WO2020095507A1 - 軸トルク制御装置 - Google Patents

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WO2020095507A1
WO2020095507A1 PCT/JP2019/032483 JP2019032483W WO2020095507A1 WO 2020095507 A1 WO2020095507 A1 WO 2020095507A1 JP 2019032483 W JP2019032483 W JP 2019032483W WO 2020095507 A1 WO2020095507 A1 WO 2020095507A1
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torque
output
shaft
command signal
input
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PCT/JP2019/032483
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English (en)
French (fr)
Inventor
岳夫 秋山
Original Assignee
株式会社明電舎
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/02—Arrangement or mounting of electrical propulsion units comprising more than one electric motor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/007—Subject matter not provided for in other groups of this subclass by applying a load, e.g. for resistance or wear testing

Definitions

  • the present invention relates to a shaft torque control device. More particularly, it relates to a shaft torque control device for a tandem motor system including two motors connected in series.
  • ⁇ Drive train is a general term for a plurality of devices for transmitting energy generated in the engine to the drive wheels, and is composed of an engine, a clutch, a transmission, a drive shaft, a propeller shaft, a differential gear, a drive wheel, and the like.
  • the transmission is actually driven by the engine, and the output side dynamometer connected to the output shaft is electrically inertially controlled, so that the load torque that simulates the inertia of the tire or vehicle body is applied to the output shaft. While giving, the durability performance and quality of the test drive train are evaluated.
  • Patent Document 1 proposes a test system that generates a driving torque to be input to the input shaft of the test piece by using a tandem dynamometer system in which two dynamometers are connected in series. According to the test system of Patent Document 1, by connecting two dynamometers in series, a large driving torque can be generated without increasing the diameter of each dynamometer.
  • Patent Document 1 discloses a technique for designing a shaft torque control device of a tandem dynamometer system having a function of suppressing such torsional resonance based on a generalized plant.
  • Patent Document 1 does not sufficiently examine the function of suppressing the deviation between the shaft torque command value and the shaft torque detection value. Therefore, in the shaft torque control device designed by the design method shown in Patent Document 1, a deviation occurs between the shaft torque command value and the shaft torque detection value, as will be described later with reference to FIG. 7. It may happen.
  • the present invention provides a shaft torque deviation suppressing function for suppressing a deviation between a shaft torque command signal and a shaft torque detection signal with respect to a shaft torque between a first motor and a load device, and a torsional resonance of a shaft connecting each motor and a specimen.
  • An object of the present invention is to provide a shaft torque control device for a tandem motor system that has both a resonance suppression function that suppresses the above.
  • a load device for example, a sample W described later
  • a load shaft for example, an input shaft SI described later
  • a first output shaft for example, an output shaft S1 described later
  • a first motor for example, a front dynamometer 21 described later
  • a first torque current command signal for example, a front torque current command signal described later
  • its second output shaft for example, an output shaft S2 described below is connected to the first output shaft and a second motor (for example, a rear described below) that generates a torque according to a second torque current command signal (for example, a rear torque current command signal described below).
  • a dynamometer 22 and a shaft torque detector that generates a shaft torque detection signal (for example, a front shaft torque detection signal described later) according to a shaft torque between the load device and the first motor (eg, a front shaft torque detection signal).
  • a shaft torque detection signal for example, a front shaft torque detection signal described later
  • a front shaft torque meter 25 described later
  • a tandem motor system for example, a test system 1 described below
  • a shaft torque command signal for example, a higher shaft torque command signal described later
  • a shaft torque control device for example, a shaft torque control device 5 described later of the tandem motor system that generates the first and second torque current command signals so as to suppress a shaft torque deviation from the shaft torque detection signal.
  • the shaft torque control device includes a generalized plant (for example, a generalized plant P described later) including a nominal model (for example, a nominal model N described later) that imitates the input / output characteristics of the controlled object, and the shaft.
  • the first observation output corresponding to the torque deviation for example, a first observation output y1 described later
  • the second observation output corresponding to the shaft torque detection signal for example, a second observation output y2 described later
  • a first control input (for example, a first control input u1 described later) corresponding to the torque current command signal and a second control input (for example, a second control input u2 described below) corresponding to the second torque current command signal are input to the above
  • a feedback control system for example, a feedback control system 8 described later
  • a controller for example, a controller K described later
  • a predetermined design condition is satisfied
  • a first model output for example, a front transmission torque t1 described below
  • a second model output for example, a rear transmission torque t2 described later
  • a first weighting function for example, a first control amount weighting function Ge (s) described below
  • a first control amount output for example, a first control amount output z1 described below
  • a second control amount output for example, a second control amount output z2 described later
  • a third control amount output obtained by weighting the output with a third weighting function (for example, a third control amount weighting function Gt2 (s) described later) is defined. Is characterized by.
  • the difference between the first control input and the second control input is weighted by a fourth weighting function (for example, a fourth control amount weighting function Gie (s) described later). It is preferable that the fourth controlled variable output (for example, a fourth controlled variable output z4 described later) is further defined.
  • the target for the ratio of the first torque current command signal to the sum of the first torque current command signal and the second torque current command signal is a first target ratio (for example, a first target ratio described later).
  • a target for the ratio of the second torque current command signal to the sum is a second target ratio (for example, a second target ratio r2 described later)
  • the generalized plant has the first control input and the The difference between the product of the second target ratio and the product of the second control input and the first target ratio is weighted with a fourth weighting function (for example, a fourth control amount weighting function Gie (s) described later).
  • a fourth weighting function for example, a fourth control amount weighting function Gie (s) described later.
  • Gie fourth control amount weighting function
  • the load device shifts the power input to the load shaft and transmits the power to an output shaft (for example, output shafts SO1 and SO2 described later) (for example, a drive train described below).
  • the test system W in which the tandem motor system includes a load motor that applies a load to the output shaft (for example, a first output side dynamometer 31 and a second output side dynamometer 32 described later).
  • the test system 1) described later is preferable.
  • the shaft torque control device corresponds to a generalized plant equipped with a nominal model simulating the input / output characteristics of a tandem motor system, and a first observation output and a shaft torque detection signal corresponding to a shaft torque deviation.
  • a feedback control system comprising: a controller that gives a first control input corresponding to a first torque current command signal and a second control input corresponding to a second torque current command signal to a generalized plant based on a second observation output,
  • the controller includes a controller designed by a computer so as to satisfy a predetermined design condition.
  • the first controlled variable output obtained by weighting the first observation output corresponding to the shaft torque deviation with the first weighting function and the first model of the nominal model corresponding to the shaft torque between the load device and the first motor.
  • the shaft torque control device is designed based on the generalized plant in which the controlled variable output is specified.
  • the fourth control amount output obtained by weighting the difference between the product of the first control input and the second target ratio and the product of the second control input and the first target ratio by the fourth weighting function is
  • the shaft torque control device is designed based on the further defined generalized plant. According to the shaft torque control device designed based on such a generalized plant, the ratio between the first torque current command signal for the first motor and the second torque current command signal for the second motor is the ratio of the first target ratio to the first target ratio.
  • a torque distribution function that controls the shaft torque so that the second target ratio is achieved, that is, the ratio of the torque load of the first motor and the torque load of the second motor is the first target ratio to the second target ratio. Can be realized.
  • the load device is a drive train for a vehicle that changes the power input to the load shaft and transmits the power to the output shaft
  • the tandem motor system is a load motor that applies a load to the output shaft of the drive train.
  • the drive train test system is equipped with.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a generalized plant used when designing the shaft torque control device of the first embodiment. It is a figure which shows the structure of a nominal model. It is a flow chart which shows the procedure of designing a shaft torque control device based on a generalized plant.
  • 5 is a diagram showing a control result by the shaft torque control device of Comparative Example 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing a control result by the shaft torque control device of Comparative Example 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a control result by the shaft torque control device of the first embodiment. It is a figure which shows the structure of the generalized plant used when designing the shaft torque control apparatus of Example 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing a control result by the shaft torque control device of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a drive train test system 1 including a shaft torque control device 5 according to the present embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of a test system 1 in which a drive train of a vehicle of the FF drive system is used as a sample W and the performance of the sample W is evaluated, but the present invention is not limited to this.
  • the sample W may be, for example, a drive train of an FR drive type vehicle.
  • the test piece W is a drive train for a vehicle, and when mounted on a completed vehicle, an input shaft SI to which an engine (not shown) is connected, left and right output shafts SO1 and SO2 that are drive shafts, and input to the input shaft SI are input.
  • a torque converter TC that amplifies the generated power and transmits it to the output shafts SO1 and SO2, and a transmission TM that shifts the power input to the input shaft SI and transmits it to the output shafts SO1 and SO2.
  • the test system 1 includes a front dynamometer 21, a rear dynamometer 22, a front inverter 23, a rear inverter 24, a front shaft torque meter 25, a front encoder 26, a rear encoder 27, which are provided on the input shaft SI side of the sample W.
  • the front end side of the output shaft S1 of the front dynamometer 21 is connected to the input shaft SI of the sample W.
  • the front inverter 23 supplies power to the front dynamometer 21 according to the front torque current command signal.
  • the front dynamometer 21 generates torque according to the front torque current command signal.
  • the tip side of the output shaft S2 of the rear dynamometer 22 is connected to the base end side of the output shaft S1 of the front dynamometer 21 via a coupling C.
  • the rear inverter 24 supplies power to the rear dynamometer 22 according to the rear torque current command signal.
  • the rear dynamometer 22 generates torque according to the rear torque current command signal.
  • the test system 1 is a so-called tandem dynamometer system in which the tandem dynamometer 20 configured by connecting the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 in series is connected to the input shaft SI of the sample W. Is.
  • the front shaft torque meter 25 generates a front shaft torque detection signal corresponding to the front shaft torque between the output shaft S1 of the front dynamometer 21 and the input shaft SI of the sample W, and inputs it to the shaft torque control device 5.
  • the front encoder 26 detects the rotation speed (the number of rotations of the shaft per unit time) of the output shaft S1 of the front dynamometer 21, generates a front speed detection signal corresponding to this rotation speed, and sends it to the shaft torque control device 5.
