(57)【要約】【課題】動力計の回転速度に制限されることなく、動力計に発生するトルクリップルを抑制する。【解決手段】）エンジン１に動力計３を結合し、軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差を基にダイナモ制御部６にトルク制御出力を得、これに従ってインバータ７で動力計を駆動する。１制御周期遅れ回路１０はトルク制御出力を１制御周期遅らせたトルク制御出力を得る。トルクリップル補償回路１１は、１制御周期遅れ回路のトルク制御出力から、動力計の回転数の整数倍になる補償対象周波数のトルクリップルを算出し、このトルクリップルをトルク制御出力に帰還して、動力計に発生するトルクリップルのうち補償対象周波数のトルクリップルを抑制する。特定周波数信号生成部（ｎｔｈ）１２は、パルスピックアップ９で検出する動力計３の回転数の整数倍（次数）の周波数を生成する。【選択図】図１
2008286580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体に動力計を結合し、動力計の軸トルク指令値または動力計トルク指令値と、動力計の軸トルク検出値との偏差を基にダイナモ制御部に動力計のトルク制御出力を得、このトルク制御出力に従って電力変換器に動力計の駆動出力を得る動力計制御装置を備えた動力試験システムにおいて、
前記動力計制御装置は、
前記ダイナモ制御部のトルク制御出力を１制御周期遅らせたトルク制御出力を得る１制御周期遅れ回路と、
前記１制御周期遅れ回路のトルク制御出力から、動力計の回転数の整数倍になる補償対象周波数のトルクリップルを算出し、このトルクリップルを前記ダイナモ制御部のトルク制御出力に帰還して、動力計に発生するトルクリップルのうち前記補償対象周波数のトルクリップルを抑制するトルクリップル補償回路とを備えたことを特徴とする動力試験システム。
【請求項２】
前記トルクリップル補償回路は、前記補償対象周波数別に複数のトルクリップルを算出し、各補償対象周波数別にトルクリップルを抑制する複数回路構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の動力試験システム。
【請求項３】
前記トルクリップル補償回路は、前記１制御周期遅れ回路の出力を、前記特定周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）にそれぞれ通すことにより、動力計のトルク出力に含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分のみを抜き出し、これらを前記１制御周期遅れ回路の位相遅れを補正した前記特定周波数（ｆ）でそれぞれ逆ｓｉｎ変換および逆ｃｏｓ変換して合成し、前記１制御周期遅れ回路のゲインで補正することにより、動力計のトルク出力に含まれる特定周波数（ｆ）成分のトルクリップル波形を得る演算ブロック構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の動力試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、駆動系、車両などの供試体に動力計を結合し、供試体の動力試験を行う動力試験システムに係わり、特に動力計に発生するトルクリップルを抑制するための動力計制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１５は動力計制御システムの概略構成を示す（例えば、特許文献１参照）。同図は、エンジンの動力試験システムの場合を示し、エンジン１の出力軸に結合シャフト２で動力計３を結合し、エンジン制御部４とスロットルアクチェータ５によってエンジン１の出力制御を行い、ダイナモ制御部６と電力変換器としてのインバータ７によって動力計３の軸トルク制御を行う。
【０００３】
動力計３の制御には、エンジン１と動力計３の間に設置された軸トルクメータ８で検出されるトルク値が所望する値になるように、軸トルク指令値と検出値の偏差をダイナモ制御部６の入力として偏差の比例積分（ＰＩ）演算結果を、インバーク７のトルク電流指令値とする。さらに、エンジン１の速度制御を行う場合には、パルスピックアップ（速度検出器）９により得る速度検出値でフィードバック制御する。
