JP4946495B2 - 動力計測システムの電気慣性制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力計測システムの電気慣性制御装置に係り、特にばね特性を持たせた電気慣性制御装置に関するものである。

動力計測システムにおいては、車両が持つ機械慣性分を電気的に補償しながら動力計に対して吸収トルク制御を実施し、これにより、動力計から車両の走行抵抗に相当する吸収トルクを発生させることが行われている。
このような制御に使用される電気慣性制御装置としては特許文献１等が知られている。

特許文献１は、軸トルクメータによって車両の動力伝達軸に発生する軸トルクを検出し、動力計は検出された軸トルクと、機械慣性分を除いた走行抵抗分のトルク設定値と、動力計の機械慣性及び設定慣性から電気慣性トルク設定値を求め、この電気慣性トルク設定値と走行抵抗分のトルク設定値との和で吸収トルク制御を行うようにしている。
特開２００４−３６１２５５号公報

上記文献のものは、電気慣性制御のための加速度検出を不要としているため、電気慣性制御の応答性が高まり、且つ安定した動力計測が可能となる特徴を有している。しかし、この文献のものは、一つの慣性モーメントを模擬するように動作するため、例えば、パワートレーンベンチの吸収側に使用される動力計制御に使用した場合、パワートレーンベンチの試験目的の一つである出力軸の振動の再現が困難となる。

図８はパワートレーンベンチの概要を示したもので、従来での電気慣性制御は、実機の動力計ＤＹ慣性モーメントを見かけ上別の慣性モーメントに制御する。そのため、エンジンＥＧにかかる負荷は、慣性モーメントに関しては実車相当に制御することができるが、ばね特性は実機に入っているクラッチＣＬの特性しか持たない。

一方、実車ではクラッチ以外にもアクセル軸などにもばね特性を有している。したがって、従来では実車のアクセル軸などのクラッチ以外のばね特性を模擬することができないため、パワートレーン系の軸トルクの振動波形は実車でのそれとは異なることになる。
図９はパワートレーンベンチでの軸トルク波形と、実車でのトルク振動波形例を示したものである。図９で示すように、定常的な負荷トルク（振動が収束した後のトルク値）は、従来でも実車相当に制御可能であるが、しかし、過渡状態の振動波形が大きく異なっている。

特に、近年では、エンジンや変速機などの自動車構成部品の単体の完成度を高めることにより、完成車までのトータル開発期間の短縮、試作車数の削減などの要求が高まっていることにより、自動車構成部品の開発段階において、定常試験のみならず、各部品があたかも路上で走行している車両の中に組み込まれているかのような過渡試験環境の試験装置が要望されている。

本発明が目的とするところは、過渡状態においても模擬可能な電気慣性制御装置を提供することにある。

本発明の請求項１は、検出された動力計の軸トルク信号及び回転数信号を動力計制御部に入力し、この動力計制御部によって演算されたトルク指令値によりインバータを介して動力計を制御するよう構成された動力計測システムであって、動力計制御部に設けられ、機械的慣性を電気慣性に模擬する電気慣性制御装置において、
前記動力計制御部にばね要素演算手段を設け、このばね要素演算手段に電気ばね剛性設定と電気ばね損失設定の和によるばね特性値を持たせ、このばね特性値と
前記検出された軸トルク信号との偏差信号に応じた第１の電気慣性値を第１の電気慣性要素にて演算し、演算された電気慣性値に基づいて動力計慣性モーメントを求めて前記軸トルク信号に加算してトルク電流指令とすると共に、
前記ばね特性値と予め設定された走行抵抗設定値との差信号を第２の電気慣性要素に入力して第２の電気慣性値を演算し、第２の電気慣性値と前記第１の電気慣性値との差分を前記ばね要素演算手段に入力してばね特性値を算出するよう構成したことを特徴とした

本発明の請求項２は、前記第１電気慣性要素の演算出力と前記検出された回転数信号との差信号をＰＩＤ演算手段を介して前記トルク指令値に加算したことを特徴としたものである。

本発明の請求項３は、前記ばね特性値を算出するばね要素演算手段と、ばね特性値と前記走行抵抗設定値との偏差信号に応じて慣性値を演算する電気慣性要素をそれぞれ複数設けたことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、Ｋ２３ｅとＣ２３ｅのばね特性を持たせたことにより、エンジンの負荷として、動力計の慣性モーメントだけでなく、一つのばねを持った２マス１ばね系による負荷をエンジンにかけることができる。その結果、振動の周波数は実車相当の軸トルクに制御されるものである。
また、ＰＩＤ演算手段を設けたことにより、各種検出遅れやインバータの応答遅れなどの何らかの要因により動力計角速度と電気慣性制御装置内部の動力計角速度相当信号の誤差が０となるようにトルク電流指令が補償され、その結果、角速度に依存した走行抵抗がより実車相当に制御される。

