(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定器により変動速度の仕様を設定して速度指令を出力し、ディジタルコントローラーにより、摩擦試験装置の現在の動的特性を推定し、推定特性に対しモーターの慣性補償を組み込んで最適ＰＩＤ定数を決定し、速度指令と現在のモーター速度との差分と最適ＰＩＤ定数とからモーター速度を速度指令に合わせる補正値を作成し、該補正値で前記設定器からの速度指令を調整してインバーター入力を作成し、
前記インバーター入力をインバーターに入力し、磁界制御させ得るモーターを駆動して試験片を変動速度で回転させ、摩擦試験を行う、
摩擦試験方法。
【請求項２】
試験片を変動速度で回転駆動するための、磁界制御させ得るモーターを有する摩擦試験装置であって、
前記モーターにはインバーターを介してモーター速度を制御する速度制御装置が設けられており、
前記速度制御装置が、
変動速度の仕様を設定し速度指令を出力する設定器と、
摩擦試験装置の現在の動的特性を推定する特性推定部と推定特性に対しモーターの慣性補償を組み込んで最適ＰＩＤ定数を決定する最適ＰＩＤ定数決定部を有し、速度指令と現在のモーター速度との差分と最適ＰＩＤ定数とからモーター速度を速度指令に合わせる補正値を作成し、該補正値で前記設定器からの速度指令を調整してインバーター入力を作成するディジタルコントローラーと、
を有している、摩擦試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦試験方法とその装置に関する。ここで、摩擦試験は、湿式摩擦試験（トラクション試験）であってもよいし、乾式摩擦試験であってもよい。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−１０９６２１号公報は、同一の方向、同一の速度下で連続的に行う回転式摩擦試験機を開示している。
摩擦試験中に速度を任意の変動速度波形に高精度に追従させて変動させながら行う変動速度摩擦試験機は、従来存在しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一定速度の摩擦試験で得られたデータは、変動する速度の場合に常に適用できるとは限らない。たとえば、一定速度摩擦試験結果を基にして作られた摩擦係数／速度のグラフでは、摩擦係数／速度（ｄμ／ｄＶ）の勾配が正になっていても、ある速度範囲で速度を変動させつつ行った変動速度摩擦試験では摩擦係数／速度の勾配が負になることがある。そのような場合には、変動速度下でその機器（たとえば、自動車変速機等）を使用するとジャダーを生じるおそれがある。
変動速度下での摩擦試験データを得るために、摩擦試験中に速度を任意の変動速度波形に高精度に追従させて変動させながら行うことができる、摩擦試験方法、およびその装置の開発が望まれている。
本発明の目的は、変動速度下での摩擦試験を行うことができる摩擦試験方法とその装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  設定器により変動速度の仕様を設定して速度指令を出力し、
ディジタルコントローラーにより、摩擦試験装置の現在の動的特性を推定し、推定特性に対しモーターの慣性補償を組み込んで最適ＰＩＤ定数を決定し、速度指令と現在のモーター速度との差分と最適ＰＩＤ定数とからモーター速度を速度指令に合わせる補正値を作成し、該補正値で前記設定器からの速度指令を調整してインバーター入力を作成し、
前記インバーター入力をインバーターに入力し、磁界制御させ得るモーターを駆動して試験片を変動速度で回転させ、摩擦試験を行う、
摩擦試験方法。
（２）  試験片を変動速度で回転駆動するための、磁界制御させ得るモーターを有する摩擦試験装置であって、
前記モーターにはインバーターを介してモーター速度を制御する速度制御装置が設けられており、
前記速度制御装置が、
変動速度の仕様を設定し速度指令を出力する設定器と、
