JP5444929B2 - シャシーダイナモメータシステム - Google Patents

Description

本発明は、Ｈ∞制御またはμ設計法により設計されたローラ角速度推定器を用いたシャシーダイナモメータシステムに関するものである。

動力計計測システムの負荷側または駆動側で、動力計測対象の機械慣性成分を電気的に補償するために電気慣性制御方式が採られている。この電気慣性制御方式としては、特許文献１が公知となっている。

シャシーダイナモメータシステムやドライブトレインベンチシステムの動力計システムでは、機械系の共振特性以外の軸トルク検出特性、動力計角速度検出特性及びインバータ応答特性なども存在し、これらによる軸トルクの検出遅れあるいは速度検出遅れ要素なども考慮しないと、より高応答で安定した制御ができない。

上述した特性を考慮し、一般化プラントモデルを用いて高応答な電気慣性制御回路の設計を行えるようにしたものが、例えば特許文献２に記載されている。

特開２００４−３６１２５５号公報 特開２００８−２８６６１４号公報

従来の課題を図１３を用いて説明する。

図１３は、シャシーダイナモメータシステムであり、動力計１０１、動力計の速度検出器１０２、軸１０３、軸トルクメータ１０４、ローラ１０５、制御部１０６、およびインバータ１０７を備えている。動力計１０１とローラ１０５に連結された軸１０３を介してローラ１０５を回転させるものである。

速度検出器１０２は、動力計１０１に取り付けられ、動力計１０１の回転数を検出するものである。単位時間当たりの回転数から角速度が求められる。

軸トルクメータ１０４は、軸１０３に働く軸トルクを、例えばねじれ方向の歪み量から検出する軸トルク計である。

制御部１０６は、速度検出器１０２、軸トルクメータ１０４の検出信号に基づいて演算した結果をインバータ１０７に制御信号を出力するものである。

インバータ１０７は、図示しない直流電源からの直流電力を、図示しないＩＧＢＴ等のスイッチング素子を用いて交流電力に変換するものであり、制御部１０６からの信号に基づいて所定の交流電力を動力計１０１に供給するものである。

図１３に示すシャシーダイナモメータシステムは、何らかの理由により、動力計１０１のみにしか速度検出器１０２が取り付けられない状態を示している。このような場合、動力計角速度の信号には、詳細については後述する反共振点が存在する。そのため、動力計角速度を用いたＡＳＲ（速度制御）あるいは電気慣性制御によるＡＬＲ（走行抵抗制御）などの高応答化が困難である。

本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、高応答な速度制御および走行抵抗制御のシャシーダイナモメータシステムを提供することにある。

本発明は、前記課題の解決を図るために、ローラ、前記ローラと共通な軸を回転させることで前記ローラを回転させる動力計、前記軸のトルクを検出する軸トルク検出器、前記動力計の角速度を検出する動力計角速度検出器、および前記動力計に電力を供給するインバータの制御を行う制御手段を備えたシャシーダイナモメータシステムにおいて、前記制御手段は、前記軸トルク検出器が検出した軸トルク検出信号および前記動力計角速度検出器が検出した動力計角速度検出信号に基づいて前記ローラの推定角速度であるローラ角速度推定信号を生成するローラ角速度推定回路と、前記ローラ角速度推定信号および前記ローラが到達すべき角速度であるローラ角速度指令の差分にＰＩＤ制御を行って前記動力計が出力すべきトルクである動力計トルク指令を生成する速度制御回路と、を備え、シャシーダイナモメータの機械系モデルと、前記ローラの表面駆動力に相当する信号に重み付けする第１の重み関数と、前記動力計が出力すべきトルクである動力計トルク指令に相当する信号に重み付けする第２の重み関数と、前記軸トルク検出器の観測ノイズである軸トルク観測ノイズに相当する信号に重み付けする第３の重み関数と、前記動力計角速度検出器の観測ノイズである動力計観測ノイズに相当する信号に重み付けする第４の重み関数と、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記ローラの角速度に相当する信号と、前記第１〜第４の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記ローラの推定角速度との差分信号に重み付けする第５の重み関数と、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記軸の捩れトルクに相当する信号に重み付けする第６の重み関数と、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記動力計の角速度に相当する信号に重み付けする第７の重み関数と、前記ローラの角速度に相当する信号に重み付けする第８の重み関数とを用い、前記シャシーダイナモメータの機械系モデルは、前記ローラの慣性モーメントの特性を有する第１の伝達関数、前記軸のばね剛性の特性を有する第２の伝達関数、および前記動力計の慣性モーメントの特性を有する第３の伝達関数を備え、前記第１〜第３の伝達関数は、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいた信号が入力され、前記ローラの角速度に相当する信号は、前記第１の伝達関数および前記第２の伝達関数を用いて生成され、前記軸の捩れトルクに相当する信号は、前記第１の伝達関数、前記第２の伝達関数および前記第３の伝達関数を用いて生成され、前記動力計の角速度に相当する信号は、前記第２の伝達関数および前記第３の伝達関数を用いて生成され、前記ローラの表面駆動力に相当する信号、前記動力計が出力すべきトルクである動力計トルク指令に相当する信号、前記軸トルク検出器の観測ノイズである軸トルク観測ノイズに相当する信号および前記動力計角速度検出器の観測ノイズである動力計観測ノイズに相当する信号を外乱入力とし、前記第５〜第８の重み関数の各重み付け出力を制御量とする一般化プラントにおいて、前記第１〜第８の重み関数を用いてコントローラの状態方程式の係数をＨ∞制御またはμ設計法と呼称される制御系設計方法によって求めることで、軸トルク検出信号および動力計角速度検出信号に基づいてローラ角速度を推定するローラ角速度推定器を設計し、該設計されたローラ角速度推定器を前記ローラ角速度推定回路に適用し、前記コントローラは、前記第３の重み関数出力に前記軸の捩れトルクに相当する信号を加えて得た前記軸トルク検出信号に相当する信号と、前記第４の重み関数出力に前記動力計の角速度に相当する信号を加えて得た前記動力計角速度検出信号に相当する信号とを制御入力とし、前記ローラの推定角速度を観測量として出力し、前記第５の重み関数出力である制御量は、前記ローラの角速度に相当する信号と前記コントローラから出力されたローラの推定角速度信号との偏差であり、前記ローラ角速度推定回路は前記コントローラから出力されたローラの推定角速度をローラ角速度推定信号として出力することを特徴とする。

