JP5316151B2 - 動力系の試験装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両が持つ動力系を試験する試験装置及びその制御方法に関する。

従来から、例えば自動車のエンジン及びトランスミッション等の動力伝達系の試験には、ダイナモメータが用いられている。ダイナモメータは、動力伝達系に連結され、自動車が走行するときの負荷である走行抵抗を模擬するものである。ダイナモメータは、所定の適切な走行抵抗を再現できるように制御される。

例えば、特許文献１に記載の試験装置では、回転速度を検出する速度センサによりダイナモメータの回転速度が検出され、電気慣性制御部により、その検出された回転速度に基づき、加速抵抗（慣性抵抗）に相当する電気慣性トルク値が算出される（例えば、特許文献１参照。）。慣性抵抗は、自動車の重量による慣性力であって加速度に比例する値である。算出された電気慣性トルク値は、ダイナモメータのトルク指令値としてダイナモメータに入力される。

特開２００３−３４４２２４号公報

ダイナモメータの駆動を制御する装置としては、例えばインバータが用いられ、トルク指令値はこのインバータに入力される。しかしながら、インバータによるダイナモメータへのトルク制御の精度が悪化すると、試験装置の精度も当然悪くなる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ダイナモメータのトルク制御を高精度に行うことができる、動力系の試験装置及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る動力系の試験装置は、ダイナモメータと、トルク検出器と、検出器と、演算手段と、補正手段と、制御手段とを具備する。
前記ダイナモメータは、動力系に接続することが可能に構成されている。
前記トルク検出器は、前記ダイナモメータが発生した実トルク値を検出する。
前記検出器は、前記ダイナモメータの実回転速度を検出する。
前記演算手段は、前記検出器により検出された実回転速度に基づき、前記動力系を含む車両の慣性抵抗に対応する慣性トルク値及び前記車両の走行抵抗に対応する走行抵抗トルク値を生成し、前記生成された慣性トルク値と走行抵抗トルク値とを演算することで、抵抗トルク値を得る。
前記補正手段は、前記トルク検出器により検出された前記実トルク値に基づき前記走行抵抗トルク値を補正することで、トルク指令値を得る。
前記制御手段は、前記得られたトルク指令値に応じて前記ダイナモメータに発生させるトルク値を制御する。

本発明では、検出器により検出された実回転速度に基づき演算手段により算出された抵抗トルク値が、フィードバックされたダイナモメータの実トルク値に基づき補正手段により補正され、補正により得られる値がトルク指令値とされる。制御手段は、このような補正により得られるトルク指令値に応じた、ダイナモメータの制御を実行することができ、そのトルク制御を高精度に行うことができる。

検出器は、ダイナモメータの回転角度を検出する角度検出器と、その回転角度を微分して回転速度を得る微分器とを有するものであってもよい。その場合、角度検出器と微分器とが一体でもよいし、別体でもよい。

前記演算手段は、電気慣性演算部を有してもよい。前記電気慣性演算部は、前記検出された実回転速度を用いて前記ダイナモメータの回転速度を推定し、前記推定された回転速度及び前記検出された実回転速度との偏差に基づき推定された電気慣性トルク値を、前記慣性トルク値として出力する。

これにより、加減速による慣性トルク値を、微分演算を経ることなく得ることができる。したがって、微分演算によるノイズの発生がないので、高精度なトルク制御が可能となる。

前記動力系の試験装置は、前記検出された実回転速度を微分し、前記微分された値に所定の慣性量を乗じることで加速トルク値を得、前記慣性トルク値が除かれた前記走行抵抗トルク値と、前記得られた加速トルク値とを加算する加算手段をさらに具備してもよい。

制御手段が、動力系の負荷試験のためダイナモメータを加減速させる場合に、トルク検出器によりその加減速分の実トルクが検出される。また、検出器で検出されたダイナモメータの実回転速度から、その加減速分の回転速度に相当する加速トルク値が生成される。したがって、補正手段が、走行抵抗トルク値だけでなく、そのように生成された加速トルク値分を考慮する（走行抵抗トルク値に加速トルク値分を加える）ことにより、より高精度にトルクが制御される。

