량 속도 신호 V를 입력으로 하여, 하기 식 (5-1)~(5-3)을 기초로 제2 타이어와 제2 노면 사이의 마찰력에 의해 발생하는 차량 구동력에 상당하는 제2 차량 구동 토크 신호 Fx2를 생성한다. 제2 차량 구동 토크 신호 Fx2를 생성하는 구체적인 순서는 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1을 생성하는 순서와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

[수학식 5]

이상과 같이, 제1 제어 회로(61) 및 제2 제어 회로(62)에서는 공시체(W)의 출력축(SO1, SO2)에 접속되는 제1 타이어 및 제2 타이어와, 이들 타이어를 구동륜으로 하여 제1 노면 및 제2 노면 위를 주행하는 차량을 가상적으로 설정하고, 이들을 독립적인 관성 모멘트 Jt1, Jt2, Jv를 갖는 물체로 한 다음, 각각에 대한 운동 방정식 (1), (2), (3), (4-1)~(4-3), (5-1)~(5-3)을 연립시킴으로써 차량 속도 신호 V, 제1 타이어 속도 신호 Vw1 및 제2 타이어 속도 신호 Vw2를 생성한다.

제1 속도 제어 장치(613)는 제1 타이어 속도 신호 Vw1과 제1 출력측 속도 검출 신호 ω1의 편차가 없어지도록 제1 피드백 제어 입력 신호를 생성한다. 제2 속도 제어 장치(623)는 제2 타이어 속도 신호 Vw2와 제2 출력측 속도 검출 신호 ω2의 편차가 없어지도록 제2 피드백 제어 입력 신호를 생성한다.

제1 피드 포워드 입력 연산부(614)는 제1 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh1과 제1 차량 구동 토크 신호 Fx1의 차에, 제1 출력측 동력계(31)의 관성 모멘트 Jdy1을 제1 타이어의 관성 모멘트 Jt1로 나누어 얻어지는 계수를 곱함으로써 제1 피드 포워드 제어 입력 신호를 생성한다. 제1 합성부(616)는 제1 속도 제어 장치(613)에 의해 생성되는 제1 피드백 제어 입력 신호와 제1 피드 포워드 입력 연산부(614)에 의해 생성되는 제1 피드 포워드 제어 입력 신호를 모두 더함으로써 제1 출력측 토크 지령 신호 Tr1을 생성한다.

제2 피드 포워드 입력 연산부(624)는 제2 출력측 축 토크 검출 신호 Tsh2와 제2 차량 구동 토크 신호 Fx2의 차에, 제2 출력측 동력계(32)의 관성 모멘트 Jdy2를 제2 타이어의 관성 모멘트 Jt2로 나누어 얻어지는 계수를 곱함으로써 제2 피드 포워드 제어 입력 신호를 생성한다. 제2 합성부(626)는 제2 속도 제어 장치(623)에 의해 생성되는 제2 피드백 제어 입력 신호와 제2 피드 포워드 입력 연산부(624)에 의해 생성되는 제2 피드 포워드 제어 입력 신호를 모두 더함으로써 제2 출력측 토크 지령 신호 Tr2를 생성한다.

도 4는 입력측 제어 장치(5)의 제어 회로의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 4에는 입력측 제어 장치(5)에 구성되는 제어 회로 중, 특히 입력측 동력계의 전기 관성 제어를 담당하는 부분을 나타낸다.

입력측 제어 장치(5)는 제1 입력 신호 생성부(51), 제2 입력 신호 생성부(52), 제3 입력 신호 생성부(53), 토크 지령 신호 생성부(54)를 구비하며, 이들을 이용함으로써 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성한다.

제1 입력 신호 생성부(51)는 입력측 토크 지령 신호 Tr에 대한 상위 지령 신호인 엔진 토크 지령 신호 Tref와 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 편차를 기초로 후술하는 순서에 따라 제1 입력 신호를 생성한다. 제2 입력 신호 생성부(52)는 입력측 속도 검출 신호 ω를 기초로, 후술하는 순서에 따라 제2 입력 신호를 생성한다. 제3 입력 신호 생성부(53)는 엔진 토크 지령 신호 Tref와 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 편차를 기초로, 후술하는 순서에 따라 제3 입력 신호를 생성한다. 토크 지령 신호 생성부(54)는 이들 입력 신호 생성부 51~53에 의해 생성되는 제1~제3 입력 신호를 기초로 후술하는 순서에 따라 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성하고, 이를 입력측 인버터(22)에 입력한다.

제1 입력 신호 생성부(51)는 제1 로우 패스 필터(511), 편차 연산부(512), 적분 연산부(513)를 구비한다.

제1 로우 패스 필터(511)는 엔진 토크 지령 신호 Tref로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시킨다. 이하에서는, 제1 로우 패스 필터(511)의 출력 신호, 즉 엔진 토크 지령 신호 Tref를 제1 로우 패스 필터(511)에 통과시켜, 고주파수 성분을 감쇠시킴으로써 얻어지는 필터 신호를 Tref_f로 표기한다. 엔진 토크 지령 신호 Tref의 필터 신호 Tref_f는 편차 연산부(512)에 입력된다. 제1 로우 패스 필터(511)의 전달 함수 GLPF(s)는 하기 식 (6)에 나타내는 바와 같이, 2개의 필터 계수 a1, a2에 의해 특징지어진다. 하기 식 (6)에 나타내는 바와 같이, 제1 로우 패스 필터(511)의 전달 함수 GLPF1(s)의 분모 다항식의 차수는 2이며, 분자 다항식의 차수는 0이다. 아울러, 제1 로우 패스 필터(511)의 입출력 특성을 특징짓는 2개의 필터 계수 a1, a2의 값을 설정하는 순서에 대해서는, 이후에 상세히 설명한다.