上記構成によれば、ローラ角速度推定回路が、軸トルクおよび動力計角速度に基づいて推定したローラの角速度である、ローラ角速度推定信号が速度制御回路に入力されている。そして、速度制御回路がローラ角速度推定信号に基づいて生成する動力計トルク指令により、インバータが制御されることでシャシーダイナモメータの速度制御は反共振点の影響を受けにくくなる。このため、高応答なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。
また、一般化プラントモデルにおいて、第１〜第８の重み関数を用いてローラ角速度推定器の状態方程式の係数をＨ∞制御またはμ設計法により求めている。これにより、軸トルク検出および動力計角速度検出の２信号に基づいてローラ角速度を推定するローラ角速度推定器を設計し、このローラ角速度推定器を適用したローラ角速度推定回路を構成することができる。

また、前記制御手段は、前記速度制御回路が生成した信号および前記軸トルク検出信号の差分にＰＩＤ制御を行って生成した信号を動力計トルク指令とする、共振抑制特性を有する軸トルク制御回路を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、共振抑制特性を有する軸トルク制御回路が速度制御回路の出力信号に基づいて動力計トルク指令を生成することで共振点が抑制される。すなわち、反共振点の影響を受けにくくなることに加えて共振点が抑制されるので、更に高応答なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。

また、前記制御手段は、前記生成されたローラ角速度推定信号から前記軸トルク検出信号を差し引いて、前記ローラの推定表面駆動力であるローラ表面駆動力推定信号を生成するローラ表面駆動力推定回路と、前記ローラ表面駆動力推定信号と車両の走行抵抗の指令値である走行抵抗指令との差分信号に基づいてローラ角速度指令を生成する慣性設定回路と、を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、ローラ角速度推定回路が生成したローラ角速度推定信号が、ローラ表面駆動力推定回路に入力され、ローラ表面駆動力推定回路およびＥＩＣ（車両慣性相当である設定慣性値演算）回路を介してローラ角速度指令が生成されている。そして、速度制御回路が、そのローラ角速度指令およびローラ角速度推定信号に基づいて生成する動力計トルク指令によりインバータが制御されることで、シャシーダイナモメータの電気慣性制御は反共振点の影響を受けにくくなる。このため、高応答なシャシーダイナモメータシステムの電気慣性制御による走行抵抗制御が可能となる。

請求項１の発明によれば、ローラ角速度推定回路が、軸トルクおよび動力計角速度に基づいて推定したローラの角速度である、ローラ角速度推定信号が速度制御回路に入力されている。そして、速度制御回路がローラ角速度推定信号に基づいて生成する動力計トルク指令により、インバータが制御されることでシャシーダイナモメータの速度制御は反共振点の影響を受けにくくなる。このため、高応答なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。
また、一般化プラントモデルにおいて、第１〜第８の重み関数を用いてローラ角速度推定器の状態方程式の係数をＨ∞制御またはμ設計法により求めている。これにより、軸トルク検出および動力計角速度検出の２信号に基づいてローラ角速度を推定するローラ角速度推定器を設計し、このローラ角速度推定器を適用したローラ角速度推定回路を構成することができる。

請求項２の発明によれば、共振抑制特性を有する軸トルク制御回路が速度制御回路の出力信号に基づいて動力計トルク指令を生成することで共振点が抑制される。すなわち、反共振点の影響を受けにくくなることに加えて共振点が抑制されるので、更に高応答なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。

