(57)【要約】  入力側制御装置５は、エンジントルク指令信号、入力側速度検出信号ω、及び入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈを用いて入力側トルク指令信号Ｔｒを生成するものであって、エンジントルク指令信号と入力軸トルク検出信号とに基づいてトルク指令信号を生成する軸トルク制御器５１と、入力側速度検出信号に設定慣性Ｊｓｅｔを乗算することによって生成した慣性補償信号を軸トルク制御器５１にフィードバックする慣性補償器５２と、を備え、軸トルク制御器５１は、エンジントルク指令信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第１ローパスフィルタ５１１を備え、慣性補償器５２は、入力側速度検出信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第２ローパスフィルタ５２１を備える。
2020049845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸及び出力軸を備える供試体の入力軸に連結された動力計と、
トルク指令信号に応じた電力を前記動力計に供給するインバータと、
前記動力計の回転速度に応じた速度検出信号を発生する速度検出器と、
前記入力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器と、を備える試験システムにおいて、前記トルク指令信号に対する上位指令信号、前記速度検出信号、及び前記軸トルク検出信号を用いて前記トルク指令信号を生成する動力計制御装置であって、
前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号とに基づいて前記トルク指令信号を生成する軸トルク制御器と、
前記速度検出信号に設定慣性を乗算することによって生成した慣性補償信号を前記軸トルク制御器にフィードバックする慣性補償器と、を備え、
前記軸トルク制御器は、前記上位指令信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第１ローパスフィルタを備え、
前記慣性補償器は、前記速度検出信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第２ローパスフィルタを備えることを特徴とする動力計制御装置。
【請求項２】
前記第１ローパスフィルタ及び前記第２ローパスフィルタの入出力特性は、前記軸トルク制御器及び前記慣性補償器によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、前記入力軸の共振周波数よりも低く定められた応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２，ｃ３によって特徴付けられる下記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の動力計制御装置。
【数１】
2020049845.tif 000020
【請求項３】
前記第１ローパスフィルタの伝達関数の分母多項式は前記第２ローパスフィルタの伝達関数の分母多項式と等しく、
前記第２ローパスフィルタの伝達関数の分子多項式の次数は前記第１ローパスフィルタの伝達関数の次数よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の動力計制御装置。
【請求項４】
前記軸トルク制御器は、
前記第１ローパスフィルタを通過した前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を算出する偏差演算部と、
前記偏差を積分する積分演算部と、
前記積分演算部の出力信号から前記慣性補償信号を減算したものに所定の積分ゲインを乗算するゲイン乗算部と、
前記偏差に非積分演算を施す非積分演算部と、
前記非積分演算部の出力信号と前記ゲイン乗算部の出力信号との和を前記トルク指令信号とする合算部と、を備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の動力計制御装置。
ここで、前記非積分演算部の伝達関数Ｇｅ０（ｓ）は、Ｋｉを前記積分ゲインとし、ｓをラプラス演算子とし、Ｇｅ（ｓ）を前記偏差が入力されると当該偏差が無くなるようなトルク指令信号を出力する伝達関数とし、下記式を満たすように定められる。
【数２】
2020049845.tif 000021
【請求項５】
前記伝達関数Ｇｅ（ｓ）は、μ設計法又はＨ∞制御設計方法と呼称される制御系設計方法に基づいて設計されることを特徴とする請求項４に記載の動力計制御装置。
【請求項６】
前記動力計は、前記入力軸に連結された第１動力計と、当該第１動力計の出力軸に連結された第２動力計と、を備えるタンデム動力計であり、
前記トルク指令信号は、前記第１動力計に対する第１トルク指令信号と、前記第２動力計に対する第２トルク指令信号と、を含むことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の動力計制御装置。
【請求項７】
前記軸トルク制御器は、
前記第１ローパスフィルタを通過した前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を算出する偏差演算部と、
前記偏差を積分する積分演算部と、
前記積分演算部の出力信号から前記慣性補償信号を減算したものに所定の第１積分ゲインを乗算する第１ゲイン乗算部と、
前記積分演算部の出力信号から前記慣性補償信号を減算したものに所定の第２積分ゲインを乗算する第２ゲイン乗算部と、
前記軸トルク検出信号に第１非積分演算を施す第１非積分演算部と、
前記軸トルク検出信号に第２非積分演算を施す第２非積分演算部と、
前記第１非積分演算部の出力信号と前記第１ゲイン乗算部の出力信号との和を前記第１トルク指令信号とする第１合算部と、
前記第２非積分演算部の出力信号と前記第２ゲイン乗算部の出力信号との和を前記第２トルク指令信号とする第２合算部と、を備えることを特徴とする請求項６に記載の動力計制御装置。
ここで、前記第１非積分演算部の伝達関数Ｇｙｆ０（ｓ）は、Ｋｉｆを前記第１積分ゲインとし、ｓをラプラス演算子とし、Ｇｙｆ（ｓ）を前記軸トルク検出信号が入力されると前記偏差が無くなるようなトルク指令信号を出力する伝達関数とし、下記式（３−１）を満たすように定められ、
前記第２非積分演算部の伝達関数Ｇｙｒ０（ｓ）は、Ｋｉｒを前記第２積分ゲインとし、Ｇｙｒ（ｓ）を前記軸トルク検出信号が入力されると前記偏差が無くなるようなトルク指令信号を出力する伝達関数とし、下記式（３−２）を満たすように定められる。
【数３】
2020049845.tif 000022
【請求項８】
前記伝達関数Ｇｙｆ（ｓ）及びＧｙｒ（ｓ）は、μ設計法又はＨ∞制御設計方法と呼称される制御系設計方法に基づいて設計されることを特徴とする請求項７に記載の動力計制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力計制御装置に関する。より詳しくは、例えば車両のドライブトレインのような入力軸と出力軸とを備える供試体と、この供試体の入力軸に連結された動力計とを備える試験システムにおいて電気慣性制御を行う動力計制御装置に関する。
【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、ドライブトレインの耐久性能や品質等が評価される（例えば、特許文献１参照）。また近年では、ドライブトレインの入力軸に入力する駆動トルクを、実エンジンの代わりに入力側動力計で発生させる試験システムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００３】
ところで、入力側動力計の実際の慣性モーメント（以下、「動力計慣性モーメント」ともいう）は、これによって模擬しようとする実際のエンジンの慣性モーメントと異なる。より具体的には、動力計慣性モーメントは、実際のエンジンの慣性モーメントよりも大きい。このため、試験の再現性を向上するためには、動力計慣性モーメントが、あたかもそれよりも小さな値に設定された設定慣性モーメントであるかのように入力側動力計を制御する低慣性化制御を併せて行う必要がある。特許文献３には、入力側動力計に対し低慣性化制御を行う動力計制御装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０１０４０９号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５７２３４号公報
