JP6958518B2 - 動力計制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力計制御装置に関する。より詳しくは、例えば車両のドライブトレインのような入力軸と出力軸とを備える供試体と、この供試体の入力軸に連結された動力計とを備える試験システムにおいて電気慣性制御を行う動力計制御装置に関する。

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、ドライブトレインの耐久性能や品質等が評価される（例えば、特許文献１参照）。また近年では、ドライブトレインの入力軸に入力する駆動トルクを、実エンジンの代わりに入力側動力計で発生させる試験システムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２０１４／０１０４０９号公報 特開２０１３−２５７２３４号公報

ところで、入力側動力計の実際の慣性モーメント（以下、「動力計慣性モーメント」ともいう）は、これによって模擬しようとする実際のエンジンの慣性モーメントと異なる。より具体的には、動力計慣性モーメントは、実際のエンジンの慣性モーメントよりも大きい場合が多い。このため、試験の再現性を向上するためには、動力計慣性モーメントが、あたかもそれよりも小さな値に設定された設定慣性モーメントであるかのように入力側動力計を制御する電気慣性制御を併せて行う必要がある。

ここで供試体の出力軸に連結される出力側動力計に対する低慣性化制御の具体的な方法については、例えば、本願出願人による特許文献１に示されている。しかしながら、供試体の入力軸に連結されている入力側動力計に対する電気慣性制御の具体的な方法については、これまで十分に検討されていない。

本発明は、入力軸と出力軸とを備える供試体の入力軸に連結された入力側動力計を備える試験システムにおいて、この入力側動力計に対し安定して電気慣性化制御を行うことができる動力計制御装置を提供することを目的とする。

（１）試験システム（例えば、後述の試験システム１）は、入力軸（例えば、後述の入力軸ＳＩ）及び出力軸（例えば、後述の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２）を備える供試体（例えば、後述の供試体Ｗ）の入力軸に連結された動力計（例えば、後述の入力側動力計２１）と、トルク指令信号に応じた電力を前記動力計に供給するインバータ（例えば、後述の入力側インバータ２２）と、前記動力計の回転速度に応じた速度検出信号を発生する速度検出器（例えば、後述の入力側エンコーダ２３）と、前記入力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器（例えば、後述の入力側軸トルクメータ２４）と、を備える。本発明に係る動力計制御装置（例えば、後述の入力側制御装置５）は、前記トルク指令信号に対する上位指令信号、前記速度検出信号、及び前記軸トルク検出信号を用いて前記トルク指令信号を生成するものであって、前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号と設定慣性とに基づいて前記速度検出信号に対する目標速度信号を生成する目標速度設定部（例えば、後述の目標速度設定部５１）と、前記目標速度信号と前記速度検出信号との偏差が無くなるように第１入力信号を生成するフィードバック制御器（例えば、後述の速度フィードバック制御器５２）と、前記軸トルク検出信号に所定の定数を乗算することによって第２入力信号を生成する比例器（例えば、後述の比例器５３）と、前記第１入力信号から前記第２入力信号を減算することによって前記トルク指令信号を生成する減算器（例えば、後述の減算器５４）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記比例器は、前記動力計及び前記軸トルク検出器の慣性モーメントを前記設定慣性で除算したものから値１を減算して得られる値と、所定の安定化ゲイン（例えば、後述の安定化ゲインＫｘ）と、を前記軸トルク検出信号に乗算することによって前記第２入力信号を生成することが好ましい。

（３）この場合、前記安定化ゲインは、前記設定慣性が前記慣性モーメントより小さい場合には値１より大きな値に設定され、前記設定慣性が前記慣性モーメントより大きい場合には値１より小さな値に設定されることが好ましい。

（４）この場合、前記フィードバック制御器の制御ゲインは、前記目標速度設定部と前記フィードバック制御器と前記比例器とによって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、所定の応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２によって特徴付けられる下記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定されることが好ましい。

