(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイナモメータと、供試体と、前記ダイナモメータ及び前記供試体を連結する軸と、前記軸に作用するトルクを検出する軸トルクセンサと、前記ダイナモメータの回転数を検出する回転数検出器と、を備えたダイナモメータシステムの制御装置であって、
前記軸トルクセンサの検出値とその指令値との偏差の積分値を算出し、当該積分値と所定の補正値との和に積分ゲインを乗算し積分操作量を算出する積分操作量演算部と、
前記回転数検出器の検出値に所定の補正係数を乗算することにより前記補正値を算出する補正値演算部と、
前記偏差を入力とした所定の伝達関数の出力を非積分操作量とする非積分操作量演算部と、
前記積分操作量と前記非積分操作量とを合算することにより前記ダイナモメータに対するトルク電流指令信号を生成する合算部と、を備えることを特徴とするダイナモメータシステムの制御装置。
ここで、前記非積分操作量演算部の伝達関数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電流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１】
0006044649.tif 000007
【請求項２】
前記伝達関数Ｇｅ（ｓ）は、μ設計法又はＨ∞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１に記載のダイナモメータシステムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイナモメータシステムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、ダイナモメータシステム１００の構成を示す図である。
ダイナモメータシステム１００は、供試体としてのエンジンＥと、動力吸収体としてのダイナモメータＤと、これらエンジンＥとダイナモメータＤと結合する結合軸Ｓと、スロットルアクチュエータ１１０を介してエンジンＥを制御するエンジン制御装置１２０と、インバータ１３０を介してダイナモメータＤを制御するダイナモ制御装置１４０と、ダイナモメータＤの出力軸の回転数を検出するエンコーダ１５０と、結合軸ＳとダイナモメータＤの出力軸との結合部の軸トルク（捩れトルク）を検出する軸トルクセンサ１６０と、を備える。
【０００３】
エンジン制御装置１２０は、試験項目ごとに予め定められた態様でエンジンＥの出力を制御し、ダイナモ制御装置１４０は、エンコーダ１５０や軸トルクセンサ１６０の出力等に基づいて、ダイナモメータＤの回転数やトルクを制御する（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４９０８５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２４７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで上記のようなダイナモメータシステム１００では、エンジン始動時のエンジン回転数をエンジン単体始動でのエンジン回転数相当に制御する場合、エンジンＥからみて結合軸Ｓ及びダイナモメータＤが接続されていないかのような無負荷状態に制御する必要がある。このような制御は、例えば、空ぶかし時におけるエンジンの特性を測定するレーシング試験において必要とされる。このような無負荷状態は、エンジンＥとダイナモメータＤとの間の結合軸Ｓにおける捩れトルクを０［Ｎｍ］に制御することで実現される。
【０００６】
図６は、従来のシステム１００において上記無負荷状態を実現した場合における、エンジン始動時の回転数変化を示す図である。より具体的には、従来のシステム１００において捩れトルクが生じないようにダイナモ制御装置１４０に入力する軸トルク指令値を０とした場合におけるエンジン始動時の回転数変化を示す図である。図６には、システム１００による測定結果、すなわちエンコーダ１５０によって測定された回転数を細実線で示す。また図６には、エンジンＥと結合軸Ｓとを切り離しエンジンＥを無負荷状態にして測定された回転数、すなわち無負荷制御時の理想となる値を太破線で示す。
【０００７】
図６に示されるように、従来のシステム１００において軸トルク指令値を０［Ｎｍ］とし、軸トルクセンサの検出値を０［Ｎｍ］に制御するだけでは、結合軸Ｓのうち軸トルクセンサ１６０よりエンジンＥ側の部分の慣性をエンジンＥで負担せねばならないため、始動時のエンジン回転数は無負荷状態に相当する理想値より小さくなる。
【０００８】