【特許文献３】特願２０１７−１７５３７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで特許文献３の動力計制御装置では、入力軸におけるねじり振動に起因して低慣性化制御が不安定になるのを防止するため、トルク指令信号の出力部に２０Ｈｚ程度のカットオフ周波数よりも高周波数成分を減衰させるローパスフィルタを設けている。このため特許文献３の動力計制御装置では、このローパスフィルタによって電気慣性制御の応答性も律速されてしまうので、ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高い応答性の電気慣性制御を実現できない。【０００６】
本発明は、入力軸と出力軸とを備える供試体の入力軸に連結された入力側動力計を備える試験システムにおいて、この入力側動力計に対し高応答な低慣性化制御を行うことができる動力計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）試験システム（例えば、後述の試験システム１，１Ａ）は、入力軸（例えば、後述の入力軸ＳＩ）及び出力軸（例えば、後述の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２）を備える供試体（例えば、後述の供試体Ｗ）の入力軸に連結された動力計（例えば、後述の入力側動力計２１，２１Ａ）と、トルク指令信号に応じた電力を前記動力計に供給するインバータ（例えば、後述の入力側インバータ２２，２２Ａ）と、前記動力計の回転速度に応じた速度検出信号を発生する速度検出器（例えば、後述の入力側エンコーダ２３）と、前記入力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器（例えば、後述の入力側軸トルクメータ２４）と、を備える。本発明に係る動力計制御装置（例えば、後述の入力側制御装置５，５Ａ）は、前記トルク指令信号に対する上位指令信号、前記速度検出信号、及び前記軸トルク検出信号を用いて前記トルク指令信号を生成するものであって、前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号とに基づいて前記トルク指令信号を生成する軸トルク制御器（例えば、後述の軸トルク制御器５１，５１Ａ）と、前記速度検出信号に設定慣性を乗算することによって生成した慣性補償信号を前記軸トルク制御器にフィードバックする慣性補償器（例えば、後述の慣性補償器５２）と、を備え、前記軸トルク制御器は、前記上位指令信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第１ローパスフィルタ（例えば、後述の第１ローパスフィルタ５１１）を備え、前記慣性補償器は、前記速度検出信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第２ローパスフィルタ（例えば、後述の第２ローパスフィルタ５２１）を備えることを特徴とする。【０００８】
（２）この場合、前記第１ローパスフィルタ及び前記第２ローパスフィルタの入出力特性は、前記軸トルク制御器及び前記慣性補償器によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、前記入力軸の共振周波数よりも低く定められた応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２，ｃ３によって特徴付けられる下記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定されることが好ましい。
【数１】
2020049845.tif 000003
【０００９】
（３）この場合、前記第１ローパスフィルタの伝達関数の分母多項式は前記第２ローパスフィルタの伝達関数の分母多項式と等しく、前記第２ローパスフィルタの伝達関数の分子多項式の次数は前記第１ローパスフィルタの伝達関数の次数よりも大きいことが好ましい。【００１０】
（４）この場合、前記軸トルク制御器は、前記第１ローパスフィルタを通過した前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を算出する偏差演算部（例えば、後述の偏差演算部５１２）と、前記偏差を積分する積分演算部（例えば、後述の積分演算部５１３）と、前記積分演算部の出力信号から前記慣性補償器の出力信号を減算したものに所定の積分ゲインを乗算するゲイン乗算部（例えば、後述のゲイン乗算部５１５）と、前記偏差に非積分演算を施す非積分演算部（例えば、後述の非積分演算部５１６）と、前記非積分演算部の出力信号と前記ゲイン乗算部の出力信号との和を前記トルク指令信号とする合算部（例えば、後述の合算部５１７）と、を備えることが好ましい。ここで、前記非積分演算部の伝達関数Ｇｅ０（ｓ）は、Ｋｉを前記積分ゲインとし、ｓをラプラス演算子とし、Ｇｅ（ｓ）を前記偏差が入力されると当該偏差が無くなるようなトルク指令信号を出力する伝達関数とし、下記式を満たすように定められる。
【数２】
2020049845.tif 000004
【００１１】
（５）この場合、前記伝達関数Ｇｅ（ｓ）は、μ設計法又はＨ∞制御設計方法と呼称される制御系設計方法に基づいて設計されることが好ましい。【００１２】
（６）この場合、前記動力計（例えば、後述の入力側動力計２１Ａ）は、前記入力軸に連結された第１動力計（例えば、後述のフロント動力計２１Ｆ）と、当該第１動力計の出力軸に連結された第２動力計（例えば、後述のリア動力計２１Ｒ）と、を備えるタンデム動力計であり、前記トルク指令信号は、前記第１動力計に対する第１トルク指令信号（例えば、後述のフロントトルク指令信号Ｔｒｆ）と、前記第２動力計に対する第２トルク指令信号（例えば、後述のリアトルク指令信号Ｔｒｒ）と、を含むことが好ましい。【００１３】
（７）この場合、前記軸トルク制御器（例えば、後述の軸トルク制御器５１Ａ）は、前記第１ローパスフィルタを通過した前記上位指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を算出する偏差演算部（例えば、後述の偏差演算部５１２）と、前記偏差を積分する積分演算部（例えば、後述の積分演算部５１３）と、前記積分演算部の出力信号から前記慣性補償信号を減算したものに所定の第１積分ゲイン（例えば、後述のフロント積分ゲインＫｉｆ）を乗算する第１ゲイン乗算部（例えば、後述のフロントゲイン乗算部５１５Ｆ）と、前記積分演算部の出力信号から前記慣性補償信号を減算したものに所定の第２積分ゲイン（例えば、後述のリア積分ゲインＫｉｒ）を乗算する第２ゲイン乗算部（例えば、後述のリアゲイン乗算部５１５Ｒ）と、前記軸トルク検出信号に第１非積分演算を施す第１非積分演算部（例えば、後述のフロント非積分演算部５１６Ｆ）と、前記軸トルク検出信号に第２非積分演算を施す第２非積分演算部（例えば、後述のリア非積分演算部５１６Ｒ）と、前記第１非積分演算部の出力信号と前記第１ゲイン乗算部の出力信号との和を前記第１トルク指令信号（例えば、後述のフロントトルク指令信号Ｔｒｆ）とする第１合算部（例えば、後述のフロント合算部５１７Ｆ）と、前記第２非積分演算部の出力信号と前記第２ゲイン乗算部の出力信号との和を前記第２トルク指令信号（例えば、後述のリアトルク指令信号Ｔｒｒ）とする第２合算部（例えば、後述のリア合算部５１７Ｒ）と、を備えることが好ましい。ここで、前記第１非積分演算部の伝達関数Ｇｙｆ０（ｓ）は、Ｋｉｆを前記第１積分ゲインとし、ｓをラプラス演算子とし、Ｇｙｆ（ｓ）を前記軸トルク検出信号が入力されると前記偏差が無くなるようなトルク指令信号を出力する伝達関数とし、下記式（３−１）を満たすように定められ、前記第２非積分演算部の伝達関数Ｇｙｒ０（ｓ）は、Ｋｉｒを前記第２積分ゲインとし、Ｇｙｒ（ｓ）を前記軸トルク検出信号が入力されると前記偏差が無くなるようなトルク指令信号を出力する伝達関数とし、下記式（３−２）を満たすように定められる。
【数３】
2020049845.tif 000005
【００１４】
（８）この場合、前記伝達関数Ｇｙｆ（ｓ）及びＧｙｒ（ｓ）は、μ設計法又はＨ∞制御設計方法と呼称される制御系設計方法に基づいて設計されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