[수학식 6]

편차 연산부(512)는 엔진 토크 지령 신호 Tref의 필터 신호 Tref_f로부터 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh를 감산함으로써 편차를 산출하고, 이 편차를 적분 연산부(513) 및 제3 입력 신호 생성부(53)에 입력한다.

적분 연산부(513)는 편차 연산부(512)에 의해 산출된 편차를 적분함으로써 제1 입력 신호를 생성하고, 이 제1 입력 신호를 토크 지령 신호 생성부(54)에 입력한다.

제3 입력 신호 생성부(53)는 편차 연산부(512)에 의해 산출된 편차에 전달 함수 Ge0(s)를 이용한 비적분 연산을 실시함으로써 제3 입력 신호를 생성하고, 이 제3 입력 신호를 토크 지령 신호 생성부(54)에 입력한다. 여기서 제3 입력 신호 생성부(53)의 전달 함수 Ge0(s)를 설계하는 순서에 대해 설명한다.

도 5는 전달 함수 Ge0(s)를 도출할 때 이용되는 컨트롤러(C)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5의 컨트롤러(C)는 입력측 축 토크 검출 신호와 엔진 토크 지령 신호 Tref가 입력되면 그 편차(Tref-Tsh, 이하 단순히 토크 편차라고도 함)가 없어지는 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성하는 축 토크 제어 기능을 구비한다. 제3 입력 신호 생성부(53)의 전달 함수 Ge0(s)는 도 5에 나타내는 2 자유도의 컨트롤러(C)를 기초로 설계된다. 또한 이러한 축 토크 제어 기능을 구비하는 2 자유도의 컨트롤러(C) 및 이를 구성하는 전달 함수 Ge(s) 및 Gy(s)는 예를 들어 본원 출원인에 의한 일본 특허 제3775284호의 도 6의 실시 형태에 나타난 컨트롤러가 이용된다. 아울러, 축 토크 제어 기능을 구비하는 컨트롤러(C) 및 전달 함수 Ge(s) 및 Gy(s)를 설계하는 방법으로서는, 예를 들어 일본 특허 제3775284호에 나타난 μ설계법을 기초로 하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, μ설계법 외에, H∞ 제어 설계법 등의 다른 로버스트 제어(robust control) 설계 방법을 기초로 설계된 것을 이용할 수도 있다.

도 4로 돌아와, 제3 입력 신호 생성부(53)의 전달 함수 Ge0(s)는 상기와 같이 축 토크 제어 기능을 갖는 전달 함수 Ge(s)로부터, 하기 식 (7)에 나타내는 바와 같이 적분 게인 Ki의 적분기를 분리함으로써 얻어지는 것이 이용된다.

[수학식 7]

토크 지령 신호 생성부(54)는 감산부(541), 제어 게인 곱셈부(542), 합산부(543)를 구비한다.

감산부(541)는 제1 입력 신호 생성부(51)에 의해 생성된 제1 입력 신호로부터 제2 입력 신호 생성부(52)에 의해 생성된 제2 입력 신호를 감산함으로써 얻어지는 신호를 제어 게인 곱셈부(542)에 입력한다. 제어 게인 곱셈부(542)는 감산부(541)의 출력 신호에 소정의 적분 게인 Ki를 곱함으로써 얻어지는 신호를 합산부(543)에 입력한다. 합산부(543)는 제어 게인 곱셈부(542)의 출력 신호와 제3 입력 신호 생성부(53)에 의해 생성된 제3 입력 신호를 합산함으로써 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성하고, 이를 입력측 인버터(22)에 입력한다.

이상과 같이 토크 지령 신호 생성부(54)는 제1 입력 신호 생성부(51)에 의해 생성된 제1 입력 신호, 제2 입력 신호 생성부(52)에 의해 생성된 제2 입력 신호, 제3 입력 신호 생성부(53)에 의해 생성된 제3 입력 신호를 기초로 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성한다.

여기서 제3 입력 신호를 기초로 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성함에 따른 효과를 설명한다.

도 6은 입력측 토크 지령 신호 Tr부터 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh까지의 응답 특성을 나타내는 보드 선도이다. 도 6에는 출력측 동력계(31, 32)에서 발생하는 부하의 크기를 소, 중, 대의 3단계로 나누어 변화시킨 경우에 대해, 선의 종류를 바꾸어 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 공시체(W)의 입력축(SI)에 입력측 동력계(21)를 접속하고, 공시체(W)의 출력축(SO1, SO2)에 출력측 동력계(31, 32)를 접속한 시험 시스템(1)에서는, 비교적 저주파수측(fl=수 Hz~수십 Hz)에서 발생하는 공진과 비교적 고주파수측(fh=400Hz 정도)에서 발생하는 공진의 2종류의 공진점이 존재한다. 비교적 저주파수측의 공진 주파수 fl에서 발생하는 공진은 공시체(W) 고유의 현상이며, 비교적 고주파수측의 공진 주파수 fh에서 발생하는 공진은 비교적 고강성의 입력축(SI)의 비틀림 진동에서 기인하여 발생하는 현상이다. 이상과 같이 구성된 입력측 제어 장치(5)는 제3 입력 신호 생성부(53)에서 생성한 제3 입력 신호를 이용하여 입력측 토크 지령 신호 Tr을 생성함으로써, 상기와 같은 복수의 공진점 중 비교적 고주파수측의 공진 주파수 fh에서 나타나는 공진을 억제하는 공진 억제 기능을 구비한다.

도 4로 돌아와, 제2 입력 신호 생성부(52)는 제2 로우 패스 필터(521), 가중치 설정부(522), 가중치 곱셈부(523), 설정 관성 곱셈부(524)를 구비한다.

