JP6493578B1 - 試験システムの機械特性推定方法及び機械特性推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンデム型の動力計を備える試験システムにおいて、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる機械特性推定方法及び機械特性推定装置を提供すること。【解決手段】ドライブトレインベンチシステムは、供試体に対し直列に連結された２つの動力計を備える。機械特性推定方法は、測定用制御回路により２つの動力計が制御されている状態で、第１トルク電流指令信号に第１加振トルク入力信号を重畳したときにおける第１加振トルク入力信号に対する応答を測定する第１測定工程（Ｓ３）と、測定用制御回路により２つの動力計が制御されている状態で、第２トルク電流指令信号に第２加振トルク入力信号を重畳したときにおける第２加振トルク入力信号に対する応答を測定する第２測定工程（Ｓ４）と、第１及び第２測定工程の結果を用いて機械特性伝達関数を推定する機械特性伝達関数推定工程（Ｓ５）と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、試験システムの機械特性推定方法及び機械特性推定装置に関する。より詳しくは、供試体に対し直列に連結された２つの電動機を備える試験システムの機械特性を推定する機械特性推定方法及び機械特性推定装置に関する。

特許文献１には、車両のドライブトレインである供試体に対し、２つの動力計を直列に連結した所謂タンデム型の動力計を備える試験システムが示されている。このようなタンデム型の動力計は、例えば、大きな駆動トルクを発生させる必要があるが、供試体の形状等に起因するレイアウト上の制約から動力計の大径化が困難である場合に利点がある。

また動力計を用いた試験システムでは、軸のねじれに起因して共振が発生するおそれがある。そこで特許文献１には、タンデム型の動力計を有する試験システムにおいて、共振が抑制されるように各動力計を制御する共振抑制回路と、その設計方法が示されている。より具体的には、特許文献１の設計方法では、タンデム型の動力計を有する試験システムを、３つの慣性体と２つのばね要素で連結して構成される所謂３慣性系とみなし、この３慣性系モデルが組み込まれた一般化プラントにＨ∞制御又はμ設計法と呼称される制御系設計方法を適用することによって共振抑制効果の高い共振抑制回路を設計する。

特許第５５６１４４４号

特許文献１の発明において、一般化プラントに組み込まれる３慣性系モデルを作成するためには、各動力計及び供試体の慣性モーメントや軸のばね剛性等などの機械特性パラメータの値を特定する必要があるが、これら機械特性パラメータの値は、実際の試験システムにおいて測定した機械特性伝達関数に基づく解析によって特定される。したがって共振抑制回路を設計するためには、試験システムの機械特性伝達関数を測定しておく必要がある。

ところで機械特性伝達関数は、一般的には、動力計が制御装置によって何らかの制御（例えば、速度制御）が実行されている状態で、動力計への入力を加振したときに得られる応答を取得することによって測定される。しかしながらタンデム型の動力計を備える試験システムでは、２つの動力計のうち加振制御されない方は、制御装置による制御下にある。このため、従来の方法によって測定される機械特性伝達関数には、制御装置の制御回路特性が反映されており、真の機械特性を測定することができない。

本発明は、タンデム型の動力計を備える試験システムにおいて、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる機械特性推定方法及び機械特性推定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、後述のドライブトレインベンチシステム１）は、供試体（例えば、後述の供試体Ｗ）の入力軸（例えば、後述の入力軸Ｗ１）と同軸で連結された第１駆動軸（例えば、後述の第１駆動軸２１ａ）を有し、第１入力に応じて当該第１駆動軸を回転させる第１電動機（例えば、後述の第１動力計２１）と、前記第１駆動軸と同軸で連結された第２駆動軸（例えば、後述の第２駆動軸２２ａ）を有し、第２入力に応じて当該第２駆動軸を回転させる第２電動機（例えば、後述の第２動力計２２）と、前記入力軸と前記第１駆動軸とを連結し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センサ（例えば、後述の軸トルクセンサ３）と、前記第１駆動軸の回転速度に応じた第１速度検出信号を生成する第１速度検出器（例えば、後述の第１回転速度検出器４１）と、前記第２駆動軸の回転速度に応じた第２速度検出信号を生成する第２速度検出器（例えば、後述の第２回転速度検出器４２）と、前記第１及び第２速度検出信号に基づいて前記第１及び第２入力を生成する制御装置（例えば、後述の測定用制御回路５５）と、を備える。本発明に係る機械特性推定方法は、このような試験システムの機械特性（例えば、後述の機械特性伝達関数や機械特性パラメータ等）を推定する方法であって、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定工程（例えば、後述の図３のＳ２）と、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定工程（例えば、後述の図３のＳ３）と、前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定工程（例えば、後述の図３のＳ４）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記機械特性推定工程では、前記第１入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｔ１）と、前記第２入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｔ２）と、前記第１入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ１１）と、前記第２入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ１２）と、前記第１入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ２１）と、前記第２入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ２２）と、のうち少なくとも何れかを推定することが好ましい。