（１）本発明の動力計制御装置では、上位指令信号と軸トルク検出信号とに基づいてトルク指令信号を生成する軸トルク制御器と、速度検出信号に設定慣性を乗算することによって生成した慣性補償信号を軸トルク制御器にフィードバックする慣性補償器と、を用いることによってトルク指令信号を生成し、このトルク指令信号を用いることによって、動力計の慣性モーメントがあたかも設定慣性であるかのように動力計を制御する電気慣性制御を行う。ここで軸トルク制御器は、上位指令信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第１ローパスフィルタを備え、慣性補償器は、速度検出信号から高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる第２ローパスフィルタを備える。本発明では、軸トルク制御器及び慣性補償器に設けられた第１及び第２ローパスフィルタの入出力特性を調整することにより、高応答な電気慣性制御を実現できる。【００１６】
（２）本発明の動力計制御装置では、第１ローパスフィルタ及び第２ローパスフィルタの入出力特性は、軸トルク制御器及び慣性補償器によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、入力軸の共振周波数よりも低く定められた応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２，ｃ３によって特徴付けられる上記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定される。本発明によれば、このように第１及び第２ローパスフィルタの入出力特性をこのように設定することにより、軸トルク制御器及び慣性補償器による電気慣性制御の応答を応答周波数ｆｃ程度まで高めることができる。【００１７】
（３）本発明の動力計制御装置では、第１ローパスフィルタの伝達関数の分母多項式と第２ローパスフィルタの伝達関数の分母多項式とを等しくし、さらに第２ローパスフィルタの伝達関数の分子多項式の次数を第１ローパスフィルタの伝達関数の分子多項式の次数よりも大きくする。本発明によれば、第１及び第２ローパスフィルタの入出力特性を特徴付ける伝達関数をこのように設定することにより、高応答な電気慣性制御を実現できる。【００１８】
（４）本発明の動力計制御装置では、軸トルク制御器は、上位指令信号と軸トルク検出信号との偏差を算出する偏差演算部と、この偏差を積分する積分演算部と、積分演算部の出力信号から慣性補償信号を減算したものに積分ゲインを乗算するゲイン乗算部と、上記式（２）によって定められる伝達関数Ｇｅ０（ｓ）によって特徴付けられる非積分演算を行う非積分演算部と、非積分演算部の出力信号とゲイン乗算部の出力信号との和をトルク指令信号とする合算部と、を用いることによってトルク指令信号を生成する。本発明の動力計制御装置では、軸トルク制御器に非積分演算部を設けることにより、入力軸のねじり振動に起因する機械共振を抑制しながら高応答な電気慣性制御を実現できる。【００１９】
（５）本発明では、非積分演算部の伝達関数Ｇｅ０（ｓ）を上記式（２）に基づいて導出するにあたり必要となる伝達関数Ｇｅ（ｓ）を、μ設計法又はＨ∞制御設計方法と呼称される制御系設計方法に基づいて設計することにより、共振抑制効果が高くかつ高応答な電気慣性制御を実現できる。【００２０】
（６）本発明では、動力計制御装置の制御対象である動力計を第１動力計と第２動力計とを直列に連結して構成されるタンデム動力計とする。このようなタンデム動力計は、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。本発明によれば、このようなタンデム動力計を制御対象とする場合でも、第１及び第２ローパスフィルタの入出力特性を調整することで、高応答な電気慣性制御を実現できる。【００２１】
（７）本発明の動力計制御装置では、軸トルク制御器は、上位指令信号と軸トルク検出信号との偏差を算出する偏差演算部と、この偏差を積分する積分演算部と、この偏差を積分する積分演算部と、積分演算部の出力信号から慣性補償信号を減算したものに第１及び第２積分ゲインを乗算する第１及び第２ゲイン乗算部と、上記式（３−１）によって定められる伝達関数Ｇｙｆ０（ｓ）によって特徴付けられる第１非積分演算を行う第１非積分演算部と、上記式（３−２）によって定められる伝達関数Ｇｙｒ０（ｓ）によって特徴付けられる第２非積分演算を行う第２非積分演算部と、第１非積分演算部の出力信号と第１ゲイン乗算部の出力信号との和を第１トルク指令信号とする第１合算部と、第２非積分演算部の出力信号と第２ゲイン乗算部の出力信号との和を第２トルク指令信号とする第２合算部と、を用いることによって第１及び第２トルク指令信号を生成する。本発明の動力計制御装置では、軸トルク制御器に第１及び第２非積分演算部を設けることにより、タンデム動力計と供試体との間の入力軸のねじり振動に起因する機械共振を抑制しながら高応答な電気慣性制御を実現できる。【００２２】
（８）本発明では、第１非積分演算部の伝達関数Ｇｙｆ０（ｓ）及び第２非積分演算部の伝達関数Ｇｙｒ０（ｓ）を上記式（３−１）及び（３−２）に基づいて導出するにあたり必要となる伝達関数Ｇｙｆ（ｓ）及びＧｙｒ（ｓ）を、μ設計法又はＨ∞制御設計方法と呼称される制御系設計方法に基づいて設計することにより、タンデム動力計を制御対象とする場合でも共振抑制効果が高くかつ高応答な電気慣性制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の本発明の第１実施形態に係る入力側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】出力側制御装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】摩擦係数値を決定する制御マップの一例である。
【図４】入力側制御装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】伝達関数Ｇｅ０（ｓ）を導出する際に用いられるコントローラの構成を示す図である。
【図６】入力側トルク指令信号から入力側軸トルク検出信号までの応答特性を示すボード線図である。
【図７】比較例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。
【図８】実施例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る入力側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１０】入力側制御装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】比較例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。
【図１２】実施例の入力側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】
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１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、本実施形態に係る入力側制御装置５が適用された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とした試験システム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。
【００２５】
供試体Ｗは、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、クラッチ、トランスミッション、及びデファレンシャルギヤ等を組み合わせて構成され、入力軸ＳＩから入力された動力を出力軸ＳＯ１，ＳＯ２へ伝達する本体ＷＢと、を備える。
【００２６】
試験システム１は、入力側動力計２１と、入力側インバータ２２と、入力側エンコーダ２３と、入力側軸トルクメータ２４と、第１出力側動力計３１と、第２出力側動力計３２と、第１出力側インバータ３３と、第２出力側インバータ３４と、第１出力側エンコーダ３５と、第２出力側エンコーダ３６と、第１出力側軸トルクメータ３７と、第２出力側軸トルクメータ３８と、入力側制御装置５と、出力側制御装置６と、を備える。