請求項３の発明によれば、ローラ角速度推定回路が生成したローラ角速度推定信号が、ローラ表面駆動力推定回路に入力され、ローラ表面駆動力推定回路およびＥＩＣ（車両慣性相当である設定慣性値演算）回路を介してローラ角速度指令が生成されている。そして、速度制御回路が、そのローラ角速度指令およびローラ角速度推定信号に基づいて生成する動力計トルク指令によりインバータが制御されることで、シャシーダイナモメータの電気慣性制御は反共振点の影響を受けにくくなる。このため、高応答なシャシーダイナモメータシステムの電気慣性制御による走行抵抗制御が可能となる。

伝達関数Ｇ１（ｓ）のボード線図。 伝達関数Ｇ２（ｓ）のボード線図。 本発明におけるローラ角速度推定回路の設計に用いる一般化プラントモデルの構成図。 一般化プラントモデル内の機械系モデルの構成図。 本発明における設計されたローラ角速度推定回路のブロック図。 従来における速度制御回路のブロック図。 実施例１における速度制御回路のブロック図。 実施例２における速度制御回路のブロック図。 従来における電気慣性制御回路のブロック図。 ローラ表面駆動力推定回路の内部ブロック図。 実施例３における電気慣性制御回路のブロック図。 実施例４における電気慣性制御回路のブロック図。 シャシーダイナモメータシステムの構成図。

以下、本発明の実施の形態におけるシャシーダイナモメータシステムを図面等に基づいて詳細に説明する。
＜反共振点について＞
前述したように反共振点の影響によりＡＳＲおよびＡＬＲの高応答化が困難となる。これについて、図１３のようなシャシーダイナモメータから得られる、動力計１０１の慣性モーメント、軸１０３の捩れトルク（軸トルク）およびローラ１０５の慣性モーメントの３つの機械系パラメータからなる２慣性系モデルを用いて説明する。

２慣性系モデルの運動方程式は、Ｊｒｏｌｌｅｒを前記ローラ１０５の慣性モーメント、Ｊｄｙを前記動力計１０１の慣性モーメント、Ｋｓｈを軸１０３の捩れ剛性、Ｔｄｙを動力計１０１のトルク、ωｒｏｌｌｅｒをローラ１０５の角速度、ωｄｙを動力計１０１の角速度、Ｔｓｈを前記軸１０３の捩れトルクと定義すると、

となる。

式（１）〜（３）をラプラス変換すると、式（１）〜（３）はそれぞれ、

のように式（４）〜（６）となり（以下も含めて伝達関数のｓはラプラス演算子）、ローラ１０５の角速度ωｒｏｌｌｅｒ、動力計１０１の角速度ωｄｙについてそれぞれ解くと、
動力計トルク１０１のＴｄｙの入力に対してローラ１０５の角速度ωｒｏｌｌｅｒを出力する伝達関数Ｇ１（ｓ）（以下、Ｇ１（ｓ）と称す。）は、

となり、動力計１０１のトルクＴｄｙの入力に対して動力計１０１の角速度ωｄｙを出力する伝達関数Ｇ２（ｓ）（以下、Ｇ２（ｓ）と称す。）は、

となる。

図１にＧ１（ｓ）のボード線図を示し、図２にＧ２（ｓ）のボード線図を示す。図１，２共に、１〜１００Ｈｚの周波数に対し、上段がＭａｇｎｉｔｕｄｅ（ｄＢ）の変化であり、下段がＰｈａｓｅ（ｄｅｇ）の変化を示している。

図１の場合、周波数が上昇するにしたがって、Ｍａｇｎｉｔｕｄｅは−６３ｄＢ付近から下降し、Ｐｈａｓｅは略−９０ｄｅｇと一定になっている。しかし、５０Ｈｚ付近からは、７５Ｈｚに近づくにしたがってＭａｇｎｉｔｕｄｅは−５５ｄＢ付近まで急上昇し、７５Ｈｚ付近を超えてからは急下降しており、７５Ｈｚ付近で共振点が現れている。また、Ｐｈａｓｅは７５Ｈｚ付近を境に略−９０ｄｅｇから略−２７０ｄｅｇへと略−１８０ｄｅｇ変化している。

一方、図２の場合、Ｍａｇｎｉｔｕｄｅは、１０Ｈｚまでの変化および７５Ｈｚ付近で共振点が現れていることは図１と同様である。しかし、Ｍａｇｎｉｔｕｄｅは、１１．２Ｈｚ付近でおよそ−１３５ｄＢまで急下降した後急上昇しており、１１．２Ｈｚ付近で反共振点が現れている。また、Ｐｈａｓｅは反共振点が現れる１１．２Ｈｚ付近を境に略−９０ｄｅｇから略９０ｄｅｇへと略１８０ｄｅｇ変化し、Ｐｈａｓｅは７５Ｈｚ付近を境に略９０ｄｅｇから略−９０ｄｅｇへと略−１８０ｄｅｇ変化している。

