(57)【要約】【課題】軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能の両方を備える試験システムの軸トルク制御装置を提供すること。【解決手段】軸トルク制御装置は、タンデムダイナモメータシステムを含む試験システムの入出力特性を模した公称モデルＮを備える一般化プラントＰと、第１観測出力ｙ１及び第２観測出力ｙ２に基づいて第１制御入力ｕ１及び第２制御入力ｕ２を一般化プラントＰへ与えるコントローラＫと、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計されたコントローラＫを備える。一般化プラントＰには、第１観測出力ｙ１を重み関数Ｇｅ（ｓ）で重み付けした第１制御量出力ｚ１と、フロント伝達トルクｔ１を重み関数Ｇｔ１（ｓ）で重み付けした第２制御量出力ｚ２と、リア伝達トルクｔ２を重み関数Ｇｔ２（ｓ）で重み付けした第３制御量出力ｚ３と、が規定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷軸を備える負荷機器と、その第１出力軸が前記負荷軸に接続されかつ第１トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する第１モータと、その第２出力軸が前記第１出力軸に接続されかつ第２トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する第２モータと、前記負荷機器と前記第１モータとの間の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検出器と、を備えるタンデムモータシステムを制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との軸トルク偏差を抑制するように前記第１及び第２トルク電流指令信号を生成するタンデムモータシステムの軸トルク制御装置であって、
前記軸トルク制御装置は、前記制御対象の入出力特性を模した公称モデルを備える一般化プラントと、前記軸トルク偏差に相当する第１観測出力及び前記軸トルク検出信号に相当する第２観測出力に基づいて前記第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力及び前記第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力を前記一般化プラントへ与えるコントローラと、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計された前記コントローラを備え、
前記公称モデルは、前記第１制御入力に基づいて生成される第１モデル入力及び前記第２制御入力に基づいて生成される第２モデル入力に基づいて、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに相当する第１モデル出力及び前記第１モータと前記第２モータとの間の軸トルクに相当する第２モデル出力を生成し、
前記一般化プラントには、前記第１観測出力を第１重み関数で重み付けした第１制御量出力と、前記第１モデル出力を第２重み関数で重み付けした第２制御量出力と、前記第２モデル出力を第３重み関数で重み付けした第３制御量出力と、が規定されていることを特徴とする軸トルク制御装置。
【請求項２】
前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２制御入力との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸トルク制御装置。
【請求項３】
前記第１トルク電流指令信号と前記第２トルク電流指令信号との和に対する前記第１トルク電流指令信号の割合に対する目標を第１目標割合とし、前記和に対する前記第２トルク電流指令信号の割合に対する目標を第２目標割合とし、
前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２目標割合との積と前記第２制御入力と前記第１目標割合との積との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸トルク制御装置。
【請求項４】
前記負荷機器は、前記負荷軸に入力された動力を変速して出力軸に伝達する車両用のドライブトレインであり、
前記タンデムモータシステムは、前記出力軸に負荷を与える負荷モータを備えるドライブトレインの試験システムであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の軸トルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸トルク制御装置に関する。より詳しくは、直列に接続された２つのモータを備えるタンデムモータシステムの軸トルク制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、供試体であるドライブトレインの耐久性能や品質等が評価される。
【０００３】
また特許文献１には、２台のダイナモメータを直列に接続したタンデムダイナモメータシステムを用いて供試体の入力軸に入力する駆動トルクを発生する試験システムが提案されている。特許文献１の試験システムによれば、２台のダイナモメータを直列にすることにより、個々のダイナモメータを大径化することなく大きな駆動トルクを発生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５６１４４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで２台のダイナモメータを直列に接続すると、これらダイナモメータを連結する軸のねじり共振によってダイナモメータと供試体との間の軸トルクに大きな振動が生じてしまう場合がある。特許文献１には、このようなねじり共振を抑制する機能を備えるタンデムダイナモメータシステムの軸トルク制御装置を一般化プラントに基づいて設計する技術が示されている。しかしながら特許文献１には、軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差を抑制する機能については十分に検討されていない。このため特許文献１に示された設計方法によって設計された軸トルク制御装置では、後に図７を参照して説明するように、軸トルク指令値と軸トルク検出値との間に偏差が発生してしまう場合がある。
【０００６】
本発明は、第１モータと負荷機器との間の軸トルクに対する軸トルク指令信号と軸トルク検出信号との偏差を抑制する軸トルク偏差抑制機能及び各モータ及び供試体を連結する軸のねじり共振を抑制する共振抑制機能の両方を備えるタンデムモータシステムの軸トルク制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、負荷軸（例えば、後述の入力軸ＳＩ）を備える負荷機器（例えば、後述の供試体Ｗ）と、その第１出力軸（例えば、後述の出力軸Ｓ１）が前記負荷軸に接続されかつ第１トルク電流指令信号（例えば、後述のフロントトルク電流指令信号）に応じたトルクを発生する第１モータ（例えば、後述のフロントダイナモメータ２１）と、その第２出力軸（例えば、後述の出力軸Ｓ２）が前記第１出力軸に接続されかつ第２トルク電流指令信号（例えば、後述のリアトルク電流指令信号）に応じたトルクを発生する第２モータ（例えば、後述のリアダイナモメータ２２）と、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに応じた軸トルク検出信号（例えば、後述のフロント軸トルク検出信号）を生成する軸トルク検出器（例えば、後述のフロント軸トルクメータ２５）と、を備えるタンデムモータシステム（例えば、後述の試験システム１）を制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号（例えば、後述の上位軸トルク指令信号）と前記軸トルク検出信号との軸トルク偏差を抑制するように前記第１及び第２トルク電流指令信号を生成するタンデムモータシステムの軸トルク制御装置（例えば、後述の軸トルク制御装置５）である。