【００２７】
入力側動力計２１の出力軸は供試体Ｗの入力軸ＳＩに連結されている。入力側インバータ２２は、入力側制御装置５から後述の手順によって生成される入力側トルク指令信号Ｔｒが入力されると、この入力側トルク指令信号Ｔｒに応じた電力を入力側動力計２１に供給する。入力側エンコーダ２３は、入力側動力計２１の出力軸の回転速度（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入力側速度検出信号ωを発生する。この入力側速度検出信号ωは、入力側制御装置５へ入力される。入力側軸トルクメータ２４は、入力軸ＳＩに作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈを発生する。この入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈは、入力側制御装置５へ入力される。
【００２８】
第１出力側動力計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から後述の手順によって生成される第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１が入力されると、この第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１に応じた電力を第１出力側動力計３１に供給する。第１出力側エンコーダ３５は、第１出力側動力計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ω１を発生する。この第１出力側速度検出信号ω１は、出力側制御装置６へ入力される。第１出力側軸トルクメータ３７は、出力軸ＳＯ１に作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１を発生する。この第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１は、出力側制御装置６へ入力される。
【００２９】
第２出力側動力計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から後述の手順によって生成される第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２が入力されると、この第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２に応じた電力を第２出力側動力計３２に供給する。第２出力側エンコーダ３６は、第２出力側動力計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ω２を発生する。この第２出力側速度検出信号ω２は、出力側制御装置６へ入力される。第２出力側軸トルクメータ３８は、出力軸ＳＯ２に作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、この軸トルクに応じた第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２を発生する。この第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２は、出力側制御装置６へ入力される。
【００３０】
入力側制御装置５は、入力側速度検出信号ωや入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ等の入力信号を用いることにより、後に図４等を参照して説明する手順に従って入力側トルク指令信号Ｔｒを生成し、これを入力側インバータ２２へ入力する。これにより入力側制御装置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入力側動力計２１に発生させ、供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動する。
【００３１】
出力側制御装置６は、第１及び第２出力側速度検出信号ω１，ω２や第１及び第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１，Ｔｓｈ２等の入力信号を用いることにより、後に図２〜図３等を参照して説明する手順に従って第１及び第２出力側トルク指令信号Ｔｒ１，Ｔｒ２を生成し、これらを第１及び第２出力側インバータ３３，３４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供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に付与する。
【００３２】
試験システム１では、入力側制御装置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。
【００３３】
図２は、出力側制御装置６の制御回路の構成を示すブロック図である。
出力側制御装置６は、第１出力側速度検出信号ω１及び第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１に基づいて第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１を生成する第１制御回路６１と、第２出力側速度検出信号ω２及び第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２に基づいて第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２を生成する第２制御回路６２と、供試体Ｗを搭載した仮想的な車両の速度を算出する車両速度演算部６３と、を備える。
【００３４】
第１制御回路６１は、第１タイヤ速度演算部６１１と、第１車両駆動トルク演算部６１２と、第１速度制御装置６１３と、第１フィードフォワード入力演算部６１４と、第１軸トルク入力セレクタ６１５と、第１合成部６１６と、を備える。第２制御回路６２は、第２タイヤ速度演算部６２１と、第２車両駆動トルク演算部６２２と、第２速度制御装置６２３と、第２フィードフォワード入力演算部６２４と、第２軸トルク入力セレクタ６２５と、第２合成部６２６と、を備える。
【００３５】
車両速度演算部６３は、仮想的な第１タイヤと仮想的な第１路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する後述の第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１と、仮想的な第２タイヤと仮想的な第２路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する後述の第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２とを入力とし、上記第１、第２タイヤを駆動輪として走行する仮想的な車両の慣性モーメントＪｖで特徴付けられる車両の運動方程式（下記式（４）参照）によって、車両の速度に相当する車両速度信号Ｖを生成する。
【数４】
2020049845.tif 000006
【００３６】
車両速度演算部６３は、より具体的には、第１車両駆動トルク演算部６１２によって生成される第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１と第２車両駆動トルク演算部６２２によって生成される第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２とを合算した信号に、車両慣性モーメントＪｖの逆数を乗算し、これに積分演算を施すことにより車両速度信号Ｖを生成する。
【００３７】
第１軸トルク入力セレクタ６１５は、第１タイヤ速度演算部６１１への入力を第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１と値０の信号とで選択的に切替える。第１軸トルク入力セレクタ６１５は、第１タイヤ速度演算部６１１への入力を、通常は第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１とし、ストール試験を行う場合は値０の信号とする。
【００３８】