（１）本発明の動力計制御装置は、上位指令信号と軸トルク検出信号と設定慣性とに基づいて速度検出信号に対する目標速度信号を生成する目標速度設定部と、目標速度信号と速度検出信号との偏差が無くなるように第１入力信号を生成するフィードバック制御器と、を用いることによってトルク指令信号を生成し、動力計を制御する。これにより本発明によれば、動力計の慣性モーメントがあたかも設定慣性であるかのように動力計を制御する電気慣性制御を行うことができる。また本発明の動力計制御装置は、比例器において軸トルク検出信号に所定の定数を乗算することによって第２入力信号を生成し、上述のように電気慣性制御を行うための第１入力信号から比例器によって生成される第２入力信号を減算することによってトルク指令信号を生成する。本発明の動力計制御装置では、このように比例器を設けることにより、比例器における定数の調整を介して安定した電気慣性制御を実現できる。

（２）本発明の動力計制御装置では、比例器は、動力計及び軸トルク検出器の慣性モーメントを設定慣性で除算して得られる慣性比から値１を減算して得られる値と、所定の安定化ゲインと、を軸トルク検出信号に乗算することによって第２入力信号を生成する。これにより本発明の動力計制御装置では、比例器における安定化ゲインの調整を介して安定した電気慣性制御を実現できる。

（３）本発明の動力計制御装置では、設定慣性が慣性モーメントより小さい場合、すなわち低慣性化制御を行う場合には安定化ゲインを値１より大きな値に設定し、設定慣性が慣性モーメントより大きい場合、すなわち高慣性化制御を行う場合には安定化ゲインを値１より小さな値に設定する。本発明の動力計制御装置では、比例器における安定化ゲインをこのように調整することにより、安定した低慣性化制御及び高慣性化制御を実現できる。

（４）本発明の動力計制御装置では、フィードバック制御器の制御ゲインは、目標速度設定部とフィードバック制御器と比例器とによって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、所定の応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２によって特徴付けられる上記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定される。本発明の動力計制御装置によれば、このようにフィードバック制御器の制御ゲインを設定することにより、ステップ状に変化する上位指令信号に対する軸トルク検出信号の応答を、オーバシュートや振動のないものにできる。

本発明の本発明の一実施形態に係る入力側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。 出力側制御装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 摩擦係数値を決定する制御マップの一例である。 入力側制御装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 比較例１の入力側制御装置による制御結果を示す図である。 実施例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。 比較例２の入力側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、本実施形態に係る入力側制御装置５が適用された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とした試験システム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、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、クラッチ、トランスミッション、及びデファレンシャルギヤ等を組み合わせて構成され、入力軸ＳＩから入力された動力を出力軸ＳＯ１，ＳＯ２へ伝達する本体ＷＢと、を備える。

試験システム１は、入力側動力計２１と、入力側インバータ２２と、入力側エンコーダ２３と、入力側軸トルクメータ２４と、第１出力側動力計３１と、第２出力側動力計３２と、第１出力側インバータ３３と、第２出力側インバータ３４と、第１出力側エンコーダ３５と、第２出力側エンコーダ３６と、第１出力側軸トルクメータ３７と、第２出力側軸トルクメータ３８と、入力側制御装置５と、出力側制御装置６と、を備える。

入力側動力計２１の出力軸は供試体Ｗの入力軸ＳＩに連結されている。入力側インバータ２２は、入力側制御装置５から後述の手順によって生成される入力側トルク指令信号Ｔｒが入力されると、この入力側トルク指令信号Ｔｒに応じた電力を入力側動力計２１に供給する。入力側エンコーダ２３は、入力側動力計２１の出力軸の回転速度（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入力側速度検出信号ωを発生する。この入力側速度検出信号ωは、入力側制御装置５へ入力される。入力側軸トルクメータ２４は、入力軸ＳＩに作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈを発生する。この入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈは、入力側制御装置５へ入力される。

第１出力側動力計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から後述の手順によって生成される第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１が入力されると、この第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１に応じた電力を第１出力側動力計３１に供給する。第１出力側エンコーダ３５は、第１出力側動力計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ω１を発生する。この第１出力側速度検出信号ω１は、出力側制御装置６へ入力される。第１出力側軸トルクメータ３７は、出力軸ＳＯ１に作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１を発生する。この第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１は、出力側制御装置６へ入力される。