제2 로우 패스 필터(521)는 입력측 속도 검출 신호 ω로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시킨다. 이하에서는, 제2 로우 패스 필터(521)의 출력 신호, 즉 입력측 속도 검출 신호 ω를 제2 로우 패스 필터(521)에 통과시켜, 고주파수 성분을 감쇠함으로써 얻어지는 필터 신호를 ω_f로 표기한다. 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f는 가중치 설정부(522) 및 가중치 곱셈부(523)에 입력된다. 제2 로우 패스 필터(521)의 전달 함수 GLPF2(s)는 하기 식 (8)에 나타내는 바와 같이, 3개의 필터 계수 a1, a2, b1에 의해 특징지어진다. 하기 식 (8)에 나타내는 바와 같이, 제2 로우 패스 필터(521)의 전달 함수 GLPF2(s)의 분모 다항식의 차수는 2이며, 또한 그 함수형은 제1 로우 패스 필터(511)의 전달 함수 GLPF1(s)의 분모 다항식과 동일하다. 또한 제2 로우 패스 필터(521)의 전달 함수 GLPF2(s)의 분자 다항식의 차수는 1이다. 즉, 제2 로우 패스 필터(521)의 전달 함수 GLPF2(s)의 분자 다항식의 차수는 제1 로우 패스 필터(511)의 전달 함수 GLPF1(s)의 분자 다항식의 차수보다 크다. 아울러, 제2 로우 패스 필터(521)의 입출력 특성을 특징짓는 3개의 필터 계수 a1, a2, b1의 값을 설정하는 순서에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.

[수학식 8]

가중치 설정부(522)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f에 따라 0부터 1의 사이의 값으로 설정한 가중치 신호 w를 생성하고, 가중치 곱셈부(523)로 출력한다. 보다 구체적으로는, 가중치 설정부(522)는 필터 신호 ω_f의 값과 가중치 신호 w의 값을 관련짓는 제어 맵을 구비하고 있으며, 필터 신호 ω_f의 값을 기초로 이 제어 맵을 검색함으로써 가중치 신호 w의 값을 설정한다.

도 7은 가중치 신호 w의 값을 결정하는 제어 맵의 일 예이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 가중치 설정부(522)에서는, 필터 신호 ω_f의 값이 0 이상이면서 소정의 제1 임계값 ω1 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 최소값인 0으로 하고, 필터 신호 ω_f의 값이 제1 임계값 ω1보다 큰 제2 임계값 ω2 이상인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 최대값인 1로 하고, 필터 신호 ω_f의 값이 제1 임계값 ω1 이상이면서 제2 임계값 ω2 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 0부터 1의 사이에서 필터 신호 ω_f의 값에 비례한 값으로 한다. 다시 말하면, 가중치 설정부(522)에서는, 필터 신호 ω_f의 값이 제1 임계값 ω1 미만인 경우에는, 필터 신호 ω_f의 값이 제1 임계값 ω1 이상인 경우보다 가중치 신호 w의 값을 작게 한다. 또한 가중치 설정부(522)는 필터 신호 ω_f의 값이 제2 임계값 ω2 미만인 경우에는, 필터 신호 ω_f의 값이 제2 임계값 ω2 이상인 경우보다 가중치 신호 w의 값을 작게 한다. 아울러 이들 제1 임계값 ω1 및 제2 임계값 ω2의 구체적인 설정예에 대해서는, 이후에 가중치 신호 w로 가중치 부여함에 따른 효과의 설명과 함께 설명한다.

아울러 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 가중치 신호 w의 값을 필터 신호 ω_f의 값을 기초로 설정하는 경우에 대해 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 가중치 신호 w의 값은 입력측 동력계(21)의 출력축의 회전 속도에 비례한 파라미터를 기초로 설정하면 무방하며, 예를 들어 제2 로우 패스 필터(521)를 통과하기 전의 입력측 속도 검출 신호 ω의 값을 기초로 설정할 수도 있다.

가중치 곱셈부(523)는 필터 신호 ω_f에 가중치 신호 w를 곱한 것을 설정 관성 곱셈부(524)로 출력한다. 설정 관성 곱셈부(524)는 가중치 곱셈부(523)의 출력 신호에 소정의 설정 관성 Jset를 곱함으로써 제2 입력 신호를 생성하고, 이 제2 입력 신호를 토크 지령 신호 생성부(54)에 입력한다. 이 설정 관성 Jset는 전기 관성 제어에 의해 입력측 동력계(21)에서 실현하고자 하는 관성 모멘트이며, 완성 차에 탑재한 상태에서는 공시체(W)의 입력축(SI)에 접속되는 엔진의 관성 모멘트로 설정된다. 이 설정 관성 Jset는 예를 들어 입력측 동력계(21)의 실제 관성 모멘트보다 작은 값으로 설정된다.

이상과 같이 제2 입력 신호 생성부(52)에서는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f에 0부터 1의 사이의 값으로 설정된 가중치 신호 w 및 설정 관성 Jset에 의해 가중치 부여함으로써 제2 입력 신호를 생성한다.

이와 같이 제2 입력 신호 생성부(52)에서는, 가중치 신호 w는 입력측 동력계(21)의 출력축의 회전 속도에 비례한 파라미터인 입력측 속도 검출 신호 ω 또는 그 필터 신호 ω_f와, 전기 관성 제어에 의해 입력측 동력계(21)에서 실현하고자 하는 관성 모멘트인 설정 관성 Jset에 곱해진다. 때문에, 입력측 속도 검출 신호 ω 또는 그 필터 신호 ω_f에 따라 가중치 신호 w의 값을 변화시키는 것은, 입력측 속도 검출 신호 ω 또는 그 필터 신호 ω_f에 따라 설정 관성 Jset의 값을 변화시키는 것과 등가이다. 따라서 도 7을 참조하여 설명한 순서에 따라 가중치 신호 w의 값을 설정하는 것은 입력측 속도 검출 신호 ω 또는 그 필터 신호 ω_f가 작아질수록 설정 관성 Jset의 값을 작게 하는 것, 다시 말하면 입력측 속도 검출기(23)의 지연이 커질수록 전기 관성 제어에 의해 입력측 동력계(21)에서 실현하고자 하는 관성 모멘트를 가볍게 하는 것과 등가이다. 때문에 제2 입력 신호 생성부(52)에서는, 상술한 바와 같은 가중치 신호 w를 정의하지 않고, 예를 들어 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f에 설정 관성 Jset만을 곱함으로써 제2 입력 신호를 생성하는 동시에, 이 설정 관성 Jset를 필터 신호 ω_f(또는 입력측 속도 검출 신호 ω)의 값으로 변화시켜도 동일한 효과를 나타낸다.