  • the rear encoder 27 detects the rotation speed of the output shaft S2 of the rear dynamometer 22, generates a rear speed detection signal corresponding to this rotation speed, and inputs the rear speed detection signal to the shaft torque control device 5.
  • the shaft torque control device 5 uses the front shaft torque detection signal from the front shaft torque meter 25 and the upper shaft torque command signal corresponding to the command signal for the front shaft torque detected by the front shaft torque meter 25 to determine the front torque.
  • a current command signal and a rear torque current command signal are generated, and these torque current command signals are input to the front inverter 23 and the rear inverter 24.
  • the upper axis torque command signal is generated in an upper controller (not shown) according to the contents of the test on the sample W.
  • the shaft torque control device 5 causes the tandem dynamometer 20 to generate a drive torque simulating the engine in the completed vehicle in which the test piece W is mounted, and drives the input shaft SI of the test piece W.
  • the shaft torque control device 5 controls the front torque current command signal and the rear torque current command so as to suppress a shaft torque deviation (upper shaft torque command signal-front shaft torque detection signal) between the higher shaft torque command signal and the front shaft torque detection signal. It has at least both functions of a shaft torque deviation suppressing function for generating a signal and a resonance suppressing function for suppressing torsional resonance between the output shaft S1 and the input shaft SI and between the output shaft S2 and the output shaft S1.
  • the shaft torque control device 5 having the shaft torque deviation suppressing function and the resonance suppressing function can be obtained by designing according to the procedure described later with reference to FIGS. 2 to 4 and FIG. 9.
  • the output shaft of the first output-side dynamometer 31 is connected to the output shaft SO1 of the sample W.
  • the first output-side inverter 33 supplies power corresponding to the first output-side torque current command signal to the first output-side dynamo. Supply to the meter 31.
  • the first output-side dynamometer 31 generates torque according to the first output-side torque current command signal.
  • the first output-side shaft torque meter 35 generates a first output-side shaft torque detection signal corresponding to the shaft torque between the output shaft of the first output-side dynamometer 31 and the output shaft SO1 of the sample W, and outputs it. Input to the side controller 6.
  • the first output-side encoder 36 detects the rotation speed of the output shaft of the first output-side dynamometer 31, generates a first output-side speed detection signal corresponding to this rotation speed, and inputs it to the output-side control device 6. ..
  • the output shaft of the dynamometer 32 on the second output side is connected to the output shaft SO2 of the sample W.
  • the second output side torque current command signal generated by the output side control device 6 is input to the second output side inverter 34, the second output side dynamo outputs electric power corresponding to the second output side torque current command signal.
  • Supply to the meter 32 As a result, the second output side dynamometer 32 generates torque according to the second output side torque current command signal.
  • the second output-side shaft torque meter 37 generates a second output-side shaft torque detection signal corresponding to the shaft torque between the output shaft of the second output-side dynamometer 32 and the output shaft SO2 of the sample W, and outputs it. Input to the side controller 6.
  • the second output side encoder 38 detects the rotation speed of the output shaft of the second output side dynamometer 32, generates a second output side speed detection signal corresponding to this rotation speed, and inputs it to the output side control device 6. ..
  • the output-side control device 6 uses the first output-side shaft torque meter 35 to output a first output-side shaft torque detection signal, the first output-side encoder 36 to output a first speed-side detection signal, and the second output-side shaft torque meter 37 to output a first
  • the input signal such as the second output side torque detection signal and the second output side speed detection signal from the second output side encoder 38
  • the first output side torque current command signal and the second output side torque current command signal are generated. It is generated and these are input to the first output side inverter 33 and the second output side inverter 34.
  • the output-side control device 6 outputs the load simulating the tire inertia and the vehicle body inertia in the completed vehicle on which the test piece W is mounted via the first output-side dynamometer 31 and the second output-side dynamometer 32. It is given to SO1 and SO2.
  • the shaft torque control device 5 drives the input shaft SI of the sample W, and at the same time, the output side control device 6 applies a load to the output shafts SO1 and SO2 of the sample W to simulate the tire inertia and the vehicle body inertia. By doing so, the durability performance, quality, etc. of the sample W are evaluated under a state close to the running state of the actual vehicle.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a feedback control system 8 used when designing the shaft torque control device 5.
  • the shaft torque control device 5 defines a feedback control system 8 as shown in FIG. 2, and installs a controller designed to satisfy a predetermined design condition in the feedback control system 8 into a digital signal processor, a microcomputer, or the like. It is configured by being implemented in hardware that has an output port.
  • the shaft torque control device 5 in which the controller K described later is mounted has a tandem dynamometer and an upper shaft torque command signal transmitted from a higher controller (not shown) via communication.
  • a higher controller not shown
  • front and rear torque current command signals are generated and input to the inverters 23 and 24 via communication.
  • the inverters 23 and 24 electrically connected to the dynamometers 21 and 22 generate dynamometer torques corresponding to the front and rear torque current command signals. It is generated in the meters 21 and 22.
  • Disturbance factors assumed at this time are noise generated when the front shaft torque meter 25 measures the front shaft torque, time delay in each communication path, front and rear torques due to control responses of the inverters 23 and 24, and the like. There is a deviation of non-linearity between the current command signal and the generated torque in each dynamometer 21, 22.
  • the above-described higher-level shaft torque command signal may be generated by a higher-level controller other than the shaft torque control device 5 as described above, or a module built inside the shaft torque control device 5 separately from the controller K. May be generated by
  • the feedback control system 8 of FIG. 2 is configured by combining a generalized plant P including a nominal model N simulating the input / output characteristics of the test system 1 and a controller K that gives input / output to the generalized plant P. To be done.
  • the generalized plant P has an input composed of a first disturbance input w1, a second disturbance input w2, a third disturbance input w3, a fourth disturbance input w4, and a fifth disturbance input w5, and a first controlled variable output z1.
  • the second controlled variable output z2, the third controlled variable output z3, the fourth controlled variable output z4, the fifth controlled variable output z5, and the sixth controlled variable output z6 are defined.
  • a first observation output y1 corresponding to the deviation between the upper axis torque command signal and the front axis torque detection signal and a second observation output y2 corresponding to the front axis torque detection signal and a first control input u1 corresponding to the front torque current command signal and a second control input u2 corresponding to the rear torque current command signal.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a generalized plant P used when designing the shaft torque control device of the first embodiment.
  • the generalized plant P includes a nominal model N simulating the input / output characteristics of the test system 1 to be controlled and a plurality of weighting functions Gtw (s), Gid1 (s), Gid2 (s), Gr (s), Gn. (S), Ge (s), Gir1 (s), Gir2 (s), Gt1 (s), Gt2 (s), Gie (s) are combined.
  • the nominal model N includes three inputs (test sample torque Tw, front torque i1, and rear torque i2) in the test system 1 described with reference to FIG. 1 to two outputs (front transmission torque t1, and rear torque i1) in the test system 1. It has input / output characteristics simulating the characteristics up to the rear transmission torque t2).
  • the specimen torque Tw corresponds to the torque input to the specimen W by the output side dynamometers 31 and 32 in the test system 1 via the output shafts SO1 and SO2.
  • the front torque i1 corresponds to the torque generated in the front dynamometer 21 based on the front torque current command signal input to the front inverter 23 in the test system 1.
  • the rear torque i2 corresponds to the torque generated in the rear dynamometer 22 based on the rear torque current command signal input to the rear inverter 24 in the test system 1.
  • the front transmission torque t1 is the torque transmitted from the output shaft S1 of the front dynamometer 21 to the input shaft SI of the sample W in the test system 1, in other words, the front shaft torque between the output shaft S1 and the input shaft SI. Equivalent to.
  • the front transmission torque t1 is detected by the front shaft torque meter 25 in the test system 1.
  • the rear transmission torque t2 is the torque transmitted from the output shaft S2 of the rear dynamometer 22 to the output shaft S1 of the front dynamometer 21 in the test system 1, in other words, the rear shaft between the output shaft S2 and the output shaft S1. Corresponds to torque.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the nominal model N.
  • the nominal model N includes, for example, three inertial bodies having a specimen inertia moment Jw, a front moment of inertia J1, and a rear moment of inertia J2, a front torsion rigidity K1, and a rear torsion rigidity K2. It is constructed based on the equation of motion of a three-inertia system (see the following equations (1-1) to (1-5)) configured by connecting in series the book shafts.
  • the specimen moment of inertia Jw corresponds to the moment of inertia of the specimen W in the test system 1.
  • the front moment of inertia J1 corresponds to the moment of inertia of the front dynamometer 21 in the test system 1.
  • the rear moment of inertia J2 corresponds to the moment of inertia of the rear dynamometer 22 in the test system 1.
  • the front torsional rigidity K1 corresponds to the torsional rigidity of the device that connects the sample W and the front dynamometer 21 in the test system 1.
  • the rear torsional rigidity K2 corresponds to the torsional rigidity of the device that connects the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 in the test system 1. Further, in FIG. 4, the transfer function Gtm (s) corresponds to the response characteristic of the front shaft torque meter 25 in the test system 1.
  • the nominal model N is based on the specimen torque Tw, the front torque i1, and the rear torque i2 by using the equations of motion as shown in FIG. 4 and the above equations (1-1) to (1-5).
  • the torque t1 and the rear transmission torque t2 are generated.
  • the generalized plant P includes a first disturbance input w1, a second disturbance input w2, a third disturbance input w3, a fourth disturbance input w4, a fifth disturbance input w5, a first controlled variable output z1, a 2 control amount output z2, 3rd control amount output z3, 4th control amount output z4, 5th control amount output z5, 6th control amount output z6, 1st control input u1, 2nd control input u2, 1st observation output
  • a plurality of input / output signals consisting of y1 and the second observation output y2 are defined. The correspondence between these input / output signals and the test system 1 of FIG. 1 is as follows.
  • the first disturbance input w1 is an input signal to the generalized plant P and is a disturbance input for evaluating the sample torque Tw.
  • the first disturbance input w1 weighted by the first disturbance weighting function Gtw (s) is input to the nominal model N as the specimen torque Tw.