第２出力側動力計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から後述の手順によって生成される第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２が入力されると、この第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２に応じた電力を第２出力側動力計３２に供給する。第２出力側エンコーダ３６は、第２出力側動力計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ω２を発生する。この第２出力側速度検出信号ω２は、出力側制御装置６へ入力される。第２出力側軸トルクメータ３８は、出力軸ＳＯ２に作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２を発生する。この第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２は、出力側制御装置６へ入力される。

入力側制御装置５は、入力側速度検出信号ωや入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ等の入力信号を用いることにより、後に図４等を参照して説明する手順に従って入力側トルク指令信号Ｔｒを生成し、これを入力側インバータ２２へ入力する。これにより入力側制御装置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入力側動力計２１に発生させ、供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動する。

出力側制御装置６は、第１及び第２出力側速度検出信号ω１，ω２や第１及び第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１，Ｔｓｈ２等の入力信号を用いることにより、後に図２〜図３等を参照して説明する手順に従って第１及び第２出力側トルク指令信号Ｔｒ１，Ｔｒ２を生成し、これらを第１及び第２出力側インバータ３３，３４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供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に付与する。

試験システム１では、入力側制御装置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。

図２は、出力側制御装置６の制御回路の構成を示すブロック図である。
出力側制御装置６は、第１出力側速度検出信号ω１及び第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１に基づいて第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１を生成する第１制御回路６１と、第２出力側速度検出信号ω２及び第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２に基づいて第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２を生成する第２制御回路６２と、供試体Ｗを搭載した仮想的な車両の速度を算出する車両速度演算部６３と、を備える。

第１制御回路６１は、第１タイヤ速度演算部６１１と、第１車両駆動トルク演算部６１２と、第１速度制御装置６１３と、第１フィードフォワード入力演算部６１４と、第１軸トルク入力セレクタ６１５と、第１合成部６１６と、を備える。第２制御回路６２は、第２タイヤ速度演算部６２１と、第２車両駆動トルク演算部６２２と、第２速度制御装置６２３と、第２フィードフォワード入力演算部６２４と、第２軸トルク入力セレクタ６２５と、第２合成部６２６と、を備える。

車両速度演算部６３は、仮想的な第１タイヤと仮想的な第１路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する後述の第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１と、仮想的な第２タイヤと仮想的な第２路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する後述の第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２とを入力とし、上記第１、第２タイヤを駆動輪として走行する仮想的な車両の慣性モーメントＪｖで特徴付けられる車両の運動方程式（下記式（２）参照）によって、車両の速度に相当する車両速度信号Ｖを生成する。

車両速度演算部６３は、より具体的には、第１車両駆動トルク演算部６１２によって生成される第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１と第２車両駆動トルク演算部６２２によって生成される第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２とを合算した信号に、車両慣性モーメントＪｖの逆数を乗算し、これに積分演算を施すことにより車両速度信号Ｖを生成する。

第１軸トルク入力セレクタ６１５は、第１タイヤ速度演算部６１１への入力を第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１と値０の信号とで選択的に切替える。第１軸トルク入力セレクタ６１５は、第１タイヤ速度演算部６１１への入力を、通常は第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１とし、ストール試験を行う場合は値０の信号とする。

第１タイヤ速度演算部６１１は、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１及び第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を入力として、第１タイヤの慣性モーメントＪｔ１で特徴付けられる第１タイヤの運動方程式（下記式（３）参照）によって、第１タイヤの回転速度に相当する第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を生成する。

第１タイヤ速度演算部６１１は、より具体的には、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１から第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を減算して得られる信号を第１タイヤの回転に寄与する第１タイヤ駆動トルク信号と定義し、これに第１タイヤ慣性モーメントＪｔ１の逆数を乗算し、これに積分演算を施すことにより第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を生成する。

第２軸トルク入力セレクタ６２５は、第２タイヤ速度演算部６２１への入力を第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２と値０の信号とで選択的に切替える。第２軸トルク入力セレクタ６２５は、第２タイヤ速度演算部６２１への入力を、通常は第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２とし、ストール試験を場合は値０の信号とする。