第１タイヤ速度演算部６１１は、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１及び第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を入力として、第１タイヤの慣性モーメントＪｔ１で特徴付けられる第１タイヤの運動方程式（下記式（５）参照）によって、第１タイヤの回転速度に相当する第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を生成する。
【数５】
2020049845.tif 000007
【００３９】
第１タイヤ速度演算部６１１は、より具体的には、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１から第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を減算して得られる信号を第１タイヤの回転に寄与する第１タイヤ駆動トルク信号と定義し、これに第１タイヤ慣性モーメントＪｔ１の逆数を乗算し、これに積分演算を施すことにより第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を生成する。
【００４０】
第２軸トルク入力セレクタ６２５は、第２タイヤ速度演算部６２１への入力を第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２と値０の信号とで選択的に切替える。第２軸トルク入力セレクタ６２５は、第２タイヤ速度演算部６２１への入力を、通常は第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２とし、ストール試験を場合は値０の信号とする。
【００４１】
第２タイヤ速度演算部６２１は、第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２及び第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を入力として、第２タイヤの慣性モーメントＪｔ２で特徴付けられる第２タイヤの運動方程式（下記式（６）参照）によって、第２タイヤの回転速度に相当する第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を生成する。第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を算出する具体的な手順は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１を算出する手順と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【数６】
2020049845.tif 000008
【００４２】
第１車両駆動トルク演算部６１２は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１と車両速度信号Ｖとの差に基づいて、第１タイヤと仮想的に設定された第１路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する。以下、その手順について具体的に説明する。
【００４３】
第１車両駆動トルク演算部６１２は、先ず、速度差（Ｖｗ１−Ｖ）並びに速度信号Ｖｗ１及びＶの何れか大きい方に基づいて、第１タイヤの第１路面上における第１スリップ率λ１を下記式（７−１）に基づいて算出する。次に、第１車両駆動トルク演算部６１２は、算出した第１スリップ率λ１を引数として、図３に示すような制御マップｆ１に基づいて第１タイヤ−第１路面間の第１摩擦係数値μ１を決定する（下記式（７−２）参照）。なお、この摩擦係数値を決定する制御マップは、第１路面の状態（雪面、乾燥路面等）に応じて適宜選択可能となっている。次に、第１車両駆動トルク演算部６１２は、第１タイヤが第１路面から受ける第１垂直抗力値Ｎｚ１に、第１摩擦係数値μ１を乗算することにより、第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する（下記式（７−３）参照）。この第１垂直抗力値Ｎｚ１は、予め定められた定数又は車両速度信号Ｖ等に応じて推定された値が用いられる。
【数７】
2020049845.tif 000009
【００４４】
第２車両駆動トルク演算部６２２は、第２タイヤ速度信号Ｖｗ２と車両速度信号Ｖとを入力として、下記式（８−１）〜（８−３）に基づいて、第２タイヤと第２路面との間の摩擦力によって発生する車両駆動力に相当する第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を生成する。第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２を生成する具体的な手順は、第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１を生成する手順と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【数８】
2020049845.tif 000010
【００４５】
以上のように、第１制御回路６１及び第２制御回路６２では、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に接続される第１タイヤ及び第２タイヤと、これらタイヤを駆動輪として第１路面及び第２路面上を走行する車両とを仮想的に設定し、これらを独立した慣性モーメントＪｔ１，Ｊｔ２，Ｊｖを有する物体とした上、それぞれに対する運動方程式（４）、（５）、（６）、（７−１）〜（７−３）、（８−１）〜（８−３）を連立させることにより、車両速度信号Ｖ、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１、及び第２タイヤ速度信号Ｖｗ２を生成する。
【００４６】
第１速度制御装置６１３は、第１タイヤ速度信号Ｖｗ１と第１出力側速度検出信号ω１との偏差が無くなるように第１フィードバック制御入力信号を生成する。第２速度制御装置６２３は、第２タイヤ速度信号Ｖｗ２と第２出力側速度検出信号ω２との偏差が無くなるように第２フィードバック制御入力信号を生成する。
【００４７】
第１フィードフォワード入力演算部６１４は、第１出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ１と第１車両駆動トルク信号Ｆｘ１との差に、第１出力側動力計３１の慣性モーメントＪｄｙ１を第１タイヤの慣性モーメントＪｔ１で除算して得られる係数を乗算することにより、第１フィードフォワード制御入力信号を生成する。第１合成部６１６は、第１速度制御装置６１３によって生成される第１フィードバック制御入力信号と第１フィードフォワード入力演算部６１４によって生成される第１フィードフォワード制御入力信号とを足し合わせることによって、第１出力側トルク指令信号Ｔｒ１を生成する。
【００４８】
第２フィードフォワード入力演算部６２４は、第２出力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ２と第２車両駆動トルク信号Ｆｘ２との差に、第２出力側動力計３２の慣性モーメントＪｄｙ２を第２タイヤの慣性モーメントＪｔ２で除算して得られる係数を乗算することにより、第２フィードフォワード制御入力信号を生成する。第２合成部６２６は、第２速度制御装置６２３によって生成される第２フィードバック制御入力信号と第２フィードフォワード入力演算部６２４によって生成される第２フィードフォワード制御入力信号とを足し合わせることによって、第２出力側トルク指令信号Ｔｒ２を生成する。
【００４９】
図４は、入力側制御装置５の制御回路の構成を示すブロック図である。図４には、入力側制御装置５に構成される制御回路のうち、特に入力側動力計の電気慣性制御を担う部分を示す。
【００５０】
入力側制御装置５は、軸トルク制御器５１と、慣性補償器５２と、を備え、これらを用いることによって入力側トルク指令信号Ｔｒを生成する。
【００５１】
慣性補償器５２は、第２ローパスフィルタ５２１と、設定慣性乗算部５２２と、を備え、入力側速度検出信号ωにこれら第２ローパスフィルタ５２１及び設定慣性乗算部５２２を用いた演算を施すことによって慣性補償信号ωｓを生成し、この慣性補償信号ωｓを軸トルク制御器５１における演算にフィードバックする。
【００５２】