摩擦試験装置の現在の動的特性を推定する特性推定部と推定特性に対しモーターの慣性補償を組み込んで最適ＰＩＤ定数を決定する最適ＰＩＤ定数決定部を有し、速度指令と現在のモーター速度との差分と最適ＰＩＤ定数とからモーター速度を速度指令に合わせる補正値を作成し、該補正値で前記設定器からの速度指令を調整してインバーター入力を作成するディジタルコントローラーと、
を有している、摩擦試験装置。
【０００５】
上記（１）の摩擦試験方法および上記（２）の摩擦試験装置では、設定器で変動速度の仕様を設定して速度指令を出力する。この速度指令は、ディジタルコントローラーに入る。ディジタルコントローラーは、摩擦試験装置（モーター、減速機等のギヤトレインを含む）の現在の動的特性を推定し、その推定特性に対して、モーターの慣性補償を組み込んで、最適なＰＩＤ（比例積分微分）制御の定数を決定し、速度指令とモーター速度との差分（速度指令からモーター速度を減じた信号値）と最適ＰＩＤ定数とから、モーター速度を速度指令に追従させて合わせるための補正値ΔＶを作成し、その補正値で速度指令Ｖを調整してインバーター入力信号ＲＥＦを作成するものである。インバーター入力信号ＲＥＦはインバーターに入力され、インバーターがモーターを回転制御する。モーター慣性補償を組み込んだＰＩＤ制御によって、モーターは、規定された歪率（歪率＝（実速度−指令速度）／指令速度）以下で、指令速度に追従制御され得る。その結果、速度指令に高精度で追従する変動速度下での摩擦試験を行うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明実施例の摩擦試験方法とその装置を示す。
まず、本発明実施例の摩擦試験装置を説明する。本摩擦試験装置は、試験中の速度を変動指令速度に高精度に追従させて変動させることができる摩擦試験装置である。摩擦試験装置は、試験油供給下で行われる湿式摩擦試験装置（試験油供給下で実行される複数の試験片間の圧接ころがり滑り試験のためのトラクション試験機）であってもよいし、または乾式摩擦試験装置であってもよい。
図１に示すように、本発明実施例の摩擦試験装置は、磁界制御させ得る精密電気式電動機（モーター）１、およびモーター１に接続されモーターの回転速度を制御するインバーター２を有する。摩擦試験される試験片４は減速機３を介してモーター１により回転、駆動される。
本発明実施例の摩擦試験装置は、モーター回転速度をインバーター２を介して制御する速度制御装置１０を有しており、速度制御装置１０からのインバーター入力信号ＲＥＦはインバーター２に入力され、インバーター２を介してモーター１が速度制御される。
【０００７】
速度制御装置１０は、変動速度の仕様を設定し速度指令を出力する設定器２０と、設定器２０からの速度指令を調整してインバーター入力ＲＥＦを作成するディジタルコントローラー３０と、を有する。
図示例では、設定器２０はアナログ信号を出力し、ディジタルコントローラー３０は信号をディジタル処理する。
【０００８】
設定器２０は、図３に示すように任意波形の速度仕様を設定し、速度指令として出力するものである。設定器２０は、図１に示すように、速度中心値指令Ｎの設定部２１と、速度波形の周波数指令ｆの設定部２２と、速度波形の振幅指令ΔＮの設定部２３とを有し、各設定部２１、２２、２３はそれぞれの設定値を任意の値に設定可能である。設定器２０は、さらに、変動速度波形を複数の形状の波、たとえば正弦波、矩形波、三角波等、から選択可能とする波形選択部２４を有する。
【０００９】
ディジタルコントローラー３０は、設定器２０の各設定部２１、２２、２３からのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器３１、３２、３３と、波形選択部２４で選択された速度波形と周波数指令設定部２２および振幅指令設定部２３からの信号を重ね合わせて発振する発振器３４と、発振器３４で発振された信号と速度中心値指令設定部からの信号とを加算して発振器３４で発振された信号を速度中心値指令設定部からの信号分ずらす加算器３５とを、有する。加算器３５からの信号は、図３に示す速度指令を構成し、この速度指令波形にモーター１の回転速度を制御して合わす上での目標の速度波形である。