다음으로, 제1 로우 패스 필터(511) 및 제2 로우 패스 필터(521)의 입출력 특성을 특징짓는 필터 계수 a1, a2, b1을 설정하는 순서에 대해 설명한다.

이들 3개의 필터 계수 a1, a2, b1은 3개의 입력 신호 생성부(51, 52, 53) 및 토크 지령 신호 생성부(54)로 구성되는 제어 회로의 폐루프 전달 함수의 특성 다항식이, 소정의 응답 주파수 fc 및 소정의 계수 c1, c2, c3에 의해 특징지어지는 하기 다항식 Pc(s)가 되도록 설정된다. 여기서 응답 주파수 fc는 상기 입력축(SI)의 공진 주파수 fh보다 충분히 낮아지도록 결정된다. 보다 구체적으로는, 공진 주파수 fh를 약 400 Hz로 한 경우, 응답 주파수 fc는 예를 들어 100Hz 정도로 설정된다. 또한 계수 c1, c2, c3의 구체적인 값은 도 4의 제어 회로에 의해 안정된 전기 관성 제어가 실현되도록 설정된다. 이로써, 입력측 제어 장치(5)에 의한 전기 관성 제어의 응답을 응답 주파수 fc 정도까지 높일 수 있다.

[수학식 9]

하기 식 (10-1)~(10-3)에는 본 실시 형태의 입력측 제어 장치(5)에서의 필터 계수 a1, a2, b1의 구체적인 설정예를 나타낸다. 하기 식 (10-1)~(10-3)에서, J1은 입력측 동력계(21)부터 입력측 축 토크 검출기(24)까지의 관성 모멘트이며, J2는 공시체(W)의 관성 모멘트이며, 각각 설계값이 이용된다.

[수학식 10]

또한 상기 식 (10-1)~(10-3)을 도출함에 있어서, 입력측 토크 지령 신호 Tr부터 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh까지의 제어 대상 특성(Tsh/Tr) 및 입력측 토크 지령 신호 Tr부터 입력측 속도 검출 신호 ω까지의 제어 대상 특성(ω／Tr)을 하기 식 (11-1) 및 (11-2)에 나타내는 바와 같이 근사했다. 하기 식 (11-1) 및 (11-2)는 관성 모멘트 J1로 특징지어지는 관성체와 관성 모멘트 J2로 특징지어지는 관성체를 축으로 연결하여 얻어지는 2관성계의 운동 방정식에 있어서, 축 강성을 무한대로 한 경우에 도출된다. 상술한 바와 같이 전기 관성 제어의 응답 주파수 fc를 입력축(SI)의 공진 주파수 fh보다 충분히 낮다고 가정한 경우, 이 근사는 타당하다.

[수학식 11]

또한 상기 식 (10-1)~(10-3)을 도출함에 있어서, 제3 입력 신호 생성부(53)의 전달 함수 Ge0(s)는 0으로 근사하고, 가중치 신호 w의 값은 1로 했다. 상술한 바와 같이 전달 함수 Ge0(s)는 입력축(SI)의 공진 주파수 fh에서의 공진을 억제하는 공진 억제 효과가 있기 때문에, 그 게인은 공진 주파수 fh보다 저주파수측에서는 저하되는 밴드 패스 특성이 있다. 때문에, 상기 식 (10-1)~(10-3)을 도출함에 있어서, 전달 함수 Ge0(s)를 0으로 하는 근사는 타당하다.

다음으로, 제2 입력 신호 생성부(52)에서, 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f를 가중치 신호 w에 의해 가중치 부여함으로써 제2 입력 신호를 생성함에 따른 효과에 대해, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다.

도 8은 종래의 입력측 제어 장치에 의한 회전 상승 시의 제어예를 나타내는 타임 차트이다. 여기서 종래의 입력측 제어 장치란, 가중치 설정부(522) 및 가중치 곱셈부(523)를 구비하지 않는 점에서 도 4의 입력측 제어 장치(5)와 상이하다. 즉 종래의 입력측 제어 장치란, 도 4의 입력측 제어 장치(5)에서 가중치 신호 w의 값을 항상 1로 계속한 경우에 상당한다.

또한 도 8 및 후술하는 도 9에는, 시각 t0에서 입력측 동력계(21)가 정지해 있으면서 축 토크도 작용하고 있지 않은 상태로부터, 시각 t1에서 엔진 토크 지령 신호 Tref의 값을 0으로부터 소정의 양의 값까지 계단형으로 변화시킨 경우의 엔진 토크 지령 신호 Tref(도 4의 최상단), 입력측 토크 지령 신호 Tr(도 4 위에서 2단째), 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh(도 4 위에서 3단째), 입력측 속도 검출 신호 ω(도 4의 최하단)의 변화를 나타낸다. 또한 도 8 및 도 9의 최하단에는, 입력측 동력계(21)의 출력축의 실제 회전 속도를 참고를 위해 파선으로 나타낸다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 시각 t1에서 엔진 토크 지령 신호 Tref의 값을 계단형으로 증가시키면, 종래의 입력측 제어 장치는 이 엔진 토크 지령 신호 Tref의 증가에 추종하도록 토크 지령 신호 Tr의 값을 0으로부터 증가시킨다. 또한 이와 같이 토크 지령 신호 Tr의 값을 0으로부터 증가시킴으로써 입력측 동력계(21)의 출력축의 회전 속도도 증가하기 시작하고, 나아가서는 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 값도 증가하기 시작한다.