さらに、ばね特性値を算出するばね要素演算手段と、このばね要素演算手段によって算出されるばね特性値と走行抵抗設定値との偏差信号に応じて慣性値を演算する電気慣性要素をそれぞれ複数段としたことによって電気慣性制御装置での多慣性系の模擬可能となり、より実車に近い動作の再現が可能となる。

図２は本発明が適用される動力計測システムの構成図を示したもので、ＥＧはエンジンで一体的にクラッチＣＬ、変速機Ｔが組み立てられている。このエンジンＥＧとは、シャフトＳ、軸トルクメータＴＭを介して動力計ＤＹが連結されている。ＲＥはインクリメンタルエンコーダ（位置検出器）で、この位置検出器ＲＥによって検出した動力計ＤＹの回転数信号と、軸トルクメータＴＭによって検出したトルク信号はそれぞれ動力計測システムの制御装置１に出力される。制御装置１は動力計制御部２とエンジン制御部３を有しており、動力計制御部２によって演算されたトルク指令に基づいてインバータ５を制御する。また、エンジン制御部３によって演算された開度指令によってスロットルアクチュエータ４の開度制御が行われる。６は操作用パソコンで、制御装置１に対して各種パラメータや指令設定値を与え、制御装置１からは各種の信号が入力される。

本発明は、このように動力計測システムにおいて、動力計制御部２に設けられる電気慣性制御のための制御装置に関するものである。

なお、図２ではパワートレーンベンチの例を示しているが、シャシーダイナモメータについても、本発明が適用できることは勿論である。

図１は、本発明の実施例を示す構成図で、各記号のＪ２は動力計慣性モーメント、Ｊ２ｅは第１電気慣性設定、Ｊ３ｅは第２電気慣性設定、Ｋ２３ｅは電気ばね剛性設定、Ｃ２３ｅは電気ばね損失設定である。１０，１１は動力計の機械慣性によって速度（出力軸角速度）として現れる第１の電気慣性要素で、差算部１６においてばね要素演算手段１３によって生成された電気ばねトルクと軸トルクメータＴＭにより検出された軸トルク信号との差信号に基づいて演算される。演算値の一つは動力計慣性モーメントとして要素１２を介して加算部１９に出力されて軸トルク信号と加算され、トルク電流指令としてインバータ５に出力される。

１４、１５は第２の電気慣性要素で、差算部１８において走行抵抗設定信号とばね特性値との差信号に基づいて演算され、その出力は差算部１７において第１の電気慣性要素の出力信号を差し引き、ばね要素演算手段１３に出力する。ばね要素演算手段１３は、電気ばね剛性設定Ｋ２３ｅと電気ばね損失設定Ｃ２３ｅ値の和演算を実行して電気ばねトルクとして出力する。

図３は本実施例に基づく効果の概念図で、電気慣性制御装置の出力として、Ｋ２３ｅとＣ２３ｅのばね特性を持たせたことにより、エンジンの負荷として、動力計ＤＹの慣性モーメントだけでなく、一つのばねを持った２マス１ばね系による負荷をエンジンにかけることができる。その結果、図４で示す波形図のように、振動の収束時間は異なっているものの、振動の周波数は実車相当の軸トルクに制御されていることが分かる。なお、図３においてＤＹｅ１、ＤＹｅ２は図１で示すＪ２ｅの慣性、Ｋｅ１２は電気ばね剛性設定Ｋ２３ｅと電気ばね損失設定Ｃ２３ｅ値の和として表している。

図５は他の実施例を示したもので、図１と異なるところはＰＩＤ演算手段２０を設け、差算部２１において第１の電気慣性要素の出力信号と位置検出器ＲＥを介して検出された動力計の回転数信号との偏差信号をこのＰＩＤ演算手段２０に入力してＰＩＤ演算を実行し、その信号と加算部１９の出力信号とを加算部２２で加算してトルク電流指令としたものである。他は図１と同様である。

すなわち、ＰＩＤ演算手段２０は、Ｊ２ｅの角速度に動力計角速度が追従するよう適切に設定されたＰＩＤ補償器として使用される。このように構成したことにより、各種検出遅れやインバータの応答遅れなどの何らかの要因により動力計角速度と電気慣性制御装置内部の動力計角速度相当信号（Ｊ２ｅ角速度）の誤差がＰＩＤ演算手段２０によって０となるようにトルク電流指令が補償され、その結果、角速度に依存した走行抵抗がより実車相当に制御されることになる。