【００１０】
ディジタルコントローラー３０は、時々刻々変化するモーター速度が時々刻々変動する速度指令に合致するようにモーター速度をフィードバックして速度指令を制御し、インバーター２の入力信号ＲＥＦを作成する制御部を有する。
ディジタルコントローラー３０の制御部は、摩擦試験装置（モーター１、減速器機３などのギヤトレインを含む）の現在の動的特性を推定する特性推定部３９と、推定特性に対しモーター１の慣性補償を組み込んで（たとえば、速度波形の減速時にはモーター１の慣性が大な程ブレーキの効きがよくなるようにＰＩＤ定数を決定する）最適ＰＩＤ定数を決定する最適ＰＩＤ定数決定部４０と、現在の速度指令から現在のモーター速度を減算する減算器３６と、速度指令からモーター速度を減算した減算分（差分）と最適ＰＩＤ定数とから補正値を作成するＰＩＤコントローラー３７と、ＰＩＤコントローラー３７からの補正値を定数倍（Ｋ倍）して補正値ΔＶを作成する乗算部３８と、補正値ΔＶと速度指令Ｖとを加算する加算器４３と、を有し、速度指令と現在のモーター速度との差分と最適ＰＩＤ定数とからモーター速度を速度指令に合わせる補正値ΔＶを作成し、該補正値ΔＶで設定器２０からの速度指令Ｖを調整してインバーター入力ＲＥＦを作成する。ここで、特性推定部３９と最適ＰＩＤ定数決定部４０は、ディジタルシグナルプロセッサーを構成する。
【００１１】
特性推定部３９は、補正値ΔＶ（またはインバーター２の入力である基準速度指令ＲＥＦでもよい）とモーター１の速度（モーター１の位相計５からのＡ、Ｂ相信号をインバーター２を経由して分周器４３で分周し、カウンター４２において予めセットされた間隔位置で繰り返し演算されディジタルパルス信号として発される現在のモータ速度信号）とから、現在の摩擦試験装置の動特性（モーター１、ギヤトレインを含み動特性で、減速勾配特性を含む）を推定する。演算間隔が細かい程、精度の高い制御が可能であるから、モーター速度波形は速度指令波形に近い波形に制御される。制御は、各種の制御（ＯＮ−ＯＦＦ制御、比例制御、比例微分制御、比例積分制御、比例積分微分制御）のうち、高精度な制御が可能な比例積分微分制御を採用している。これによってもモーター速度波形は速度指令波形に近い波形に高応答で、高精度で制御される。
【００１２】
加算器４３にて補正値ΔＶで調整された速度指令Ｖからなるインバーター入力信号ＲＥＦは、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器４４でアナログ信号に変換される。インバーター入力信号ＲＥＦは、インバーター２に入力されてモーター１を加振し、モーター１を速度制御する。モーター１は速度指令Ｖに極く近い波形で速度を変動させながら回転制御され、試験片４を変動速度で回転させ、速度変動下での摩擦試験が行われる。
【００１３】
つぎに、本発明実施例の摩擦試験方法を説明する。この摩擦試験方法は、上記の本発明実施例の摩擦試験装置を使用して実行される。
本発明実施例の摩擦試験方法は、設定器２０により変動速度の仕様を設定し速度指令Ｖを出力する工程と、ディジタルコントローラー３０により、摩擦試験装置の現在の動的特性を推定し、推定特性に対しモーター１の慣性補償を組み込んで最適ＰＩＤ定数を決定し、速度指令Ｖから現在のモーター速度を減算した値（差分）と最適ＰＩＤ定数とからモーター速度を速度指令に合わせる補正値ΔＶを作成し、該補正値ΔＶで設定器２０からの速度指令Ｖを調整してインバーター入力ＲＥＦを作成する工程と、インバーター入力ＲＥＦをインバーター２に入力し、磁界制御させ得るモーター１を駆動して試験片４を変動速度で回転させ、摩擦試験を行う工程と、からなる。
【００１４】
図２は、この摩擦試験方法を制御ルーチンで示している。