그러나 상술한 바와 같이 입력측 속도 검출기(23)로부터 출력되는 입력측 속도 검출 신호 ω는 입력측 축 토크 검출기(24)로부터 출력되는 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh보다 0으로부터의 상승이 늦다. 때문에 도 8에 나타내는 바와 같이, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값은 시각 t1의 직후에서 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh나 입력측 동력계(21)의 실제 회전 속도가 0으로부터 증가하기 시작한 후도 역시 대략 0을 나타낸다. 또한 이 입력측 속도 검출 신호 ω의 값은 시각 t1의 직후에서 실제 회전 속도가 0으로부터 증가하기 시작하고 나서 소정의 지연 시간 dt가 경과한 후, 시각 t2에서 0으로부터 소정의 상승 폭 dω만큼 계단형으로 증가한다.

아울러 회전 상승 시의 입력측 속도 검출 신호 ω의 지연 시간 dt나 상승 폭 dω는 입력측 속도 검출기(23)로서 인크리멘탈 엔코더를 채용한 경우, 이 인크리멘탈 엔코더의 해상도나 입력측 동력계(21)의 회전 상승 시의 회전 속도 등에 따라 변화한다. 즉 지연 시간 dt나 상승 폭 dω는 인크리멘탈 엔코더의 해상도가 낮아질수록 커지며, 또한 입력측 동력계(21)의 회전 상승 시의 회전 속도가 지연될수록 커지는 경향이 있다.

이와 같이 시각 t2에서는 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 급격히 증가하기 때문에, 도 8에 나타내는 바와 같이 종래의 입력측 제어 장치에서는 제2 입력 신호의 값이 0으로부터 양의 소정값으로 급격히 증가하고, 나아가서는 토크 지령 신호 Tr의 값 및 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 값은 음의 소정값으로 급격히 감소한다. 이와 같이 종래의 입력측 제어 장치에서는 입력측 속도 검출 신호 ω가 입력축 토크 검출 신호 Tsh에 뒤처져 급격히 0으로부터 상승하는 것에서 기인하여, 토크 지령 신호 Tr, 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh 및 입력측 속도 검출 신호 ω가 도 8에 나타내는 바와 같이 진동한다.

도 9는 본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5)에 의한 회전 상승 시의 제어예를 나타내는 타임 차트이다. 또한 도 9의 제어예에서는, 제1 임계값 ω1은 상승 폭 dω로서 상정되는 값 중 가장 큰 값보다 큰 값으로 설정했다. 또한 제2 임계값 ω2는 제1 임계값 ω1보다 크면서 공시체(W)가 탑재되는 완성 차에서의 엔진의 아이들 회전수보다 낮은 값으로 설정했다.

도 9에 나타내는 바와 같이 입력측 속도 검출 신호 ω의 값은 시각 t1의 직후에서 실제 회전 속도가 0으로부터 증가하기 시작하고 나서 지연 시간 dt가 경과한 후, 시각 t2에서 0으로부터 상승 폭 dω만큼 계단형으로 증가한다. 이와 같이 시각 t2까지의 거동은 도 8에 나타내는 종래의 입력측 제어 장치에 의한 제어예와 거의 동일하다. 그러나 본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5)에서는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f를 가중치 신호 w로 가중치 부여함으로써 제2 입력 신호를 생성한다. 또한 도 7에 나타내는 바와 같이, 필터 신호 ω_f의 값이 상술한 바와 같이 상승 폭 dω보다 큰 값으로 설정된 제1 임계값 ω1 미만인 동안은, 가중치 신호 w의 값은 0으로 설정된다. 때문에 시각 t2에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 상승 폭 dω만큼 계단형으로 증가해도, 제2 입력 신호의 값은 0으로 유지된다. 때문에 도 9에 나타내는 바와 같이, 시각 t2에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 급격히 증가해도 입력측 토크 지령 신호 Tr의 값 및 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 값은 일정하게 유지된다.

또한 도 9에 나타내는 바와 같이, 시각 t3에서 필터 신호 ω_f의 값이 제1 임계값 ω1 이상이 된 것에 따라, 시각 t3 이후에서는 가중치 신호 w의 값은 0으로부터 증가하기 시작한다. 때문에 시각 t3 이후에서는, 제2 입력 신호의 값도 0으로부터 증가하기 시작하고, 이로써 도 9에 나타내는 바와 같이 입력측 토크 지령 신호 Tr의 값 및 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 값은 도 9에 나타내는 바와 같이 약간 진동한다. 그러나 본 실시 형태에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이 가중치 신호 w의 값을 0으로부터 서서히 증가시키기 때문에, 입력측 토크 지령 신호 Tr 및 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 진동의 진폭은 도 8에 나타내는 종래의 입력측 제어 장치에 의한 제어예와 비교해 충분히 작게 억제된다.

본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5)에 의하면, 이하의 효과를 나타낸다.

(1) 입력측 제어 장치(5)에서는, 제2 입력 신호 생성부(52)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f의 값이 제1 임계값 ω1 또는 제2 임계값 ω2 미만인 경우(즉, 아이들 회전수 이하의 저회전 영역인 경우), 필터 신호 ω_f의 값이 임계값 ω1 또는 ω2 이상인 경우(즉, 고회전 영역인 경우)보다 가중치 신호 w의 값을 작게 한다. 이로써 저회전 영역에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 급격히 증가한 경우에도, 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

(2) 입력측 제어 장치(5)에서는, 입력측 동력계(21)의 회전 속도를 검출하는 입력측 속도 검출기(23)로서, 출력축이 회전하면 그 회전 변위량에 따른 주파수의 펄스 신호를 입력측 속도 검출 신호 ω로서 생성하는 인크리멘탈 엔코더를 이용한다. 인크리멘탈 엔코더는 앱솔루트 엔코더나 리졸버 등의 기존에 알려진 속도 검출기 중에서는 저가라는 이점이 있다. 그러나 인크리멘탈 엔코더는 회전축이 정지한 상태로부터 회전하기 시작한 직후에는 펄스수가 부족하기 때문에, 0으로부터의 상승 시의 지연이 특히 현저해진다는 과제가 있다. 이에 반해 입력측 제어 장치(5)에 의하면, 상술한 바와 같이 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f의 값에 따라 가중치 신호 w의 값을 변화시킴으로써, 저회전 영역에서 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh가 진동하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 입력측 속도 검출기(23)로서 인크리멘탈 엔코더를 이용함으로써 발생하는 디메리트가 현재화되지도 않는다.