本発明に係る軸トルク制御装置は、前記制御対象の入出力特性を模した公称モデル（例えば、後述の公称モデルＮ）を備える一般化プラント（例えば、後述の一般化プラントＰ）と、前記軸トルク偏差に相当する第１観測出力（例えば、後述の第１観測出力ｙ１）及び前記軸トルク検出信号に相当する第２観測出力（例えば、後述の第２観測出力ｙ２）に基づいて前記第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力（例えば、後述の第１制御入力ｕ１）及び前記第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力（例えば、後述の第２制御入力ｕ２）を前記一般化プラントへ与えるコントローラ（例えば、後述のコントローラＫ）と、を備えるフィードバック制御系（例えば、後述のフィードバック制御系８）において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計された前記コントローラを備え、前記公称モデルは、前記第１制御入力に基づいて生成される第１モデル入力（例えば、後述のフロントトルクｉ１）及び前記第２制御入力に基づいて生成される第２モデル入力（例えば、後述のリアトルクｉ２）に基づいて、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに相当する第１モデル出力（例えば、後述のフロント伝達トルクｔ１）及び前記第１モータと前記第２モータとの間の軸トルクに相当する第２モデル出力（例えば、後述のリア伝達トルクｔ２）を生成し、前記一般化プラントには、前記第１観測出力を第１重み関数（例えば、後述の第１制御量重み関数Ｇｅ（ｓ））で重み付けした第１制御量出力（例えば、後述の第１制御量出力ｚ１）と、前記第１モデル出力を第２重み関数（例えば、後述の第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ））で重み付けした第２制御量出力（例えば、後述の第２制御量出力ｚ２）と、前記第２モデル出力を第３重み関数（例えば、後述の第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ））で重み付けした第３制御量出力（例えば、後述の第３制御量出力ｚ３）と、が規定されていることを特徴とする。
【０００８】
（２）この場合、前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２制御入力との差を第４重み関数（例えば、後述の第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ））で重み付けした第４制御量出力（例えば、後述の第４制御量出力ｚ４）がさらに規定されていることが好ましい。
【０００９】
（３）この場合、前記第１トルク電流指令信号と前記第２トルク電流指令信号との和に対する前記第１トルク電流指令信号の割合に対する目標を第１目標割合（例えば、後述の第１目標割合ｒ１）とし、前記和に対する前記第２トルク電流指令信号の割合に対する目標を第２目標割合（例えば、後述の第２目標割合ｒ２）とし、前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２目標割合との積と前記第２制御入力と前記第１目標割合との積との差を第４重み関数（例えば、後述の第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ））で重み付けした第４制御量出力（例えば、後述の第４制御量出力ｚ４´）がさらに規定されていることが好ましい。
【００１０】
（４）この場合、前記負荷機器は、前記負荷軸に入力された動力を変速して出力軸（例えば、後述の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２）に伝達する車両用のドライブトレイン（例えば、後述の供試体Ｗ）であり、前記タンデムモータシステムは、前記出力軸に負荷を与える負荷モータ（例えば、後述の第１出力側ダイナモメータ３１及び第２出力側ダイナモメータ３２）を備えるドライブトレインの試験システム（例えば、後述の試験システム１）であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
（１）本発明に係る軸トルク制御装置は、タンデムモータシステムの入出力特性を模した公称モデルを備える一般化プラントと、軸トルク偏差に相当する第１観測出力及び軸トルク検出信号に相当する第２観測出力に基づいて第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力及び第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力を一般化プラントへ与えるコントローラと、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計されたコントローラを備える。また本発明では、軸トルク偏差に相当する第１観測出力を第１重み関数で重み付けした第１制御量出力と、負荷機器と第１モータとの間の軸トルクに相当する公称モデルの第１モデル出力を第２重み関数で重み付けした第２制御量出力と、第１モータと第２モータとの間の軸トルクに相当する公称モデルの第２モデル出力を第３重み関数で重み付けした第３制御量出力とが規定された一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する。これにより、軸トルク指令信号と軸トルク検出信号との偏差を抑制する軸トルク偏差抑制機能と、各モータ及び負荷機器を連結する各軸におけるねじり共振を抑制する共振抑制機能との両方を備える軸トルク制御装置が得られる。
【００１２】
（２）本発明では、第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力と第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定された一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する。このような一般化プラントに基づいて設計された軸トルク制御装置によれば、第１モータに対する第１トルク電流指令信号と第２モータに対する第２トルク電流指令信号とが等しくなるように、すなわち第１モータのトルク負担と第２モータのトルク負担とが等しくなるように軸トルクを制御する、トルク配分機能を実現することができる。
【００１３】
（３）本発明では、第１制御入力と第２目標割合との積と、第２制御入力と第１目標割合との積との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定された一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する。このような一般化プラントに基づいて設計された軸トルク制御装置によれば、第１モータに対する第１トルク電流指令信号と第２モータに対する第２トルク電流指令信号との比が第１目標割合対第２目標割合になるように、すなわち第１モータのトルク負担と第２モータのトルク負担との比が第１目標割合対第２目標割合になるように軸トルクを制御する、トルク配分機能を実現することができる。
【００１４】
（４）本発明では、負荷機器を、負荷軸に入力された動力を変速して出力軸に伝達する車両用のドライブトレインとし、タンデムモータシステムを、ドライブトレインの出力軸に負荷を与える負荷モータを備えるドライブトレインの試験システムとする。これにより、軸トルク指令信号と軸トルク検出信号との偏差を抑制しかつ各モータ及びドライブトレインを連結する各軸におけるねじり共振を抑制しながら、ドライブトレインの性能を精度良く評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸トルク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。
【図２】軸トルク制御装置を設計する際に用いられるフィードバック制御系の構成を示す図である。
【図３】実施例１の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントの構成を示す図である。
【図４】公称モデルの構成を示す図である。
【図５】一般化プラントに基づいて軸トルク制御装置を設計する手順を示すフローチャートである。