なお理論的には、軸トルクセンサ１６０の位置をよりエンジンＥのクランクシャフト側に近づければ結合軸Ｓの慣性もダイナモメータＤで負担させることができる。しかしながら、軸トルクセンサ１６０をエンジンＥに近づけるほどエンジンＥの熱が伝わりやすくなるため、温度ドリフトによる測定値の変化の影響が大きくなる。また、軸トルクセンサ１６０をエンジンＥに近づけるほどエンジンＥの振動が伝わりやすくなり、測定精度が低下する。以上のような理由から、軸トルクセンサ１６０の位置はエンジンＥよりもダイナモメータＤに近い方が好ましく、したがって上記の課題は顕著なものとなる。
【０００９】
また特許文献２では、軸トルク制御回路の軸トルク指令値にダイナモメータの角速度の擬似微分値（角加速度に相当）と所定のシャフト慣性補償値とを掛け合わせたものを重畳することにより、上記課題を解決しようとしている。ところが特許文献２の発明では、擬似微分を特徴付けるためのカットオフ周波数の適切な値を試行錯誤で決定する必要があり、手間がかかる。カットオフ周波数が適切な値より低すぎると慣性補償制御の応答が低くなり、逆に高すぎると制御が不安定になる可能性がある。
【００１０】
本発明は、簡易な方法により、供試体の始動時に精度良く無負荷状態を再現できるダイナモメータシステムの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】
【００１１】
（１）上記目的を達成するため本発明は、ダイナモメータ（例えば、後述のダイナモメータＤ）と、供試体（例えば、後述のエンジンＥ）と、前記ダイナモメータ及び前記供試体を連結する軸（例えば、後述の結合軸Ｓ）と、前記軸に作用するトルクを検出する軸トルクセンサ（例えば、後述の軸トルクセンサ７）と、前記ダイナモメータの回転数を検出する回転数検出器（例えば、後述のエンコーダ８）と、を備えたダイナモメータシステム（例えば、後述のダイナモメータシステム１）の制御装置（例えば、後述のダイナモ制御装置６）を提供する。制御装置は、前記軸トルクセンサの検出値とその指令値との偏差の積分値を算出し、当該積分値と所定の補正値との和に積分ゲイン（例えば、後述の積分ゲインＫｉ）を乗算し積分操作量を算出する積分操作量演算部（例えば、後述の積分操作量演算部６１１）と、前記回転数検出器の検出値に所定の補正係数（例えば、後述の慣性補償量Ｊｃｍｐ）を乗算することにより前記補正値を算出する補正値演算部（例えば、後述の補正値演算部６１２）と、前記偏差を入力とした所定の伝達関数の出力を非積分操作量とする非積分操作量演算部（例えば、後述の非積分操作量演算部６１３）と、前記積分操作量と前記非積分操作量とを合算することにより前記ダイナモメータに対するトルク電流指令信号を生成する合算部（例えば、後述の合算部６１４）と、を備える。ここで、前記非積分操作量演算部の伝達関数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電流指令信号を出力する伝達関数とし、下記式（１）を満たすように定められる。
【数１】
0006044649.tif 000002
【００１２】
（２）この場合、前記伝達関数Ｇｅ（ｓ）は、μ設計法又はＨ∞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】
【００１３】
（１）本発明では、軸トルクセンサの検出値とその指令値との偏差（以下、単に「軸トルク偏差」ともいう）からトルク電流指令信号までの伝達関数を、積分操作量演算部と非積分操作量演算部とに分ける。そして、積分操作量演算部では、軸トルク偏差の積分値と所定の補正値との和を算出し、この和に積分ゲインを乗算することによって積分操作量を算出する。ここで特に本発明では、軸トルク偏差の積分値に、回転数検出器の検出値に所定の補正係数を乗算して得られる補正値を重畳することにより、供試体側からの見掛け上の供試体の慣性が補正係数に応じた分だけ小さくなるような慣性補償制御を行うことができる。したがって、供試体にかかる負担を従来と比較して低減できるので、レーシング試験では供試体のみの性能を精度良く評価することができる。また本発明によれば、なんらかの設計方法を実行することによって軸トルク制御機能を有する伝達関数Ｇｅ（ｓ）が得られていれば、この伝達関数Ｇｅ（ｓ）を、上記式（１）が満たされるように積分器と非積分器とに分離するだけで、このような慣性補償制御機能を追加できる。すなわち本発明では、特許文献２のような従来の技術では必要であったパラメータの細かな調整が不要である。したがって本発明によれば、軸トルク制御機能を有する既知の伝達関数に対して簡易な方法で上述のような慣性補償制御機能を追加することができる。
【００１４】