前記補正手段は、前記加算手段により得られるトルク値と、前記検出された実トルク値との偏差に基づき、前記走行抵抗トルク値を補正してもよい。

本発明の一形態に係る、動力系の試験装置による制御方法は、動力系に接続されたダイナモメータが発生した実トルク値を検出することを含む。
前記ダイナモメータの実回転速度が検出される。
前記動力系を含む車両の慣性抵抗に相当する慣性トルク値及び前記車両の走行抵抗に対応する走行抵抗トルク値が、前記検出された実回転速度に基づき生成される。
前記生成された慣性トルク値と走行抵抗トルク値とが演算されることで、抵抗トルク値が取得される。
前記検出された前記実トルク値に基づき前記抵抗トルク値を補正することで、トルク指令値が取得される。
前記得られたトルク指令値に応じて前記ダイナモメータに発生させるトルク値が制御される。

本発明では、検出された実回転速度に基づき算出された抵抗トルク値が、フィードバックされたダイナモメータの実トルク値に基づき補正され、補正により得られる値がトルク指令値とされる。このような補正により得られるトルク指令値に応じた、ダイナモメータの制御を実行することができ、そのトルク制御を高精度に行うことができる。

以上、本発明によれば、ダイナモメータのトルク制御を高精度に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る、動力系の試験装置の構成を示すブロック図である。 図１における電気慣性演算部における演算の原理を説明するためのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る試験装置を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る、動力系の試験装置の構成を示すブロック図である。

試験装置１００は、動力系を含む供試体（または動力系である供試体）１として、例えば車両のエンジン１１及びトランスミッション１２の動作を試験する装置である。試験装置１００は、ダイナモメータ２、インバータ３、トルク計６、角度（または角速度）の検出器９、制御器２０、走行抵抗トルク値生成部５及び補正演算部４を備える。

供試体１の動力を吸収する吸収側の機器となるダイナモメータ２は、車両の走行抵抗を擬似的に再現した走行抵抗トルクを、供試体１の出力軸１３に与える。ダイナモメータ２は、このように出力軸１３を介して供試体１に接続される形態のほか、供試体１である機械装置、例えば実車両の駆動輪が乗るローラ等を介して接続されていてもよい。

吸収側のトルク計６は、ダイナモメータ２が発生した実トルクを検出する。トルク計６は、出力軸１３のねじれ量を検出するものであり、例えば磁気式、静電容量式、ひずみゲージ方式等が用いられる。

検出器９は、典型的には、ダイナモメータ２の回転角度を検出するレゾルバである。この試験装置１００では、検出された回転角度値は微分され、回転速度（実回転速度）が得られるようになっている。この検出器９は、レゾルバに限られず、ポテンショメータ、ロータリエンコーダ、加速度センサ、角速度センサ等が用いられてもよい。

走行抵抗トルク値生成部５は、擬似的に再現される、車両のタイヤと路面の摩擦抵抗等を含む転がり抵抗に対応するトルク値を生成する。例えば、走行抵抗トルク値生成部５は、検出器９から出力される実回転速度から、車両の速度に変換する変換器５３と、その変換器５３で変換された車両の速度値からトルク（走行抵抗トルク）を演算するトルク演算器５２とを有する。

なお、トルク演算器５２は、走行抵抗トルク値に、空気抵抗や勾配抵抗による所定のトルク値を加え、これを出力するようにしてもよい。

電気慣性演算部１５は、擬似的に再現される車両の抵抗のうち、例えば車両全体の総重量を考慮した慣性抵抗に対応する慣性トルク（電気慣性トルク）値を算出する。電気慣性演算部１５に代えて、フライホイールが用いられてもよい。

また、試験装置１００は、検出器９で検出された実回転速度を微分器７で微分することで角加速度を得、得られた角加速度に車両全体の慣性量Ｊ_cを乗じることで、加速トルク値を生成する。加速トルク値は、加算器８により、トルク演算器５２から出力された、上記走行抵抗トルク値Ｔ₁に加えられる。

ここで、供試体１の負荷試験のためダイナモメータ２が加減速される場合に、トルク計６によりその加減速分の実トルクが検出される。したがって、上記のように加速トルク値が走行抵抗トルク値Ｔ₁に加えられ、その加えられた値が補正演算部４で用いられることにより、高精度にトルクが制御される。

走行抵抗トルク値Ｔ₁と慣性トルク値Ｔ_mとは加算器１９により加算され、加算器１９は抵抗トルク値Ｔ_rを出力する。つまり、Ｔ_r＝Ｔ₁＋Ｔ_mである。

補正演算部４は、トルク計６により検出された実トルク値に基づき、走行抵抗トルク値Ｔ₁及び慣性トルク値Ｔ_mの加算値である抵抗トルク値Ｔ_rを補正してトルク指令値Ｔ_cを得る。具体的には、補正演算部４は、トルク計６により検出された実トルク値と、「加速トルク値＋走行抵抗トルク値Ｔ₁」との偏差を得、この偏差がゼロとなるように、比例演算及び積分演算により得られた値Ｔ₂を、加算器４１により抵抗トルク値Ｔ_rに加えることで、トルク指令値Ｔ_c（Ｔ_c＝Ｔ_r＋Ｔ₂）を生成する。