【図６】比較例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。
【図７】比較例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。
【図８】実施例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。
【図９】実施例２の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントの構成を示す図である。
【図１０】実施例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、本実施形態に係る軸トルク制御装置５を備える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、この供試体Ｗの性能を評価する試験システム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Ｗ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。
【００１７】
供試体Ｗは、車両用のドライブトレインであり、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、入力軸ＳＩに入力された動力を増幅して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に伝達するトルクコンバータＴＣと、入力軸ＳＩに入力された動力を変速して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に伝達する変速機ＴＭと、を備える。
【００１８】
試験システム１は、供試体Ｗの入力軸ＳＩ側に設けられたフロントダイナモメータ２１、リアダイナモメータ２２、フロントインバータ２３、リアインバータ２４、フロント軸トルクメータ２５、フロントエンコーダ２６、リアエンコーダ２７、及び軸トルク制御装置５と、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２側に設けられた第１出力側ダイナモメータ３１、第２出力側ダイナモメータ３２、第１出力側インバータ３３、第２出力側インバータ３４、第１出力側軸トルクメータ３５、第１出力側エンコーダ３６、第２出力側軸トルクメータ３７、第２出力側エンコーダ３８、及び出力側制御装置６と、を備える。
【００１９】
フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１の先端側は、供試体Ｗの入力軸ＳＩに連結されている。フロントインバータ２３は、軸トルク制御装置５において生成されるフロントトルク電流指令信号が入力されると、このフロントトルク電流指令信号に応じた電力をフロントダイナモメータ２１に供給する。これによりフロントダイナモメータ２１は、フロントトルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。
【００２０】
リアダイナモメータ２２の出力軸Ｓ２の先端側は、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１の基端側にカップリングＣを介して連結されている。リアインバータ２４は、軸トルク制御装置５において生成されるリアトルク電流指令信号が入力されると、このリアトルク電流指令信号に応じた電力をリアダイナモメータ２２に供給する。これによりリアダイナモメータ２２は、リアトルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。
【００２１】
以上のように試験システム１は、供試体Ｗの入力軸ＳＩには、フロントダイナモメータ２１及びリアダイナモメータ２２を直列に接続して構成されるタンデムダイナモメータ２０が接続される所謂タンデムダイナモメータシステムである。
【００２２】
フロント軸トルクメータ２５は、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１と供試体Ｗの入力軸ＳＩとの間のフロント軸トルクに応じたフロント軸トルク検出信号を生成し、軸トルク制御装置５へ入力する。フロントエンコーダ２６は、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１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フロント速度検出信号を生成し、軸トルク制御装置５へ入力する。リアエンコーダ２７は、リアダイナモメータ２２の出力軸Ｓ２の回転速度を検出し、この回転速度に応じたリア速度検出信号を生成し、軸トルク制御装置５へ入力する。
【００２３】
軸トルク制御装置５は、フロント軸トルクメータ２５によるフロント軸トルク検出信号と、フロント軸トルクメータ２５によって検出されるフロント軸トルクに対する指令信号に相当する上位軸トルク指令信号と、に基づいてフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成し、これらトルク電流指令信号をフロントインバータ２３及びリアインバータ２４へ入力する。なお上位軸トルク指令信号は、供試体Ｗに対する試験の内容に応じて図示しない上位コントローラにおいて生成される。これにより軸トルク制御装置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タンデムダイナモメータ２０に発生させ、供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動する。
【００２４】
軸トルク制御装置５は、上位軸トルク指令信号とフロント軸トルク検出信号との軸トルク偏差（上位軸トルク指令信号−フロント軸トルク検出信号）を抑制するようにフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する軸トルク偏差抑制機能と、出力軸Ｓ１と入力軸ＳＩとの間及び出力軸Ｓ２と出力軸Ｓ１との間におけるねじり共振を抑制する共振抑制機能との両方の機能を少なくとも備える。これら軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備える軸トルク制御装置５は、後に図２〜図４及び図９等を参照して説明する手順に従って設計することによって得られる。
【００２５】
第１出力側ダイナモメータ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によって生成される第１出力側トルク電流指令信号が入力されると、この第１出力側トルク電流指令信号に応じた電力を第１出力側ダイナモメータ３１に供給する。これにより第１出力側ダイナモメータ３１は、第１出力側トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。第１出力側軸トルクメータ３５は、第１出力側ダイナモメータ３１の出力軸と供試体Ｗの出力軸ＳＯ１との間の軸トルクに応じた第１出力側軸トルク検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。第１出力側エンコーダ３６は、第１出力側ダイナモメータ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を生成し、出力側制御装置６へ入力する。
【００２６】
第２出力側ダイナモメータ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によって生成される第２出力側トルク電流指令信号が入力されると、この第２出力側トルク電流指令信号に応じた電力を第２出力側ダイナモメータ３２に供給する。これにより第２出力側ダイナモメータ３２は、第２出力側トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。第２出力側軸トルクメータ３７は、第２出力側ダイナモメータ３２の出力軸と供試体Ｗの出力軸ＳＯ２との間の軸トルクに応じた第２出力側軸トルク検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。第２出力側エンコーダ３８は、第２出力側ダイナモメータ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を生成し、出力側制御装置６へ入力する。