  • the first disturbance weighting function Gtw (s) is set according to the frequency characteristic of the torque transmitted in the sample W. Since the torque converter TC included in the sample W transmits torque by hydraulic pressure, the sample torque Tw has a characteristic that it is large in the low frequency region and small in the high frequency region. Therefore, the first disturbance weighting function Gtw (s) is set to have a greater weight in the frequency band in which the sample torque Tw tends to increase than in other frequency bands.
  • the second disturbance input w2 is an input signal to the generalized plant P, and is for evaluating torque control error of the front inverter 23 and the front dynamometer 21 (deviation between the front torque current command signal and the front torque i1). Is the disturbance input of.
  • the sum of the second disturbance input w2 weighted by the second disturbance weighting function Gid1 (s) and the first control input u1 by the controller K is the nominal model N as the front torque i1.
  • the second disturbance weighting function Gid1 (s) is set according to the frequency characteristic of the torque control error in the front inverter 23 and the front dynamometer 21.
  • the second disturbance weighting function Gid1 (s) is set to have a higher weight in the high frequency band in which the torque control error tends to increase than in the low frequency band.
  • the third disturbance input w3 is an input signal to the generalized plant P, and is a disturbance input for evaluating a torque control error of the rear inverter 24 and the rear dynamometer 22 (deviation between the rear torque current command signal and the rear torque i2). is there.
  • the sum of the third disturbance input w3 weighted by the third disturbance weighting function Gid2 (s) and the second control input u2 by the controller K is added to the nominal model N as the rear torque i2. Is entered.
  • the third disturbance weighting function Gid2 (s) is set according to the frequency characteristic of the torque control error in the rear inverter 24 and the rear dynamometer 22.
  • the third disturbance weighting function Gid2 (s) is set to have a greater weight in the high frequency band in which the torque control error tends to increase than in the low frequency band.
  • the fifth disturbance input w5 is an input signal to the generalized plant P, and is a disturbance input for evaluating a torque detection error by the front shaft torque meter 25 (deviation between the front shaft torque detection signal and the front transmission torque t1). is there.
  • the sum of the fifth disturbance input w5 weighted by the fifth disturbance weighting function Gn (s) and the front transfer torque t1 output from the nominal model N is the second observation output. It is input to the controller K as y2.
  • the fifth disturbance weighting function Gn (s) is set according to the frequency characteristic of the torque detection error by the front shaft torque meter 25. More specifically, the fifth disturbance weighting function Gn (s) has a larger weight in the high frequency band in which the torque detection error tends to increase and in the high frequency band in which the torque detection error tends to decrease. Is set to.
  • the fourth disturbance input w4 is an input signal to the generalized plant P and is a disturbance input for evaluating the upper shaft torque command signal.
  • the fourth disturbance input w4 weighted by the fourth disturbance weighting function Gr (s) is subtracted from the second observation output y2 including the torque detection error as described above, It is input to the controller K as one observation output y1.
  • the fourth disturbance weighting function Gr (s) is set to, for example, a constant.
  • the first observation output y1 is a signal output from the generalized plant P and input to the controller K.
  • the shaft torque deviation input to the shaft torque control device 5 (upper shaft torque command signal-front shaft torque detection). Signal).
  • the first observation output y1 is calculated by subtracting the second observation output y2 from the fourth disturbance input w4 weighted by the fourth disturbance weighting function Gr (s) as described above.
  • the second observation output y2 is a signal output from the generalized plant P and input to the controller K, and corresponds to a front shaft torque detection signal to the shaft torque control device 5 in the test system 1.
  • the second observation output y2 is obtained by adding the fifth disturbance input w5 weighted by the fifth disturbance weighting function Gn (s) as described above and the front transfer torque t1 output from the nominal model N. Calculated by
  • the first control input u1 is an input generated in the controller K based on the first observation output y1 and the second observation output y2 and given to the generalized plant P from the controller K, and in the test system 1, the shaft torque control device 5 is used. Corresponds to the front torque current command signal from the. In the generalized plant P, the front torque i1 is calculated by adding the second disturbance input w2 weighted by the second disturbance weighting function Gid1 (s) and the first control input u1 as described above. ..
  • the second control input u2 is an input generated in the controller K based on the first observation output y1 and the second observation output y2 and given to the generalized plant P from the controller K.
  • the shaft torque control device 5 is used.
  • the rear torque i2 is calculated by adding the second disturbance input w3 weighted by the third disturbance weighting function Gid2 (s) and the second control input u2 as described above.
  • the first control amount output z1 is an output signal of the generalized plant P, and is for evaluating the shaft torque deviation input (upper shaft torque command signal-front shaft torque detection signal) to the shaft torque control device 5 in the test system 1. Is a control amount output of.
  • the first controlled variable output z1 is calculated by weighting the first observed output y1 with the first controlled variable weighting function Ge (s).
  • the first control amount weighting function Ge (s) is set to have an integral characteristic so that the controller K having the shaft torque deviation suppressing function can be obtained.
  • the second controlled variable output z2 is an output signal of the generalized plant P, and is a controlled variable output for evaluating the front transmission torque t1 in the test system 1.
  • the second control amount output z2 is calculated by weighting the front transmission torque t1 output from the nominal model N with the second control amount weighting function Gt1 (s).
  • the second control amount weighting function Gt1 (s) is set based on the resonance characteristic of the device that connects the sample W and the front dynamometer 21 so that the controller K having the resonance suppressing function can be obtained. More specifically, the second control amount weighting function Gt1 (s) has a greater weight in the torsional resonance frequency band in the device that connects the sample W and the front dynamometer 21 than in other frequency bands. Is set.
  • the third controlled variable output z3 is an output signal of the generalized plant P, and is a controlled variable output for evaluating the rear transmission torque t2 in the test system 1.
  • the third controlled variable output z3 is calculated by weighting the rear transfer torque t2 output from the nominal model N with the third controlled variable weighting function Gt2 (s).
  • the third control amount weighting function Gt2 (s) is set based on the resonance characteristic of the device that connects the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 so that the controller K having the resonance suppressing function can be obtained. More specifically, the third control amount weighting function Gt2 (s) has a greater weight in the torsional resonance frequency band in the device that connects the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 than in other frequency bands. Is set to.
  • the fifth control amount output z5 is an output signal of the generalized plant P, and is a control amount output for evaluating the front torque current command signal from the shaft torque control device 5 in the test system 1.
  • the fifth control amount output z5 is calculated by weighting the first control input u1 with the fifth control amount weighting function Gir1 (s).
  • the fifth control amount weighting function Gir1 (s) is set to have a higher weight in the high frequency band than in the low frequency band, for example.
  • the sixth control amount output z6 is an output signal of the generalized plant P, and is a control amount output for evaluating the rear torque current command signal from the shaft torque control device 5 in the test system 1.
  • the sixth control amount output z6 is calculated by weighting the second control input u2 with the sixth control amount weighting function Gir2 (s).
  • the sixth control amount weighting function Gir2 (s) is set to have a higher weight in the high frequency band than in the low frequency band, for example.
  • the fourth control amount output z4 is an output signal of the generalized plant P, and is a control amount output for evaluating the difference between the front torque current command signal and the rear torque current command signal from the shaft torque control device 5 in the test system 1. Is. In the generalized plant P, the fourth control amount output z4 is calculated by weighting a value obtained by subtracting the second control input u2 from the first control input u1 by the fourth control amount weighting function Gie (s). The fourth control amount weighting function Gie (s) is set to have an integral characteristic so that the controller K having the torque distribution function can be obtained.
  • the torque distribution function in this embodiment means that the front torque current command signal for the front dynamometer 21 and the rear torque current command signal for the rear dynamometer 22 become equal, that is, the torque load of the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 21.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for designing a shaft torque control device based on the generalized plant P.
  • the controller K is controlled by the computer so that the predetermined design condition determined to realize the robust stability is satisfied.
  • a controller K is derived by performing an iterative operation based on the DK iteration method on a computer, for example.
  • the axial torque control device 5 is designed by mounting the controller K designed in S2 on the digital signal processor.
  • the axial torque control device of Comparative Example 1 is a front torque current command signal and a rear torque current command obtained by halving the front torque current command signal without feeding back the front shaft torque detection signal from the front shaft torque meter 25.
  • the signal is input to the front inverter 23 and the rear inverter 24 as a signal. That is, the shaft torque control device of the first comparative example is different from the shaft torque control device of the first embodiment in that the shaft torque deviation suppressing function and the resonance suppressing function are not provided.
  • the shaft torque control device of Comparative Example 2 is designed based on the generalized plant described in Japanese Patent No. 556144 by the applicant of the present application. That is, the shaft torque control device of the comparative example 2 is different from the shaft torque control device of the embodiment 1 in that it does not have the shaft torque deviation suppressing function and the torque distribution function.
  • FIG. 6 is a diagram showing a control result by the shaft torque control device of Comparative Example 1
  • FIG. 7 is a diagram showing a control result by the shaft torque control device of Comparative Example 2
  • FIG. It is a figure which shows the control result by a shaft torque control apparatus. 6 to 8, the lower stage shows the front torque current command signal (thick broken line) and the rear torque current command signal (thin line) generated by each axis torque control device, and the middle stage shows the front dynamometer 21 and the rear dynamometer.
  • the average number of revolutions of the meter 22, and the upper part shows the upper axis torque command signal (thick broken line) input to each axis torque control device, the front axis torque detection signal by the front axis torque meter 25 (thin line), and the output side dynamometer.
  • the sample torque (thick line) input to the sample W by 31 and 32 is shown. 6 to 8, an upper axis torque command signal that changes stepwise from 0 to a positive predetermined value at time t1 is input to each axis torque control device, and then at time t2 a negative predetermined torque value is input.
  • the control results when the specimen torque that changes stepwise in the value is input are shown.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis in the upper row represents the ratio of each torque to the upper axis torque command signal
  • the vertical axis in the middle row represents the ratio of the average rotation speed to the predetermined value.
  • the lower vertical axis is the ratio of each torque to a predetermined value.
  • the shaft torque control device of Comparative Example 1 since the shaft torque control device of Comparative Example 1 does not have a resonance suppressing function, it suppresses torsional resonance occurring between the sample W and the front dynamometer 21 and between the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22. As a result, a large vibration appears in the front shaft torque detection signal after time t1. Further, when a negative sample torque is input at time t2, these twists also increase, so that the vibration in the front shaft torque detection signal after time t2 further increases.