第２タイヤ速度演算部６２１は、第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２及び第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を入力として、第２タイヤの慣性モーメントＪｔ２で特徴付けられる第２タイヤの運動方程式（下記式（４）参照）によって、第２タイヤの回転速度に相当する第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を生成する。第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を算出する具体的な手順は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を算出する手順と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

第１車両駆動トルク演算部６１２は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１と車両速度信号Ｖとの差に基づいて、第１タイヤと仮想的に設定された第１路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する。以下、その手順について具体的に説明する。

第１車両駆動トルク演算部６１２は、先ず、速度差（Ｖｗ１−Ｖ）並びに速度信号Ｖｗ１及びＶの何れか大きい方に基づいて、第１タイヤの第１路面上における第１スリップ率λ１を下記式（５−１）に基づいて算出する。次に、第１車両駆動トルク演算部６１２は、算出した第１スリップ率λ１を引数として、図３に示すような制御マップｆ１に基づいて第１タイヤ−第１路面間の第１摩擦係数値μ１を決定する（下記式（５−２）参照）。なお、この摩擦係数値を決定する制御マップは、第１路面の状態（雪面、乾燥路面等）に応じて適宜選択可能となっている。次に、第１車両駆動トルク演算部６１２は、第１タイヤが第１路面から受ける第１垂直抗力値Ｎｚ１に、第１摩擦係数値μ１を乗算することにより、第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する（下記式（５−３）参照）。この第１垂直抗力値Ｎｚ１は、予め定められた定数又は車両速度信号Ｖ等に応じて推定された値が用いられる。

第２車両駆動トルク演算部６２２は、第２タイヤ速度信号Ｖｗ２と車両速度信号Ｖとを入力として、下記式（６−１）〜（６−３）に基づいて、第２タイヤと第２路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を生成する。第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を生成する具体的な手順は、第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する手順と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

以上のように、第１制御回路６１及び第２制御回路６２では、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に接続される第１タイヤ及び第２タイヤと、これらタイヤを駆動輪として第１路面及び第２路面上を走行する車両とを仮想的に設定し、これらを独立した慣性モーメントＪｔ１，Ｊｔ２，Ｊｖを有する物体とした上、それぞれに対する運動方程式（２）、（３）、（４）、（５−１）〜（５−３）、（６−１）〜（６−３）を連立させることにより、車両速度信号Ｖ、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１、及び第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を生成する。

第１速度制御装置６１３は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１と第１出力側速度検出信号ω１との偏差が無くなるように第１フィードバック制御入力信号を生成する。第２速度制御装置６２３は、第２タイヤ速度信号Ｖｗ２と第２出力側速度検出信号ω２との偏差が無くなるように第２フィードバック制御入力信号を生成する。

第１フィードフォワード入力演算部６１４は、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１と第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１との差に、第１出力側動力計３１の慣性モーメントＪｄｙ１を第１タイヤの慣性モーメントＪｔ１で除算して得られる係数を乗算することにより、第１フィードフォワード制御入力信号を生成する。第１合成部６１６は、第１速度制御装置６１３によって生成される第１フィードバック制御入力信号と第１フィードフォワード入力演算部６１４によって生成される第１フィードフォワード制御入力信号とを足し合わせることによって、第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１を生成する。

第２フィードフォワード入力演算部６２４は、第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２と第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２との差に、第２出力側動力計３２の慣性モーメントＪｄｙ２を第２タイヤの慣性モーメントＪｔ２で除算して得られる係数を乗算することにより、第２フィードフォワード制御入力信号を生成する。第２合成部６２６は、第２速度制御装置６２３によって生成される第２フィードバック制御入力信号と第２フィードフォワード入力演算部６２４によって生成される第２フィードフォワード制御入力信号とを足し合わせることによって、第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２を生成する。

図４は、入力側制御装置５の制御回路の構成を示すブロック図である。図４には、入力側制御装置５に構成される制御回路のうち、特に入力側動力計の電気慣性制御を担う部分を示す。

入力側制御装置５は、目標速度設定部５１と、速度フィードバック制御器５２と、比例器５３と、減算器５４と、を備え、これらを用いることによって入力側トルク指令信号Ｔｒを生成する。