（２）μ設計法やＨ∞設計方法等の所謂ロバスト制御設計方法では、所望の制御目的を達成するような伝達関数を数値的に導出するため、設計指標の変更を設計結果に反映させることが困難である。よって従来では、上述のような慣性補償制御機能を付与しようとすると、規定の手順に従ってまた新たに数値計算を行うことによって伝達関数を導出する必要があり、手間がかかる。これに対し本発明では、上述のように一旦、伝達関数Ｇｅ（ｓ）が得られれば、これを上記式（１）に基づいて分離することにより、簡易な方法で慣性補償制御機能を追加できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るダイナモ制御装置が用いられたダイナモメータシステムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るダイナモ制御装置による軸トルク制御の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】軸トルク制御機能を備えるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態に係るダイナモメータシステムによるレーシング試験の結果を示す図である。
【図５】従来のダイナモメータシステムの構成を示す図である。
【図６】従来のダイナモメータシステムによるレーシング試験の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、本実施形態に係るダイナモ制御装置６が用いられたダイナモメータシステム１の構成を示す図である。ダイナモメータシステム１は、供試体としてのエンジンＥと、このエンジンＥと結合軸Ｓを介して連結されたダイナモメータＤと、スロットルアクチュエータ２を介してエンジンＥを制御するエンジン制御装置５と、ダイナモメータＤに電力を供給するインバータ３と、インバータ３を介してダイナモメータＤを制御するダイナモ制御装置６と、結合軸Ｓの捩れトルクを検出する軸トルクセンサ７と、ダイナモメータＤの出力軸ＳＤの回転数を検出するエンコーダ８と、を備える。
【００１７】
なお結合軸Ｓには、クラッチ、トランスミッション、及びプロペラシャフト等のエンジンＥと共に車両に搭載されることが予定された機械部品を用いてもよいし、これら車両用の機械部品とは別に準備した高剛性の試験用シャフトを用いてもよい。
【００１８】
軸トルクセンサ７は、エンジンＥからダイナモメータＤまで延びる結合軸Ｓのうち、エンジンＥよりもダイナモメータＤに近い部分に作用する捩れトルクを、例えば結合軸Ｓのねじれ方向の歪み量から検出し、検出値に略比例した信号をダイナモ制御装置６に送信する。
【００１９】
エンジン制御装置５は、所定のタイミングでエンジンＥを始動した後、予め定められた態様によってエンジンＥの出力を制御する。
【００２０】
ダイナモ制御装置６は、エンジンＥで発生した動力が予め定められた態様で吸収されるように、軸トルクセンサ７及びエンコーダ８の検出信号に基づいてダイナモメータＤで発生させるべきトルク値に相当するトルク電流指令信号を生成し、インバータ３へ入力する。
【００２１】
図２は、本実施形態に係るダイナモ制御装置６による軸トルク制御の制御回路の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図３は、図２のダイナモ制御装置６の元となるコントローラＣの構成を示す図である。図３のコントローラＣは、軸トルクセンサの検出値ＳＨＴとその指令値ＳＨＴｒｅｆが入力されると、その偏差（ＳＨＴｒｅｆ−ＳＨＴ、以下単に「軸トルク偏差」ともいう）が無くなるようなトルク電流指令信号を生成する軸トルク制御機能を備える。図２に示す本実施形態に係るダイナモ制御装置６は、図３の２自由度のコントローラＣに慣性補償制御機能を追加することによって構成される。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及びこれを構成する伝達関数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。
【００２３】
図２に戻って、ダイナモ制御装置６は、軸トルク偏差（ＳＨＴｒｅｆ−ＳＨＴ）及びダイナモ回転数（すなわち、エンコーダの検出値ＤＹｗ）を入力とした第１コントローラ６１と、軸トルクセンサの検出値ＳＨＴを入力とした第２コントローラ６２と、第１コントローラ６１の出力から第２コントローラ６２の出力を減算することによってトルク電流指令信号ＤＹＴｒｅｆを生成する減算器６３と、を備える。
【００２４】
第２コントローラ６２は、軸トルクセンサの検出値ＳＨＴを入力とした伝達関数Ｇｙ（ｓ）を備える。この伝達関数Ｇｙ（ｓ）は、上述の軸トルク制御機能を有するコントローラＣを構成する伝達関数Ｇｙ（ｓ）（図３参照）と同じものが用いられる。
【００２５】
第１コントローラ６１は、積分操作量演算部６１１と、補正値演算部６１２と、非積分操作量演算部６１３と、合算部６１４と、を備える。
【００２６】