【０００４】
なお、特許文献１では、ダイナモ制御部６をμ設計手法に基いた設計手法も提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１４９０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、動力計の特性やインバータの特性により、動力計が出力するトルクはインバータに与えるトルク電流指令値通りにはならず、動力計の回転に同期したトルクリップルが発生する。従来の動力計制御手法では、上記のトルクリップル周波数がエンジン−動力計の共振周波数に一致しても共振が拡大することは無いように制御されている。
【０００６】
しかし、従来の動力計制御手法は、主に共振抑制と低周波数領域の外乱トルク（動力計トルクリップルやエンジンが発生するトルク）の抑制に主眼が置かれており、動力計トルクリップルを積極的に抑制しようとするものではない。
【０００７】
図１６は、図１５に示したエンジン試験システムにおける、動力計トルクリップルから軸トルクへのゲイン線図を示す。同図に示されている通り、周波数（回転数）が低い領域では０ｄＢ以下のゲインとなっており、動力計トルクリップルを抑制するように動作していることがわかるが、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度の高い回転数領域ではゲインが０ｄＢを超えており、動力計に発生するトルクリップルが拡大（増幅）することがわかる。図１６に示すゲイン線図は、駆動系や車両の試験システムでも同様の現象を呈する。
【０００８】
このようなトルクリップルの拡大現象は、試験内容によっては、動力計トルクリップルが供試体であるエンジンや駆動系に悪影響（試験精度の低下、振動による機械的疲労の発生）を及ぼすことがある。
【０００９】
本発明の目的は、動力計の回転速度に制限されることなく、動力計に発生するトルクリップルを抑制できる動力試験システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（本発明の原理的な説明）
図１７は、本発明を原理的に説明するための伝達関数ブロックであり、図１５に対応するダイナモ制御部６とインバータ７および動力計３で構成する制御系に、トルクリップル補償回路と１制御周期遅れ回路を追加したものである。このうち、Ｇｐは動力計３の伝達関数、Ｇａはインバータ７の伝達関数、Ｇｃはダイナモ制御部６の伝達関数を示している。また、Ｇはトルクリップル補償回路の伝達関数、Ｇｚは１制御周期遅れ回路の伝達関数を示している。信号については、ｄが動力計トルクリップルを示し、ｙは軸トルク検出値、ｒは軸トルク指令値を示す。この図の［ｒ，ｄ］からｙへの伝達関数を求めると、以下の関係式になる。
【００１１】
【数１】
2008286580.tif 000003
【００１２】
このとき、Ｇ・Ｇｚ＝１となるようにトルクリップル補償回路の伝達関数Ｇを設計すれば、ｙ＝ｒとなり、軸トルク検出値ｙには、動力計トルクリップルｄが出現しないようになる。
【００１３】
一般に、Ｇｚは遅れ要素を持つため、任意の周波数についてＧ・Ｇｚ＝１となるトルクリップル補償回路の伝達関数Ｇを設計する事はできない。
【００１４】
本発明は、動力計トルクリップルの周波数が動力計角速度の整数倍に同期することに着目し、特定の周波数のみについてはＧ・Ｇｚ＝１となるような伝達関数Ｇをもつトルクリップル補償回路を設けることで、前記の課題を解決するものであり、以下の構成を特徴とする。
【００１５】
（発明の構成）
（１）供試体に動力計を結合し、動力計の軸トルク指令値または動力計トルク指令値と、動力計の軸トルク検出値との偏差を基にダイナモ制御部に動力計のトルク制御出力を得、このトルク制御出力に従って電力変換器に動力計の駆動出力を得る動力計制御装置を備えた動力試験システムにおいて、
前記動力計制御装置は、
前記ダイナモ制御部のトルク制御出力を１制御周期遅らせたトルク制御出力を得る１制御周期遅れ回路と、