目標速度設定部５１は、入力側トルク指令信号Ｔｒに対する上位指令信号であるエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆと、入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈと、所定の設定慣性Ｊｓｅｔとに基づいて入力側速度検出信号ωに対する目標である目標速度信号ωｔｒｇを生成する。

目標速度設定部５１は、ローパスフィルタ５１１と、減算器５１２と、設定慣性乗算部５１３と、積分器５１４と、を備え、これらを用いることによって目標速度信号ωｔｒｇを生成する。

ローパスフィルタ５１１は、エンジントルク指令信号Ｔｒｅｆから高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる。ローパスフィルタ５１１を通過したエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆは、減算器５１２に入力される。ローパスフィルタ５１１の伝達関数ＧＬＰＦ（ｓ）は、下記式（７）に示すように、後述の速度フィードバック制御器５２において定義される制御ゲインＫｐ，Ｋｉによって特徴付けられる。

減算器５１２は、ローパスフィルタ５１１を通過したエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆから入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈを減算することによって偏差を算出し、この偏差を設定慣性乗算部５１３へ入力する。設定慣性乗算部５１３は、減算器５１２によって算出される偏差に設定慣性Ｊｓｅｔの逆数を乗算し、積分器５１４は、設定慣性乗算部５１３の出力を積分することによって目標速度信号ωｔｒｇを生成する。

速度フィードバック制御器５２は、既知のフィードバック制御則に従って目標速度信号ωｔｒｇと入力側速度検出信号ωとの偏差が無くなるように第１入力信号を生成する。速度フィードバック制御器５２は、偏差演算部５２１と、積分器５２２と、比例器５２３と、合算器５２４と、を備える。なお以下では、速度フィードバック制御器５２は、積分ゲインＫｉ及び比例ゲインＫｐによって特徴付けられるＰＩ制御則に従って第１入力信号を生成する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

偏差演算部５２１は、目標速度設定部５１によって生成される目標速度信号ωｔｒｇから入力側速度検出信号ωを減算することによって速度偏差を算出し、これを積分器５２２及び比例器５２３へ入力する。

積分器５２２は、偏差演算部５２１によって算出される速度偏差に所定の積分ゲインＫｉを乗算するとともに積分する。比例器５２３は、偏差演算部５２１によって算出される速度偏差に所定の比例ゲインＫｐを乗算する。合算器５２４は、積分器５２２の出力と比例器５２３の出力とを合算することによって第１入力信号を生成し、これを減算器５４へ入力する。なお、これら速度フィードバック制御器５２における制御ゲインＫｉ，Ｋｐの具体的な設定例については、後に詳細に説明する。

比例器５３は、入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈに予め定められた定数を乗算することによって第２入力信号を生成する。比例器５３は、慣性比乗算部５３１と、安定化ゲイン乗算部５３２と、を備え、これらを用いることによって第２入力信号を生成する。

慣性比乗算部５３１は、入力側動力計２１から入力側軸トルクメータ２４までの慣性モーメントＪ１を設定慣性Ｊｓｅｔで除算して得られる慣性比（Ｊ１／Ｊｓｅｔ）から値１を減算して得られる値を入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈに乗算し、安定化ゲイン乗算部５３２へ入力する。安定化ゲイン乗算部５３２は、慣性比乗算部５３１の出力に所定の安定化ゲインＫｘを乗算することによって第２入力信号を生成し、この第２入力信号を減算器５４へ入力する。なお安定化ゲインＫｘの具体的な値は、入力側制御装置５によって安定した電気慣性制御が実現されるように調整される。この安定化ゲインＫｘの値の具体的な設定例については、後に詳細に説明する。

減算器５４は、速度フィードバック制御器５２によって生成される第１入力信号から比例器５３によって生成される第２入力信号を減算することによって入力側トルク指令信号Ｔｒを生成し、この入力側トルク指令信号Ｔｒを入力側インバータ２２へ入力する。