（３）この場合、前記第１測定工程では、前記第１加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｔｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ１ｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ２ｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ１ｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ２ｄ１）と、を測定することが好ましい。

（４）この場合、前記第２測定工程では、前記第２加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｔｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ１ｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ２ｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ１ｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ２ｄ２）と、を測定することが好ましい。

（５）この場合、前記機械特性推定方法は、前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記制御装置の制御回路特性を推定する制御回路特性推定工程（例えば、後述の図３のＳ５）をさらに備えることが好ましい。

（６）この場合、前記制御回路特性推定工程では、前記第１速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ１１）と、前記第２速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ１２）と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ２１）と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、前記第２速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ２２）と、のうち少なくとも何れかを推定することが好ましい。

（７）本発明に係る試験システムの機械特性推定装置（例えば、後述の演算装置９）は、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定手段（例えば、後述の演算装置９）と、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定手段（例えば、後述の演算装置９）と、前記第１及び第２測定手段によって測定された結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定手段（例えば、後述の演算装置９）と、を備えることを特徴とする。

（１）本発明では、制御装置によって、直列に連結された第１及び第２電動機が制御されている状態で、第１電動機への第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける、この第１加振信号に対する応答を測定し、さらに第２電動機への第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける、この第２加振信号に対する応答を測定する。また本発明では、このようにして第１及び第２測定工程において測定された結果を用いて機械特性を推定する。本発明では、制御装置による制御下での第１加振信号に対する応答及び第２加振信号に対する応答の測定を経て機械特性を推定することにより、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる。

（２）本発明では、第１及び第２測定工程において測定された結果を用いて、第１入力に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第２入力に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第１入力に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第２入力に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第１入力に対する第２速度検出信号の伝達関数と、第２入力に対する第２速度検出信号の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定する。これにより、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性であって、共振抑制回路をＨ∞制御やμ設計法に基づいて設計するにあたり必要となるものを推定できる。

（３）本発明の第１測定工程では、第１加振信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第１加振信号に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第１加振信号に対する第２速度検出信号の伝達関数と、第１加振信号に対する第１入力の伝達関数と、第１加振信号に対する第２入力の伝達関数と、を測定する。これにより第１測定工程では、機械特性推定工程において、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定する際に必要となる伝達関数を測定できる。

（４）本発明の第２測定工程では、第２加振信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第２加振信号に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第２加振信号に対する第２速度検出信号の伝達関数と、第２加振信号に対する第１入力の伝達関数と、第２加振信号に対する第２入力の伝達関数と、を測定する。これにより第２測定工程では、機械特性推定工程において、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定する際に必要となる伝達関数を測定できる。

（５）本発明では、第１及び第２測定工程の結果を用いて、制御装置の制御回路特性を推定する。これにより、試験システムから制御装置のみを取り出し、上記機械特性の推定とは別に同定試験を行うことなく制御装置の制御回路特性を推定できる。

（６）本発明の制御回路特性推定工程では、第１速度検出信号に対する第１入力の伝達関数と、第２速度検出信号に対する第１入力の伝達関数と、第１速度検出信号に対する第２入力の伝達関数と、第１速度検出信号に対する第２入力の伝達関数と、第２速度検出信号に対する第２入力の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定する。これにより、試験システムから制御装置のみを取り出し、上記機械特性の推定とは別に同定試験を行うことなく制御装置の制御回路特性を推定できる。

（７）本発明の機械特性推定装置によれば、上記（１）の発明と同様に、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる。