前記１制御周期遅れ回路のトルク制御出力から、動力計の回転数の整数倍になる補償対象周波数のトルクリップルを算出し、このトルクリップルを前記ダイナモ制御部のトルク制御出力に帰還して、動力計に発生するトルクリップルのうち前記補償対象周波数のトルクリップルを抑制するトルクリップル補償回路とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
（２）前記トルクリップル補償回路は、前記補償対象周波数別に複数のトルクリップルを算出し、各補償対象周波数別にトルクリップルを抑制する複数回路構成にしたことを特徴とする。
【００１７】
（３）前記トルクリップル補償回路は、前記１制御周期遅れ回路の出力を、前記特定周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）にそれぞれ通すことにより、動力計のトルク出力に含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分のみを抜き出し、これらを前記１制御周期遅れ回路の位相遅れを補正した前記特定周波数（ｆ）でそれぞれ逆ｓｉｎ変換および逆ｃｏｓ変換して合成し、前記１制御周期遅れ回路のゲインで補正することにより、動力計のトルク出力に含まれる特定周波数（ｆ）成分のトルクリップル波形を得る演算ブロック構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のとおり、本発明によれば、従来の制御方式では困難であった、動力計トルクリップルの抑制効果を高めることが可能となり、試験対象であるエンジンや駆動系装置に高い精度の負荷トルクを与えた動力試験が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施形態１）
図１は本実施形態に係る動力計の制御回路図である。同図が図１５と異なる部分は、ダイナモ制御部６とインバータ７の間に、トルクリップル補償回路の１制御周期遅れ回路（１／ｚ）１０と、トルクリップル補償回路１１の正帰還回路を設けた点にある。特定周波数信号生成部（ｎｔｈ）１２は、パルスピックアップ９で検出する動力計３の回転数を基本周波数として、その整数倍（次数）の周波数をトルクリップル補償対象周波数として設定され、基本周波数の整数倍の周波数信号を生成する。
【００２０】
これら回路１０，１１は、図１７における伝達関数Ｇｚ、Ｇになるよう設計され、トルクリップル補償回路１１では特定周波数（動力計の回転数の整数倍）のみについてＧ・Ｇｚ＝１となるような伝達関数Ｇをもつことで、特定周波数のトルクリップルを抑制する。
【００２１】
これには、トルクリップル補償回路１１は、ダイナモ制御部６のトルク制御出力（インバータの電流指令）に含まれる特定周波数のトルクリップル（振幅と位相）を算定し、これをトルク制御出力に補償分として加算することで、トルクリップルを抑制する。
【００２２】
図２は、トルクリップル補償回路１１の演算ブロックを示す。同図中、１制御周期遅れ回路１０で検出するトルクは「ＴｒｑＲｅｆ」として入力され、補償対象トルクリップルの次数が設定された特定周波数信号生成部１２の出力周波数ｆ（ｎｔｈ）がトルクリップル補償対象周波数「Ｖｅｌ」として入力される。例えば、補償対象トルクリップルが動力計回転数の４倍の周波数とする場合には、ｎｔｈ＝４とする。「ＣｍｐＴｒｑ」出力はトルクリップル補償回路１１の出力信号となる。
【００２３】
図２の各演算ブロックは、１制御周期遅れ回路１０のトルク出力「ＴｒｑＲｅｆ」を特定周波数でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、変換後の両信号を低域通過フィルタＬＰＦに通すことにより、トルク出力「ＴｒｑＲｅｆ」に含まれる特定周波数のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分のみを抽出し、これらを逆ｓｉｎ変換、逆ｃｏｓ変換する際に１制御周期遅れ回路１０のトルク−位相特性を基に位相遅れとゲインを補正することにより特定周波数のトルクリップル補償分「ＣｍｐＴｒｑ」を求める。
【００２４】