【００２７】
出力側制御装置６は、第１出力側軸トルクメータ３５による第１出力側軸トルク検出信号、第１出力側エンコーダ３６による第１出力側速度検出信号、第２出力側軸トルクメータ３７による第２出力側軸トルク検出信号、及び第２出力側エンコーダ３８による第２出力側速度検出信号等の入力信号を用いることにより、第１出力側トルク電流指令信号及び第２出力側トルク電流指令信号を生成し、これらを第１出力側インバータ３３及び第２出力側インバータ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、第１出力側ダイナモメータ３１及び第２出力側ダイナモメータ３２を介して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に付与する。
【００２８】
試験システム１では、軸トルク制御装置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。
【００２９】
次に、以上のような軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備える軸トルク制御装置５を設計する手順について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図２は、軸トルク制御装置５を設計する際に用いられるフィードバック制御系８の構成を示す図である。軸トルク制御装置５は、図２に示すようなフィードバック制御系８を定義し、このフィードバック制御系８において所定の設計条件が満たされるように設計されたコントローラをデジタルシグナルプロセッサやマイクロコンピュータ等の入出力ポートを備えるハードウェアに実装して構成される。
【００３１】
また以上のように構成された試験システム１において、後述のコントローラＫが実装された軸トルク制御装置５は、図示しない上位コントローラから通信を介して送信される上位軸トルク指令信号と、タンデムダイナモメータ２０に装備されたフロント軸トルクメータ２５から送信されるフロント軸トルク検出信号とが入力されると、フロント及びリアトルク電流指令信号を生成し、通信を介してインバータ２３，２４へ入力する。ダイナモメータ２１，２２と電気的に接続されているインバータ２３，２４は、軸トルク制御装置５からフロント及びリアトルク電流指令信号が入力されると、これらフロント及びリアトルク電流指令信号に応じたトルクをダイナモメータ２１，２２に発生させる。なおこの際に想定される外乱要素は、フロント軸トルクメータ２５においてフロント軸トルクを計測する際に発生するノイズや、各通信経路における時間の遅れ、インバータ２３，２４の制御応答等によるフロント及びリアトルク電流指令信号と各ダイナモメータ２１，２２における発生トルクとの間の非線形性のずれ等がある。なお上述の上位軸トルク指令信号は、上述のように軸トルク制御装置５とは別の上位コントローラによって生成してもよいし、軸トルク制御装置５の内部においてコントローラＫとは別に構築されたモジュールによって生成してもよい。
【００３２】
図２のフィードバック制御系８は、試験システム１の入出力特性を模した公称モデルＮを備える一般化プラントＰと、この一般化プラントＰに対し入出力を与えるコントローラＫと、を組み合わせることによって構成される。
【００３３】
一般化プラントＰには、第１外乱入力ｗ１、第２外乱入力ｗ２、第３外乱入力ｗ３、第４外乱入力ｗ４、及び第５外乱入力ｗ５で構成される入力と、第１制御量出力ｚ１、第２制御量出力ｚ２、第３制御量出力ｚ３、第４制御量出力ｚ４、第５制御量出力ｚ５、及び第６制御量出力ｚ６で構成される出力とが定義されている。
【００３４】
また一般化プラントＰとコントローラＫとの間には、上位軸トルク指令信号とフロント軸トルク検出信号との偏差に相当する第１観測出力ｙ１及びフロント軸トルク検出信号に相当する第２観測出力ｙ２と、フロントトルク電流指令信号に相当する第１制御入力ｕ１及びリアトルク電流指令信号に相当する第２制御入力ｕ２とが定義されている。
【実施例１】
【００３５】
図３は、実施例１の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントＰの構成を示す図である。一般化プラントＰは、制御対象である試験システム１の入出力特性を模した公称モデルＮと、複数の重み関数Ｇｔｗ（ｓ），Ｇｉｄ１（ｓ），Ｇｉｄ２（ｓ），Ｇｒ（ｓ），Ｇｎ（ｓ），Ｇｅ（ｓ），Ｇｉｒ１（ｓ），Ｇｉｒ２（ｓ），Ｇｔ１（ｓ），Ｇｔ２（ｓ），Ｇｉｅ（ｓ）と、を組み合わせて構成される。
【００３６】
公称モデルＮは、図１を参照して説明した試験システム１における３つの入力（供試体トルクＴｗ、フロントトルクｉ１、及びリアトルクｉ２）から、試験システム１における２つの出力（フロント伝達トルクｔ１、及びリア伝達トルクｔ２）までの特性を模した入出力特性を備える。
【００３７】
供試体トルクＴｗは、試験システム１において、出力側ダイナモメータ３１，３２により出力軸ＳＯ１，ＳＯ２を介して供試体Ｗに入力されるトルクに相当する。フロントトルクｉ１は、試験システム１において、フロントインバータ２３に入力されるフロントトルク電流指令信号に基づいて、フロントダイナモメータ２１において発生するトルクに相当する。リアトルクｉ２は、試験システム１において、リアインバータ２４に入力されるリアトルク電流指令信号に基づいて、リアダイナモメータ２２において発生するトルクに相当する。
【００３８】
フロント伝達トルクｔ１は、試験システム１において、フロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１から供試体Ｗの入力軸ＳＩへ伝達するトルク、換言すれば出力軸Ｓ１と入力軸ＳＩとの間におけるフロント軸トルクに相当する。なおこのフロント伝達トルクｔ１は、試験システム１ではフロント軸トルクメータ２５によって検出される。またリア伝達トルクｔ２は、試験システム１において、リアダイナモメータ２２の出力軸Ｓ２からフロントダイナモメータ２１の出力軸Ｓ１へ伝達するトルク、換言すれば出力軸Ｓ２と出力軸Ｓ１との間におけるリア軸トルクに相当する。
【００３９】
図４は、公称モデルＮの構成を示す図である。図４に示すように、公称モデルＮは、例えば供試体慣性モーメントＪｗ、フロント慣性モーメントＪ１、及びリア慣性モーメントＪ２を有する３つの慣性体を、フロントねじり剛性Ｋ１、及びリアねじり剛性Ｋ２を有する２本の軸体で直列に連結して構成される３慣性系の運動方程式（下記式（１−１）〜（１−５）参照）に基づいて構築される。
【数１】
2020076577.tif 000003
【００４０】
図４及び以下の説明において、“ｓ”はラプラス演算子である。供試体慣性モーメントＪｗは、試験システム１において供試体Ｗの慣性モーメントに相当する。フロント慣性モーメントＪ１は、試験システム１においてフロントダイナモメータ２１の慣性モーメントに相当する。リア慣性モーメントＪ２は、試験システム１においてリアダイナモメータ２２の慣性モーメントに相当する。フロントねじり剛性Ｋ１は、試験システム１において供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１とを連結する装置のねじり剛性に相当する。リアねじり剛性Ｋ２は、試験システム１においてフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とを連結する装置のねじり剛性に相当する。また図４において伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）は、試験システム１においてと、フロント軸トルクメータ２５の応答特性に相当する。
【００４１】
公称モデルＮは、図４及び上記式（１−１）〜（１−５）に示すような運動方程式を用いることにより、供試体トルクＴｗ、フロントトルクｉ１、及びリアトルクｉ２に基づいて、フロント伝達トルクｔ１、及びリア伝達トルクｔ２を生成する。
【００４２】
図３に戻り、一般化プラントＰには、第１外乱入力ｗ１、第２外乱入力ｗ２、第３外乱入力ｗ３、第４外乱入力ｗ４、第５外乱入力ｗ５、第１制御量出力ｚ１、第２制御量出力ｚ２、第３制御量出力ｚ３、第４制御量出力ｚ４、第５制御量出力ｚ５、第６制御量出力ｚ６、第１制御入力ｕ１、第２制御入力ｕ２、第１観測出力ｙ１、及び第２観測出力ｙ２から成る複数の入出力信号が定義されている。これら入出力信号と、図１の試験システム１との対応関係は以下の通りである。