本発明の一実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置が適用されたドライブトレインベンチシステムの構成を示す図である。 演算装置によって機械特性を推定する際に用いられる測定用制御回路の構成を示す図である。 演算装置においてドライブトレインベンチシステムの機械特性を推定する手順を示すフローチャートである。 伝達関数Ｇｔｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｔｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ１ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ１ｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ２ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ２ｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ１ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ１ｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ２ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ２ｄ２のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｔ１のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｔ２のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ１１のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ１２のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ２１のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ２２のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ１１のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ１２のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ２１のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ２２のボード線図である。

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、本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置が適用されたドライブトレインベンチシステム１の構成を示す図である。

ドライブトレインベンチシステム１は、車両用のドライブトレインを供試体Ｗとし、この供試体Ｗの各種性能を評価する際に用いられるドライブトレインに対する試験システムである。ここで、ドライブトレインとは、エンジンやモータ等の車両用動力発生源で発生した駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達装置の総称をいい、車両に搭載された状態では動力発生源側に連結される入力軸と、駆動輪側に連結される出力軸と、を備える。

ドライブトレインベンチシステム１は、２つの動力計２１，２２を組み合わせて構成されるタンデム型の動力計ユニット２と、入力軸Ｗ１に入力される動力を出力軸Ｗ２に伝達する供試体Ｗと、軸トルクセンサ３と、２つの回転速度検出器４１，４２と、軸トルクセンサ３及び回転速度検出器４１，４２から送信される検出信号に基づいて動力計ユニット２を制御するためのトルク電流指令信号を生成する動力計制御装置５１と、動力計制御装置５１から送信されるトルク電流指令信号に応じて各動力計２１，２２に電力を供給する２つのインバータ５２，５３と、ドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定するための各種演算を行う演算装置９と、を備える。なお図１では、供試体Ｗの出力軸Ｗ２に連結され、この出力軸Ｗ２で発生する動力を吸収する動力吸収体の構成については、図示を省略する。

動力計ユニット２は、第１動力計２１の第１駆動軸２１ａと、第２動力計２２の第２駆動軸２２ａとを同軸で連結することによって構成される。第１動力計２１の第１駆動軸２１ａの先端側は、軸トルクセンサ３を介して供試体Ｗの入力軸Ｗ１と同軸で連結されている。第２動力計２２の第２駆動軸２２ａの先端側は、第１駆動軸２１ａの基端側と、図示しないカップリング部材を介して同軸で連結されている。第１動力計２１は、第１インバータ５２から電力が供給されると、その第１駆動軸２１ａを回転させる。また第２動力計２２は、第２インバータ５３から電力が供給されると、その第２駆動軸２２ａを回転させる。

軸トルクセンサ３は、その一端側は第１カップリング３ａを介して第１動力計２１の第１駆動軸２１ａに連結され、その他端側は第２カップリング３ｂを介して供試体Ｗの入力軸Ｗ１に連結されている。これにより第２動力計２２と、第１動力計２１と、軸トルクセンサ３と、供試体Ｗと、は同軸に連結される。軸トルクセンサ３は、入力軸Ｗ１と第１駆動軸２１ａとの間で発生する捩れトルク（以下、「軸トルク」という）に応じた軸トルク検出信号を生成し、これを動力計制御装置５１及び演算装置９へ送信する。以下では、軸トルク検出信号の値、すなわち軸トルク検出値を“ｔ”と表記する。

第１回転速度検出器４１は、例えばエンコーダであり、第１動力計２１の第１駆動軸２１ａの回転速度に応じたパルス信号である第１回転速度検出信号を生成し、この信号を動力計制御装置５１及び演算装置９へ送信する。以下では、第１回転速度検出信号の値、すなわち第１回転速度検出値を“ｗ１”と表記する。

第２回転速度検出器４２は、例えばエンコーダであり、第２動力計２２の第２駆動軸２２ａの回転速度に応じたパルス信号である第２回転速度検出信号を生成し、この信号を動力計制御装置５１及び演算装置９へ送信する。以下では、第２回転速度検出信号の値、すなわち第２回転速度検出値を“ｗ２”と表記する。

動力計制御装置５１は、軸トルクセンサ３から送信される軸トルク検出信号、第１回転速度検出器４１から送信される第１回転速度検出信号、及び第２回転速度検出器４２から送信される第２回転速度検出信号を用いることによって、第１動力計２１を制御するための第１トルク電流指令信号及び第２動力計２２を制御するための第２トルク電流指令信号を生成し、これら第１及び第２トルク電流指令信号を、それぞれ第１及び第２インバータ５２，５３へ送信する。以下では、第１トルク指令信号の値、すなわち第１トルク電流指令値を“ｉ１”と表記し、第２トルク電流指令信号の値、すなわち第２トルク電流指令値を“ｉ２”と表記する。