次に速度フィードバック制御器５２及びローパスフィルタ５１１において定義される制御ゲインＫｉ，Ｋｐを設定する手順について説明する。

これら制御ゲインＫｉ，Ｋｐは、目標速度設定部５１、速度フィードバック制御器５２、比例器５３、及び減算器５４によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、所定の応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２によって特徴付けられる下記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定される。ここで応答周波数ｆｃは、入力軸ＳＩの共振周波数（具体的には、例えば４００Ｈｚ程度）よりも十分に低くなるように定められる。より具体的には、応答周波数ｆｃは、例えば１００Ｈｚ程度に設定される。また係数ｃ１，ｃ２の値は、エンジントルク指令信号Ｔｒｅｆに対する入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈの応答において、オーバシュートや振動が発生しないように設定される。以下の実施例では、ｃ１＝２、ｃ２＝１と設定した場合について説明する。

下記式（９−１）及び（９−２）には、実施例の入力側制御装置５における制御ゲインＫｐ，Ｋｉの具体的な設定例を示す。下記式（９−１）及び（９−２）において、Ｊ１は入力側動力計２１から入力側軸トルクメータ２４までの慣性モーメントであり、Ｊ２は供試体Ｗの慣性モーメントであり、それぞれ設計値が用いられる。

また上記式（９−１）及び（９−２）を導出するにあたり、入力側トルク指令信号Ｔｒから入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈまでの制御対象特性（Ｔｓｈ／Ｔｒ）及び入力側トルク指令信号Ｔｒから入力側速度検出信号ωまでの制御対象特性（ω／Ｔｒ）を下記式（１０−１）及び（１０−２）に示すように近似した。下記式（１０−１）及び（１０−２）は、慣性モーメントＪ１で特徴付けられる慣性体と慣性モーメントＪ２で特徴付けられる慣性体とを軸で連結して得られる２慣性系の運動方程式において、軸剛性を無限大とした場合に導出される。上述のように電気慣性制御の応答周波数ｆｃを入力軸ＳＩの共振周波数よりも十分に低いと仮定した場合、この近似は妥当である。

次に、比例器５３において定義される安定化ゲインＫｘを設定する手順について説明する。

この安定化ゲインＫｘの値は、入力側制御装置５によって安定した電気慣性制御を実現できるように設定される。このような安定化ゲインＫｘの値は、例えば、目標速度設定部５１、速度フィードバック制御器５２、比例器５３、及び減算器５４によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式に対し、ラウス・フルビッツの安定判別法を適用することによって決定することができる。

より具体的には、上記制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式に対し、ラウス・フルビッツの安定判別法を適用すると、下記式（１１−１）及び（１１−２）に示す２つの安定条件が導出される。すなわち、設定慣性Ｊｓｅｔが慣性モーメントＪ１より大きい場合、すなわち入力側制御装置５によって高慣性化制御を行う場合には安定化ゲインＫｘを値１より小さな値に設定する。また設定慣性Ｊｓｅｔが慣性モーメントＪ１より小さい場合、すなわち入力側制御装置５によって低慣性化制御を行う場合には安定化ゲインＫｘを値１より大きな値に設定する。このように入力側制御装置５では、低慣性化制御を行う場合と高慣性化制御を行う場合とで安定化ゲインＫｘの値を下記式（１１−１）及び（１１−２）に示すように設定することにより、安定な電気慣性制御を実現できる。

図５は、比較例１の入力側制御装置による制御結果を示す図である。図６は、実施例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。図７は、比較例２の入力側制御装置による制御結果を示す図である。ここで比較例１の入力側制御装置とは、本願出願人による特願２０１７−１７５３７８号に記載の入力側制御装置である。また実施例の入力側制御装置５とは、具体的には、上記式（９−１）及び（９−２）に基づいて制御ゲインＫｐ，Ｋｉを設定したものである。また図５及び図６の例では、入力側動力計２１の慣性モーメントを０．１７［ｋｇｍ^２］とし、設定慣性を０．０５［ｋｇｍ^２］とし、これら入力側制御装置によって低慣性化制御を行った場合を示す。また実施例の入力側制御装置５では、安定化ゲインＫｘは上記式（１１−２）に示す低慣性化制御の安定化条件を満たすように、安定化ゲインＫｘを値１．２とした。また比較例２の入力側制御装置は、上記実施例の入力側制御装置５と、安定化ゲインＫｘの値が異なり、他の構成は同じである。より具体的には、比較例２の入力側制御装置では、安定化ゲインＫｘを値０とし、上記式（１１−２）に示す低慣性化制御の安定化条件を満たさないようにした。