  • the shaft torque control device of Comparative Example 2 accordingly responds to the front torque current command signal and the rear torque current command. Generate a signal.
  • the shaft torque control device of the comparative example 2 is a torsion that can occur between the sample W and the front dynamometer 21 and between the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 based on the front shaft torque detection signal.
  • a front torque current command signal and a rear torque current command signal are generated based on the front shaft torque detection signal so as to suppress resonance.
  • the shaft torque control device of the comparative example 2 can suppress the vibration of the front shaft torque detection signal which could not be suppressed by the shaft torque control device of the comparative example 1 shown in FIG.
  • the shaft torque control device of the comparative example 2 does not have the shaft torque deviation suppressing function
  • the front shaft torque detection signal and the upper shaft torque command signal after the time t1 are the same as the shaft torque control device of the comparative example 2. It does not match.
  • the shaft torque control device of Comparative Example 2 does not have a torque distribution function, the ratio of the front torque current command signal and the rear torque current command signal after time t1 and the front torque current command signal and the rear torque current command after time t2. It does not match the signal ratio. Therefore, in the shaft torque control device of Comparative Example 2, the torque load ratio of the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 changes each time the sample torque changes.
  • the axial torque control device of the first embodiment has a resonance suppressing function, so that the axial torque control device of the comparative example 1 shown in FIG. It is possible to suppress the vibration of the front shaft torque detection signal that could not be performed. Further, since the shaft torque control device of the first embodiment has the shaft torque deviation suppression function, if the upper shaft torque command signal is changed stepwise at time t1, as shown in the upper part of FIG. Can be promptly made to follow the change of this upper axis torque command signal. Further, as shown in the upper part of FIG. 8, according to the shaft torque control device of the first embodiment, the front shaft torque detection signal can be made to follow the upper shaft torque command signal even if the sample torque is input at time t2. ..
  • the shaft torque control device has a torque distribution function that controls the shaft torque so that the front torque current command signal and the rear torque current command signal become equal. Therefore, as shown in the lower part of FIG. 8, the front torque current command signal and the rear torque current command signal can be constantly made equal. Further, as shown in the lower part of FIG. 8, according to the shaft torque control device of the first embodiment, the front torque current command signal and the rear torque current command signal are steadily made equal even if the sample torque is input at time t2. be able to. Therefore, in the shaft torque control device according to the first embodiment, the torque load on the front dynamometer 21 and the torque load on the rear dynamometer 22 can be equalized even if the sample torque is changed. Therefore, when the axial torque control device of the first embodiment is used, it is preferable that the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 have the same capacity.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a generalized plant P ′ used when designing the shaft torque control device of the second embodiment.
  • the generalized plant P ′ according to the second embodiment differs from the generalized plant P according to the first embodiment illustrated in FIG. 3 in the configuration of the fourth controlled variable output z4 ′.
  • the same components as those in the generalized plant P shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the fourth controlled variable output z4 ′ is an output signal of the generalized plant P ′, and is used in the test system 1 for evaluating the difference between the front torque current command signal and the rear torque current command signal weighted at a predetermined ratio. This is a controlled variable output.
  • the fourth control amount output z4 ′ is calculated by multiplying the product of the first control input u1 and the predetermined second target ratio r2 by the product of the second control input u2 and the predetermined first target ratio r1. It is calculated by weighting the subtracted value by the fourth control amount weighting function Gie (s).
  • the first target ratio r1 is a target for the ratio of the front torque current command signal to the sum of the front torque current command signal and the rear torque current command signal in the test system 1, and is set between 0 and 1.
  • the second target ratio r2 is a target for the ratio of the rear torque current command signal to the sum of the front torque current command signal and the rear torque current command signal in the test system 1, and is the first target ratio r1 and the second target ratio r2. It is set between 0 and 1 so that the sum of 1 becomes 1.
  • the fourth control amount weighting function Gie (s) is set to have an integral characteristic so that the controller K having a torque distribution function can be obtained.
  • the torque distribution function in the present embodiment means that the ratio between the front torque current command signal for the front dynamometer 21 and the rear torque current command signal for the rear dynamometer 22 is the above-mentioned first target ratio to second target ratio (r1: r2), that is, the function of controlling the shaft torque so that the ratio of the torque load of the front dynamometer 21 and the torque load of the rear dynamometer 22 becomes the first target ratio to the second target ratio.
  • FIG. 10 is a diagram showing a control result by the shaft torque control device of the second embodiment.
  • the upper axis torque command signal and the sample torque that change stepwise at time t1 and time t2 are input to the axial torque control device of the second embodiment.
  • the control result in the case of doing is shown.
  • the shaft torque control device of the second embodiment has a torque distribution function that controls the shaft torque so that the ratio of the front torque current command signal to the rear torque current command signal becomes the first target ratio r1 to the second target ratio r2. .. Therefore, as shown in the lower part of FIG. 10, the ratio between the front torque current command signal and the rear torque current command signal can be constantly set to r1: r2. Further, as shown in the lower part of FIG.
  • the ratio of these torque current command signals is constantly set to r1: r2 even if the sample torque is input at time t2.