ここで、共振点と反共振点について説明する。正弦波で加振したときのボード線図では、応答振幅（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）は、山（共振点）と谷（反共振点）を繰り返すような特性になる。共振点では、何らかの物体の入力に信号を加えると、出力信号は入力信号より大きな信号になるが、反共振点では、入力に信号を加えると、出力信号は入力信号より小さな信号となる。そのため、共振点では力を加えると振動が生じるが、反共振点では力が伝達しにくい特性になる。

ＡＳＲあるいはＡＬＲ（走行抵抗制御）にて動力計角速度を使用する場合、このような反共振点の影響により、高応答な制御が困難となる。

この反共振点の影響を少なくするため、本発明では、軸トルクおよび動力計角速度の信号に基づいてローラ角速度を推定するローラ角速度推定回路を用いており、その基礎となるローラ角速度推定器の設計方法を以下に説明する。
＜ローラ角速度推定器の設計方法＞
速度検出器１０２および軸トルクメータ１０４からの信号に基づいてローラ１０５の角速度を推定する、Ｈ∞制御またはμ設計法により設計されるローラ角速度推定器の設計方法を図３，４を用いて説明する。

図３は、ローラ角速度推定器の設計に用いる一般化プラントモデルの全体図である。

この一般化プラントモデルは、Ｇｗ１（ｓ）〜Ｇｗ４（ｓ）と表される重み関数１１〜１４，Ｇｚ１（ｓ）〜Ｇｚ４（ｓ）と表される重み関数２１〜２４、コントローラ１０，Ｇｍｅｃ（ｓ）と表される２慣性機械系モデル１５、Ｇｔｍ（ｓ）と表される伝達関数１６，Ｇｅｎｃ（ｓ）と表される伝達関数１７、加算器１８，１９、および減算器２０により構成される。また、ｗ１〜ｗ４は外乱であり、ｚ１〜ｚ４は制御量であり、ｕ１およびｕ２が制御入力であり、ｙ１が観測量である。

外乱ｗ１はローラ表面駆動力、外乱ｗ２は動力計トルク指令、外乱ｗ３は軸トルク観測ノイズ、外乱ｗ４は動力計角速度ノイズである。

ここで、ローラ表面駆動力とは、ローラ１０５の表面にかかる車両駆動力に相当する信号である。また、動力計トルク指令とは、動力計１０１が出力すべきトルクに相当する信号である。また、軸トルク観測ノイズとは、軸トルクメータ１０４が軸１０３の軸トルクを観測する際のノイズに相当する信号である。また、動力計角速度観測ノイズとは、速度検出器１０２が動力計１０１の角速度を観測する際のノイズに相当する信号である。

重み関数１１は、所定の定数の伝達関数とし、外乱ｗ１に重み付けを行い、ローラ１０５の表面にかかる車両駆動力によるローラ１０５の回転モーメントトルクＪ１．Ｔとして後述する２慣性機械系モデル１５に出力する。

重み関数１２は、所定の定数の伝達関数とし、外乱ｗ２に重み付けを行い、動力計１０１のトルクＪ２．Ｔとして２慣性機械系モデル１５に出力する。

重み関数１３は、所定の定数、または、高域でゲインが高くなる特性を有する伝達関数とし、外乱ｗ３に重み付けを行い、加算器１８に出力する。

重み関数１４は、所定の定数、または、高域でゲインが高くなる特性を有する伝達関数とし、外乱ｗ４に重み付けを行い、加算器１９に出力する。

２慣性機械系モデル１５は、シャシーダイナモメータの機械特性を伝達関数で表現したものであり、前述したＪ１．ＴおよびＪ２．Ｔが入力され、ローラ１０５の角速度であるＪ１．ｗ、動力計１０１とローラ１０５とを結合する軸１０３の捩れトルクであるＫ１２．Ｔ、および動力計１０１の角速度であるＪ２．ｗを出力する。

図４を用いて２慣性機械系モデル１５の説明をさらに行う。その構成は、加算器１５ａ、減算器１５ｂ，１５ｃおよび伝達関数１５ｄ〜１５ｆからなる。

加算器１５ａは、重み関数１１から出力された、ローラ１０５の回転モーメントトルクに相当する信号であるＪ１．Ｔと、後述する伝達関数１５ｅからの信号とを加算し伝達関数１５ｄに出力する。

伝達関数１５ｄは、１／（Ｊ１・ｓ）と表され、Ｊ１はローラ慣性モーメントである。加算器１５ａから出力された信号にその伝達関数の処理を行い、ローラ１０５の角速度に相当する信号であるＪ１．ｗとして出力すると共に減算器１５ｃに出力する。