演算装置９は、コンピュータであり、動力計制御装置５１から第１及び第２インバータ５２，５３へ入力する第１及び第２トルク電流指令信号と、これら第１及び第２トルク電流指令信号を入力することによって軸トルクセンサ３によって得られる軸トルク検出信号並びに第１及び第２回転速度検出器４１，４２によって得られる第１及び第２回転速度検出信号と、を用いることによって、後に図３を参照して説明する手順に従って演算を行うことにより、ドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する。ここで機械特性とは、より具体的には、ドライブトレインベンチシステム１の入出力間の機械特性伝達関数や、ドライブトレインベンチシステム１の機械モデルを特徴付ける各種機械特性パラメータ等をいう。なお演算装置９によって得られる機械特性の推定結果は、例えば動力計制御装置５１に搭載される共振抑制制御回路の設計に用いられる。また本実施形態のように、タンデム型の動力計ユニット２を備えるドライブトレインベンチシステム１に用いられる共振抑制制御回路の具体的な設計手順については、例えば本願出願人による特許第５５６１４４４号に記載されているので、ここでは詳細な説明を省略する。以下では、演算装置９において、ドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する手順について説明する。

図２は、動力計制御装置５１に搭載されている制御回路であって、演算装置９によってドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する際に用いられる測定用制御回路５５の構成を示す図である。

測定用制御回路５５は、回転速度制御回路５６と、加振トルク生成部５７と、第１指令生成部５８と、第２指令生成部５９と、を備え、これらを用いることによって機械特性を推定する際における第１及び第２トルク電流指令信号を生成する。

回転速度制御回路５６は、第１回転速度検出信号（ｗ１）と、第２回転速度検出信号（ｗ２）と、これら検出信号（ｗ１，ｗ２）に対する回転速度指令信号と、を用いることによって、速度検出値ｗ１，ｗ２がともに、所定の回転速度指令信号に応じた値になるように、既知のフィードバックアルゴリズムによって第１ベーストルク入力信号及び第２ベーストルク入力信号を生成する。以下では、第１ベーストルク入力信号の値を“ｉｂ１”と表記し、第２ベーストルク入力信号の値を“ｉｂ２”と表記する。また演算装置９において機械特性を推定する際には、回転速度指令信号の値ｗａは試験用に定められた所定値で一定に維持される。

加振トルク生成部５７は、演算装置９からの要求に応じて、０を中心とした所定の幅内で、所定の加振周波数の下でランダムに変動する第１加振トルク入力信号、及び第２加振トルク入力信号を生成する。以下では、第１加振トルク入力信号の値を“ｄ１”と表記し、第２加振トルク入力信号の値を“ｄ２”と表記する。

第１指令生成部５８は、第１加振トルク入力信号が生成されていない場合（ｄ１＝０の場合）には、第１ベーストルク入力信号をそのまま第１トルク電流指令信号として出力する（ｉ１＝ｉｂ１）。第１指令生成部５８は、第１加振トルク入力信号が生成されている場合（ｄ１≠０の場合）には、第１ベーストルク入力信号に第１加振トルク入力信号を重畳したものを第１トルク電流指令信号として出力する（ｉ１＝ｉｂ１＋ｄ１）。

第２指令生成部５９は、第２加振トルク入力信号が生成されていない場合（ｄ２＝０の場合）には、第２ベーストルク入力信号をそのまま第２トルク電流指令信号として出力する（ｉ２＝ｉｂ２）。第２指令生成部５９は、第２加振トルク入力信号が生成されている場合（ｄ２≠０の場合）には、第２ベーストルク入力信号に第２加振トルク入力信号を重畳したものを第２トルク電流指令信号として出力する（ｉ２＝ｉｂ２＋ｄ２）。

演算装置９における演算によってドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する際には、上述のような測定用制御回路５５を用いることによって、第１及び第２回転速度検出信号を用いた第１及び第２動力計２１，２２の速度制御を行いながら、適宜第１及び第２加振トルク入力信号を重畳して加振制御を行う。