(3) 입력측 제어 장치(5)에서는, 제2 입력 신호 생성부(52)는 입력측 속도 검출 신호 ω를 제2 로우 패스 필터(521)에 통과시킴으로써 얻어지는 필터 신호 ω_f의 값에 따라 가중치 신호 w의 값을 설정하는 동시에, 이 필터 신호 ω_f의 값에 가중치 신호 w의 값과 설정 관성 Jset를 곱함으로써 제2 입력 신호를 생성한다. 이로써, 저회전 영역에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 급격히 증가한 경우에도, 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

(4) 입력측 제어 장치(5)에서 가중치 설정부(522)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f의 값이 0 이상이면서 제1 임계값 ω1 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 0으로 하고, 필터 신호 ω_f의 값이 제2 임계값 ω2 이상인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 1로 하고, 필터 신호 ω_f의 값이 제1 임계값 ω1 이상이면서 제2 임계값 ω2 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 0부터 1의 사이에서 필터 신호 ω_f의 값에 비례한 값으로 한다. 이로써, 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f의 값이 제2 임계값 ω2 미만인 저회전 영역에서는 필터 신호 ω_f의 값에 따라 가중치 신호 w의 값을 적절히 변화시킬 수 있으므로, 저회전 영역에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 급격히 증가한 경우에도, 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 10은 본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5A)의 제어 회로의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 10에는 입력측 제어 장치(5A)에 구성되는 제어 회로 중, 특히 입력측 동력계의 전기 관성 제어를 담당하는 부분을 나타낸다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 입력측 제어 장치(5A)는 제2 입력 신호 생성부(52A)의 구성이 도 4에 나타내는 입력측 제어 장치(5)와 상이하다. 이하의 입력측 제어 장치(5A)의 설명에서는, 도 4에 나타내는 입력측 제어 장치(5)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.

제2 입력 신호 생성부(52A)는 제2 로우 패스 필터(521), 가중치 설정부(522A), 가중치 곱셈부(523), 설정 관성 곱셈부(524), 제3 로우 패스 필터(525A)를 구비한다.

가중치 설정부(522A)는 입력측 속도 검출 신호 ω에 따라 0부터 1의 사이의 값으로 설정한 가중치 신호 w를 생성하고, 제3 로우 패스 필터(525A)로 출력한다. 보다 구체적으로는, 가중치 설정부(522A)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 값과 가중치 신호 w의 값을 관련짓는 제어 맵을 구비하고 있으며, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값을 기초로 이 제어 맵을 검색함으로써 가중치 신호 w의 값을 설정한다.

도 11은 가중치 신호 w의 값을 결정하는 제어 맵의 일 예이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 가중치 설정부(522A)에서는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 0 이상이면서 제1 임계값 ω1 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 최소값인 0으로 하고, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제2 임계값 ω2 이상인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 최대값인 1로 하고, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제1 임계값 ω1 이상이면서 제2 임계값 ω2 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 0부터 1의 사이에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값에 비례한 값으로 한다. 다시 말하면, 가중치 설정부(522A)에서는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제1 임계값 ω1 미만인 경우에는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제1 임계값 ω1 이상인 경우보다 가중치 신호 w의 값을 작게 한다. 또한 가중치 설정부(522A)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제2 임계값 ω2 미만인 경우에는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제2 임계값 ω2 이상인 경우보다 가중치 신호 w의 값을 작게 한다. 아울러, 제1 임계값 ω1은 제1 실시 형태와 마찬가지로 상승 폭 dω로서 상정되는 값 중 가장 큰 값보다 큰 값으로 설정된다. 제2 임계값 ω2도 또한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 임계값 ω1보다 크면서 공시체(W)가 탑재되는 완성 차에서의 엔진의 아이들 회전수보다 낮은 값으로 설정된다.

아울러 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 가중치 신호 w의 값을 입력측 속도 검출 신호 ω의 값을 기초로 설정하는 경우에 대해 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 가중치 신호 w의 값은 입력측 동력계(21)의 출력축의 회전 속도에 비례한 파라미터를 기초로 설정하면 무방하며, 예를 들어 입력측 속도 검출 신호 ω를 제2 로우 패스 필터(521)에 통과시킴으로써 얻어지는 필터 신호 ω_f의 값을 기초로 설정할 수도 있다.

제3 로우 패스 필터(525A)는 가중치 신호 w로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시킨다. 이하에서는, 제3 로우 패스 필터(525A)의 출력 신호, 즉 가중치 신호 w를 제3 로우 패스 필터(525A)에 통과시켜, 고주파수 성분을 감쇠함으로써 얻어지는 필터 신호를 w_f로 표기한다. 가중치 신호 w의 필터 신호 w_f는 가중치 곱셈부(523)에 입력된다. 제3 로우 패스 필터(525A)의 전달 함수 GLPF3(s)는 하기 식 (12)에 나타내는 바와 같이, 가중치 신호 w로부터 컷오프 주파수 1/Tf보다 높은 고주파수 성분을 감쇠시키는 동시에 컷오프 주파수 1/Tf보다 낮은 저주파수 성분을 통과시키는 1차의 로우 패스 필터다. 또한 제3 로우 패스 필터(525A)는 제2 로우 패스 필터(521)보다 낮은 주파수 성분을 감쇠시키도록, 제3 로우 패스 필터(525A)의 컷오프 주파수 1/Tf는 제2 로우 패스 필터(521)의 컷오프 주파수보다 낮게 설정된다.