  • the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 have different capacities.
  • the first dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 have the same current duty so that the current responsibilities of the front dynamometer 21 and the rear dynamometer 22 are equal to each other. It is preferable to set the first target ratio r1 and the second target ratio r2.
  • the present invention is applied to the axial torque control device 5 of the drive train test system in which the load device connected to the tandem dynamometer 20 is the sample W that is the drive train of the vehicle has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the shaft torque control device of the present invention can also be applied to an engine bench system in which a load device is an engine of a vehicle.
  • the load device is not limited to a vehicle part such as a drive train or an engine, and may be any device as long as it has a shaft.

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Abstract

軸トルク制御装置は、タンデムダイナモメータシステムを含む試験システムの入出力特性を模した公称モデルＮを備える一般化プラントＰと、第１観測出力ｙ１及び第２観測出力ｙ２に基づいて第１制御入力ｕ１及び第２制御入力ｕ２を一般化プラントＰへ与えるコントローラＫと、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計されたコントローラＫを備える。一般化プラントＰには、第１観測出力ｙ１を重み関数Ｇｅ（ｓ）で重み付けした第１制御量出力ｚ１と、フロント伝達トルクｔ１を重み関数Ｇｔ１（ｓ）で重み付けした第２制御量出力ｚ２と、リア伝達トルクｔ２を重み関数Ｇｔ２（ｓ）で重み付けした第３制御量出力ｚ３と、が規定されている。

Description

軸トルク制御装置
　本発明は、軸トルク制御装置に関する。より詳しくは、直列に接続された２つのモータを備えるタンデムモータシステムの軸トルク制御装置に関する。
　ドライブトレインとは、エンジンで発生したエネルギーを駆動輪に伝達するための複数の装置の総称をいい、エンジン、クラッチ、トランスミッション、ドライブシャフト、プロペラシャフト、デファレンシャルギヤ、及び駆動輪等で構成される。ドライブトレインの試験システムでは、実際にエンジンでトランスミッションを駆動するとともに、その出力軸に接続された出力側動力計を電気慣性制御することにより、タイヤや車体の慣性を模した負荷トルクを出力軸に付与しながら、供試体であるドライブトレインの耐久性能や品質等が評価される。
　また特許文献１には、２台のダイナモメータを直列に接続したタンデムダイナモメータシステムを用いて供試体の入力軸に入力する駆動トルクを発生する試験システムが提案されている。特許文献１の試験システムによれば、２台のダイナモメータを直列にすることにより、個々のダイナモメータを大径化することなく大きな駆動トルクを発生することができる。
特許第５５６１４４４号
　ところで２台のダイナモメータを直列に接続すると、これらダイナモメータを連結する軸のねじり共振によってダイナモメータと供試体との間の軸トルクに大きな振動が生じてしまう場合がある。特許文献１には、このようなねじり共振を抑制する機能を備えるタンデムダイナモメータシステムの軸トルク制御装置を一般化プラントに基づいて設計する技術が示されている。しかしながら特許文献１には、軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差を抑制する機能については十分に検討されていない。このため特許文献１に示された設計方法によって設計された軸トルク制御装置では、後に図７を参照して説明するように、軸トルク指令値と軸トルク検出値との間に偏差が発生してしまう場合がある。
　本発明は、第１モータと負荷機器との間の軸トルクに対する軸トルク指令信号と軸トルク検出信号との偏差を抑制する軸トルク偏差抑制機能及び各モータ及び供試体を連結する軸のねじり共振を抑制する共振抑制機能の両方を備えるタンデムモータシステムの軸トルク制御装置を提供することを目的とする。
　（１）本発明は、負荷軸（例えば、後述の入力軸ＳＩ）を備える負荷機器（例えば、後述の供試体Ｗ）と、その第１出力軸（例えば、後述の出力軸Ｓ１）が前記負荷軸に接続されかつ第１トルク電流指令信号（例えば、後述のフロントトルク電流指令信号）に応じたトルクを発生する第１モータ（例えば、後述のフロントダイナモメータ２１）と、その第２出力軸（例えば、後述の出力軸Ｓ２）が前記第１出力軸に接続されかつ第２トルク電流指令信号（例えば、後述のリアトルク電流指令信号）に応じたトルクを発生する第２モータ（例えば、後述のリアダイナモメータ２２）と、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに応じた軸トルク検出信号（例えば、後述のフロント軸トルク検出信号）を生成する軸トルク検出器（例えば、後述のフロント軸トルクメータ２５）と、を備えるタンデムモータシステム（例えば、後述の試験システム１）を制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号（例えば、後述の上位軸トルク指令信号）と前記軸トルク検出信号との軸トルク偏差を抑制するように前記第１及び第２トルク電流指令信号を生成するタンデムモータシステムの軸トルク制御装置（例えば、後述の軸トルク制御装置５）である。本発明に係る軸トルク制御装置は、前記制御対象の入出力特性を模した公称モデル（例えば、後述の公称モデルＮ）を備える一般化プラント（例えば、後述の一般化プラントＰ）と、前記軸トルク偏差に相当する第１観測出力（例えば、後述の第１観測出力ｙ１）及び前記軸トルク検出信号に相当する第２観測出力（例えば、後述の第２観測出力ｙ２）に基づいて前記第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力（例えば、後述の第１制御入力ｕ１）及び前記第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力（例えば、後述の第２制御入力ｕ２）を前記一般化プラントへ与えるコントローラ（例えば、後述のコントローラＫ）と、を備えるフィードバック制御系（例えば、後述のフィードバック制御系８）において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計された前記コントローラを備え、前記公称モデルは、前記第１制御入力に基づいて生成される第１モデル入力（例えば、後述のフロントトルクｉ１）及び前記第２制御入力に基づいて生成される第２モデル入力（例えば、後述のリアトルクｉ２）に基づいて、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに相当する第１モデル出力（例えば、後述のフロント伝達トルクｔ１）及び前記第１モータと前記第２モータとの間の軸トルクに相当する第２モデル出力（例えば、後述のリア伝達トルクｔ２）を生成し、前記一般化プラントには、前記第１観測出力を第１重み関数（例えば、後述の第１制御量重み関数Ｇｅ（ｓ））で重み付けした第１制御量出力（例えば、後述の第１制御量出力ｚ１）と、前記第１モデル出力を第２重み関数（例えば、後述の第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ））で重み付けした第２制御量出力（例えば、後述の第２制御量出力ｚ２）と、前記第２モデル出力を第３重み関数（例えば、後述の第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ））で重み付けした第３制御量出力（例えば、後述の第３制御量出力ｚ３）と、が規定されていることを特徴とする。
　（２）この場合、前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２制御入力との差を第４重み関数（例えば、後述の第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ））で重み付けした第４制御量出力（例えば、後述の第４制御量出力ｚ４）がさらに規定されていることが好ましい。
　（３）この場合、前記第１トルク電流指令信号と前記第２トルク電流指令信号との和に対する前記第１トルク電流指令信号の割合に対する目標を第１目標割合（例えば、後述の第１目標割合ｒ１）とし、前記和に対する前記第２トルク電流指令信号の割合に対する目標を第２目標割合（例えば、後述の第２目標割合ｒ２）とし、前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２目標割合との積と前記第２制御入力と前記第１目標割合との積との差を第４重み関数（例えば、後述の第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ））で重み付けした第４制御量出力（例えば、後述の第４制御量出力ｚ４´）がさらに規定されていることが好ましい。
　（４）この場合、前記負荷機器は、前記負荷軸に入力された動力を変速して出力軸（例えば、後述の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２）に伝達する車両用のドライブトレイン（例えば、後述の供試体Ｗ）であり、前記タンデムモータシステムは、前記出力軸に負荷を与える負荷モータ（例えば、後述の第１出力側ダイナモメータ３１及び第２出力側ダイナモメータ３２）を備えるドライブトレインの試験システム（例えば、後述の試験システム１）であることが好ましい。
　（１）本発明に係る軸トルク制御装置は、タンデムモータシステムの入出力特性を模した公称モデルを備える一般化プラントと、軸トルク偏差に相当する第１観測出力及び軸トルク検出信号に相当する第２観測出力に基づいて第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力及び第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力を一般化プラントへ与えるコントローラと、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計されたコントローラを備える。また本発明では、軸トルク偏差に相当する第１観測出力を第１重み関数で重み付けした第１制御量出力と、負荷機器と第１モータとの間の軸トルクに相当する公称モデルの第１モデル出力を第２重み関数で重み付けした第２制御量出力と、第１モータと第２モータとの間の軸トルクに相当する公称モデルの第２モデル出力を第３重み関数で重み付けした第３制御量出力とが規定された一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する。これにより、軸トルク指令信号と軸トルク検出信号との偏差を抑制する軸トルク偏差抑制機能と、各モータ及び負荷機器を連結する各軸におけるねじり共振を抑制する共振抑制機能との両方を備える軸トルク制御装置が得られる。
　（２）本発明では、第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力と第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定された一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する。このような一般化プラントに基づいて設計された軸トルク制御装置によれば、第１モータに対する第１トルク電流指令信号と第２モータに対する第２トルク電流指令信号とが等しくなるように、すなわち第１モータのトルク負担と第２モータのトルク負担とが等しくなるように軸トルクを制御する、トルク配分機能を実現することができる。
　（３）本発明では、第１制御入力と第２目標割合との積と、第２制御入力と第１目標割合との積との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定された一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する。このような一般化プラントに基づいて設計された軸トルク制御装置によれば、第１モータに対する第１トルク電流指令信号と第２モータに対する第２トルク電流指令信号との比が第１目標割合対第２目標割合になるように、すなわち第１モータのトルク負担と第２モータのトルク負担との比が第１目標割合対第２目標割合になるように軸トルクを制御する、トルク配分機能を実現することができる。
　（４）本発明では、負荷機器を、負荷軸に入力された動力を変速して出力軸に伝達する車両用のドライブトレインとし、タンデムモータシステムを、ドライブトレインの出力軸に負荷を与える負荷モータを備えるドライブトレインの試験システムとする。これにより、軸トルク指令信号と軸トルク検出信号との偏差を抑制しかつ各モータ及びドライブトレインを連結する各軸におけるねじり共振を抑制しながら、ドライブトレインの性能を精度良く評価することができる。
本発明の一実施形態に係る軸トルク制御装置が適用されたドライブトレインの試験システムの構成を示す図である。 軸トルク制御装置を設計する際に用いられるフィードバック制御系の構成を示す図である。 実施例１の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントの構成を示す図である。 公称モデルの構成を示す図である。 一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する手順を示すフローチャートである。 比較例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。 比較例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。 実施例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。 実施例２の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントの構成を示す図である。 実施例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係る軸トルク制御装置５を備えるドライブトレインの試験システム１の構成を示す図である。なお図１には、ＦＦ駆動方式の車両のドライブトレインを供試体Ｗとし、この供試体Ｗの性能を評価する試験システム１の例を示すが、本発明はこれに限るものではない。供試体Ｗは、例えばＦＲ駆動方式の車両のドライブトレインとしてもよい。