このトルクリップル補償分を算定できることを原理的に説明する。まず、ある信号波形ｘ（ｔ）は、フーリエ級数として展開され、以下の式（２）で表せる。
【００２５】
【数２】
2008286580.tif 000004
【００２６】
ここで、信号波形ｘ（ｔ）から２次の成分（ｓｉｎ２ｎｔ）を抽出するために、式（２）の両辺にｓｉｎ２ｎｔを乗じると、式（３）になる。
【００２７】
【数３】
2008286580.tif 000005
【００２８】
この式（３）の右辺の各成分に対して、適切な次数とカットオフ周波数をもつローパスフィルタ処理を行うと、高い周波数成分が削除され、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎｔをもつ項のみを抜き出すことができる。つまり、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎｔ成分を展開すると、式（４）になり、ローパスフィルタ処理により、ｂ2／２の定数項のみを得ることができる。
【００２９】
【数４】
2008286580.tif 000006
【００３０】
この定数項ｂ2／２に対して、式（５）の逆ｓｉｎ変換とゲイン補正を行えば、ｓｉｎ２ｎｔの波形を得ることができる。
【００３１】
【数５】
2008286580.tif 000007
【００３２】
同様に、二次の成分（ｃｏｓ２ｎｔ）の抽出には式（２）の両辺にｃｏｓ２ｎｔを乗じ、これをローパスフィルタ処理することでａ2／２の定数項のみを得ることができ、式（５）と同様の演算でｃｏｓ２ｎｔの波形を得ることができ、これをｓｉｎ２ｎｔの成分と合成することで、信号ｘ（ｔ）に含まれる二次（２ｎ）の周波数成分を算定できる。
【００３３】
トルクリップル補償回路１１は、以上の演算に必要な要素で構成されるものである。まず、補償対象周波数ｆの信号を積分器２１で積分することで位相θを得、この信号についてｓｉｎ関数演算器２２でｓｉｎ（ｆ）成分を得る。同様に、周波数ｆの信号についてｃｏｓ関数演算器２３でｃｏｓ（ｆ）成分を得る。
【００３４】
次に、乗算器２４，２５では、１制御周期遅れ回路１０で検出されるトルク制御信号（上記の式２のｘ（ｔ）に相当する）に関数演算器２２，２３からのｓｉｎ（ｆ）成分およびｃｏｓ（ｆ）成分を乗じることでｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら信号からローパスフィルタ２６，２７を通すことでｓｉｎ（ｆ）成分とｃｏｓ（ｆ）成分のみの係数ａ／２，ｂ／２を抽出する。
【００３５】
次に、乗算器２８は、係数ｂ／２にｓｉｎ（ｆ）波形を乗じることで、係数ｂ／２をもつｓｉｎ（ｆ）波形を得る。同様に、乗算器２９は、係数ａ／２にｃｏｓ（ｆ）波形を乗じることで、係数ａ／２をもつｃｏｓ（ｆ）波形を得る。これらは上記の逆ｓｉｎ変換、逆ｃｏｓ変換になる。
【００３６】
次に、加算器３０は（ａ／２・ｃｏｓ（ｆ）＋ｂ／２・ｓｉｎ（ｆ））の演算で周波数ｆの波形を得る。乗算器３１は、係数ｂ／２をもつｓｉｎ（ｆ）波形と係数ａ／２をもつｃｏｓ（ｆ）波形に係数「２」を乗じることで係数ｂをもつｓｉｎ（ｆ）成分と係数ａをもつｃｏｓ（ｆ）成分になる周波数ｆの波形を得る。乗算器３２は、周波数ｆ成分の波形にゲインを乗じてゲイン補正し、これを周波数ｆ成分のトルクリップル補償出力として得る。
【００３７】
ここで、トルクリップル補償分の算定値に際して、１制御周期遅れ回路１０の位相遅れとゲインを補正する。この補正手段は、位相遅れ設定器３３には１制御周期遅れ回路１０の位相特性のデータ（例えば図３のデータ）を予め設定しておき、このデータのうち周波数ｆにおける位相遅れ分のデータを発生させる。また、ゲイン設定器３４には１制御周期遅れ回路１０のゲイン特性のデータ（例えば、図４のデータ）を予め設定しておき、このデータのうち周波数ｆにおけるゲイン分のデータを発生させる。
【００３８】
このうち、ゲイン分データは乗算器３２に係数として与えることでゲイン補正を行う。位相遅れ分データは減算器３５，３６に移相分として与えることで周波数ｆの位相を補正し、この位相補正した周波数ｆ信号をｓｉｎ関数演算器３７とｃｏｓ関数演算器３８の入力とすることで、乗算器２８、２９における逆ｓｉｎ変換と逆ｃｏｓ変換のための波形を得る。