補正演算部４は、加算器８による、走行抵抗トルク値Ｔ₁及び加速トルク値の加算値を目標値とし、この目標値と実トルク値との偏差を用いてフィードバック制御を行う。典型的には、補正演算部４は、ゲインを制御するための比例演算及び位相を補償するための積分演算によるＰＩ制御を実行する。そして上記したように、比例演算及び積分演算により得られた値Ｔ₂は、上記抵抗トルク値Ｔ_rに加算されることで、トルク指令値Ｔ_cが生成される。

制御器２０は、このトルク指令値Ｔ_cに基づいてインバータ３の駆動を制御する。インバータ３は、ダイナモメータ２を駆動する機器であり、トルク指令値Ｔ_cに応じた、ダイナモメータ２に発生させるトルク信号を生成する。

補正演算部４、走行抵抗トルク値生成部５、電気慣性演算部１５、制御器２０、その他、微分器７等の演算処理部は、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェア及びハードウェアの両方で実現されてもよい。ソフトウェア及びハードウェアの両方で実現される場合、そのハードウェアは、ソフトウェアのプログラムを格納する記憶デバイスを少なくとも含む。

ハードウェアは、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、光ディスク、磁気ディスク、フラッシュメモリ等のうち少なくとも１つが選択的に用いられて構成される。

以上のように構成された試験装置１００の動作を説明する。

供試体１である、エンジン１１及びトランスミッション１２が所定の条件で駆動され、出力軸１３に所定のトルクが発生する。インバータ３が、制御器２０によるトルク指令値Ｔ_cに基づくトルク信号によりダイナモメータ２を駆動し、検出器９によりそのダイナモメータ２の回転速度が検出される。検出器９から出力された、ダイナモメータ２の実回転速度は車速に変換され、トルク演算器５２は、その車速に基づき、空気抵抗や転がり抵抗等の負荷を擬似的に再現した走行抵抗トルク値を出力する。走行抵抗トルク値Ｔ₁は、電気慣性演算部１５から出力された慣性トルク値Ｔ_mと加算される。

また、検出器９から出力された、ダイナモメータ２の実回転速度は微分され、車両全体の慣性量Ｊ_cが乗じられ、走行抵抗トルク値Ｔ₁と加算される。これにより、上述したように高精度にトルクが制御される。

補正演算部４は、検出された実トルク値と、「加速トルク値＋走行抵抗トルク値Ｔ₁」との偏差を得、この偏差がゼロとなるように、比例演算及び積分演算により得られた値を、抵抗トルク値Ｔ_rに加えてトルク指令値Ｔ_cを生成する。このように、フィードバックされたダイナモメータ２の実トルク値に基づき、抵抗トルク値Ｔ_rが補正され、補正されたトルク値がトルク指令値Ｔ_cとされるので、インバータ３よるダイナモメータ２のトルク制御を高精度に行うことができる。

次に、上記した電気慣性演算部１５における演算の原理について説明する。図２は、その演算原理を説明するためのブロック図である。

ダイナモメータ２側のトルク、すなわちダイナモメータ２の発生トルクをＴ_m、
実車両におけるエンジン１１（及びトランスミッション１２）である供試体１の発生トルクをＴ_e、
エンジン１１及びトランスミッション１２を含む車両全体の慣性量（出力軸１３で換算）をＪ_cとすれば、
供試体１の出力軸１３での加速度α_cが、
α_c＝Ｔ_e／Ｊ_c・・・（１）
となる。

上記した慣性トルクをＴ_m、
ダイナモメータ２の慣性量をＪ_mとすれば、
ダイナモメータ２の加速度α_mは、
α_m＝（Ｔ_e−Ｔ_m）／Ｊ_m・・・（２）
となる。

ダイナモメータ２によって車両の慣性を模擬するには、条件α_c＝α_mが成立すればよい。そこで、α_c＝α_mを条件として、上記式（１），（２）から加速度を消去すると、
Ｔ_m＝（（Ｊ_c−Ｊ_m）／Ｊ_c）・Ｔ_e・・・（３）
となる。したがって、エンジントルクＴ_eを知ることができれば、上記式（３）によって慣性トルク値Ｔ_mを制御することが可能となることがわかる。