第２ローパスフィルタ５２１は、入力側速度検出信号ωから高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる。第２ローパスフィルタ５２１を通過した入力側速度検出信号ωは、設定慣性乗算部５２２に入力される。第２ローパスフィルタ５２１の伝達関数ＧＬＰＦ２（ｓ）は、下記式（９）に示すように、３つのフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１によって特徴付けられる。下記式（９）に示すように、第２ローパスフィルタ５２１の伝達関数ＧＬＰＦ２（ｓ）の分母多項式の次数は２であり、分子多項式の次数は１である。なお、第２ローパスフィルタ５２１の入出力特性を特徴付ける３つのフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１の値を設定する手順については、後に詳細に説明する。
【数９】
2020049845.tif 000011
【００５３】
設定慣性乗算部５２２は、第２ローパスフィルタ５２１を通過した入力側速度検出信号ωに、所定の設定慣性Ｊｓｅｔを乗算したものを慣性補償信号ωｓとし、この慣性補償信号ωｓを軸トルク制御器５１へ入力する。この設定慣性Ｊｓｅｔは、電気慣性制御によって入力側動力計２１で実現しようとする慣性モーメントであり、完成車に搭載した状態では供試体Ｗの入力軸ＳＩに接続されるエンジンの慣性モーメントに設定される。この設定慣性Ｊｓｅｔは、例えば入力側動力計２１の実際の慣性モーメントよりも小さな値に設定される。
【００５４】
軸トルク制御器５１は、入力側トルク指令信号Ｔｒに対する上位指令信号であるエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆと、入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈと、慣性補償器５２によって生成される慣性補償信号ωｓと、に基づいて入力側トルク指令信号Ｔｒを生成する。
【００５５】
軸トルク制御器５１は、第１ローパスフィルタ５１１と、偏差演算部５１２と、積分演算部５１３と、減算部５１４と、ゲイン乗算部５１５と、非積分演算部５１６と、合算部５１７と、を備え、これらを用いることによって入力側トルク指令信号Ｔｒを生成する。
【００５６】
第１ローパスフィルタ５１１は、エンジントルク指令信号Ｔｒｅｆから高周波数成分を減衰させ低周波数成分を通過させる。第１ローパスフィルタ５１１を通過したエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆは、偏差演算部５１２に入力される。第１ローパスフィルタ５１１の伝達関数ＧＬＰＦ１（ｓ）は、下記式（１０）に示すように、２つのフィルタ係数ａ１，ａ２によって特徴付けられる。下記式（１０）に示すように、第１ローパスフィルタ５１１の伝達関数ＧＬＰＦ１（ｓ）の分母多項式の次数は２であり、またその関数形は第２ローパスフィルタ５２１の伝達関数ＧＬＰＦ２（ｓ）の分母多項式と同じである。また第１ローパスフィルタ５１１の伝達関数ＧＬＰＦ１（ｓ）の分子多項式の次数は０である。すなわち、第２ローパスフィルタ５２１の伝達関数ＧＬＰＦ２（ｓ）の分子多項式の次数は、第１ローパスフィルタ５１１の伝達関数ＧＬＰＦ１（ｓ）の分子多項式の次数よりも大きい。なお、第１ローパスフィルタ５１１の入出力特性を特徴付ける２つのフィルタ係数ａ１，ａ２の値を設定する手順については、後に詳細に説明する。
【数１０】
2020049845.tif 000012
【００５７】
偏差演算部５１２は、第１ローパスフィルタ５１１を通過したエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆから入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈを減算することによって偏差を算出し、この偏差を積分演算部５１３及び非積分演算部５１６へ入力する。
【００５８】
積分演算部５１３は、偏差演算部５１２によって算出された偏差を積分することによって速度信号ωｍを生成し、減算部５１４へ入力する。
【００５９】
減算部５１４は、積分演算部５１３によって生成された速度信号ωｍから慣性補償器５２によって生成された慣性補償信号ωｓを減算することによって、差信号（ωｍ−ωｓ）を生成し、これをゲイン乗算部５１５へ入力する。
【００６０】
ゲイン乗算部５１５は、減算部５１４によって生成された差信号（ωｍ−ωｓ）に所定の積分ゲインＫｉを乗算することによって第１制御入力信号を生成し、これを合算部５１７へ入力する。
【００６１】
非積分演算部５１６は、偏差演算部５１２によって算出された偏差に伝達関数Ｇｅ０（ｓ）を用いた非積分演算を施すことによって第２制御入力信号を生成し、これを合算部５１７へ入力する。ここで非積分演算部５１６の伝達関数Ｇｅ０（ｓ）を設計する手順について説明する。
【００６２】
図５は、伝達関数Ｇｅ０（ｓ）を導出する際に用いられるコントローラＣの構成を示す図である。図５のコントローラＣは、入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈとエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆが入力されるとその偏差（Ｔｒｅｆ−Ｔｓｈ、以下単にトルク偏差ともいう）が無くなるような入力側トルク指令信号Ｔｒを生成する軸トルク制御機能を備える。図４に示す伝達関数Ｇｅ０（ｓ）は、図５の２自由度のコントローラＣに基づいて設計される。またこのような軸トルク制御機能を備える２自由度のコントローラＣ及びこれを構成する伝達関数Ｇｅ（ｓ）及びＧｙ（ｓ）は、例えば本願出願人による特許第３７７５２８４号の図６の実施形態に示されたコントローラが用いられる。なお、軸トルク制御機能を備えるコントローラＣ及び伝達関数Ｇｅ（ｓ）及びＧｙ（ｓ）を設計する方法としては、例えば特許第３７７５２８４号に示されたμ設計法に基づくものに限らない。例えば、μ設計法の他、Ｈ∞制御設計法等の他のロバスト制御設計方法に基づいて設計されたものを用いてもよい。
【００６３】
図４に戻り、非積分演算部５１６の伝達関数Ｇｅ０（ｓ）は、上記のように軸トルク制御機能を有する伝達関数Ｇｅ（ｓ）から、下記式（１１）に示すように積分ゲインＫｉの積分器を分離することによって得られるものが用いられる。
【数１１】
2020049845.tif 000013
【００６４】
合算部５１７は、ゲイン乗算部５１５によって生成された第１制御入力信号と非積分演算部５１６によって生成された第２制御入力信号との和を入力側トルク指令信号Ｔｒとし、入力側インバータ２２へ入力する。
【００６５】
図６は、入力側トルク指令信号Ｔｒから入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈまでの応答特性を示すボード線図である。図６には、出力側動力計３１，３２で発生する負荷の大きさを小、中、大の３段階に分けて変化させた場合について、線種を変えて示す。図６に示すように、供試体Ｗの入力軸ＳＩに入力側動力計２１を接続し、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に出力側動力計３１，３２を接続した試験システム１では、比較的低周波数側（ｆｌ＝数Ｈｚ〜数十Ｈｚ）で発生する共振と、比較的高周波数側（ｆｈ＝４００Ｈｚ程度）で発生する共振との２種類の共振点が存在する。比較的低周波数側の共振周波数ｆｌで発生する共振は、供試体Ｗ固有の現象であり、比較的高周波数側の共振周波数ｆｈで発生する共振は比較的高剛性の入力軸ＳＩのねじり振動に起因して発生する現象である。以上のように構成された軸トルク制御器５１では、非積分演算部５１６を用いることによって入力側トルク指令信号Ｔｒを生成することにより、上記のような複数の共振点のうち、比較的高周波数側の共振周波数ｆｈで現れる共振を抑制する共振抑制機能を備える。
【００６６】
図４に戻り、第１ローパスフィルタ５１１及び第２ローパスフィルタ５２１の入出力特性を特徴付けるフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１を設定する手順について説明する。
【００６７】