【００４３】
第１外乱入力ｗ１は、一般化プラントＰへの入力信号であり、供試体トルクＴｗを評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第１外乱入力ｗ１を第１外乱重み関数Ｇｔｗ（ｓ）によって重み付けされたものは、供試体トルクＴｗとして公称モデルＮに入力される。この第１外乱重み関数Ｇｔｗ（ｓ）は、供試体Ｗにおいて伝達されるトルクの周波数特性に応じて設定される。供試体Ｗに含まれるトルクコンバータＴＣは、油圧によってトルクを伝達するため、供試体トルクＴｗは、低周波数領域では大きくなり、高周波数領域では小さくなる特性がある。そこでこの第１外乱重み関数Ｇｔｗ（ｓ）は、供試体トルクＴｗが大きくなる傾向がある周波数帯域では、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００４４】
第２外乱入力ｗ２は、一般化プラントＰへの入力信号であり、フロントインバータ２３及びフロントダイナモメータ２１のトルク制御誤差（フロントトルク電流指令信号とフロントトルクｉ１との間のずれ）を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第２外乱入力ｗ２を第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）によって重み付けされたものと、コントローラＫによる第１制御入力ｕ１とを合算したものは、フロントトルクｉ１として公称モデルＮに入力される。この第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）は、フロントインバータ２３及びフロントダイナモメータ２１におけるトルク制御誤差の周波数特性に応じて設定される。フロントインバータ２３の制御応答には上限があることから、トルク制御誤差は、高周波数帯域において大きくなる特性がある。そこで第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）は、トルク制御誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００４５】
第３外乱入力ｗ３は、一般化プラントＰへの入力信号であり、リアインバータ２４及びリアダイナモメータ２２のトルク制御誤差（リアトルク電流指令信号とリアトルクｉ２とのずれ）を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第３外乱入力ｗ３を第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）によって重み付けされたものと、コントローラＫによる第２制御入力ｕ２とを合算したものは、リアトルクｉ２として公称モデルＮに入力される。この第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）は、リアインバータ２４及びリアダイナモメータ２２におけるトルク制御誤差の周波数特性に応じて設定される。フロントインバータ２３と同様にリアインバータ２４の制御応答には上限があることから、トルク制御誤差は、高周波数帯域において大きくなる特性がある。そこで第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）は、トルク制御誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００４６】
第５外乱入力ｗ５は、一般化プラントＰへの入力信号であり、フロント軸トルクメータ２５によるトルク検出誤差（フロント軸トルク検出信号とフロント伝達トルクｔ１とのずれ）を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第５外乱入力ｗ５を第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）によって重み付けされたものと、公称モデルＮから出力されるフロント伝達トルクｔ１とを合算したものは、第２観測出力ｙ２としてコントローラＫに入力される。この第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）は、フロント軸トルクメータ２５によるトルク検出誤差の周波数特性に応じて設定される。より具体的には、第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）は、トルク検出誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、トルク検出誤差が小さくなる傾向がある低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００４７】
第４外乱入力ｗ４は、一般化プラントＰへの入力信号であり、上位軸トルク指令信号を評価するための外乱入力である。一般化プラントＰにおいて、第４外乱入力ｗ４を第４外乱重み関数Ｇｒ（ｓ）によって重み付けされたものから、上述のようにトルク検出誤差を含んだ第２観測出力ｙ２を減算したものは、第１観測出力ｙ１としてコントローラＫに入力される。この第４外乱重み関数Ｇｒ（ｓ）は、例えば定数に設定される。
【００４８】
第１観測出力ｙ１は、一般化プラントＰから出力されコントローラＫへ入力される信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５への軸トルク偏差入力（上位軸トルク指令信号−フロント軸トルク検出信号）に相当する。この第１観測出力ｙ１は、上述のように第４外乱入力ｗ４を第４外乱重み関数Ｇｒ（ｓ）によって重み付けされたものから、第２観測出力ｙ２を減算することによって算出される。
【００４９】
第２観測出力ｙ２は、一般化プラントＰから出力されコントローラＫへ入力される信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５へのフロント軸トルク検出信号に相当する。この第２観測出力ｙ２は、上述のように第５外乱入力ｗ５を第５外乱重み関数Ｇｎ（ｓ）によって重み付けされたものと、公称モデルＮから出力されるフロント伝達トルクｔ１とを合算することによって算出される。
【００５０】
第１制御入力ｕ１は、第１観測出力ｙ１及び第２観測出力ｙ２に基づいてコントローラＫにおいて生成され、コントローラＫから一般化プラントＰへ与えられる入力であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのフロントトルク電流指令信号に相当する。一般化プラントＰにおいて、フロントトルクｉ１は、上述のように第２外乱入力ｗ２を第２外乱重み関数Ｇｉｄ１（ｓ）によって重み付けされたものと第１制御入力ｕ１とを合算することによって算出される。
【００５１】
第２制御入力ｕ２は、第１観測出力ｙ１及び第２観測出力ｙ２に基づいてコントローラＫにおいて生成され、コントローラＫから一般化プラントＰへ与えられる入力であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのリアトルク電流指令信号に相当する。一般化プラントＰにおいて、リアトルクｉ２は、上述のように第３外乱入力ｗ３を第３外乱重み関数Ｇｉｄ２（ｓ）によって重み付けされたものと第２制御入力ｕ２とを合算することによって算出される。
【００５２】
第１制御量出力ｚ１は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５への軸トルク偏差入力（上位軸トルク指令信号−フロント軸トルク検出信号）を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第１制御量出力ｚ１は、第１観測出力ｙ１を第１制御量重み関数Ｇｅ（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第１制御量重み関数Ｇｅ（ｓ）は、軸トルク偏差抑制機能を備えるコントローラＫが得られるように、積分特性を有するように設定される。
【００５３】