しかしながら、供試体１の発生トルクを遅れなく正確に検出することは困難であるため、エンジントルクオブザーバ１５１を用いてエンジントルクＴ_eを推定し、これを用いてダイナモメータ２が発生するトルクＴ_mを算出する。本実施形態においては、エンジントルクオブザーバ１５１は、速度推定部１５２と、トルク推定部１５３とを備えている。速度推定部１５２は、エンジントルクＴ_eに対してダイナモメータ２のトルクＴ_mが変動したときのダイナモメータ２の速度を推定する部分であって、一慣性系をモデルとしている。また、トルク推定部１５３は、比例要素のみからなるオブザーバゲインＧにより構成されている。その結果、このエンジントルクオブザーバ１５１は最小次元オブザーバとなっている。

速度推定部１５２は、ダイナモメータ２と等価な対象を表す一慣性系のモデルであり、推定されたエンジントルクＴ_eと該エンジントルクＴ_eに基づいて算出されたダイナモメータ２のトルクＴ_mとの偏差を入力する。これにより、ダイナモメータ２の推定速度ω_m＾（図２等の中において、ω_mまたはＴ_eの上に「＾」を付した推定値を示す記号を、文章中では便宜上、ω_mまたはＴ_eの右側に「＾」を付すことにより示すことにする。）を出力することができるようになっている。

また、トルク推定部１５３には、上記のようにして得られたダイナモメータ２の推定速度ω_m＾に、検出器９により検出されたダイナモメータ２の実回転速度ω_mを負帰還することによって得られた速度偏差が入力され、エンジントルク推定値Ｔ_e＾が出力される。

ダイナモメータ２には供試体１からエンジントルクＴ_eが供給され、制御器２０にはダイナモメータ２が発生すべきトルク指令値Ｔ_m *が入力される。ダイナモメータ２は、慣性量Ｊ_mを備える一慣性系と考えられる。

電気慣性演算部１５は、上記エンジントルクオブザーバ１５１と、該エンジントルクオブザーバ１５１により推定されたエンジントルク推定値Ｔ_e＾に基づいて、上記式（３）によりダイナモメータ２の発生トルク指令値Ｔ_m*を出力する指令値演算部１５４とを備えている。指令値演算部１５４からの出力は、エンジントルクオブザーバ１５１に戻されるようになっている。

このように構成された電気慣性演算部１５によれば、エンジントルクオブザーバ１５１によりエンジン１１の発生トルクＴ_eを推定するので、検出することが困難なエンジン１１の発生トルクＴ_eを検出された速度から簡易に得ることができる。この場合において、本実施形態ではエンジントルクオブザーバ１５１が、検出器９により得られた実回転速度ω_mを微分してエンジン１１の発生トルクＴ_eを得るのではなく、ダイナモメータ２を模擬した一慣性系をモデルとしてダイナモメータ２の速度を推定し、当該推定速度ω_m＾と前記実速度ω_mとの差分をとった上で、比例要素のみからなるオブザーバゲインＧをかけるという方法により、エンジン１１の発生トルクＴ_eが推定される。したがって、信号処理においてノイズを生じやすい微分処理をなくして、高精度かつ高分解能にエンジン１１の発生トルクＴ_eを推定することが可能となる。

このようにして推定されたエンジン１１の発生トルク推定値からダイナモメータ２の発生トルク指令値Ｔ_m*が出力されるので、ダイナモメータ２を適正に制御して、より実車に近く、高応答に慣性を模擬した性能試験を行うことができる。

なお、図１に示すように、電気慣性演算部１５が試験装置１００に組み込まれる場合、慣性トルク値Ｔ_mは、
Ｔ_m＝（（Ｊ_c−Ｊ_m）／Ｊ_c）・Ｔ_e−（Ｔ₁＋Ｔ₂）・・・（４）
として演算されればよい。上述したように、Ｔ₁は、走行抵抗トルク値であり、Ｔ₂は、補正演算部４の演算により抵抗トルク値Ｔ_rに加算される補正値である。つまり、Ｔ₁＋Ｔ₂の分が式（３）の右辺から差し引かれた値がＴ_mとなる。

図３は、本発明の他の実施形態に係る試験装置を示す図である。この試験装置２００において、図１に示した試験装置１００と異なる点は、電気慣性演算部１５に代えて、慣性トルク演算部５４が設けられている点にある。