[수학식 12]

가중치 곱셈부(523)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f에 가중치 신호 w의 필터 신호 w_f를 곱한 것을 설정 관성 곱셈부(524)로 출력한다. 설정 관성 곱셈부(524)는 가중치 곱셈부(523)의 출력 신호에 설정 관성 Jset를 곱함으로써 제2 입력 신호를 생성하고, 이 제2 입력 신호를 토크 지령 신호 생성부(54)에 입력한다.

이상과 같이 제2 입력 신호 생성부(52A)에서는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f를 가중치 신호 w의 필터 신호 w_f 및 설정 관성 Jset에 의해 가중치 부여함으로써 제2 입력 신호를 생성한다.

다음으로, 제2 입력 신호 생성부(52A)에서, 가중치 신호 w의 필터 신호 w_f에 의해 가중치 부여함에 따른 효과에 대해, 도 9 및 도 12를 참조하면서 설명한다.

도 12는 본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5A)에 의한 회전 상승 시의 제어예를 나타내는 타임 차트이다. 또한 도 12에는, 상술한 도 8 및 도 9에 나타내는 예와 동일한 순서에 의해 엔진 토크 지령 신호 Tref의 값을 계단형으로 변화시킨 경우의 엔진 토크 지령 신호 Tref(도 12의 최상단), 입력측 토크 지령 신호 Tr(도 12 위에서 2단째), 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh(도 12 위에서 3단째), 입력측 속도 검출 신호 ω(도 12의 최하단)의 변화를 나타낸다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값은 시각 t1의 직후에서 실제 회전 속도가 0으로부터 증가하기 시작하고 나서 지연 시간 dt가 경과한 후, 시각 t2에서 0으로부터 상승 폭 dω만큼 계단형으로 증가하며, 그 후 시각 t3에서 제1 임계값 ω1 이상이 된다. 이와 같이 시각 t3까지의 거동은 도 9에 나타내는 제1 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5)에 의한 제어예와 거의 동일하다.

여기서 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5)에서는 시각 t3 이후에서 토크 지령 신호 Tr 및 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 값이 약간 진동한다. 이는 제3 로우 패스 필터(525A)를 구비하지 않는 입력측 제어 장치(5)에서, 가중치 신호 w는 시각 t3 이후, 전기 관성 제어의 응답 주파수 fc 정도의 주파수로 변동하기 시작하는 것에서 기인한다.

이에 반해 본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5A)에서는, 입력측 속도 검출 신호 ω를 기초로 가중치 신호 w를 생성하고, 다시 이 가중치 신호 w를 제3 로우 패스 필터(525A)에 통과시킴으로써 얻어지는 필터 신호 w_f에 의해 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f를 가중치 부여한다. 상술한 바와 같이 제3 로우 패스 필터(525A)의 컷오프 주파수 1/Tf는 제2 로우 패스 필터(521)의 컷오프 주파수보다 낮아지도록 설정된다. 때문에 입력측 제어 장치(5A)에서는, 시각 t3 이후, 가중치 신호 w의 필터 신호 w_f의 변동을 전기 관성 제어의 응답 주파수 fc보다 낮은 컷오프 주파수 1/Tf 이하로 억제할 수 있으므로, 도 12에 나타내는 바와 같이 시각 t3 이후에서의 토크 지령 신호 Tr 및 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 진동도 억제할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5A)에 의하면, 상기 (1)~(2)의 효과에 더하여 이하의 효과를 나타낸다.

(5) 입력측 제어 장치(5A)에서는, 제2 입력 신호 생성부(52A)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 값에 따라 가중치 신호 w의 값을 설정하는 동시에, 입력측 속도 검출 신호 ω를 제2 로우 패스 필터(521)에 통과시킴으로써 얻어지는 필터 신호 ω_f의 값에, 가중치 신호 w를 제3 로우 패스 필터(525A)에 통과시킴으로써 얻어지는 필터 신호 w_f의 값과 설정 관성 Jset를 곱함으로써 제2 입력 신호를 생성한다. 이로써, 저회전 영역에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 급격히 증가한 경우에도 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh가 진동하는 것을 억제할 수 있다. 또한 제2 입력 신호 생성부(52A)는 제2 로우 패스 필터(521)와 제3 로우 패스 필터(525A)의 2개의 로우 패스 필터를 이용함으로써, 입력측 동력계(21)의 회전 속도가 0으로부터 상승할 때의 제2 입력 신호의 변화 정도를 미세하게 조정할 수 있으므로, 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 진동을 제1 실시 형태에 따른 입력측 제어 장치(5)보다 더욱 억제할 수 있다.

(6) 입력측 제어 장치(5A)에 있어서, 제3 로우 패스 필터(525A)는 제2 로우 패스 필터(521)보다 낮은 주파수 성분을 감쇠시킨다. 이로써, 입력측 동력계(21)의 회전 속도가 0으로부터 상승할 때의 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh의 진동을 더욱 억제할 수 있다.

(7) 입력측 제어 장치(5A)에서 가중치 설정부(522A)는 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 0 이상이면서 제1 임계값 ω1 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 0으로 하고, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제2 임계값 ω2 이상인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 1로 하고, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제1 임계값 ω1 이상이면서 제2 임계값 ω2 미만인 경우에는 가중치 신호 w의 값을 0부터 1의 사이에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값에 비례한 값으로 한다. 이로써, 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 제2 임계값 ω2 미만인 저회전 영역에서는 입력측 속도 검출 신호 ω의 값에 따라 가중치 신호 w의 값을 적절히 변화시킬 수 있으므로, 저회전 영역에서 입력측 속도 검출 신호 ω의 값이 급격히 변화한 경우에도 입력측 토크 지령 신호 Tr이나 입력측 축 토크 검출 신호 Tsh가 진동하는 것을 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 제1, 제2 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지의 범위 내에서 세부 구성을 적절히 변경할 수도 있다.