【００３９】
本実施形態によるトルクリップル抑制効果を検証するためにシミュレーションを行った結果を以下に説明する。
【００４０】
図５は、図１の制御回路構成において、ダイナモ制御部６とトルクリップル補償回路１１を省き、インバータ７のトルク電流指令値として、軸トルク指令値を直接入力した場合の軸トルク指令値と軸トルク検出値の応答波形である。ここでは、動力計トルクリップルは動力計回転数の４次と４８次の場合をシミュレーションしている。この計算では、動力計回転数の４８次の周波数が試験装置機械系の共振周波数に一致するようにエンジンが動力計回転数を制御しているため、時間がたつにつれ４８次のトルクリップルが共振拡大し、軸トルク検出値と軸トルク指令値はまったく異なるものとなっている。
【００４１】
図６は図１の制御回路構成において、共振抑制効果を持つダイナモ制御部６のみを設けた場合の応答波形である。この場合、共振が抑制されているため、図５と比較すれば軸トルク検出値と軸トルク指令値は近くなっているが、いまだ、４８次成分は大きく現れている。図６のうねり波形が４次成分であり、４８次成分は周波数が高いため、図では塗りつぶされているようになっている。
【００４２】
図７は図１の制御回路構成において、ｎｔｈ＝４８と設定し、４８次成分のトルクリップル補償をした場合の応答波形である。図６と比較すると、４次成分（うねり波形）は残っているが、時間がたつにつれ４８次成分（図６の塗りつぶされている高周波波形）は抑制されていることがわかる。
【００４３】
（実施形態２）
図８は、本実施形態に係る動力計の制御回路図である。本実施形態は、補償対象トルクリッルとして、２つの次数で補償する場合である。図８では特定周波数信号生成部１２Ａ、１２Ｂによって２つの補償対象トルクリップル次数の周波数を生成する。トルクリップル補償回路１１Ａ、１１Ｂは実施形態１のトルクリップル補償回路１１と同等の構成とし、次数が異なる２つの特定周波数別にトルクリップル補償出力を得る。これらのトルクリップル補償出力は加算器１３で加算してダイナモ制御部６の出力に加算することで、２つの特定周波数についてのトルクリップル補償を得る。
【００４４】
なお、３つ以上の次数が補償対象トルクリップルの場合も同様にしてトルクリップル補償回路１１と補償次数を指定する特定周波数信号生成部１２を増設し、各トルクリップル補償回路の出力値の合計値をダイナモ制御部の出力に加えればよい。
【００４５】
本実施形態についてもトルクリップル抑制効果を検証するためにシミュレーションを行った。
【００４６】
図９は、実施形態１を基にしたシミュレーション条件と同じ条件で、ｎｔｈ１＝４，ｎｔｈ２＝４８として、４次成分、４８次成分の両方を抑制するようにトルクリップル補償をした場合である。図７では４次成分が残留していたが、図９では４次成分も抑制され、軸トルク検出値は軸トルク指令値に非常に近い波形になっていることがわかる。
【００４７】
（実施形態３）
図１０は、本実施形態に係る動力計の制御回路図である。同図が図１と異なる部分は、所望する動力計トルク指令値に、軸トルク検出値にＫ＝０.１程度の非常に小さいゲインＫを乗じるフィードバックゲイン調節ブロック１４を通した値をフィードバックするトルク制御系に対して、トルクリップル補償回路１１でトルクリップル補償を行う場合である。
【００４８】
本実施形態についてもトルクリップル抑制効果を検証するためにシミュレーションを行った。
【００４９】
図１１は図１０の構成において、フィードバックゲイン調節ブロック１４とトルクリップル補償回路１１を省き、インバータ７のトルク電流指令値として、動力計トルク指令値を直接入力した場合の動力計トルク指令値と動力計トルクの応答波形を示す。ここでは、動力計トルクリップルは動力計回転数の４次と２４次の場合をシミュレーションしている。トルクリップルがあるため、動力計トルクは指令値とは大きく異なる波形になっている。
【００５０】
図１２は図１０の構成において、特定周波数信号生成部１２の次数ｎｔｈ＝４と設定し、４次成分のトルクリップル補償を適用した場合の応答波形である。図１１と比較すると、２４次成分は残っているが、４次成分は抑制され、動力計トルクは指令値に近づいていることがわかる。
