説明

動力系の試験装置及びその制御方法

【課題】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。
【解決手段】エンジン11及びトランスミッション12からなる供試体1を試験する試験装置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、電気慣性演算部15及び補正演算部4を備える。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と、「加速トルク値+走行抵抗トルク値」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、加算器41により抵抗トルク値Trに加えることで、トルク指令値Tcを生成する。このように、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抵抗トルク値Trを補正してトルク指令値を得ることで、ダイナモメータを高精度に制御することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−344224号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【発明の効果】
【0017】
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。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】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2】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。
【図3】本発明の他の実施形態に係る試験装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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Jc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。
【0029】
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。
【0030】
走行抵抗トルク値T1と慣性トルク値Tmとは加算器19により加算され、加算器19は抵抗トルク値Trを出力する。つまり、Tr=T1+Tmである。
【0031】
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Tmの加算値である抵抗トルク値Trを補正してトルク指令値Tc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Trに加えることで、トルク指令値Tc(Tc=Tr+T2)を生成する。
【0032】
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Trに加算されることで、トルク指令値Tcが生成される。
【0033】
制御器20は、このトルク指令値Tc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Tc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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
以上のように構成された試験装置100の動作を説明する。
【0037】
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Tc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Tmと加算される。
【0038】
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Jc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。
【0039】
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Trに加えてトルク指令値Tc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Trが補正され、補正されたトルク値がトルク指令値Tc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。
【0040】
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。
【0041】
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Tm
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Te
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Jcとすれば、
供試体1の出力軸13での加速度αcが、
αc=Te/Jc・・・(1)
となる。
【0042】
上記した慣性トルクをTm
ダイナモメータ2の慣性量をJmとすれば、
ダイナモメータ2の加速度αmは、
αm=(Te−Tm)/Jm・・・(2)
となる。
【0043】
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αc=αmが成立すればよい。そこで、αc=αmを条件として、上記式(1),(2)から加速度を消去すると、
m=((Jc−Jm)/Jc)・Te・・・(3)
となる。したがって、エンジントルクTeを知ることができれば、上記式(3)によって慣性トルク値Tmを制御することが可能となることがわかる。
【0044】
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Te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Tm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Teに対してダイナモメータ2のトルクTm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。
【0045】
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Teと該エンジントルクTeに基づいて算出されたダイナモメータ2のトルクTm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ωm^(図2等の中において、ωmまたはTeの上に「^」を付した推定値を示す記号を、文章中では便宜上、ωmまたはTe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。
【0046】
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ωm^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ωm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Te^が出力される。
【0047】
ダイナモメータ2には供試体1からエンジントルクTe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Tm *が入力される。ダイナモメータ2は、慣性量Jmを備える一慣性系と考えられる。
【0048】
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Te^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Tm*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。
【0049】
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Te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Te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ωmを微分してエンジン11の発生トルクTe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ωm^と前記実速度ωm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Te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Teを推定することが可能となる。
【0050】
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Tm*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。
【0051】
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Tmは、
m=((Jc−Jm)/Jc)・Te−(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Tr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Tmとなる。
【0052】
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。
【0053】
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Tm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。
【0054】
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。
【0055】
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Tmを供給することができる。
【0056】
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。
【符号の説明】
【0057】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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
を具備する動力系の試験装置。
【請求項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。
【請求項3】
請求項1に記載の動力系の試験装置であって、
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をさらに具備する動力系の試験装置。
【請求項4】
請求項3に記載の動力系の試験装置であって、
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。
【請求項5】
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する
動力系の試験装置による制御方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2010−223861(P2010−223861A)
【公開日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−73468(P2009−73468)
【出願日】平成21年3月25日(2009.3.25)
【出願人】(000002059)シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Fターム(参考)】