第２制御量出力ｚ２は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１においてフロント伝達トルクｔ１を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第２制御量出力ｚ２は、公称モデルＮから出力されるフロント伝達トルクｔ１を第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ）は、共振抑制機能を備えるコントローラＫが得られるように、供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１とを連結する装置における共振特性に基づいて設定される。より具体的には、第２制御量重み関数Ｇｔ１（ｓ）は、供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１とを連結する装置におけるねじり共振周波数帯域において、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００５４】
第３制御量出力ｚ３は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１においてリア伝達トルクｔ２を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第３制御量出力ｚ３は、公称モデルＮから出力されるリア伝達トルクｔ２を第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ）は、共振抑制機能を備えるコントローラＫが得られるように、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とを連結する装置における共振特性に基づいて設定される。より具体的には、第３制御量重み関数Ｇｔ２（ｓ）は、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とを連結する装置におけるねじり共振周波数帯域において、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００５５】
第５制御量出力ｚ５は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのフロントトルク電流指令信号を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第５制御量出力ｚ５は、第１制御入力ｕ１を第５制御量重み関数Ｇｉｒ１（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第５制御量重み関数Ｇｉｒ１（ｓ）は、例えば、高周波数帯域において低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００５６】
第６制御量出力ｚ６は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのリアトルク電流指令信号を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第６制御量出力ｚ６は、第２制御入力ｕ２を第６制御量重み関数Ｇｉｒ２（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第６制御量重み関数Ｇｉｒ２（ｓ）は、例えば、高周波数帯域において、低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
【００５７】
第４制御量出力ｚ４は、一般化プラントＰの出力信号であり、試験システム１において軸トルク制御装置５からのフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との差を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰにおいて、第４制御量出力ｚ４は、第１制御入力ｕ１から第２制御入力ｕ２を減算したものを第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。この第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）は、トルク配分機能を備えるコントローラＫが得られるように、積分特性を有するように設定される。ここで本実施例におけるトルク配分機能とは、フロントダイナモメータ２１に対するフロントトルク電流指令信号とリアダイナモメータ２２に対するリアトルク電流指令信号とが等しくなるように、すなわちフロントダイナモメータ２１のトルク負担とリアダイナモメータ２２のトルク負担とが等しくなるように軸トルクを制御する機能をいう。
【００５８】
図５は、一般化プラントＰに基づいて軸トルク制御装置を設計する手順を示すフローチャートである。
【００５９】
始めにＳ１では、コンピュータを用いることにより、図３及び図４を参照して説明したように、公称モデルＮ、各種入力ｗ１〜ｗ５，ｕ１，ｕ２、各種出力ｚ１〜ｚ６，ｙ１，ｙ２、及び重み関数Ｇｔｗ（ｓ），Ｇｉｄ１（ｓ），Ｇｉｄ２（ｓ），Ｇｒ（ｓ），Ｇｎ（ｓ），Ｇｅ（ｓ），Ｇｉｒ１（ｓ），Ｇｉｒ２（ｓ），Ｇｔ１（ｓ），Ｇｔ２（ｓ），Ｇｉｅ（ｓ）を設定する。
【００６０】
次にＳ２では、一般化プラントＰとコントローラＫとを組み合わせて構成されるフィードバック制御系８において、ロバスト安定性が実現するように定められた所定の設計条件が満たされるように、コンピュータによってコントローラＫを設計する。より具体的には、このようなコントローラＫは、例えばコンピュータ上でＤ−Ｋイタレーション法に基づく反復演算を行うことによって導出される。
【００６１】
次にＳ３では、Ｓ２において設計されたコントローラＫをデジタルシグナルプロセッサに実装することによって軸トルク制御装置５を設計する。
【００６２】
次に、図３に示す一般化プラントＰに基づいて設計される実施例１の軸トルク制御装置の効果について、比較例１の軸トルク制御装置及び比較例２の軸トルク制御装置による制御結果と比較しながら説明する。
【００６３】
ここで比較例１の軸トルク制御装置とは、フロント軸トルクメータ２５によるフロント軸トルク検出信号をフィードバックせずに、フロントトルク電流指令信号を半分にしたものをフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号としてフロントインバータ２３及びリアインバータ２４に入力するものである。すなわち比較例１の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備えない点において実施例１の軸トルク制御装置と異なる。
【００６４】
また比較例２の軸トルク制御装置とは、本願出願人による特許第５５６１４４号に記載の一般化プラントに基づいて設計されたものである。すなわち比較例２の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能及びトルク配分機能を備えない点において実施例１の軸トルク制御装置と異なる。
【００６５】
図６は、比較例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図であり、図７は、比較例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図であり、図８は、実施例１の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。これら図６〜図８において、下段は、各軸トルク制御装置によって生成されるフロントトルク電流指令信号（太破線）及びリアトルク電流指令信号（細線）を示し、中段は、フロントダイナモメータ２１及びリアダイナモメータ２２の平均回転数であり、上段は、各軸トルク制御装置に入力する上位軸トルク指令信号（太破線）、フロント軸トルクメータ２５によるフロント軸トルク検出信号（細線）、及び出力側ダイナモメータ３１，３２によって供試体Ｗに入力する供試体トルク（太線）を示す。またこれら図６〜図８には、各軸トルク制御装置に、時刻ｔ１において０から正の所定値にステップ状に変化する上位軸トルク指令信号を入力し、その後時刻ｔ２において０から負の所定値にステップ状に変化する供試体トルクを入力した場合の制御結果を示す。またこれら図６〜図８において、横軸は時間であり、上段の縦軸は各トルクの上位軸トルク指令信号に対する比であり、中段の縦軸は平均回転数の所定値に対する比であり、下段の縦軸は各トルクの所定値に対する比である。