これら３つのフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１は、軸トルク制御器５１及び慣性補償器５２によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、所定の応答周波数ｆｃ及び所定の係数ｃ１，ｃ２，ｃ３によって特徴付けられる下記多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定される。ここで応答周波数ｆｃは、上記入力軸ＳＩの共振周波数ｆｈよりも十分に低くなるように定められる。より具体的には、共振周波数ｆｈを約４００Ｈｚとした場合、応答周波数ｆｃは例えば１００Ｈｚ程度に設定される。また係数ｃ１，ｃ２，ｃ３の具体的な値は、図４の制御回路によって安定した電気慣性制御が実現されるように設定される。これにより、入力側制御装置５による電気慣性制御の応答を、応答周波数ｆｃ程度まで高めることができる。
【数１２】
2020049845.tif 000014
【００６８】
下記式（１３−１）〜（１３−３）には、実施例の入力側制御装置５におけるフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１の具体的な設定例を示す。下記式（１３−１）〜（１３−３）において、Ｊ１は入力側動力計２１から入力側軸トルクメータ２４までの慣性モーメントであり、Ｊ２は供試体Ｗの慣性モーメントであり、それぞれ設計値が用いられる。
【数１３】
2020049845.tif 000015
【００６９】
また上記式（１３−１）〜（１３−３）を導出するにあたり、入力側トルク指令信号Ｔｒから入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈまでの制御対象特性（Ｔｓｈ／Ｔｒ）及び入力側トルク指令信号Ｔｒから入力側速度検出信号ωまでの制御対象特性（ω／Ｔｒ）を下記式（１４−１）及び（１４−２）に示すように近似した。下記式（１４−１）及び（１４−２）は、慣性モーメントＪ１で特徴付けられる慣性体と慣性モーメントＪ２で特徴付けられる慣性体とを軸で連結して得られる２慣性系の運動方程式において、軸剛性を無限大とした場合に導出される。上述のように電気慣性制御の応答周波数ｆｃを入力軸ＳＩの共振周波数ｆｈよりも十分に低いと仮定した場合、この近似は妥当である。
【数１４】
2020049845.tif 000016
【００７０】
また上記式（１３−１）〜（１３−３）を導出するにあたり、非積分演算部５１６の伝達関数Ｇｅ０（ｓ）は０と近似した。上述のように伝達関数Ｇｅ０（ｓ）は入力軸ＳＩの共振周波数ｆｈにおける共振を抑制する共振抑制効果があることから、そのゲインは、共振周波数ｆｈよりも低周波数側では低下するバンドパス特性がある。このため、上記式（１３−１）〜（１３−３）を導出するにあたって、伝達関数Ｇｅ０（ｓ）を０とする近似は妥当である。
【００７１】
図７は、比較例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。図８は、実施例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。ここで比較例の入力側制御装置とは、本願出願人による特許文献３の入力側制御装置である。また実施例の入力側制御装置５とは、具体的には、上記式（１３−１）〜（１３−３）に基づいてフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１を設定したものである。また図７及び図８では、入力側動力計２１の慣性モーメントを０．１７［ｋｇｍ２］とし、設定慣性を０．０５［ｋｇｍ２］とし、これら入力側制御装置によって低慣性化制御を行った場合を示す。
【００７２】
また図７及び図８には、これら入力側制御装置に対しエンジントルク指令信号をステップ状に変化させた場合の応答を示す。図７及び図８の上段には、エンジントルク指令信号Ｔｒｅｆ（太実線）と入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈの実際の応答（細実線）と入力側軸トルク検出信号の理想応答（太破線）とを示し、中段には、入力側速度検出信号ωの実際の応答（細実線）と入力側速度検出信号の理想応答（太破線）とを示し、下段には、入力側制御装置によって生成される入力側トルク指令信号を示す。ここで理想応答とは、入力側動力計２１の慣性モーメントが設定慣性と等しい場合に得られる応答である。
【００７３】
図７に示すように、比較例の入力側制御装置によれば、入力側速度検出信号の波形が概ね理想応答と一致しており、安定した低慣性化制御を実現できているといえるものの、入力側軸トルク検出信号の波形にオーバシュートや振動が発生している。これに対し図８に示すように、実施例の入力側制御装置によれば、入力側速度検出信号の波形が概ね理想応答と一致しており、安定した低慣性化制御を実現できる。また実施例の入力側制御装置によれば、入力側軸トルク検出信号の波形は、オーバシュートや振動することなく概ね理想応答に一致しており、高応答な低慣性化制御を実現できる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２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９は、本実施形態に係る入力側制御装置５Ａが適用されたドライブトレインの試験システム１Ａの構成を示す図である。本実施形態に係る試験システム１Ａは、主に入力側制御装置５Ａ、入力側動力計２１Ａ、及び入力側インバータ２２Ａの構成が第１実施形態に係る試験システム１と異なる。なお以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７５】
入力側動力計２１Ａは、供試体Ｗの入力軸ＳＩに連結されたフロント動力計２１Ｆと、フロント動力計２１Ｆの後方側においてその出力軸に連結されたリア動力計２１Ｒと、を直列に組わせて構成されるタンデム動力計である。入力側インバータ２２Ａは、フロント動力計２１Ｆに電力を供給するフロントインバータ２２Ｆと、リア動力計２１Ｒに電力を供給するリアインバータ２２Ｒと、を備える。フロントインバータ２２Ｆは、入力側制御装置５Ａから後述の手順によって生成されるフロントトルク指令信号Ｔｒｆが入力されると、このフロントトルク指令信号Ｔｒｆに応じた電力をフロント動力計２１Ｆに供給する。またリアインバータ２２Ｒは、入力側制御装置５Ａから後述の手順によって生成されるリアトルク指令信号Ｔｒｒが入力されると、このリアトルク指令信号Ｔｒｒに応じた電力をリア動力計２１Ｒに供給する。
【００７６】
フロントエンコーダ２３Ｆは、フロント動力計２１Ｆの出力軸の回転速度に応じたフロント速度検出信号ωｆを発生し、入力側制御装置５Ａへ入力する。リアエンコーダ２３Ｒは、リア動力計２１Ｒの出力軸の回転速度に応じたリア速度検出信号ωｒを発生し、入力側制御装置５Ａへ入力する。入力側制御装置５Ａは、これらフロント速度検出信号ωｆとリア速度検出信号ωｒとの平均を入力側速度検出信号ωとする。
【００７７】
入力側制御装置５Ａは、入力側速度検出信号ωや入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈ等の入力信号を用いることにより、後に図１０等を参照して説明する手順に従ってフロントトルク指令信号Ｔｒｆ及びリアトルク指令信号Ｔｒｒからなる入力側動力計２１Ａに対する入力側トルク指令信号を生成し、これを入力側動力計２１Ａへ入力する。これにより入力側制御装置５Ａ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動力計である入力側動力計２１Ａに発生させ、供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動する。
【００７８】
図１０は、入力側制御装置５Ａの制御回路の構成を示すブロック図である。図１０には、入力側制御装置５Ａに構成される制御回路のうち、特に入力側動力計の電気慣性制御を担う部分を示す。
【００７９】
入力側制御装置５Ａは、軸トルク制御器５１Ａと、慣性補償器５２と、を備え、これらを用いることによってフロントトルク指令信号Ｔｒｆ及びリアトルク指令信号Ｔｒｒを生成する。
【００８０】
軸トルク制御器５１Ａは、入力側トルク指令信号に対する上位指令信号であるエンジントルク指令信号Ｔｒｅｆと、入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈと、慣性補償器５２によって生成される慣性補償信号ωｓと、に基づいてフロントトルク指令信号Ｔｒｆ及びリアトルク指令信号Ｔｒｒを生成する。