減算器１５ｂは、重み関数１２から出力された、Ｊ２．Ｔの信号から後述する伝達関数１５ｅの信号を減算し伝達関数１５ｆに出力する。

伝達関数１５ｆは、１／（Ｊ２・ｓ）と表され、Ｊ２は動力計慣性モーメントである。減算器１５ｂから出力された信号にその伝達関数の処理を行い、動力計１０１の角速度に相当する信号であるＪ２．ｗとして出力すると共に減算器１５ｃに出力する。

減算器１５ｃは、伝達関数１５ｆの信号から伝達関数１５ｄの信号を減算し、伝達関数１５ｅに出力する。

伝達関数１５ｅは、Ｋ１２／ｓと表され、Ｋ１２は軸１０３のばね剛性である。減算器１５ｃから出力された信号にその伝達関数の処理を行い、軸１０３の捩れトルクに相当する信号であるＫ１２．Ｔとして出力すると共に加算器１５ａおよび減算器１５ｂに出力する。

図３に戻り、伝達関数１６は、軸トルクを検出する際の軸トルクメータ１０４の特性であり、２慣性機械系モデル１５からの信号であるＫ１２．Ｔにその伝達関数の処理を行い、加算器１８に出力する。

伝達関数１７は、動力計角速度を検出する速度検出器１０２の特性であり、２慣性機械系モデル１５からの信号であるＪ２．ｗにその伝達関数の処理を行い、加算器１９に出力する。

加算器１８は、重み関数１３からの信号と伝達関数１６からの信号とを加算し、軸トルクメータ１０４の検出信号に相当する信号である軸トルク検出を制御入力ｕ１としてコントローラ１０に出力する。

加算器１９は、重み関数１４からの信号と伝達関数１７からの信号とを加算し、速度検出器１０２の検出信号に相当する信号である動力計角速度検出を制御入力ｕ２としてコントローラ１０に出力する。

コントローラ１０は、制御入力ｕ１である軸トルク検出と制御入力ｕ２である動力計角速度検出とに基づいてローラ１０５の角速度の推定値である観測量ｙ１を生成し，減算器２０に出力する。また、内部の状態方程式の係数は、重み関数１１〜１４および後述する重み関数２１〜２４により決定される。

減算器２０は、２慣性機械系モデル１５の信号であるＪ１．ｗからコントローラ１０の信号であるローラ角速度推定値の信号を減算して重み関数２１に出力する。

重み関数２１は、所定の定数、または、高域でゲインが低くなる特性を有する伝達関数とし、減算器２０からの信号にこの伝達関数の処理を行い、制御量ｚ１である重みつきローラ速度Ｏｂｓｅｒｖｅｒ偏差を生成する。

重み関数２２は、所定の定数、または、高域でゲインが高くなる特性を有する伝達関数とし、２慣性機械系モデル１５からの信号であるＫ１２．Ｔにこの伝達関数の処理を行い、制御量ｚ２である重みつき軸トルクを生成する。

重み関数２３は、所定の定数、または、高域でゲインが高くなる特性を有する伝達関数とし、２慣性機械系モデル１５からの信号であるＪ２．ｗにこの伝達関数の処理を行い、制御量ｚ３である重みつき動力計角速度を生成する。

重み関数２４は、所定の定数、または、高域でゲインが高くなる特性を有する伝達関数とし、２慣性機械系モデル１５からの信号であるＪ１．ｗにこの伝達関数の処理を行い、制御量ｚ４である重みつきローラ角速度を生成する。

このような一般化プラントモデルにおいて、重み関数１１〜１４，２１〜２４を用いてコントローラ１０の状態方程式の係数をＨ∞制御またはμ設計法により求めることで、軸トルク検出および動力計角速度検出の２信号に基づいてローラ角速度を推定するローラ角速度推定器を設計することができる。また、このようにして設計されたローラ角速度推定器を適用することで、ローラ角速度推定回路を構成することができる。

また、コントローラ１０の状態方程式の係数を決定する際に、重み関数１１〜１４，２１〜２４だけでなく、他の、２慣性機械系モデル１５の伝達関数および／または検出器の伝達関数１６，１７を用いてもよい。このようにすることで、シャシーダイナモメータの機械系の共振特性、速度検出器１０２の検出特性、軸トルクメータ１０４の検出特性等を考慮したローラ角速度推定器を設計することができる。

図５は、ローラ角速度推定回路５０のブロック図である。ローラ角速度推定回路５０には、軸トルク検出および動力計角速度検出が入力され、ローラ推定角速度が出力される。このローラ角速度推定回路５０を用いた各実施例を以下に説明する。

ここで、以下図５〜図１２において図示される２慣性系機械構成は、図１３の符号１０１〜１０５および１０７で示される各構成要素を備えたシャシーダイナモメータのブロック図であり、その他のＡＳＲ等は制御部１０６内に備えられる制御回路のブロック図である。