上述のようにタンデム型の動力計ユニット２を備えるドライブトレインベンチシステム１は、２つの入力（第１及び第２トルク電流指令信号）と３つの出力（軸トルク検出信号並びに第１及び第２回転速度検出信号）とを備える。よってドライブトレインベンチシステム１の機械特性は、下記式（１−１）〜（１−６）に示すように、６つの伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）によって表される。下記式に示すように、伝達関数Ｐｔ１は、第１トルク電流指令信号に対する軸トルク検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｔ２は、第２トルク電流指令信号に対する軸トルク検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ１１は、第１トルク電流指令信号に対する第１回転速度検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ１２は、第２トルク電流指令信号に対する第１回転速度検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ２１は、第１トルク電流指令信号に対する第２回転速度検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ２２は、第２トルク電流指令信号に対する第２回転速度検出信号の機械特性伝達関数である。

また以上のような６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）を用いると、動力計ユニット２の運動方程式は、下記式（２−１）〜（２−３）によって表される。

また図２に示す測定用制御回路５５において、回転速度制御回路５６の制御回路特性は下記式（３−１）〜（３−４）に示すように、４つの伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）によって表される。下記式に示すように、伝達関数Ｋ１１は、回転速度制御回路５６における第１回転速度検出信号に対する第１ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数であり、伝達関数Ｋ１２は、回転速度制御回路５６における第２回転速度検出信号に対する第１ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数であり、伝達関数Ｋ２１は、回転速度制御回路５６における第１回転速度検出信号に対する第２ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数であり、伝達関数Ｋ２２は、回転速度制御回路５６における第２回転速度検出信号に対する第２ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数である。

また以上のような４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を用いると、測定用制御回路５５における演算式は、下記式（４−１）及び（４−２）によって表される。なお、演算装置９では、機械特性を推定するにあたり、第１及び第２加振トルク入力信号を用いた加振時の周波数特性を計測するため、下記式（４−１）及び（４−２）では、一定の値で維持される回転速度指令信号は無視できる。

ここで第２加振トルク入力信号をオフにしかつ第１加振トルク入力信号のみを重畳した場合における第１加振トルク入力信号（ｄ１）から計測信号（ｔ，ｗ１，ｗ２，ｉ１，ｉ２）への周波数特性と、第１加振トルク入力信号をオフにしかつ第２加振トルク入力信号のみを重畳した場合における第２加振トルク入力信号（ｄ２）から計測信号（ｔ，ｗ１，ｗ２，ｉ１，ｉ２）への周波数特性と、を用いることによって、演算装置９において６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）と４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を推定する方法について説明する。

演算装置９に構成されている第１測定手段では、測定用制御回路５５によって第１及び第２動力計２１，２２が制御されている状態で、第２加振入力信号をオフにし（ｄ２＝０）かつ第１加振トルク入力信号のみを重畳することにより、下記式（５−１）〜（５−５）に示す５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）を測定する。伝達関数Ｇｔｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ１ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ２ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ１ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ２ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数である。

演算装置９に構成されている第２測定手段では、測定用制御回路５５によって第１及び第２動力計２１，２２が制御されている状態で、第１加振入力信号をオフにし（ｄ１＝０）、かつ第２加振トルク入力信号のみを重畳することにより、下記式（６−１）〜（６−５）に示す５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）を測定する。伝達関数Ｇｔｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ１ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ２ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ１ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ２ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数である。

ここで上記式（２−１）〜（２−３）及び上記式（４−１）及び（４−２）を、上記式（５−１）〜（５−５）及び上記式（６−１）〜（６−５）に示す伝達関数を用いて書き換えることにより、６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）及び４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）に対する下記式（７−１）〜（７−１０）が導出される。

演算装置９に構成されている機械特性推定手段では、上述のように第１及び第２測定手段によって測定された合計１０の伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１，Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）の測定結果を、上記式（７−１）〜（７−１０）に入力することにより、６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）及び４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を推定する。

図３は、演算装置９においてドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する手順を示すフローチャートである。

始めにＳ１では、演算装置９は、測定用制御回路５５を用いて、第１動力計２１及び第２動力計２２の回転速度を一定の速度で維持する定速制御を開始する。なおこの定速制御では、回転速度指令値ｗａは試験用に定められた所定値で一定に維持し、第１加振トルク入力信号及び第２加振トルク入力信号の値を０とする。