【００６６】
先ず図６の下段に示すように、比較例１の軸トルク制御装置は、時刻ｔ１において上位軸トルク指令信号をステップ状に変化させると、この上位軸トルク指令信号を半分にしたものをフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する。上述のように比較例１の軸トルク制御装置では、フロント軸トルク検出信号をフィードバックせずにこれらフロント及びリアトルク電流指令信号を生成するため、これらフロント及びリアトルク電流指令信号の値は等しくかつ一定である。このように比較例１の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能を備えないため、時刻ｔ１以降におけるフロント軸トルク検出信号と上位軸トルク指令信号とは一致しない。また比較例１の軸トルク制御装置は、共振抑制機能を備えないため、供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１との間及びフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２との間において生じるねじり共振を抑制することができず、結果として時刻ｔ１以降におけるフロント軸トルク検出信号には大きな振動が表れる。また時刻ｔ２において負の供試体トルクを入力すると、これらのねじれも大きくなるため、時刻ｔ２以降におけるフロント軸トルク検出信号における振動はさらに大きくなる。
【００６７】
次に図７の下段に示すように、時刻ｔ１において上位軸トルク指令信号をステップ状に変化させると、比較例２の軸トルク制御装置は、これに応じてフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する。ここで比較例２の軸トルク制御装置は、フロント軸トルク検出信号に基づいて供試体Ｗとフロントダイナモメータ２１との間及びフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２との間のおいて生じ得るねじり共振を抑制するように、フロント軸トルク検出信号に基づいてフロントトルク電流指令信号及びリアトルク電流指令信号を生成する。このため比較例２の軸トルク制御装置では、図６に示す比較例１の軸トルク制御装置では抑制できなかったフロント軸トルク検出信号の振動を抑制することができる。しかしながら比較例２の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能を備えないため、比較例２の軸トルク制御装置と同様に、時刻ｔ１以降におけるフロント軸トルク検出信号と上位軸トルク指令信号とは一致しない。また比較例２の軸トルク制御装置は、トルク配分機能を備えないため、時刻ｔ１以降におけるフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号の比と、時刻ｔ２以降におけるフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号の比とは一致しない。このため比較例２の軸トルク制御装置では、供試体トルクが変化する度にフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２のトルク負担割合が変化する。
【００６８】
これに対し図８に示すように、実施例１の軸トルク制御装置は、共振抑制機能を備えるため、図８の上段に示すように、図６に示す比較例１の軸トルク制御装置では抑制できなかったフロント軸トルク検出信号の振動を抑制することができる。また実施例１の軸トルク制御装置は、軸トルク偏差抑制機能を備えるため、図８の上段に示すように、時刻ｔ１において上位軸トルク指令信号をステップ状に変化させると、フロント軸トルク検出信号をこの上位軸トルク指令信号の変化に速やかに追従させることができる。また図８の上段に示すように、実施例１の軸トルク制御装置によれば、時刻ｔ２において供試体トルクを入力してもフロント軸トルク検出信号を上位軸トルク指令信号に追従させることができる。
【００６９】
また実施例１の軸トルク制御装置は、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号とが等しくなるように軸トルクを制御するトルク配分機能を備える。このため図８の下段に示すように、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号とを定常的に等しくすることができる。また図８の下段に示すように、実施例１の軸トルク制御装置によれば、時刻ｔ２において供試体トルクを入力してもフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号とを定常的に等しくすることができる。このため実施例１の軸トルク制御装置では、供試体トルクを変化させてもフロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２のトルク負担を等しくすることができる。このため実施例１の軸トルク制御装置を用いる場合、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２との容量を等しくすることが好ましい。
【実施例２】
【００７０】
図９は、実施例２の軸トルク制御装置を設計する際に用いられる一般化プラントＰ´の構成を示す図である。実施例２に係る一般化プラントＰ´は、図３に示す実施例１に係る一般化プラントＰと、第４制御量出力ｚ４´の構成が異なる。なお以下の説明では、図３に示す一般化プラントＰと同じ構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７１】
第４制御量出力ｚ４´は、一般化プラントＰ´の出力信号であり、試験システム１において、所定の割合で重み付けされたフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との差を評価するための制御量出力である。一般化プラントＰ´において、第４制御量出力ｚ４´は、第１制御入力ｕ１と所定の第２目標割合ｒ２との積から、第２制御入力ｕ２と所定の第１目標割合ｒ１との積を減算したものを、第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）によって重み付けすることによって算出される。
【００７２】
ここで第１目標割合ｒ１とは、試験システム１においてフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との和に対するフロントトルク電流指令信号の割合に対する目標であり、０から１の間で設定される。また第２目標割合ｒ２とは、試験システム１においてフロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との和に対するリアトルク電流指令信号の割合に対する目標であり、第１目標割合ｒ１と第２目標割合ｒ２との和が１になるように、０から１の間で設定される。
【００７３】
また第４制御量重み関数Ｇｉｅ（ｓ）は、トルク配分機能を備えるコントローラＫが得られるように、積分特性を有するように設定される。ここで本実施例におけるトルク配分機能とは、フロントダイナモメータ２１に対するフロントトルク電流指令信号とリアダイナモメータ２２に対するリアトルク電流指令信号との比が上述の第１目標割合対第２目標割合（ｒ１：ｒ２）になるように、すなわちフロントダイナモメータ２１のトルク負担とリアダイナモメータ２２のトルク負担との比が第１目標割合対第２目標割合になるように軸トルクを制御する機能をいう。
【００７４】
次に、図９に示す一般化プラントＰ´に基づいて設計される実施例２の軸トルク制御装置の効果について、図１０を参照しながら説明する。
図１０は、実施例２の軸トルク制御装置による制御結果を示す図である。なお図１０には、上述の図６〜図８と同様に、実施例２の軸トルク制御装置に、時刻ｔ１及び時刻ｔ２においてそれぞれステップ状に変化する上位軸トルク指令信号及び供試体トルクを入力した場合の制御結果を示す。また図１０には、第１目標割合ｒ１：第２目標割合ｒ２＝１：２とした場合を示す。