図２の速度制御ルーチンは、一定時間間隔で割り込まれる。ステップ１０１で、速度中心値指令Ｎ、周波数指令ｆ、振幅指令ΔＮ、および波形が選択、設定される。これは、それぞれ、図１の設定部２１、２２、２３、波形選択部２４にて行う。これによって変動速度の速度指令Ｖが出力される。
ステップ１０２で、速度指令Ｖと補正値ΔＶとが加算されてインバーター入力ＲＥＦが作成される。これは、図１の加算器４３にて行う。
ステップ１０３で、現在のモーター回転速度が指令速度Ｖと等しいか否かが判定される。等しいならモーター回転速度を制御する必要はないので、そのままリターンステップに進んでスタートにリターンし、再びルーチンを繰り返す。ステップ１０３で、現在のモーター回転速度が指令速度Ｖと等しくないと判定されると、ステップ１０４に進む。
ステップ１０４で、特性推定部３９でモーター１、減速機３を含む摩擦装置の現在の特性を推定し、最適ＰＩＤ定数決定部４０で、モーター１の慣性補償を組み込んだ、推定特性に最適なＰＩＤ定数を決定する。
ステップ１０５で、ＰＩＤコントローラー３７にて、速度指令Ｖからモーター速度を減算した減算分と最適ＰＩＤ定数とから、補正値を決定する。
ステップ１０６で、ステップ１０５にて演算された補正値に定数Ｋをかけて、補正値ΔＶを演算する。これをステップ１０２に戻して、上記ステップを繰り返す。このうち、定数Ｋの乗算は図１の定数乗算部３８で行われ、ステップ１０２への戻りは、図１の定数乗算部３８から加算器４３へのルートで行われる。
【００１５】
ステップ１０２で作成されたインバーター入力ＲＥＦは、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器４４でアナログ信号に変換される。アナログ信号とされたインバーター入力ＲＥＦは、インバーター２に入力されてモーター１を変速制御する。モーター１は速度指令Ｖに極く近い波形で速度を変動させながら回転制御され、試験片４を変動速度で回転させ、速度変動下での摩擦試験が行われる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の摩擦試験方法、請求項２の摩擦試験装置によれば、つぎの効果を得る。
▲１▼  設定器とディジタルコントローラーを有する速度制御装置を設けたので、モーターの速度を変動させることができ、速度変動下での摩擦試験を行うことができる。
▲２▼  設定器を設けたので、モーター速度が追従すべき目標変動速度を自由に選択、設定することができる。
▲３▼  モーター速度の速度指令への追従制御をＰＩＤ制御とするとともに、モーターの慣性補償も組み込んだ制御としたので、モーター速度を高精度に高応答で速度指令に追従させることができ、変動速度下での精度の高い摩擦試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の摩擦試験装置とその速度制御装置の系統図である。
【図２】本発明実施例の摩擦試験方法の制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明実施例の摩擦試験装置および摩擦試験方法で設定される速度指令の波形の概略図である。
【符号の説明】
１  モーター（磁界制御させ得る精密電気式電動機）
２  インバーター
３  減速機
４  試験片（摩擦試験される試験片）
５  位相計
１０  速度制御装置
２０  設定器（速度指令Ｖの設定器）
２１  速度中心値指令Ｎの設定部
２２  速度波形の周波数指令ｆの設定部
２３  速度波形の振幅指令ΔＮの設定部
２４  波形選択部
３０  ディジタルコントローラー
３１、３２、３３  Ａ／Ｄ変換器
３４  発振器
３５  加算器
３６  減算器
３７  ＰＩＤコントローラー
３８  定数乗算部
３９  特性推定部
４０  最適ＰＩＤ決定部
４１  分周器
４２  カウンター
４３  加算器
４４  Ｄ／Ａ変換器
【図１】
0003648416.tif 000002
【図２】
0003648416.tif 000003
【図３】
0003648416.tif 000004