積分操作量演算部６１１は、軸トルク偏差（ＳＨＴｒｅｆ−ＳＨＴ）の積分値を算出し、この積分値と補正値演算部６１２によって算出される補正値との和を算出し、この和に積分ゲインＫｉを乗算することによって積分操作量を算出する。
【００２７】
補正値演算部６１２は、ダイナモ回転数ＤＹｗに所定の慣性補償量Ｊｃｍｐを乗算することによって、上述の積分操作量に対する補正値（ＤＹｗ×Ｊｃｍｐ）を算出する。後に詳細に説明するように、ダイナモ制御装置６では、このような補正値（ＤＹｗ×Ｊｃｍｐ）を用いて積分操作量を補正することにより、エンジン側からの見掛け上の慣性が慣性補償量Ｊｃｍｐ分だけ小さくなるような慣性補償制御機能が付与される。
【００２８】
非積分操作量演算部６１３は伝達関数Ｇｅ０（ｓ）を備える。非積分操作量演算部６１３は、この伝達関数Ｇｅ０（ｓ）に軸トルク偏差（ＳＨＴｒｅｆ−ＳＨＴ）を入力して得られる出力を非積分操作量とする。この非積分操作量演算部６１３の伝達関数Ｇｅ０（ｓ）は、軸トルク制御機能を有する伝達関数Ｇｅ（ｓ）から、下記式（２）を満た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。この伝達関数Ｇｅ（ｓ）は、より具体的には、図３に示す軸トルク制御機能を有するコントローラＣの伝達関数Ｇｅ（ｓ）、すなわち上述の第２コントローラ６２の伝達関数Ｇｙ（ｓ）と共に導出された伝達関数Ｇｅ（ｓ）が用いられる。
【数２】
0006044649.tif 000003
【００２９】
合算部６１４は、積分操作量演算部６１１の出力である積分操作量と、非積分操作量演算部６１３の出力である非積分操作量とを合算する。合算部６１４の出力は、上述のようにトルク電流指令信号ＤＹＴｒｅｆの一部となる。
【００３０】
次に、以上のようにして構成されたダイナモ制御装置６（図２参照）が慣性補償制御機能を有することを説明する。簡単のため、エンジンとダイナモメータとを連結するシャフトを剛体（ばね係数Ｋｃが∞）とすると、制御対象の運動方程式は下記式（３−１）〜（３−３）に示すような２慣性系モデルによって記述される。
【数３】
0006044649.tif 000004
【００３１】
また、慣性補償制御機能の動作の適切性は、その低域特性を解析することによって判明する。よって、図２に示すダイナモ制御装置６の低域特性に寄与する部分のみを抜き出し、さらに指令値ＳＨＴｒｅｆを０とすると、下記式（４）が得られる。
【数４】
0006044649.tif 000005
【００３２】
これら式（３−１）〜（３−３）及び式（４）を用いると、エンジントルクＥＧＴに対するエンジン角加速度（ｓ・ＥＧｗ）の比（エンジントルクから角加速度までの伝達関数）は、下記式（５）となる。また、この伝達関数の低域極限（ｓ＝０）はエンジンからの見掛け上の慣性モーメントの逆数となるが、これは、下記式（５）から得られるように１／（ＥＧＪ−Ｊｃｍｐ）となる。すなわち、エンジンからの見掛け上の慣性モーメントはＥＧＪからＥＧＪ−Ｊｃｍｐとなり、図２のダイナモ制御装置６によれば慣性補償量Ｊｃｍｐの分だけ慣性補償されることが明らかとなった。
【数５】
0006044649.tif 000006
【００３３】
次に、以上のように構成されたダイナモ制御装置６を備えたダイナモメータシステム１の効果について説明する。
図４は、図２のダイナモ制御装置６を利用したダイナモメータシステム１におけるエンジン始動時のエンジン回転数の変化を示す図である。図４には、図２のダイナモ制御装置６を利用したシステムによる測定結果を細実線で示す。また、エンジンとシャフトとを切り離しエンジンを実際に無負荷状態にして測定した場合の結果、すなわち慣性補償制御時の理想となる値を太破線で示す。図４に示すように、細実線と太破線とはほぼ一致する。上述のように慣性補償制御機能が追加されたダイナモ制御装置６を用いたシステムによれば、エンジン始動時にはダイナモメータでシャフト慣性が補償されるため、エンジン単体相当の始動波形が得られることが検証された。すなわち、本実施形態のダイナモ制御装置６を利用することにより、エンジンからみて無負荷状態が実現される。
【符号の説明】
【００３４】
１…ダイナモメータシステム
６…ダイナモ制御装置
６１１…積分操作量演算部
６１２…補正値演算部
６１３…非積分操作量演算部
６１４…合算部
７…軸トルクセンサ
８…エンコーダ８（回転数検出器）
Ｅ…エンジン（供試体）
Ｓ…結合軸（軸）
【図１】
0006044649.tif 000008
【図２】
0006044649.tif 000009
【図３】
0006044649.tif 000010
【図４】
0006044649.tif 000011
【図５】
0006044649.tif 000012
【図６】
0006044649.tif 000013