【００８１】
軸トルク制御器５１Ａは、第１ローパスフィルタ５１１と、偏差演算部５１２と、積分演算部５１３と、減算部５１４と、フロントゲイン乗算部５１５Ｆと、リアゲイン乗算部５１５Ｒと、フロント非積分演算部５１６Ｆと、リア非積分演算部５１６Ｒと、フロント合算部５１７Ｆと、リア合算部５１７Ｒと、を備え、これらを用いることによってフロントトルク指令信号Ｔｒｆ及びリアトルク指令信号Ｔｒｒを生成する。
【００８２】
フロントゲイン乗算部５１５Ｆは、減算部５１４によって生成された差信号（ωｍ−ωｓ）に所定のフロント積分ゲインＫｉｆを乗算することによってフロント第１制御入力信号を生成し、これをフロント合算部５１７Ｆへ入力する。
【００８３】
リアゲイン乗算部５１５Ｒは、減算部５１４によって生成された差信号（ωｍ−ωｓ）に所定のリア積分ゲインＫｉｒを乗算することによってリア第１制御入力信号を生成し、これをリア合算部５１７Ｒへ入力する。
【００８４】
フロント非積分演算部５１６Ｆは、入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈに伝達関数Ｇｙｆ０（ｓ）を用いたフロント非積分演算を施すことによってフロント第２制御入力を生成し、これをフロント合算部５１７Ｆへ入力する。このフロント非積分演算部５１６Ｆの伝達関数Ｇｙｆ０（ｓ）は、軸トルク制御機能を有する所定の伝達関数Ｇｙｆ（ｓ）から、下記式（１５）に示すように、フロント積分ゲインＫｉｆの積分器を分離することによって得られるものが用いられる。
【数１５】
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【００８５】
リア非積分演算部５１６Ｒは、入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈに伝達関数Ｇｙｒ０（ｓ）を用いたリア非積分演算を施すことによってリア第２制御入力を生成し、これをリア合算部５１７Ｒへ入力する。このリア非積分演算部５１６Ｒの伝達関数Ｇｙｒ０（ｓ）は、軸トルク制御機能を有する所定の伝達関数Ｇｙｒ（ｓ）から、下記式（１６）に示すように、リア積分ゲインＫｉｒの積分器を分離することによって得られるものが用いられる。ここで上記式（１５）及び下記式（１６）に示す軸トルク制御機能を有する伝達関数Ｇｙｆ（ｓ）及びＧｙｒ（ｓ）は、図５を参照して説明したようにμ設計法やＨ∞制御設計方法等の制御系設計方法に基づいて設計される。
【数１６】
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【００８６】
フロント合算部５１７Ｆは、フロントゲイン乗算部５１５Ｆによって生成されたフロント第１制御入力信号とフロント非積分演算部５１６Ｆによって生成されたフロント第２制御入力信号との和をフロントトルク指令信号Ｔｒｆとし、フロントインバータ２２Ｆへ入力する。
【００８７】
リア合算部５１７Ｒは、リアゲイン乗算部５１５Ｒによって生成されたリア第１制御入力信号とリア非積分演算部５１６Ｒによって生成されたリア第２制御入力信号との和をリアトルク指令信号Ｔｒｒとし、リアインバータ２２Ｒへ入力する。
【００８８】
以上のように構成された入力側制御装置５Ａにおいて、第１ローパスフィルタ５１１及び第２ローパスフィルタ５２１の入出力特性を特徴付けるフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１は、第１実施形態と同様の手順によって定められる。これら３つのフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１は、軸トルク制御器５１Ａ及び慣性補償器５２によって構成される制御回路の閉ループ伝達関数の特性多項式が、応答周波数ｆｃ及び係数ｃ１，ｃ２，ｃ３によって特徴付けられる上記式（１２）に示す多項式Ｐｃ（ｓ）になるように設定される。より具体的には、実施例の入力側制御装置５Ａにおけるフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１は、上記式（１３−１）〜（１３−３）における積分ゲインＫｉをフロント積分ゲインＫｉｆとリア積分ゲインＫｉｒとの和で置換することによって導出される下記式（１７−１）〜（１７−３）によって設定される。
【数１７】
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【００８９】
図１１は、比較例の入力側制御装置による制御結果を示す図である。図１２は、実施例の入力側制御装置５Ａによる制御結果を示す図である。ここで比較例の入力側制御装置とは、本願出願人による国際公開第２０１３／１０５３７５号公報に示されたタンデム動力計の共振抑制制御と、本願出願人による特許文献３の電気慣性制御と、を組み合わせて得られる入力側制御装置である。また実施例の入力側制御装置５Ａとは、具体的には、上記式（１７−１）〜（１７−３）に基づいてフィルタ係数ａ１，ａ２，ｂ１を設定したものである。また図１１及び図１２では、フロント動力計２１Ｆとリア動力計２１Ｒの慣性モーメントの和を０．３［ｋｇｍ２］とし、供試体慣性を０．１２［ｋｇｍ２］とし、設定慣性を０．０５［ｋｇｍ２］とし、これら入力側制御装置によって低慣性化制御を行った場合を示す。
【００９０】
また図１０及び図１１には、これら入力側制御装置に対しエンジントルク指令信号をステップ状に変化させた場合の応答を示す。図１０及び図１１の上段には、エンジントルク指令信号Ｔｒｅｆ（太実線）と入力側軸トルク検出信号Ｔｓｈの実際の応答（細実線）と入力側軸トルク検出信号の理想応答（太破線）とを示し、中段には、入力側速度検出信号ωの実際の応答（細実線）と入力側速度検出信号の理想応答（太破線）とを示し、下段には、入力側制御装置によって生成されるフロントトルク指令信号Ｔｒｆ（太実線）及びリアトルク指令信号Ｔｒｒ（太破線）を示す。ここで理想応答とは、入力側動力計２１Ａの慣性モーメントが設定慣性と等しい場合に得られる応答である。
【００９１】
図１０に示すように、比較例の入力側制御装置によれば、入力側速度検出信号の波形が概ね理想応答と一致しており、安定した低慣性化制御を実現できているといえるものの、入力側軸トルク検出信号の波形にオーバシュートや振動が発生している。また比較例の入力側制御装置によれば、フロントトルク指令信号とリアトルク指令信号と差が大きく、トルク指令信号のバランスが悪い。
【００９２】
これに対し実施例の入力側制御装置によれば、図１１に示すように、入力側速度検出信号の波形が概ね理想応答と一致しており、安定した低慣性化制御を実現できる。また実施例の入力側制御装置によれば、入力側軸トルク検出信号の波形は、オーバシュートや振動することなく概ね理想応答に一致しており、高応答な低慣性化制御を実現できる。また実施例の入力側制御装置によれば、フロントトルク指令信号とリアトルク指令信号との差は図１０に示す比較例よりも小さいので、フロント動力計とリア動力計に対しバランスのとれた制御を実現できる。
【００９３】
以上、本発明の第１及び第２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。
【符号の説明】
【００９４】
１，１Ａ…試験システム
ＳＩ…入力軸
ＳＯ１，ＳＯ２…出力軸
Ｗ…供試体
２１，２１Ａ…入力側動力計（動力計）
２１Ｆ…フロント動力計（第１動力計）
２１Ｒ…リア動力計（第２動力計）
２２，２２Ａ…入力側インバータ（インバータ）
２３…入力側エンコーダ（速度検出器）
２４…入力側軸トルクメータ（軸トルク検出器）
５，５Ａ…入力側制御装置（動力計制御装置）
５１，５１Ａ…軸トルク制御器
５１１…第１ローパスフィルタ
５１３…積分演算部
５１５…ゲイン乗算部
５１５Ｆ…フロントゲイン乗算部（第１ゲイン乗算部）
５１５Ｒ…リアゲイン乗算部（第２ゲイン乗算部）
５１６…非積分演算部
５１６Ｆ…フロント非積分演算部（第１非積分演算部）
５１６Ｒ…リア非積分演算部（第２非積分演算部）
５１７…合算部
５１７Ｆ…フロント合算部（第１合算部）
５１７Ｒ…リア合算部（第２合算部）
５２…慣性補償器
５２１…第２ローパスフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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