本実施例は、シャシーダイナモメータシステムの速度制御についてのものである。本実施例を従来例である図６と比較して説明する。図６は、シャシーダイナモメータシステムの速度制御における回路構成のブロック図であり、ＡＳＲ５１および２慣性系機械構成５２を備えている。なお、ＡＳＲ５１が速度制御回路に相当する。

ＡＳＲ５１は、図６に示すＰＩＤ制御により速度制御を行うものである。ＡＳＲ５１には、動力計１０１が到達すべき角速度である動力計角速度指令および２慣性系機械構成５２からの信号である動力計角速度検出信号が入力される。そして、ＡＳＲ５１は、これらの差分信号にＰＩＤ制御を行い、インバータ１０７すなわち２慣性系機械構成５２に動力計トルク指令として出力する。

２慣性系機械構成５２は、ＡＳＲ５１から出力された動力計トルク指令に基づいて制御されるインバータ１０７からの交流電力により動力計１０１が動作し、その際の速度検出器１０２により検出される動力計１０１の角速度である動力計角速度検出信号をＡＳＲ５１に出力する。

次に、図７を用いて本実施例の説明を行う。

図６の構成と大きく相違するのは、上述したローラ角速度推定回路５０を備えていることである。これにより、ＡＳＲ５１および２慣性系機械構成５２は次のようになる。

ＡＳＲ５１は、２慣性系機械構成５２からの動力計角速度検出信号の代わりに、ローラ角速度推定回路５０からの信号が入力される。また、この場合の角速度指令は、ローラ１０５が到達すべき角速度であるローラ角速度指令である。

２慣性系機械構成５２は、動力計１０１の角速度である動力計角速度検出に加えて、軸トルクメータ１０４が検出する軸１０３のトルクである軸トルク検出も出力する。これらの信号は、ローラ角速度推定回路５０に出力される。

ローラ角速度推定回路５０は、２慣性系機械構成５２からの信号である軸トルク検出および動力計角速度検出に基づいてローラ１０５の推定角速度であるローラ角速度推定信号を生成し、ＡＳＲ５１に出力する。

このようにローラ角速度推定回路５０が、２慣性系機械構成５２からの軸トルク検出および動力計角速度検出に基づいてローラ１０５の角速度を推定し、そのローラ角速度推定信号がＡＳＲ５１に入力されている。そして、ＡＳＲ５１がローラ角速度推定信号に基づいて生成する動力計トルク指令により、動力計１０１に電力を供給するインバータ１０７が制御されることで動力計１０１は反共振点の影響を受けにくくなる。このため、高応答なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。

本実施例についてもシャシーダイナモメータシステムの速度制御についてのものである。本実施例を図８を用いて説明する。実施例１と同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。なお、ＡＴＲ５３が軸トルク制御回路に相当する。

実施例１の構成と大きく相違するのは、ＡＴＲ５３を備えていることである。

ＡＴＲ５３は、共振抑制特性を有し、ＰＩＤ制御により軸トルク制御を行うものである。ＡＴＲ５３には、ＡＳＲ５１から出力される実施例１においての動力計トルク指令と２慣性系機械構成５２から出力される軸トルク検出信号とが入力される。そして、その差分信号にＰＩＤ制御を行い、２慣性系機械構成５２に動力計トルク指令として出力する。

ここで、共振抑制特性とは、動力計トルク指令から軸トルク検出までの周波数特性の場合、共振周波数帯域のゲインが０ｄＢとなるような特性に制御されていることをいう。

このようにローラ角速度推定回路５０を用いて、ＡＳＲ５１に入力される角速度の信号をローラ角速度推定信号とすることにより、動力計１０１は、反共振点の影響を受けにくくなる。更に、共振抑制特性を有するＡＴＲ５３が、ＡＳＲ５１の出力信号および軸トルク検出に基づいて動力計トルク指令を生成することで共振点が抑制される。このため、反共振点の影響を受けにくくなることに加えて共振点が抑制されるので、実施例１のものよりも更に高応答なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。

本実施例は、シャシーダイナモメータシステムの走行抵抗制御についてのものである。本実施例を従来例である図９と比較して説明する。図９は、シャシーダイナモメータシステムの走行抵抗制御における回路構成のブロック図であり、ＡＳＲ５１、２慣性系機械構成５２、ローラ表面駆動力推定回路５４、減算器５５、およびＥＩＣ５６を備えている。ＡＳＲ５１および２慣性系機械構成５２は、実施例１と同一のものであるため説明を省略する。なお、ＥＩＣ５６が慣性設定回路に相当する。

ローラ表面駆動力推定回路５４は、２慣性系機械構成５２からの信号である動力計角速度検出および軸トルク検出からローラ１０５の推定表面駆動力の信号であるローラ表面駆動力推定信号を生成するものである。ローラ表面駆動力推定回路５４について、図１０を用いて更に説明する。図１０は、ローラ表面駆動力推定回路５４を伝達関数を用いて表したものであり、ローラ表面駆動力推定回路５４は伝達関数５４ａ，５４ｂおよび減算器５４ｃを備えている。