次にＳ２の第１測定工程では、演算装置９は、上記の定速制御が継続されている状態で、第２加振トルク入力信号の値を０で維持しながら、第１加振トルク入力信号のみを加振し、この第１加振トルク入力信号を第１トルク電流指令信号に重畳したときにおける第１加振トルク入力信号に対する各種応答、より具体的には、上記式（５−１）〜（５−５）を参照して説明した５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）を測定する。また演算装置９は、これら５つの伝達関数の測定が完了したら、第１加振トルク入力信号の値を０にし、第１動力計２１に対する加振制御を終了する。

次にＳ３の第２測定工程では、演算装置９は、上記の定速制御が継続されている状態で、第１加振トルク入力信号の値を０で維持しながら、第２加振トルク入力信号のみを加振し、この第２加振トルク入力信号を第２トルク電流指令信号に重畳したときにおける第２加振トルク入力信号に対する各種応答、より具体的には、上記式（６−１）〜（６−５）を参照して説明した５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）を測定する。また演算装置９は、これら５つの伝達関数の測定が完了したら、第２動力計２２に対する加振制御と、測定用制御回路５５を用いた定速制御と、を終了する。

次にＳ４の機械特性伝達関数推定工程では、演算装置９は、第１測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）と、第２測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）とを、上記式（７−１）〜（７−６）に入力することにより、６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）を推定する。

次にＳ５の制御回路特性推定工程では、演算装置９は、第１測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）と、第２測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）とを、上記式（７−７）〜（７−１０）に入力することにより、４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を推定する。

以下、本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置の効果について、シミュレーションによる結果を参照しながら説明する。

図４Ａ〜図４Ｊは、それぞれ第１及び第２測定工程において測定される１０の伝達関数のボード線図である。より具体的には、図４Ａは伝達関数Ｇｔｄ１のボード線図であり、図４Ｂは伝達関数Ｇｔｄ２のボード線図であり、図４Ｃは伝達関数Ｇｗ１ｄ１のボード線図であり、図４Ｄは伝達関数Ｇｗ１ｄ２のボード線図であり、図４Ｅは伝達関数Ｇｗ２ｄ１のボード線図であり、図４Ｆは伝達関数Ｇｗ２ｄ２のボード線図であり、図４Ｇは伝達関数Ｇｉ１ｄ１のボード線図であり、図４Ｈは伝達関数Ｇｉ１ｄ２のボード線図であり、図４Ｉは伝達関数Ｇｉ２ｄ１のボード線図であり、図４Ｊは伝達関数Ｇｉ２ｄ２のボード線図である。

２つの動力計のうち何れかを加振制御することによって直接的に得られる伝達関数は、加振制御を行わない動力計は測定用制御回路５５の制御下にある。このため、第１及び第２測定工程において直接的に得られる１０の伝達関数は、図４Ａ〜図４Ｊに示すように、数１０Ｈｚ帯域において、測定用制御回路５５の回転速度制御回路５６の特性が表れる。すなわち、回転速度制御回路５６の特性を含まない真の機械特性は、直接的には得ることができない。

図５Ａ〜図５Ｆは、それぞれ機械特性伝達関数推定工程において推定される６の機械特性伝達関数のボード線図である。より具体的には、図５Ａは機械特性伝達関数Ｐｔ１のボード線図であり、図５Ｂは機械特性伝達関数Ｐｔ２のボード線図であり、図５Ｃは機械特性伝達関数Ｐｗ１１のボード線図であり、図５Ｄは機械特性伝達関数Ｐｗ１２のボード線図であり、図５Ｅは機械特性伝達関数Ｐｗ２１のボード線図であり、図５Ｆは機械特性伝達関数Ｐｗ２２のボード線図である。

図６Ａ〜図６Ｄは、それぞれ制御回路特性推定工程において推定される４の制御回路伝達関数のボード線図である。より具体的には、図６Ａは制御回路伝達関数Ｋ１１のボード線図であり、図６Ｂは制御回路伝達関数Ｋ１２のボード線図であり、図６Ｃは制御回路伝達関数Ｋ２１のボード線図であり、図６Ｄは制御回路伝達関数Ｋ２２のボード線図である。