例えばこの試験装置２００には、この試験装置２００を操作するオペレータにより、エンジン１１の運転条件（例えば加速度）や、車両の種類（例えば車両の総重量等）が入力され、これを設定するための設定部１７が設けられている。慣性トルク演算部５４は、この設定部１７により設定された情報に応じて、慣性トルク値Ｔ_mを演算し、出力する。なお、設定部１７は図１には図示されていないが、図２の試験装置２００の場合と同様に、エンジン１１の運転条件等を設定する手段として、図１に示す試験装置１００もこの設定部１７を備えている。

慣性トルク演算部５４は、例えばテーブル形式により、設定部１７で設定されたパラメータに対応させるように慣性トルク値の情報を記憶していればよい。あるいは、慣性トルク演算部５４は、設定部１７で設定されたパラメータを変数とした関数による演算式を記憶し、試験時に演算により慣性トルク値を出力してもよい。演算式は公知のものでもよい。

このように、本実施形態では、慣性トルク演算部５４は、フィードフォワード制御により、慣性トルク値Ｔ_mを供給することができる。

本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の種々の実施形態に置き換えることができる。

１…供試体
２…ダイナモメータ
３…インバータ
４…補正演算部（補正手段に相当）
５…走行抵抗トルク値生成部（演算手段の一部に相当）
６…トルク計（トルク検出器に相当）
７…微分器
８…加算器（加算手段に相当）
９…検出器
１１…エンジン
１２…トランスミッション
１３…出力軸
１５…電気慣性演算部（演算手段の一部に相当）
１９…加算器（演算手段の一部に相当）
２０…制御器（制御手段に相当）
２３…ダイナモメータ
５２…トルク演算器
５３…変換器
５４…慣性トルク演算部
１００、２００…試験装置
１５２…速度推定部
１５３…トルク推定部
１５４…指令値演算部

Claims (3)

1. 動力系に接続可能なダイナモメータと、
   前記ダイナモメータが発生した実トルク値を検出するトルク検出器と、
   前記ダイナモメータの実回転速度を検出する検出器と、
   前記動力系を含む車両の慣性抵抗に対応する慣性トルク値及び前記車両の走行抵抗に対応する走行抵抗トルク値を、前記検出器により検出された実回転速度に基づき生成し、前記生成された慣性トルク値と走行抵抗トルク値とを演算することで、抵抗トルク値を得る演算手段と、
   前記トルク検出器により検出された前記実トルク値に基づき前記抵抗トルク値を補正することで、トルク指令値を得る補正手段と、
   前記得られたトルク指令値に応じて前記ダイナモメータに発生させるトルク値を制御する制御手段と、
   前記検出された実回転速度を微分し、前記微分された値に所定の慣性量を乗じることで加速トルク値を得、前記得られた加速トルク値と前記走行抵抗トルク値とを加算する加算手段とを具備し、
   前記補正手段は、前記加算手段により得られるトルク値と、前記検出された実トルク値との偏差に基づき、前記走行抵抗トルク値を補正する
   動力系の試験装置。
2. 請求項１に記載の動力系の試験装置であって、
   前記演算手段は、
   前記検出された実回転速度を用いて前記ダイナモメータの回転速度を推定し、前記推定された回転速度及び前記検出された実回転速度との偏差に基づき推定された電気慣性トルク値を、前記慣性トルク値として出力する電気慣性演算部を有する動力系の試験装置。
3. 動力系に接続されたダイナモメータが発生した実トルク値を検出し、
   前記ダイナモメータの実回転速度を検出し、
   前記動力系を含む車両の慣性抵抗に相当する慣性トルク値及び前記車両の走行抵抗に対応する走行抵抗トルク値を、前記検出された実回転速度に基づき生成し、
   前記生成された慣性トルク値と走行抵抗トルク値とを演算することで、抵抗トルク値を取得し、
   前記検出された前記実トルク値に基づき前記抵抗トルク値を補正することで、トルク指令値を取得し、
   前記得られたトルク指令値に応じて前記ダイナモメータに発生させるトルク値を制御し、
   前記検出された実回転速度を微分し、
   前記微分された値に所定の慣性量を乗じることで加速トルク値を取得し、
   前記得られた加速トルク値と前記走行抵抗トルク値とを加算し、
   前記加算により得られるトルク値と、前記検出された実トルク値との偏差に基づき、前記走行抵抗トルク値を補正する
   動力系の試験装置による制御方法。

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