伝達関数５４ａは、Ｊｒｏｌｌｅｒ・ｓ／Ｇ（ｓ）と表される。Ｊｒｏｌｌｅｒは、ローラ１０５の慣性モーメントであり、Ｇ（ｓ）は相対次数１次以上の任意の伝達関数である。また、伝達関数５４ａは、２慣性系機械構成５２からの動力計角速度検出信号にこの伝達関数の処理を行い、減算器５４ｃに出力する。

伝達関数５４ｂは、１／Ｇ（ｓ）と表され、Ｇ（ｓ）は伝達関数５４ａのものと同じである。２慣性系機械構成５２からの軸トルク検出信号にこの伝達関数の処理を行い、減算器５４ｃに出力する。

減算器５４ｃは、伝達関数５４ａの信号から伝達関数５４ｂの信号を差分し、ローラ表面駆動力推定信号を生成して減算器５５に出力する。

減算器５５は、ローラ表面駆動力推定信号から車両の走行抵抗の指令値である走行抵抗指令を差分し、ＥＩＣ５６に出力する。

ＥＩＣ５６は、１／（ＥＩＣ＿Ｊ・ｓ）と表され、ＥＩＣ＿Ｊは車両の慣性相当である設定慣性値である。ＥＩＣ５６に入力された信号には、１／ＥＩＣ＿Ｊが乗算され、さらに積分される。減算器５５からの信号にこの伝達関数の処理を行い、動力計角速度指令としてＡＳＲ５１に出力する。

次に、図１１を用いて本実施例の説明を行う。

図９の構成と大きく相違するのは、上述したローラ角速度推定回路５０を備えていることである。これにより、ローラ表面駆動力推定回路５４、ＥＩＣ５６およびＡＳＲ５１は次のようになる。

ローラ表面駆動力推定回路５４は、２慣性系機械構成５２から出力される動力計角速度検出が入力される代わりに、ローラ角速度推定回路５０が出力するローラ角速度推定信号が入力される。

ＥＩＣ５６は、ローラ角速度指令を生成する。

また、ＡＳＲ５１も同様に、２慣性系機械構成５２から出力される動力計角速度検出信号が入力される代わりに、ローラ角速度推定回路５０が出力するローラ角速度推定信号が入力される。

このようにローラ角速度推定回路５０が、２慣性系機械構成５２からの軸トルク検出および動力計角速度検出に基づいてローラ角速度を推定し、そのローラ角速度推定信号がＡＳＲ５１およびローラ表面駆動力推定回路５４に入力されている。そして、ローラ表面駆動力推定回路５４、ＥＩＣ５６等を介してローラ角速度指令が生成されている。さらに、ＡＳＲ５１が、ローラ角速度指令およびローラ角速度推定信号に基づいて生成する動力計トルク指令により、動力計１０１に電力を供給するインバータ１０７が制御されることで動力計１０１は反共振点の影響を受けにくくなる。このため、高応答なシャシーダイナモメータシステムの電気慣性制御による走行抵抗制御が可能となる。

本実施例についてもシャシーダイナモメータシステムの走行抵抗制御についてのものである。本実施例を図１２を用いて説明する。実施例３と同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。

実施例３の構成と大きく相違するのは、ＡＴＲ５３を備えていることである。ＡＴＲ５３は実施例２で説明したものと同一である。また、実施例３で説明したものと同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。

ＡＴＲ５３には、ＡＳＲ５１から出力される実施例３においての動力計トルク指令と２慣性系機械構成５２から出力される軸トルク検出信号とが入力される。そして、その差分信号にＰＩＤ制御を行い、２慣性系機械構成５２に動力計トルク指令として出力する。また、ＡＴＲ５３は、前述したように共振抑制特性を有しており、これにより共振点の抑制が図られる。

このようにローラ角速度推定回路５０を用いて、ＡＳＲ５１およびローラ表面駆動力推定回路５４に入力される角速度の信号をローラ角速度推定信号とすることにより、反共振点の影響を受けにくくなる。更に、共振抑制特性を有するＡＴＲ５３が、ＡＳＲ５１の出力信号および軸トルク検出信号に基づいて動力計トルク指令を生成することで共振点が抑制される。このため、反共振点の影響を受けにくくなることに加えて共振点が抑制されるので、実施例３のものよりも更に高応答なシャシーダイナモメータシステムの電気慣性制御による走行抵抗制御が可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１０…コントローラ
１１〜１４，２１〜２４…重み関数
１５…２慣性機械系モデル
１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１６，１７，５４ａ，５４ｂ…伝達関数
１５ａ，１８，１９…加算器
１５ｂ，１５ｃ，２０，５４ｃ，５５…減算器
５０…ローラ角速度推定回路
５１…ＡＳＲ
５２…２慣性系機械構成
５３…ＡＴＲ
５４…ローラ表面駆動力推定回路
５６…ＥＩＣ
１０１…動力計
１０２…速度検出器
１０３…軸
１０４…軸トルクメータ
１０５…ローラ
１０６…制御部
１０７…インバータ