【００７５】
図１０と図８を比較して明らかなように、実施例２の軸トルク制御装置によれば、実施例１の軸トルク制御装置と同等の共振抑制機能及び軸トルク偏差抑制機能が得られる。また実施例２の軸トルク制御装置は、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との比が第１目標割合ｒ１対第２目標割合ｒ２となるように軸トルクを制御するトルク配分機能を備える。このため図１０の下段に示すように、フロントトルク電流指令信号とリアトルク電流指令信号との比を定常的にｒ１：ｒ２にすることができる。また図１０の下段に示すように、実施例２の軸トルク制御装置によれば、時刻ｔ２において供試体トルクを入力してもこれらトルク電流指令信号の比を定常的にｒ１：ｒ２にすることができる。このため実施例２の軸トルク制御装置を用いる場合、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とでは、異なる容量のものを用いることが好ましい。換言すれば、フロントダイナモメータ２１とリアダイナモメータ２２とで異なる容量のものが用いられる場合、これらフロントダイナモメータ２１及びリアダイナモメータ２２の電流責務が等しくなるように、容量の比に応じて第１目標割合ｒ１及び第２目標割合ｒ２を設定することが好ましい。
【００７６】
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。
【００７７】
例えば上記実施形態では、タンデムダイナモメータ２０に接続する負荷機器を車両のドライブトレインである供試体Ｗとしたドライブトレインの試験システムの軸トルク制御装置５に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の軸トルク制御装置は、負荷機器を車両のエンジンとしたエンジンベンチシステムに適用することもできる。また負荷機器は、ドライブトレインやエンジン等の車両の部品に限らず、軸を備えるものであればどのようなものでもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…試験システム（タンデムモータシステム）
Ｗ…供試体（負荷機器、ドライブトレイン）
ＳＩ…入力軸（負荷軸）
ＳＯ１，ＳＯ２…出力軸
２０…タンデムダイナモメータ
２１…フロントダイナモメータ（第１モータ）
Ｓ１…出力軸
２２…リアダイナモメータ（第２モータ）
Ｓ２…出力軸
２５…フロント軸トルクメータ２５（軸トルク検出器）
３１…第１出力側ダイナモメータ（負荷モータ）
３２…第２出力側ダイナモメータ（負荷モータ）
５…軸トルク制御装置
８…フィードバック制御系
Ｐ…一般化プラント
ｚ１…第１制御量出力
Ｇｅ（ｓ）…第１制御量重み関数（第１重み関数）
ｚ２…第２制御量出力
Ｇｔ１（ｓ）…第２制御量重み関数（第２重み関数）
ｚ３…第３制御量出力
Ｇｔ２（ｓ）…第３制御量重み関数（第３重み関数）
ｚ４，ｚ４´…第４制御量出力
Ｇｉｅ（ｓ）…第４制御量重み関数（第４重み関数）
Ｎ…公称モデル
ｉ１…フロントトルク（第１モデル入力）
ｉ２…リアトルク（第２モデル入力）
ｔ１…フロント伝達トルク（第１モデル出力）
ｔ２…リア伝達トルク（第２モデル出力）
Ｋ…コントローラ
ｕ１…第１制御入力
ｕ２…第２制御入力
ｙ１…第１観測出力
ｙ２…第２観測出力
【図１】
2020076577.tif 000004
【図２】
2020076577.tif 000005
【図３】
2020076577.tif 000006
【図４】
2020076577.tif 000007
【図５】
2020076577.tif 000008
【図６】
2020076577.tif 000009
【図７】
2020076577.tif 000010
【図８】
2020076577.tif 000011
【図９】
2020076577.tif 000012
【図１０】
2020076577.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月26日(2019.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷軸を備える負荷機器と、その第１出力軸が前記負荷軸に接続されかつ第１トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する第１モータと、その第２出力軸が前記第１出力軸に接続されかつ第２トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する第２モータと、前記負荷機器と前記第１モータとの間の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検出器と、を備えるタンデムモータシステムを制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との軸トルク偏差を抑制するように前記第１及び第２トルク電流指令信号を生成するタンデムモータシステムの軸トルク制御装置であって、
前記軸トルク制御装置は、前記制御対象の入出力特性を模した公称モデルを備える一般化プラントと、前記軸トルク偏差に相当する第１観測出力及び前記軸トルク検出信号に相当する第２観測出力に基づいて前記第１トルク電流指令信号に相当する第１制御入力及び前記第２トルク電流指令信号に相当する第２制御入力を前記一般化プラントへ与えるコントローラと、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計された前記コントローラを備え、
前記公称モデルは、前記第１制御入力に基づいて生成される第１モデル入力及び前記第２制御入力に基づいて生成される第２モデル入力に基づいて、前記負荷機器と前記第１モータとの間の軸トルクに相当する第１モデル出力及び前記第１モータと前記第２モータとの間の軸トルクに相当する第２モデル出力を生成し、
前記一般化プラントには、前記第１観測出力を第１重み関数で重み付けした第１制御量出力と、前記第１モデル出力を第２重み関数で重み付けした第２制御量出力と、前記第２モデル出力を第３重み関数で重み付けした第３制御量出力と、が規定され、
前記第１重み関数は、積分特性を有することを特徴とする軸トルク制御装置。
【請求項２】
前記第２重み関数は、前記負荷機器と前記第１モータとを連結する装置におけるねじり共振周波数帯域において、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定され、
前記第３重み関数は、前記第１モータと前記第２モータとを連結する装置におけるねじり共振周波数帯域において、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の軸トルク制御装置。
【請求項３】
前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２制御入力との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸トルク制御装置。
【請求項４】
前記第１トルク電流指令信号と前記第２トルク電流指令信号との和に対する前記第１トルク電流指令信号の割合に対する目標を第１目標割合とし、前記和に対する前記第２トルク電流指令信号の割合に対する目標を第２目標割合とし、
前記一般化プラントには、前記第１制御入力と前記第２目標割合との積と前記第２制御入力と前記第１目標割合との積との差を第４重み関数で重み付けした第４制御量出力がさらに規定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸トルク制御装置。
【請求項５】
前記第４重み関数は、積分特性を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の軸トルク制御装置。
【請求項６】
前記負荷機器は、前記負荷軸に入力された動力を変速して出力軸に伝達する車両用のドライブトレインであり、
前記タンデムモータシステムは、前記出力軸に負荷を与える負荷モータを備えるドライブトレインの試験システムであることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の軸トルク制御装置。