　供試体Ｗは、車両用のドライブトレインであり、完成車に搭載した状態では図示しないエンジンが接続される入力軸ＳＩと、ドライブシャフトである左右の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２と、入力軸ＳＩに入力された動力を増幅して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に伝達するトルクコンバータＴＣと、入力軸ＳＩに入力された動力を変速して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に伝達する変速機ＴＭと、を備える。
　試験システム１は、供試体Ｗの入力軸ＳＩ側に設けられたフロントダイナモメータ２１、リアダイナモメータ２２、フロントインバータ２３、リアインバータ２４、フロント軸トルクメータ２５、フロントエンコーダ２６、リアエンコーダ２７、及び軸トルク制御装置５と、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２側に設けられた第１出力側ダイナモメータ３１、第２出力側ダイナモメータ３２、第１出力側インバータ３３、第２出力側インバータ３４、第１出力側軸トルクメータ３５、第１出力側エンコーダ３６、第２出力側軸トルクメータ３７、第２出力側エンコーダ３８、及び出力側制御装置６と、を備える。
　フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１の先端側は、供試体Ｗの入力軸ＳＩに連結されている。フロントインバータ２３は、軸トルク制御装置５において生成されるフロントトルク電流指令信号が入力されると、このフロントトルク電流指令信号に応じた電力をフロントダイナモメータ２１に供給する。これによりフロントダイナモメータ２１は、フロントトルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。
　リアダイナモメータ２２の出力軸Ｓ２の先端側は、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１の基端側にカップリングＣを介して連結されている。リアインバータ２４は、軸トルク制御装置５において生成されるリアトルク電流指令信号が入力されると、このリアトルク電流指令信号に応じた電力をリアダイナモメータ２２に供給する。これによりリアダイナモメータ２２は、リアトルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。
　以上のように試験システム１は、供試体Ｗの入力軸ＳＩには、フロントダイナモメータ２１及びリアダイナモメータ２２を直列に接続して構成されるタンデムダイナモメータ２０が接続される所謂タンデムダイナモメータシステムである。
　フロント軸トルクメータ２５は、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１と供試体Ｗの入力軸ＳＩとの間のフロント軸トルクに応じたフロント軸トルク検出信号を生成し、軸トルク制御装置５へ入力する。フロントエンコーダ２６は、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１の回転速度（軸の単位時間当たりの回転数）を検出し、この回転速度に応じたフロント速度検出信号を生成し、軸トルク制御装置５へ入力する。リアエンコーダ２７は、リアダイナモメータ２２の出力軸Ｓ２の回転速度を検出し、この回転速度に応じたリア速度検出信号を生成し、軸トルク制御装置５へ入力する。
　軸トルク制御装置５は、フロント軸トルクメータ２５によるフロント軸トルク検出信号と、フロント軸トルクメータ２５によって検出されるフロント軸トルクに対する指令信号に相当する上位軸トルク指令信号と、に基づいてフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成し、これらトルク電流指令信号をフロントインバータ２３及びリアインバータ２４へ入力する。なお上位軸トルク指令信号は、供試体Ｗに対する試験の内容に応じて図示しない上位コントローラにおいて生成される。これにより軸トルク制御装置５は、供試体Ｗが搭載される完成車におけるエンジンを模擬した駆動トルクをタンデムダイナモメータ２０に発生させ、供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動する。
　軸トルク制御装置５は、上位軸トルク指令信号とフロント軸トルク検出信号との軸トルク偏差（上位軸トルク指令信号－フロント軸トルク検出信号）を抑制するようにフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する軸トルク偏差抑制機能と、出力軸Ｓ１と入力軸ＳＩとの間及び出力軸Ｓ２と出力軸Ｓ１との間におけるねじり共振を抑制する共振抑制機能との両方の機能を少なくとも備える。これら軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備える軸トルク制御装置５は、後に図２～図４及び図９等を参照して説明する手順に従って設計することによって得られる。
　第１出力側ダイナモメータ３１の出力軸は、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１に連結されている。第１出力側インバータ３３は、出力側制御装置６によって生成される第１出力側トルク電流指令信号が入力されると、この第１出力側トルク電流指令信号に応じた電力を第１出力側ダイナモメータ３１に供給する。これにより第１出力側ダイナモメータ３１は、第１出力側トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。第１出力側軸トルクメータ３５は、第１出力側ダイナモメータ３１の出力軸と供試体Ｗの出力軸ＳＯ１との間の軸トルクに応じた第１出力側軸トルク検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。第１出力側エンコーダ３６は、第１出力側ダイナモメータ３１の出力軸の回転速度を検出し、この回転速度に応じた第１出力側速度検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。
　第２出力側ダイナモメータ３２の出力軸は、供試体Ｗの出力軸ＳＯ２に連結されている。第２出力側インバータ３４は、出力側制御装置６によって生成される第２出力側トルク電流指令信号が入力されると、この第２出力側トルク電流指令信号に応じた電力を第２出力側ダイナモメータ３２に供給する。これにより第２出力側ダイナモメータ３２は、第２出力側トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。第２出力側軸トルクメータ３７は、第２出力側ダイナモメータ３２の出力軸と供試体Ｗの出力軸ＳＯ２との間の軸トルクに応じた第２出力側軸トルク検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。第２出力側エンコーダ３８は、第２出力側ダイナモメータ３２の出力軸の回転速度を検出し、この回転速度に応じた第２出力側速度検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。
　出力側制御装置６は、第１出力側軸トルクメータ３５による第１出力側軸トルク検出信号、第１出力側エンコーダ３６による第１出力側速度検出信号、第２出力側軸トルクメータ３７による第２出力側軸トルク検出信号、及び第２出力側エンコーダ３８による第２出力側速度検出信号等の入力信号を用いることにより、第１出力側トルク電流指令信号及び第２出力側トルク電流指令信号を生成し、これらを第１出力側インバータ３３及び第２出力側インバータ３４へ入力する。これにより出力側制御装置６は、供試体Ｗが搭載される完成車におけるタイヤ慣性や車体慣性を模擬した負荷を、第１出力側ダイナモメータ３１及び第２出力側ダイナモメータ３２を介して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に付与する。
　試験システム１では、軸トルク制御装置５によって供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動すると同時に、出力側制御装置６によって供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２にタイヤ慣性や車体慣性を模擬した負荷を付与することにより、実車の走行状態に近い状態の下で供試体Ｗの耐久性能や品質等を評価する。
　次に、以上のような軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備える軸トルク制御装置５を設計する手順について、図面を参照しながら説明する。
　図２は、軸トルク制御装置５を設計する際に用いられるフィードバック制御系８の構成を示す図である。軸トルク制御装置５は、図２に示すようなフィードバック制御系８を定義し、このフィードバック制御系８において所定の設計条件が満たされるように設計されたコントローラをデジタルシグナルプロセッサやマイクロコンピュータ等の入出力ポートを備えるハードウェアに実装して構成される。
　また以上のように構成された試験システム１において、後述のコントローラＫが実装された軸トルク制御装置５は、図示しない上位コントローラから通信を介して送信される上位軸トルク指令信号と、タンデムダイナモメータ２０に装備されたフロント軸トルクメータ２５から送信されるフロント軸トルク検出信号とが入力されると、フロント及びリアトルク電流指令信号を生成し、通信を介してインバータ２３，２４へ入力する。ダイナモメータ２１，２２と電気的に接続されているインバータ２３，２４は、軸トルク制御装置５からフロント及びリアトルク電流指令信号が入力されると、これらフロント及びリアトルク電流指令信号に応じたトルクをダイナモメータ２１，２２に発生させる。なおこの際に想定される外乱要素は、フロント軸トルクメータ２５においてフロント軸トルクを計測する際に発生するノイズや、各通信経路における時間の遅れ、インバータ２３，２４の制御応答等によるフロント及びリアトルク電流指令信号と各ダイナモメータ２１，２２における発生トルクとの間の非線形性のずれ等がある。なお上述の上位軸トルク指令信号は、上述のように軸トルク制御装置５とは別の上位コントローラによって生成してもよいし、軸トルク制御装置５の内部においてコントローラＫとは別に構築されたモジュールによって生成してもよい。
　図２のフィードバック制御系８は、試験システム１の入出力特性を模した公称モデルＮを備える一般化プラントＰと、この一般化プラントＰに対し入出力を与えるコントローラＫと、を組み合わせることによって構成される。
　一般化プラントＰには、第１外乱入力ｗ１、第２外乱入力ｗ２、第３外乱入力ｗ３、第４外乱入力ｗ４、及び第５外乱入力ｗ５で構成される入力と、第１制御量出力ｚ１、第２制御量出力ｚ２、第３制御量出力ｚ３、第４制御量出力ｚ４、第５制御量出力ｚ５、及び第６制御量出力ｚ６で構成される出力とが定義されている。
　また一般化プラントＰとコントローラＫとの間には、上位軸トルク指令信号とフロント軸トルク検出信号との偏差に相当する第１観測出力ｙ１及びフロント軸トルク検出信号に相当する第２観測出力ｙ２と、フロントトルク電流指令信号に相当する第１制御入力ｕ１及びリアトルク電流指令信号に相当する第２制御入力ｕ２とが定義されている。
　図３は、実施例１の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントＰの構成を示す図である。一般化プラントＰは、制御対象である試験システム１の入出力特性を模した公称モデルＮと、複数の重み関数Ｇｔｗ（ｓ），Ｇｉｄ１（ｓ），Ｇｉｄ２（ｓ），Ｇｒ（ｓ），Ｇｎ（ｓ），Ｇｅ（ｓ），Ｇｉｒ１（ｓ），Ｇｉｒ２（ｓ），Ｇｔ１（ｓ），Ｇｔ２（ｓ），Ｇｉｅ（ｓ）と、を組み合わせて構成される。
　公称モデルＮは、図１を参照して説明した試験システム１における３つの入力（供試体トルクＴｗ、フロントトルクｉ１、及びリアトルクｉ２）から、試験システム１における２つの出力（フロント伝達トルクｔ１、及びリア伝達トルクｔ２）までの特性を模した入出力特性を備える。
　供試体トルクＴｗは、試験システム１において、出力側ダイナモメータ３１，３２により出力軸ＳＯ１，ＳＯ２を介して供試体Ｗに入力されるトルクに相当する。フロントトルクｉ１は、試験システム１において、フロントインバータ２３に入力されるフロントトルク電流指令信号に基づいて、フロントダイナモメータ２１において発生するトルクに相当する。リアトルクｉ２は、試験システム１において、リアインバータ２４に入力されるリアトルク電流指令信号に基づいて、リアダイナモメータ２２において発生するトルクに相当する。
　フロント伝達トルクｔ１は、試験システム１において、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１から供試体Ｗの入力軸ＳＩへ伝達するトルク、換言すれば出力軸Ｓ１と入力軸ＳＩとの間におけるフロント軸トルクに相当する。なおこのフロント伝達トルクｔ１は、試験システム１ではフロント軸トルクメータ２５によって検出される。またリア伝達トルクｔ２は、試験システム１において、リアダイナモメータ２２の出力軸Ｓ２からフロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１へ伝達するトルク、換言すれば出力軸Ｓ２と出力軸Ｓ１との間におけるリア軸トルクに相当する。
　図４は、公称モデルＮの構成を示す図である。図４に示すように、公称モデルＮは、例えば供試体慣性モーメントＪｗ、フロント慣性モーメントＪ１、及びリア慣性モーメントＪ２を有する３つの慣性体を、フロントねじり剛性Ｋ１、及びリアねじり剛性Ｋ２を有する２本の軸体で直列に連結して構成される３慣性系の運動方程式（下記式（１－１）～（１－５）参照）に基づいて構築される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図４及び以下の説明において、“ｓ”はラプラス演算子である。供試体慣性モーメントＪｗは、試験システム１において供試体Ｗの慣性モーメントに相当する。フロント慣性モーメントＪ１は、試験システム１においてフロントダイナモメータ２１の慣性モーメントに相当する。リア慣性モーメントＪ２は、試験システム１においてリアダイナモメータ２２の慣性モーメントに相当する。フロントねじり剛性Ｋ１は、試験システム１において供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１とを連結する装置のねじり剛性に相当する。リアねじり剛性Ｋ２は、試験システム１においてフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とを連結する装置のねじり剛性に相当する。また図４において伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）は、試験システム１においてと、フロント軸トルクメータ２５の応答特性に相当する。
　公称モデルＮは、図４及び上記式（１－１）～（１－５）に示すような運動方程式を用いることにより、供試体トルクＴｗ、フロントトルクｉ１、及びリアトルクｉ２に基づいて、フロント伝達トルクｔ１、及びリア伝達トルクｔ２を生成する。
　図３に戻り、一般化プラントＰには、第１外乱入力ｗ１、第２外乱入力ｗ２、第３外乱入力ｗ３、第４外乱入力ｗ４、第５外乱入力ｗ５、第１制御量出力ｚ１、第２制御量出力ｚ２、第３制御量出力ｚ３、第４制御量出力ｚ４、第５制御量出力ｚ５、第６制御量出力ｚ６、第１制御入力ｕ１、第２制御入力ｕ２、第１観測出力ｙ１、及び第２観測出力ｙ２から成る複数の入出力信号が定義されている。これら入出力信号と、図１の試験システム１との対応関係は以下の通りである。