Claims (3)

1. ローラ、前記ローラと共通な軸を回転させることで前記ローラを回転させる動力計、前記軸のトルクを検出する軸トルク検出器、前記動力計の角速度を検出する動力計角速度検出器、および前記動力計に電力を供給するインバータの制御を行う制御手段を備えたシャシーダイナモメータシステムにおいて、
   前記制御手段は、
   前記軸トルク検出器が検出した軸トルク検出信号および前記動力計角速度検出器が検出した動力計角速度検出信号に基づいて前記ローラの推定角速度であるローラ角速度推定信号を生成するローラ角速度推定回路と、
   前記ローラ角速度推定信号および前記ローラが到達すべき角速度であるローラ角速度指令の差分にＰＩＤ制御を行って前記動力計が出力すべきトルクである動力計トルク指令を生成する速度制御回路と、を備え、
   シャシーダイナモメータの機械系モデルと、前記ローラの表面駆動力に相当する信号に重み付けする第１の重み関数と、前記動力計が出力すべきトルクである動力計トルク指令に相当する信号に重み付けする第２の重み関数と、前記軸トルク検出器の観測ノイズである軸トルク観測ノイズに相当する信号に重み付けする第３の重み関数と、前記動力計角速度検出器の観測ノイズである動力計観測ノイズに相当する信号に重み付けする第４の重み関数と、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記ローラの角速度に相当する信号と、前記第１〜第４の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記ローラの推定角速度との差分信号に重み付けする第５の重み関数と、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記軸の捩れトルクに相当する信号に重み付けする第６の重み関数と、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいて生成された前記動力計の角速度に相当する信号に重み付けする第７の重み関数と、前記ローラの角速度に相当する信号に重み付けする第８の重み関数とを用い、
   前記シャシーダイナモメータの機械系モデルは、前記ローラの慣性モーメントの特性を有する第１の伝達関数、前記軸のばね剛性の特性を有する第２の伝達関数、および前記動力計の慣性モーメントの特性を有する第３の伝達関数を備え、前記第１〜第３の伝達関数は、前記第１および第２の重み関数が重み付けした各信号に基づいた信号が入力され、前記ローラの角速度に相当する信号は、前記第１の伝達関数および前記第２の伝達関数を用いて生成され、前記軸の捩れトルクに相当する信号は、前記第１の伝達関数、前記第２の伝達関数および前記第３の伝達関数を用いて生成され、前記動力計の角速度に相当する信号は、前記第２の伝達関数および前記第３の伝達関数を用いて生成され、
   前記ローラの表面駆動力に相当する信号、前記動力計が出力すべきトルクである動力計トルク指令に相当する信号、前記軸トルク検出器の観測ノイズである軸トルク観測ノイズに相当する信号および前記動力計角速度検出器の観測ノイズである動力計観測ノイズに相当する信号を外乱入力とし、前記第５〜第８の重み関数の各重み付け出力を制御量とする一般化プラントにおいて、
   前記第１〜第８の重み関数を用いてコントローラの状態方程式の係数をＨ∞制御またはμ設計法と呼称される制御系設計方法によって求めることで、軸トルク検出信号および動力計角速度検出信号に基づいてローラ角速度を推定するローラ角速度推定器を設計し、該設計されたローラ角速度推定器を前記ローラ角速度推定回路に適用し、
   前記コントローラは、前記第３の重み関数出力に前記軸の捩れトルクに相当する信号を加えて得た前記軸トルク検出信号に相当する信号と、前記第４の重み関数出力に前記動力計の角速度に相当する信号を加えて得た前記動力計角速度検出信号に相当する信号とを制御入力とし、前記ローラの推定角速度を観測量として出力し、
   前記第５の重み関数出力である制御量は、前記ローラの角速度に相当する信号と前記コントローラから出力されたローラの推定角速度信号との偏差であり、
   前記ローラ角速度推定回路は前記コントローラから出力されたローラの推定角速度をローラ角速度推定信号として出力することを特徴とするシャシーダイナモメータシステム。
2. 前記制御手段は、前記速度制御回路が生成した信号および前記軸トルク検出信号の差分にＰＩＤ制御を行って生成した信号を動力計トルク指令とする、共振抑制特性を有する軸トルク制御回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシャシーダイナモメータシステム。
3. 前記制御手段は、前記生成されたローラ角速度推定信号から前記軸トルク検出信号を差し引いて、前記ローラの推定表面駆動力であるローラ表面駆動力推定信号を生成するローラ表面駆動力推定回路と、
   前記ローラ表面駆動力推定信号と車両の走行抵抗の指令値である走行抵抗指令との差分信号に基づいてローラ角速度指令を生成する慣性設定回路と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のシャシーダイナモメータシステム。

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