なお、これら図５Ａ〜図５Ｆ及び図６Ａ〜図６Ｄにおいて、太破線は、シミュレーションを行うために準備した真の伝達関数を示し、細実線は、機械特性伝達関数推定工程及び制御回路特性推定工程において推定された伝達関数を示す。これら図５Ａ〜図５Ｆに示すように、細実線と太破線はほぼ一致している。したがって本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置によれば、測定用制御回路５５の制御特性を除いた真の機械特性伝達関数を推定できることが明らかとなった。また図６Ａ〜図６Ｄに示すように、細実線と太破線はほぼ一致している。したがって本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置によれば、ドライブトレインベンチシステム１から、測定用制御回路５５のみを取り出し、この測定用制御回路５５のみを用いた同定試験を行うことなく、機械特性伝達関数を推定する際に用いられる第１及び第２測定工程の結果を用いて測定用制御回路５５の特性も容易に推定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。例えば上記実施形態では、ドライブトレインベンチシステム１に本発明の機械特性推定方法及び機械特性推定装置を適用した場合について説明したが、本発明の適用対象は、ドライブトレインベンチシステムに限らない。本発明は、２つの動力計を直列に接続して構成されるタンデム型の動力計ユニットを備える試験システムであれば、どのようなシステムにも適用できる。

１…ドライブトレインベンチシステム（試験システム）
Ｗ…供試体
Ｗ１…入力軸
２１…第１動力計（第１電動機）
２１ａ…第１駆動軸
２２…第２動力計（第２電動機）
２２ａ…第２駆動軸
３…軸トルクセンサ
４１…第１回転速度検出器
４２…第２回転速度検出器
５１…動力計制御装置
５５…測定用制御回路（制御装置）
９…演算装置（機械特性推定装置、第１測定手段、第２測定手段、機械特性推定手段）

Claims (7)

1. 供試体の入力軸と同軸で連結された第１駆動軸を有し、第１入力に応じて当該第１駆動軸を回転させる第１電動機と、前記第１駆動軸と同軸で連結された第２駆動軸を有し、第２入力に応じて当該第２駆動軸を回転させる第２電動機と、前記入力軸と前記第１駆動軸とを連結し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センサと、前記第１駆動軸の回転速度に応じた第１速度検出信号を生成する第１速度検出器と、前記第２駆動軸の回転速度に応じた第２速度検出信号を生成する第２速度検出器と、前記第１及び第２速度検出信号に基づいて前記第１及び第２入力を生成する制御装置と、を備える試験システムの機械特性を推定する機械特性推定方法であって、
   前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定工程と、
   前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定工程と、
   前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定工程と、を備えることを特徴とする試験システムの機械特性推定方法。
2. 前記機械特性推定工程では、前記第１入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第２入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第１入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第２入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第１入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、前記第２入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定することを特徴とする請求項１に記載の試験システムの機械特性推定方法。
3. 前記第１測定工程では、前記第１加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第２入力の伝達関数と、を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の試験システムの機械特性推定方法。
4. 前記第２測定工程では、前記第２加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第２入力の伝達関数と、を測定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の試験システムの機械特性推定方法。
5. 前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記制御装置の制御回路特性を推定する制御回路特性推定工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の試験システムの機械特性推定方法。
6. 前記制御回路特性推定工程では、前記第１速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第２速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、前記第２速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定することを特徴とする請求項５に記載の試験システムの機械特性推定方法。
7. 供試体の入力軸と同軸で連結された第１駆動軸を有し、第１入力に応じて当該第１駆動軸を回転させる第１電動機と、前記第１駆動軸と同軸で連結された第２駆動軸を有し、第２入力に応じて当該第２駆動軸を回転させる第２電動機と、前記入力軸と前記第１駆動軸とを連結し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センサと、前記第１駆動軸の回転速度に応じた第１速度検出信号を生成する第１速度検出器と、前記第２駆動軸の回転速度に応じた第２速度検出信号を生成する第２速度検出器と、前記第１及び第２速度検出信号に基づいて前記第１及び第２入力を生成する制御装置と、を備える試験システムの機械特性を推定する機械特性推定装置であって、
   前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定手段と、
   前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定手段と、
   前記第１及び第２測定手段によって測定された結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定手段と、を備えることを特徴とする試験システムの機械特性推定装置。

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