　第１外乱入力ｗ１は、一般化プラントＰへの入力信号であり、供試体トルクＴｗを評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第１外乱入力ｗ１を第１外乱重み関数Ｇｔｗ（ｓ）によって重み付けされたものは、供試体トルクＴｗとして公称モデルＮに入力される。この第１外乱重み関数Ｇｔｗ（ｓ）は、供試体Ｗにおいて伝達されるトルクの周波数特性に応じて設定される。供試体Ｗに含まれるトルクコンバータＴＣは、油圧によってトルクを伝達するため、供試体トルクＴｗは、低周波数領域では大きくなり、高周波数領域では小さくなる特性がある。そこでこの第１外乱重み関数Ｇｔｗ（ｓ）は、供試体トルクＴｗが大きくなる傾向がある周波数帯域では、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第２外乱入力ｗ２は、一般化プラントＰへの入力信号であり、フロントインバータ２３及びフロントダイナモメータ２１のトルク制御誤差（フロントトルク電流指令信号とフロントトルクｉ１との間のずれ）を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第２外乱入力ｗ２を第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）によって重み付けされたものと、コントローラＫによる第１制御入力ｕ１とを合算したものは、フロントトルクｉ１として公称モデルＮに入力される。この第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）は、フロントインバータ２３及びフロントダイナモメータ２１におけるトルク制御誤差の周波数特性に応じて設定される。フロントインバータ２３の制御応答には上限があることから、トルク制御誤差は、高周波数帯域において大きくなる特性がある。そこで第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）は、トルク制御誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第３外乱入力ｗ３は、一般化プラントＰへの入力信号であり、リアインバータ２４及びリアダイナモメータ２２のトルク制御誤差（リアトルク電流指令信号とリアトルクｉ２とのずれ）を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第３外乱入力ｗ３を第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）によって重み付けされたものと、コントローラＫによる第２制御入力ｕ２とを合算したものは、リアトルクｉ２として公称モデルＮに入力される。この第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）は、リアインバータ２４及びリアダイナモメータ２２におけるトルク制御誤差の周波数特性に応じて設定される。フロントインバータ２３と同様にリアインバータ２４の制御応答には上限があることから、トルク制御誤差は、高周波数帯域において大きくなる特性がある。そこで第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）は、トルク制御誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第５外乱入力ｗ５は、一般化プラントＰへの入力信号であり、フロント軸トルクメータ２５によるトルク検出誤差（フロント軸トルク検出信号とフロント伝達トルクｔ１とのずれ）を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第５外乱入力ｗ５を第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）によって重み付けされたものと、公称モデルＮから出力されるフロント伝達トルクｔ１とを合算したものは、第２観測出力ｙ２としてコントローラＫに入力される。この第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）は、フロント軸トルクメータ２５によるトルク検出誤差の周波数特性に応じて設定される。より具体的には、第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）は、トルク検出誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、トルク検出誤差が小さくなる傾向がある低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第４外乱入力ｗ４は、一般化プラントＰへの入力信号であり、上位軸トルク指令信号を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第４外乱入力ｗ４を第４外乱重み関数Ｇｒ（ｓ）によって重み付けされたものから、上述のようにトルク検出誤差を含んだ第２観測出力ｙ２を減算したものは、第１観測出力ｙ１としてコントローラＫに入力される。この第４外乱重み関数Ｇｒ（ｓ）は、例えば定数に設定される。
　第１観測出力ｙ１は、一般化プラントＰから出力されコントローラＫへ入力される信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５への軸トルク偏差入力（上位軸トルク指令信号－フロント軸トルク検出信号）に相当する。この第１観測出力ｙ１は、上述のように第４外乱入力ｗ４を第４外乱重み関数Ｇｒ（ｓ）によって重み付けされたものから、第２観測出力ｙ２を減算することによって算出される。
　第２観測出力ｙ２は、一般化プラントＰから出力されコントローラＫへ入力される信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５へのフロント軸トルク検出信号に相当する。この第２観測出力ｙ２は、上述のように第５外乱入力ｗ５を第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）によって重み付けされたものと、公称モデルＮから出力されるフロント伝達トルクｔ１とを合算することによって算出される。
　第１制御入力ｕ１は、第１観測出力ｙ１及び第２観測出力ｙ２に基づいてコントローラＫにおいて生成され、コントローラＫから一般化プラントＰへ与えられる入力であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのフロントトルク電流指令信号に相当する。一般化プラントＰにおいて、フロントトルクｉ１は、上述のように第２外乱入力ｗ２を第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）によって重み付けされたものと第１制御入力ｕ１とを合算することによって算出される。
　第２制御入力ｕ２は、第１観測出力ｙ１及び第２観測出力ｙ２に基づいてコントローラＫにおいて生成され、コントローラＫから一般化プラントＰへ与えられる入力であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのリアトルク電流指令信号に相当する。一般化プラントＰにおいて、リアトルクｉ２は、上述のように第３外乱入力ｗ３を第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）によって重み付けされたものと第２制御入力ｕ２とを合算することによって算出される。
　第１制御量出力ｚ１は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５への軸トルク偏差入力（上位軸トルク指令信号－フロント軸トルク検出信号）を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第１制御量出力ｚ１は、第１観測出力ｙ１を第１制御量重み関数Ｇｅ（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第１制御量重み関数Ｇｅ（ｓ）は、軸トルク偏差抑制機能を備えるコントローラＫが得られるように、積分特性を有するように設定される。
　第２制御量出力ｚ２は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１においてフロント伝達トルクｔ１を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第２制御量出力ｚ２は、公称モデルＮから出力されるフロント伝達トルクｔ１を第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ）は、共振抑制機能を備えるコントローラＫが得られるように、供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１とを連結する装置における共振特性に基づいて設定される。より具体的には、第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ）は、供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１とを連結する装置におけるねじり共振周波数帯域において、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第３制御量出力ｚ３は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１においてリア伝達トルクｔ２を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第３制御量出力ｚ３は、公称モデルＮから出力されるリア伝達トルクｔ２を第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ）は、共振抑制機能を備えるコントローラＫが得られるように、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とを連結する装置における共振特性に基づいて設定される。より具体的には、第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ）は、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とを連結する装置におけるねじり共振周波数帯域において、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第５制御量出力ｚ５は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのフロントトルク電流指令信号を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第５制御量出力ｚ５は、第１制御入力ｕ１を第５制御量重み関数Ｇｉｒ１（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第５制御量重み関数Ｇｉｒ１（ｓ）は、例えば、高周波数帯域において低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第６制御量出力ｚ６は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのリアトルク電流指令信号を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第６制御量出力ｚ６は、第２制御入力ｕ２を第６制御量重み関数Ｇｉｒ２（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第６制御量重み関数Ｇｉｒ２（ｓ）は、例えば、高周波数帯域において、低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第４制御量出力ｚ４は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との差を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第４制御量出力ｚ４は、第１制御入力ｕ１から第２制御入力ｕ２を減算したものを第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）は、トルク配分機能を備えるコントローラＫが得られるように、積分特性を有するように設定される。ここで本実施例におけるトルク配分機能とは、フロントダイナモメータ２１に対するフロントトルク電流指令信号とリアダイナモメータ２２に対するリアトルク電流指令信号とが等しくなるように、すなわちフロントダイナモメータ２１のトルク負担とリアダイナモメータ２２のトルク負担とが等しくなるように軸トルクを制御する機能をいう。
　図５は、一般化プラントＰに基づいて軸トルク制御装置を設計する手順を示すフローチャートである。
　始めにＳ１では、コンピュータを用いることにより、図３及び図４を参照して説明したように、公称モデルＮ、各種入力ｗ１～ｗ５，ｕ１，ｕ２、各種出力ｚ１～ｚ６，ｙ１，ｙ２、及び重み関数Ｇｔｗ（ｓ），Ｇｉｄ１（ｓ），Ｇｉｄ２（ｓ），Ｇｒ（ｓ），Ｇｎ（ｓ），Ｇｅ（ｓ），Ｇｉｒ１（ｓ），Ｇｉｒ２（ｓ），Ｇｔ１（ｓ），Ｇｔ２（ｓ），Ｇｉｅ（ｓ）を設定する。
　次にＳ２では、一般化プラントＰとコントローラＫとを組み合わせて構成されるフィードバック制御系８において、ロバスト安定性が実現するように定められた所定の設計条件が満たされるように、コンピュータによってコントローラＫを設計する。より具体的には、このようなコントローラＫは、例えばコンピュータ上でＤ－Ｋイタレーション法に基づく反復演算を行うことによって導出される。
　次にＳ３では、Ｓ２において設計されたコントローラＫをデジタルシグナルプロセッサに実装することによって軸トルク制御装置５を設計する。
　次に、図３に示す一般化プラントＰに基づいて設計される実施例１の軸トルク制御装置の効果について、比較例１の軸トルク制御装置及び比較例２の軸トルク制御装置による制御結果と比較しながら説明する。
　ここで比較例１の軸トルク制御装置とは、フロント軸トルクメータ２５によるフロント軸トルク検出信号をフィードバックせずに、フロントトルク電流指令信号を半分にしたものをフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号としてフロントインバータ２３及びリアインバータ２４に入力するものである。すなわち比較例１の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備えない点において実施例１の軸トルク制御装置と異なる。
　また比較例２の軸トルク制御装置とは、本願出願人による特許第５５６１４４号に記載の一般化プラントに基づいて設計されたものである。すなわち比較例２の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能及びトルク配分機能を備えない点において実施例１の軸トルク制御装置と異なる。
　図６は、比較例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図であり、図７は、比較例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図であり、図８は、実施例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。これら図６～図８において、下段は、各軸トルク制御装置によって生成されるフロントトルク電流指令信号（太破線）及びリアトルク電流指令信号（細線）を示し、中段は、フロントダイナモメータ２１及びリアダイナモメータ２２の平均回転数であり、上段は、各軸トルク制御装置に入力する上位軸トルク指令信号（太破線）、フロント軸トルクメータ２５によるフロント軸トルク検出信号（細線）、及び出力側ダイナモメータ３１，３２によって供試体Ｗに入力する供試体トルク（太線）を示す。またこれら図６～図８には、各軸トルク制御装置に、時刻ｔ１において０から正の所定値にステップ状に変化する上位軸トルク指令信号を入力し、その後時刻ｔ２において０から負の所定値にステップ状に変化する供試体トルクを入力した場合の制御結果を示す。またこれら図６～図８において、横軸は時間であり、上段の縦軸は各トルクの上位軸トルク指令信号に対する比であり、中段の縦軸は平均回転数の所定値に対する比であり、下段の縦軸は各トルクの所定値に対する比である。