【００５１】
（実施形態４）
図１３は、本実施形態に係る動力計の制御回路図である。本実施形態は、実施形態１と実施形態２の関係と同様に、実施形態３の構成において、補償対象トルクリップルの周波数を２つの次数とした場合である。
【００５２】
なお、図１３は補償対象次数が２つの場合であるが、３つ以上の場合には実施形態２の場合と同様に、トルクリップル補償回路１１と特定周波数信号生成部１２を各次数分だけ増設し、これらを加算器１３で加算すればよい。
【００５３】
本実施形態についてもトルクリップル抑制効果を検証するためにシミュレーションを行った。
【００５４】
図１４は、実施形態３の場合と同じ条件で、ｎｔｈ１＝４，ｎｔｈ２＝２４として４次成分と２４次成分の両方を抑制するようにトルクリップル補償回路を設けた場合である。図１２では、２４次成分が残留していたが、図１４では２４次成分も抑制され、動力計トルクは動力計トルク指令値に非常に近い波形になっていることがわかる。
【００５５】
なお、以上までの実施形態１〜４では、エンジンの動力試験システムに適用した場合を示すが、駆動系、車両の動力試験システムに適用して同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態１を示す動力計の制御回路図。
【図２】実施形態におけるトルクリップル補償回路の演算ブロック図。
【図３】実施形態における１制御周期遅れ回路の位相特性データ例。
【図４】実施形態における１制御周期遅れ回路のゲイン特性データ例。
【図５】軸トルク指令値をインバータの電流指令値とした場合の軸トルク指令値と軸トルク検出値のシミュレーション波形例。
【図６】ダイナモ制御部のみを設けた場合の軸トルク指令値と軸トルク検出値のシミュレーション波形例。
【図７】トルクリップル補償回路を設けた場合の軸トルク指令値と軸トルク検出値のシミュレーション波形例。
【図８】本発明の実施形態２を示す動力計の制御回路図。
【図９】４次と４８次成分を補償したシミュレーション波形例。
【図１０】本発明の実施形態３を示す動力計の制御回路図。
【図１１】軸トルク指令値をインバータの電流指令値とした場合の軸トルク指令値と軸トルク検出値のシミュレーション波形例。
【図１２】４次と４８次成分を補償したシミュレーション波形例。
【図１３】本発明の実施形態４を示す動力計の制御回路図。
【図１４】４次と２４次成分を補償したシミュレーション波形例。
【図１５】従来のエンジン試験システムの構成図。
【図１６】従来の動力計トルクリップルから軸トルクへのゲイン線図の例。
【図１７】本発明を原理的に説明するための伝達関数ブロック図。
【符号の説明】
【００５７】
１  エンジン
２  結合シャフト
３  動力計
４  エンジン制御部
５  スロットルアクチェータ
６  ダイナモ制御部
７  インバータ
８  トルクメータ
９  パルスピックアップ
１０  １制御周期遅れ回路
１１、１１Ａ、１１Ｂ  トルクリップル補償回路
１２、１２Ａ、１２Ｂ  特定周波数生成部
１３  加算部
１４  フィードバックゲイン調節ブロック
【図１】
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【図２】
2008286580.tif 000009
【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】
2008286580.tif 000014
【図８】
2008286580.tif 000015
【図９】
2008286580.tif 000016
【図１０】
2008286580.tif 000017
【図１１】
2008286580.tif 000018
【図１２】
2008286580.tif 000019
【図１３】
2008286580.tif 000020
【図１４】
2008286580.tif 000021
【図１５】
2008286580.tif 000022
【図１６】
2008286580.tif 000023
【図１７】
2008286580.tif 000024