예를 들어 상기 제1 실시 형태(또는 제2 실시 형태)에서, 제2 입력 신호 생성부(52)(또는 제2 입력 신호 생성부(52A))에서는, 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f에 가중치 신호 w(또는 필터 신호 w_f)와 설정 관성 Jset를 곱하는 동시에, 설정 관성 Jset를 일정 값으로 고정하고, 가중치 신호 w(또는 필터 신호 w_f)의 값을 필터 신호 ω_f(또는 입력측 속도 검출 신호 ω)의 값으로 변화시키는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 입력측 속도 검출 신호 ω의 필터 신호 ω_f에 설정 관성 Jset만을 곱하고, 이 설정 관성 Jset를 필터 신호 ω_f(또는 입력측 속도 검출 신호 ω)의 값으로 변화시켜도 동일한 효과를 나타낸다.

1: 시험 시스템
21: 입력측 동력계(동력계)
22: 입력측 인버터(인버터)
23: 입력측 속도 검출기(속도 검출기)
24: 입력측 축 토크 검출기(축 토크 검출기)
5, 5A: 입력측 제어 장치(동력계 제어 장치)
51: 제1 입력 신호 생성부
52, 52A: 제2 입력 신호 생성부
521: 제2 로우 패스 필터(필터, 제1 필터)
522, 522A: 가중치 설정부
523: 가중치 곱셈부(곱셈부)
524: 설정 관성 곱셈부(곱셈부)
525A: 제3 로우 패스 필터(제2 필터)
53: 제3 입력 신호 생성부
54: 토크 지령 신호 생성부
W: 공시체
SI: 입력축
SO1, SO2: 출력축

Claims

입력축 및 출력축을 구비하는 공시체의 입력축에 연결된 동력계,
토크 지령 신호에 따른 전력을 상기 동력계에 공급하는 인버터,
상기 동력계의 회전 속도에 따른 속도 검출 신호를 발생하는 속도 검출기,
상기 입력축에 작용하는 축 토크에 따른 축 토크 검출 신호를 발생하는 축 토크 검출기를 구비하는 시험 시스템에 있어서, 상기 토크 지령 신호에 대한 상위 지령 신호, 상기 속도 검출 신호 및 상기 축 토크 검출 신호를 이용하여 상기 토크 지령 신호를 생성하는 동력계 제어 장치이며,
상기 상위 지령 신호와 상기 축 토크 검출 신호의 편차를 기초로 제1 입력 신호를 생성하는 제1 입력 신호 생성부,
소정의 가중치 신호에 의해 가중치 부여된 상기 속도 검출 신호를 기초로 제2 입력 신호를 생성하는 제2 입력 신호 생성부,
상기 제1 및 제2 입력 신호를 기초로 상기 토크 지령 신호를 생성하는 토크 지령 신호 생성부를 구비하고,
상기 제2 입력 신호 생성부는 상기 속도 검출 신호의 값 또는 그 필터값이 소정의 임계값 미만인 경우에는, 상기 속도 검출 신호의 값 또는 그 필터값이 상기 임계값 이상인 경우보다 상기 가중치 신호의 값을 작게 하고,
상기 속도 검출 신호는 상기 축 토크 검출 신호보다 0으로부터의 상승이 늦는 것을 특징으로 하는 동력계 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 속도 검출기는 상기 동력계의 출력축이 회전하면 그 회전 변위량에 따른 주파수의 펄스 신호를 상기 속도 검출 신호로서 생성하는 인크리멘탈 엔코더인 것을 특징으로 하는 동력계 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 입력 신호 생성부는
상기 속도 검출 신호로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시키는 필터,
상기 필터의 출력 신호의 값에 따른 값의 상기 가중치 신호를 출력하는 가중치 설정부,
상기 필터의 출력 신호에 상기 가중치 신호 및 소정의 설정 관성을 곱함으로써 상기 제2 입력 신호를 생성하는 곱셈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동력계 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 가중치 설정부는 상기 필터의 출력 신호의 값이 0 이상이면서 제1 임계값 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0으로 하고, 상기 필터의 출력 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 큰 제2 임계값 이상인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 1로 하고, 상기 필터의 출력 신호의 값이 상기 제1 임계값 이상이면서 상기 제2 임계값 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0부터 1의 사이에서 상기 필터의 출력 신호의 값에 비례한 값으로 하는 것을 특징으로 하는 동력계 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 입력 신호 생성부는
상기 속도 검출 신호로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시키는 제1 필터,
상기 속도 검출 신호의 값에 따른 값의 상기 가중치 신호를 출력하는 가중치 설정부,
상기 가중치 신호로부터 고주파수 성분을 감쇠시켜 저주파수 성분을 통과시키는 제2 필터,
상기 제1 필터의 출력 신호에 상기 제2 필터의 출력 신호 및 소정의 설정 관성을 곱함으로써 상기 제2 입력 신호를 생성하는 곱셈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동력계 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 필터는 상기 제1 필터보다 낮은 주파수 성분을 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 동력계 제어 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 가중치 설정부는 상기 속도 검출 신호의 값이 0 이상이면서 제1 임계값 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0으로 하고, 상기 속도 검출 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 큰 제2 임계값 이상인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 1로 하고, 상기 속도 검출 신호의 값이 상기 제1 임계값 이상이면서 상기 제2 임계값 미만인 경우에는 상기 가중치 신호의 값을 0부터 1의 사이에서 상기 속도 검출 신호의 값에 비례한 값으로 하는 것을 특징으로 하는 동력계 제어 장치.