図６は他の実施例を示したものである。図６において記号Ｊ４ｅは第３電気慣性設定、Ｋ３４ｅは第２電気ばね剛性設定、Ｃ３４ｅは第２電気ばね損失設定で、
このＫ３４ｅとＣ３４ｅとの和によって第２のばね要素演算手段２５が構成される。２３、２４は第３の電気慣性要素で、差算部２６で求められた走行抵抗設定値と第２のばね特性値との偏差信号に基づいて電気慣性値が演算される。演算された出力は差算部２８において第２の電気慣性要素との出力偏差が求められ、第２のばね要素演算手段２５に出力される。

第２のばね要素演算手段２５では、偏差信号に応じたＫ３４ｅとＣ３４ｅの和による第２のばね特性値が演算されて差算部２６と２７に出力される。差算部２７では、第２のばね特性値と第１のばね要素演算手段１３による第１のばね特性値との偏差信号が求められ、第２電気慣性要素において偏差信号に応じた慣性値が演算される。他は図１と同様である。

この実施例は、電気慣性制御装置で３マス２ばね系を模擬したものである。すなわち、ばね特性値を算出するばね要素演算手段と、このばね要素演算手段によって算出されるばね特性値と走行抵抗設定値との偏差信号に応じて慣性値を演算する電気慣性要素をそれぞれ複数段としたことにより、図１の実施例よりも多慣性系を模擬することができ、その結果としてより実車に近い動作の再現が可能となる。

図７は更に他の実施例を示したもので、図６の回路にＰＩＤ演算手段２０’と差算部２１’及び加算部２２’を付加したものである。この実施例は多慣性系において、図５と同様にＰＩＤ演算手段２０’はＪ２ｅの角速度に動力計角速度が追従するよう適切に設定されたＰＩＤ補償器として使用される。このように構成したことにより、各種検出遅れやインバータの応答遅れなどの何らかの要因により動力計角速度と電気慣性制御装置内部の動力計角速度相当信号（Ｊ２ｅ角速度）の誤差がＰＩＤ演算手段２０’によって０となるようにトルク電流指令が補償され、その結果、角速度に依存した走行抵抗がより実車相当に制御されることになる。

本発明の実施形態を示す構成図。 動力計測システムの構成図。 本発明の効果概念図。 本発明による軸トルク波形図。 本発明の他の実施形態（実施例２）を示す構成図。 本発明の他の実施形態（実施例３）を示す構成図。 本発明の他の実施形態（実施例４）を示す構成図。 説明のための従来の概念図。 従来の軸トルク波形図。

符号の説明

１… 制御装置
２… 動力計制御部
３… エンジン制御部
４… スロットルアクチュエータ
５… インバータ
Ｊ２… 動力計慣性モーメント
Ｊ２ｅ… 第１の電気慣性設定
Ｊ３ｅ… 第２の電気慣性設定
Ｊ４ｅ… 第３の電気慣性設定
Ｋ２３ｅ… 第１の電気ばね剛性設定
Ｋ３４ｅ… 第２の電気ばね剛性設定
Ｃ２３ｅ… 第１の電気ばね損失設定
Ｃ３４ｅ… 第２の電気ばね損失設定

Claims (3)

1. 検出された動力計の軸トルク信号及び回転数信号を動力計制御部に入力し、この動力計制御部によって演算されたトルク指令値によりインバータを介して動力計を制御するよう構成された動力計測システムであって、動力計制御部に設けられ、機械的慣性を電気慣性に模擬する電気慣性制御装置において、
   前記動力計制御部にばね要素演算手段を設け、このばね要素演算手段に電気ばね剛性設定と電気ばね損失設定の和によるばね特性値を持たせ、このばね特性値と
   前記検出された軸トルク信号との偏差信号に応じた第１の電気慣性値を第１の電気慣性要素にて演算し、演算された電気慣性値に基づいて動力計慣性モーメントを求めて前記軸トルク信号に加算してトルク電流指令とすると共に、
   前記ばね特性値と予め設定された走行抵抗設定値との差信号を第２の電気慣性要素に入力して第２の電気慣性値を演算し、第２の電気慣性値と前記第１の電気慣性値との差分を前記ばね要素演算手段に入力してばね特性値を算出するよう構成したことを特徴とした動力計測システムの電気慣性制御装置。
2. 前記第１電気慣性要素の演算出力と前記検出された回転数信号との差信号をＰＩＤ演算手段を介して前記トルク指令値に加算したことを特徴とした請求項１記載の動力計測システムの電気慣性制御装置。
3. 前記ばね特性値を算出するばね要素演算手段と、ばね特性値と前記
   走行抵抗設定値との偏差信号に応じて慣性値を演算する電気慣性要素をそれぞれ複数設けたことを特徴とした請求項１又は２記載の動力計測システムの電気慣性制御装置。

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