　先ず図６の下段に示すように、比較例１の軸トルク制御装置は、時刻ｔ１において上位軸トルク指令信号をステップ状に変化させると、この上位軸トルク指令信号を半分にしたものをフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する。上述のように比較例１の軸トルク制御装置では、フロント軸トルク検出信号をフィードバックせずにこれらフロント及びリアトルク電流指令信号を生成するため、これらフロント及びリアトルク電流指令信号の値は等しくかつ一定である。このように比較例１の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能を備えないため、時刻ｔ１以降におけるフロント軸トルク検出信号と上位軸トルク指令信号とは一致しない。また比較例１の軸トルク制御装置は、共振抑制機能を備えないため、供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１との間及びフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２との間において生じるねじり共振を抑制することができず、結果として時刻ｔ１以降におけるフロント軸トルク検出信号には大きな振動が表れる。また時刻ｔ２において負の供試体トルクを入力すると、これらのねじれも大きくなるため、時刻ｔ２以降におけるフロント軸トルク検出信号における振動はさらに大きくなる。
　次に図７の下段に示すように、時刻ｔ１において上位軸トルク指令信号をステップ状に変化させると、比較例２の軸トルク制御装置は、これに応じてフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する。ここで比較例２の軸トルク制御装置は、フロント軸トルク検出信号に基づいて供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１との間及びフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２との間のおいて生じ得るねじり共振を抑制するように、フロント軸トルク検出信号に基づいてフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する。このため比較例２の軸トルク制御装置では、図６に示す比較例１の軸トルク制御装置では抑制できなかったフロント軸トルク検出信号の振動を抑制することができる。しかしながら比較例２の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能を備えないため、比較例２の軸トルク制御装置と同様に、時刻ｔ１以降におけるフロント軸トルク検出信号と上位軸トルク指令信号とは一致しない。また比較例２の軸トルク制御装置は、トルク配分機能を備えないため、時刻ｔ１以降におけるフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号の比と、時刻ｔ２以降におけるフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号の比とは一致しない。このため比較例２の軸トルク制御装置では、供試体トルクが変化する度にフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２のトルク負担割合が変化する。
　これに対し図８に示すように、実施例１の軸トルク制御装置は、共振抑制機能を備えるため、図８の上段に示すように、図６に示す比較例１の軸トルク制御装置では抑制できなかったフロント軸トルク検出信号の振動を抑制することができる。また実施例１の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能を備えるため、図８の上段に示すように、時刻ｔ１において上位軸トルク指令信号をステップ状に変化させると、フロント軸トルク検出信号をこの上位軸トルク指令信号の変化に速やかに追従させることができる。また図８の上段に示すように、実施例１の軸トルク制御装置によれば、時刻ｔ２において供試体トルクを入力してもフロント軸トルク検出信号を上位軸トルク指令信号に追従させることができる。
　また実施例１の軸トルク制御装置は、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号とが等しくなるように軸トルクを制御するトルク配分機能を備える。このため図８の下段に示すように、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号とを定常的に等しくすることができる。また図８の下段に示すように、実施例１の軸トルク制御装置によれば、時刻ｔ２において供試体トルクを入力してもフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号とを定常的に等しくすることができる。このため実施例１の軸トルク制御装置では、供試体トルクを変化させてもフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２のトルク負担を等しくすることができる。このため実施例１の軸トルク制御装置を用いる場合、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２との容量を等しくすることが好ましい。
　図９は、実施例２の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントＰ´の構成を示す図である。実施例２に係る一般化プラントＰ´は、図３に示す実施例１に係る一般化プラントＰと、第４制御量出力ｚ４´の構成が異なる。なお以下の説明では、図３に示す一般化プラントＰと同じ構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
　第４制御量出力ｚ４´は、一般化プラントＰ´の出力信号であり、試験システム１において、所定の割合で重み付けされたフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との差を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰ´において、第４制御量出力ｚ４´は、第１制御入力ｕ１と所定の第２目標割合ｒ２との積から、第２制御入力ｕ２と所定の第１目標割合ｒ１との積を減算したものを、第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。
　ここで第１目標割合ｒ１とは、試験システム１においてフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との和に対するフロントトルク電流指令信号の割合に対する目標であり、０から１の間で設定される。また第２目標割合ｒ２とは、試験システム１においてフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との和に対するリアトルク電流指令信号の割合に対する目標であり、第１目標割合ｒ１と第２目標割合ｒ２との和が１になるように、０から１の間で設定される。
　また第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）は、トルク配分機能を備えるコントローラＫが得られるように、積分特性を有するように設定される。ここで本実施例におけるトルク配分機能とは、フロントダイナモメータ２１に対するフロントトルク電流指令信号とリアダイナモメータ２２に対するリアトルク電流指令信号との比が上述の第１目標割合対第２目標割合（ｒ１：ｒ２）になるように、すなわちフロントダイナモメータ２１のトルク負担とリアダイナモメータ２２のトルク負担との比が第１目標割合対第２目標割合になるように軸トルクを制御する機能をいう。
　次に、図９に示す一般化プラントＰ´に基づいて設計される実施例２の軸トルク制御装置の効果について、図１０を参照しながら説明する。
　図１０は、実施例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。なお図１０には、上述の図６～図８と同様に、実施例２の軸トルク制御装置に、時刻ｔ１及び時刻ｔ２においてそれぞれステップ状に変化する上位軸トルク指令信号及び供試体トルクを入力した場合の制御結果を示す。また図１０には、第１目標割合ｒ１：第２目標割合ｒ２＝１：２とした場合を示す。
　図１０と図８を比較して明らかなように、実施例２の軸トルク制御装置によれば、実施例１の軸トルク制御装置と同等の共振抑制機能及び軸トルク偏差抑制機能が得られる。また実施例２の軸トルク制御装置は、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との比が第１目標割合ｒ１対第２目標割合ｒ２となるように軸トルクを制御するトルク配分機能を備える。このため図１０の下段に示すように、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との比を定常的にｒ１：ｒ２にすることができる。また図１０の下段に示すように、実施例２の軸トルク制御装置によれば、時刻ｔ２において供試体トルクを入力してもこれらトルク電流指令信号の比を定常的にｒ１：ｒ２にすることができる。このため実施例２の軸トルク制御装置を用いる場合、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とでは、異なる容量のものを用いることが好ましい。換言すれば、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とで異なる容量のものが用いられる場合、これらフロントダイナモメータ２１及びリアダイナモメータ２２の電流責務が等しくなるように、容量の比に応じて第１目標割合ｒ１及び第２目標割合ｒ２を設定することが好ましい。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
　例えば上記実施形態では、タンデムダイナモメータ２０に接続する負荷機器を車両のドライブトレインである供試体Ｗとしたドライブトレインの試験システムの軸トルク制御装置５に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の軸トルク制御装置は、負荷機器を車両のエンジンとしたエンジンベンチシステムに適用することもできる。また負荷機器は、ドライブトレインやエンジン等の車両の部品に限らず、軸を備えるものであればどのようなものでもよい。
　１…試験システム（タンデムモータシステム）
　Ｗ…供試体（負荷機器、ドライブトレイン）
　ＳＩ…入力軸（負荷軸）
　ＳＯ１，ＳＯ２…出力軸
　２０…タンデムダイナモメータ
　２１…フロントダイナモメータ（第１モータ）
　Ｓ１…出力軸
　２２…リアダイナモメータ（第２モータ）
　Ｓ２…出力軸
　２５…フロント軸トルクメータ２５（軸トルク検出器）
　３１…第１出力側ダイナモメータ（負荷モータ）
　３２…第２出力側ダイナモメータ（負荷モータ）
　５…軸トルク制御装置
　８…フィードバック制御系
　Ｐ…一般化プラント
　ｚ１…第１制御量出力
　Ｇｅ（ｓ）…第１制御量重み関数（第１重み関数）
　ｚ２…第２制御量出力
　Ｇｔ１（ｓ）…第２制御量重み関数（第２重み関数）
　ｚ３…第３制御量出力
　Ｇｔ２（ｓ）…第３制御量重み関数（第３重み関数）
　ｚ４，ｚ４´…第４制御量出力
　Ｇｉｅ（ｓ）…第４制御量重み関数（第４重み関数）
　Ｎ…公称モデル
　ｉ１…フロントトルク（第１モデル入力）
　ｉ２…リアトルク（第２モデル入力）
　ｔ１…フロント伝達トルク（第１モデル出力）
　ｔ２…リア伝達トルク（第２モデル出力）
　Ｋ…コントローラ
　ｕ１…第１制御入力
　ｕ２…第２制御入力
　ｙ１…第１観測出力
　ｙ２…第２観測出力

Claims (4)

  1. 　負荷軸を備える負荷機器と、その第１出力軸が前記負荷軸に接続されかつ第１トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する第１モータと、その第２出力軸が前記第１出力軸に接続されかつ第２トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する第２モータと、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに応じた軸トルク検出信号を生成する軸トルク検出器と、を備えるタンデムモータシステムを制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との軸トルク偏差を抑制するように前記第１及び第２トルク電流指令信号を生成するタンデムモータシステムの軸トルク制御装置であって、
    　前記軸トルク制御装置は、前記制御対象の入出力特性を模した公称モデルを備える一般化プラントと、前記軸トルク偏差に相当する第１観測出力及び前記軸トルク検出信号に相当する第２観測出力に基づいて前記第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力及び前記第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力を前記一般化プラントへ与えるコントローラと、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計された前記コントローラを備え、
    　前記公称モデルは、前記第１制御入力に基づいて生成される第１モデル入力及び前記第２制御入力に基づいて生成される第２モデル入力に基づいて、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに相当する第１モデル出力及び前記第１モータと前記第２モータとの間の軸トルクに相当する第２モデル出力を生成し、
    　前記一般化プラントには、前記第１観測出力を第１重み関数で重み付けした第１制御量出力と、前記第１モデル出力を第２重み関数で重み付けした第２制御量出力と、前記第２モデル出力を第３重み関数で重み付けした第３制御量出力と、が規定されていることを特徴とする軸トルク制御装置。
  2. 　前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２制御入力との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸トルク制御装置。
  3. 　前記第１トルク電流指令信号と前記第２トルク電流指令信号との和に対する前記第１トルク電流指令信号の割合に対する目標を第１目標割合とし、前記和に対する前記第２トルク電流指令信号の割合に対する目標を第２目標割合とし、
    　前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２目標割合との積と前記第２制御入力と前記第１目標割合との積との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸トルク制御装置。
  4. 　前記負荷機器は、前記負荷軸に入力された動力を変速して出力軸に伝達する車両用のドライブトレインであり、
    　前記タンデムモータシステムは、前記出力軸に負荷を与える負荷モータを備えるドライブトレインの試験システムであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の軸トルク制御装置。
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