またこれら図５〜図７には、これら入力側制御装置に対しエンジントルク指令信号をステップ状に変化させた場合の応答を示す。図５〜図７の上段には、エンジントルク指令信号Ｔｒｅｆ（太実線）と入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈの実際の応答（細実線）と入力側軸トルク検出信号の理想応答（太破線）とを示し、中段には、入力側速度検出信号ωの実際の応答（細実線）と入力側速度検出信号の理想応答（太破線）とを示し、下段には、入力側制御装置によって生成される入力側トルク指令信号を示す。ここで理想応答とは、入力側動力計２１の慣性モーメントが設定慣性と等しい場合に得られる応答である。

図５に示すように、比較例１の入力側制御装置によれば、入力側速度検出信号の波形が概ね理想応答と一致しており、安定した低慣性化制御を実現できているといえるものの、入力側軸トルク検出信号の波形にオーバシュートや振動が発生している。

これに対し図６に示すように、実施例の入力側制御装置５によれば、入力側速度検出信号の波形は概ね理想応答と一致しており、入力側軸トルク検出信号の波形はオーバシュートや振動することなく速やかに理想応答に一致する。以上により、実施例の入力側制御装置によれば、エンジントルク指令信号に対する入力側軸トルク検出信号の応答を、オーバシュートや振動のないものにしながら、安定した低慣性化制御を実現できる。

また図７に示すように、比較例２の入力側制御装置では直ちに制御が不安定になる。上述のように比較例２の入力側制御装置は、安定化ゲインＫｘの値が上記式（１１−２）の低慣性化制御の安定化条件を満たさない点において図６の実施例の入力側制御装置５と異なる。したがって図６及び図７の制御結果より、図４の制御回路では、上記式（１１−２）に示す安定化条件を満たすように安定化ゲインを設定することにより、安定した低慣性化制御を実現できることが明らかとなった。

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。

１…試験システム
ＳＩ…入力軸
ＳＯ１，ＳＯ２…出力軸
Ｗ…供試体
２１…入力側動力計（動力計）
２２…入力側インバータ（インバータ）
２３…入力側エンコーダ（速度検出器）
２４…入力側軸トルクメータ（軸トルク検出器）
５…入力側制御装置（動力計制御装置）
５１…目標速度設定部
５２…速度フィードバック制御器（フィードバック制御器）
５３…比例器
５４…減算器

Claims (4)

1. 入力軸及び出力軸を備える供試体の入力軸に連結された動力計と、
   トルク指令信号に応じた電力を前記動力計に供給するインバータと、
   前記動力計の回転速度に応じた速度検出信号を発生する速度検出器と、
   前記入力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器と、を備える試験システムにおいて、前記トルク指令信号に対する上位指令信号、前記速度検出信号、及び前記軸トルク検出信号を用いて前記トルク指令信号を生成する動力計制御装置であって、
   前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号と設定慣性とに基づいて前記速度検出信号に対する目標速度信号を生成する目標速度設定部と、
   前記目標速度信号と前記速度検出信号との偏差が無くなるように第１入力信号を生成するフィードバック制御器と、
   前記軸トルク検出信号に所定の定数を乗算することによって第２入力信号を生成する比例器と、
   前記第１入力信号から前記第２入力信号を減算することによって前記トルク指令信号を生成する減算器と、を備えることを特徴とする動力計制御装置。
2. 前記比例器は、前記動力計及び前記軸トルク検出器の慣性モーメントを前記設定慣性で除算したものから値１を減算して得られる値と、所定の安定化ゲインと、を前記軸トルク検出信号に乗算することによって前記第２入力信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の動力計制御装置。
3. 前記安定化ゲインは、前記設定慣性が前記慣性モーメントより小さい場合には値１より大きな値に設定され、前記設定慣性が前記慣性モーメントより大きい場合には値１より小さな値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の動力計制御装置。
4. 前記フィードバック制御器の制御ゲインは、前記目標速度設定部と前記フィードバック制御器と前記比例器とによって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、所定の応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２によって特徴付けられる下記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の動力計制御装置。
   

   

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