(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源を含む動力伝達系の試験装置であって、
動力伝達系に接続されるダイナモメータと、
該ダイナモメータの実速度を検出する速度検出手段と、
一慣性系をモデルとして前記ダイナモメータの速度を推定し、その推定速度と前記実速度との偏差に比例ゲインを積算することにより、動力源の発生トルクを推定し、この動力源の発生トルクに基づいて前記ダイナモメータの発生トルクを制御する制御手段とを備える動力伝達系の試験装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記速度検出手段の有する速度検出の遅れと同等の遅れを持たせて、ダイナモメータの速度推定を行う請求項１に記載の動力伝達系の試験装置。
【請求項３】
動力源を含む動力伝達系に接続されたダイナモメータの実速度を検出し、
一慣性系をモデルとしてダイナモメータの速度を推定し、
検出された実速度と推定された推定速度との偏差に基づく補償を行うことにより、動力源の発生トルクを推定し、
推定された動力源の発生トルクに基づいて、ダイナモメータの発生トルクを制御する動力伝達系の試験装置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、動力伝達系の試験装置とその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、動力伝達系の試験装置としては、特許第３１５８４６１号公報に開示されているものがある。
この試験装置は、車両の性能試験や耐久試験を室内で行うために動力伝達系に動力吸収手段として接続されるダイナモメータを備え、該ダイナモメータの発生トルクを制御することにより、動力伝達系に、実際の車両と等価な慣性を負荷して、実車走行を模擬した試験を可能としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この試験装置においては、ダイナモメータの発生トルクを制御するために、ダイナモメータの速度を検出し、その速度の微分値を計算することにより、ダイナモメータの加速度を求めている。このため、得られるダイナモメータの加速度値にノイズが発生しやすく高精度にダイナモメータの発生トルクを制御することが困難であった。
【０００４】
また、ダイナモメータの速度検出をエンコーダやレゾルバのような位置検出手段によって行う場合には、ダイナモメータの加速度値を得るために、検出した位置情報を２階微分しなければならず、さらに精度が低下するという問題がある。これらの場合に、検出期間を長くすれば、ある程度の精度・分解能の向上を図ることができるものの、検出に遅れを生ずることになるので、好ましくない。また、ダイナモメータの出力軸にトルク変換器を取り付けることにより、発生トルクを直接的に検出することも考えられるが、軸の剛性等の影響によって過渡的に振動や誤差が発生する等の問題も考えられる。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、動力源を含む動力伝達系に対して、適正なダイナモメータの発生トルクを与えて試験を行うことを可能とする動力伝達系の試験装置とその制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、動力源を含む動力伝達系の試験装置であって、動力伝達系に接続されるダイナモメータと、該ダイナモメータの実速度を検出する速度検出手段と、一慣性系をモデルとして前記ダイナモメータの速度を推定し、その推定速度と前記実速度との偏差に基づく補償を行うことにより、動力源の発生トルクを推定し、この動力源の発生トルクに基づいて前記ダイナモメータの発生トルクを制御する制御手段とを備える動力伝達系の試験装置を提供する。
【０００７】
この発明によれば、ダイナモメータの推定速度を求めるとともに、該推定速度と実速度との偏差をとることにより、ダイナモメータの実速度を微分する処理を排除したので、動力源の発生トルクを高い精度で推定することが可能となる。これにより、動力源の発生トルクに基づいてダイナモメータの発生トルクを制御することができ、動力源を適正に試験することが可能となる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された動力伝達系の試験装置において、前記制御装置が、前記速度検出手段の有する速度検出の遅れと同等の遅れを持たせて、ダイナモメータの速度推定を行う試験装置を提供する。
この発明によれば、検出される実速度と推定される推定速度との差の発生を抑制し、さらに精度の高いダイナモメータの発生トルクの制御を行うことが可能となる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、動力源を含む動力伝達系に接続されたダイナモメータの実速度を検出し、一慣性系をモデルとしてダイナモメータの速度を推定し、検出された実速度と推定された推定速度との偏差に比例ゲインを積算することにより、動力源の発生トルクを推定し、推定された動力源の発生トルクに基づいて、ダイナモメータの発生トルクを制御する動力伝達系の試験装置制御方法を提供する。請求項１に係る発明と同様に、動力伝達系の試験を適正に行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る動力伝達系の試験装置とその制御方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る動力伝達系の試験装置は、例えば、車両用エンジンの試験装置１であって、図１に示されるように、エンジン２に接続されるダイナモメータ３と、ダイナモメータ３の実速度を検出する速度センサ４と、ダイナモメータ３の発生トルクを制御する制御装置５とを備えている。
【００１１】
前記ダイナモメータ３は発電機であって、その発生トルクを制御することによって、エンジン２にかける負荷を調整することにより、実際に走行する車両の走行抵抗によってエンジン２に加えられるトルク負荷を模擬することができるようになっている。また、前記速度センサ４は、例えば、タコジェネレータである。
【００１２】
前記制御装置５は、図２に示されるように、エンジントルクオブザーバ６を備えている。これは、以下の考え方に基づいている。
すなわち、実車におけるエンジン２の発生トルクＴe、エンジン２を含む全体の慣性量（エンジン軸換算）Ｊcとすれば、エンジン軸での加速度αcが、
αc＝Ｔe／Ｊc                                                  （１）
となる。試験装置におけるダイナモメータ３の発生トルクＴm、ダイナモメータ３の慣性量Ｊmとすれば、ダイナモメータ３の加速度αmは、
αm＝（Ｔe−Ｔm）／Ｊm                                         （２）
となる。
【００１３】
ダイナモメータ３によって車両の慣性を模擬するには、条件αc＝αmが成立すればよい。そこで、αc＝αmを条件として、上記式（１），（２）から加速度を消去すると、
Ｔm＝（（Ｊc−Ｊm）／Ｊc）・Ｔe                                （３）
となり、エンジントルクＴeを知ることができれば、上記式（３）によってダイナモメータ３の発生トルクＴmを制御することが可能となることがわかる。
【００１４】
しかしながら、エンジン２の発生トルクを遅れなく正確に検出することは困難であるため、エンジントルクオブザーバ６を用いてエンジントルクＴeを推定し、これを用いてダイナモメータ３の発生トルクＴmを算出する。
本実施形態においては、エンジントルクオブザーバ６は、速度推定部７と、トルク推定部８とを備えている。速度推定部７は、エンジントルクＴeに対してダイナモメータ３のトルクＴmが変動したときのダイナモメータ３の速度を推定する部分であって、一慣性系をモデルとしている。また、前記トルク推定部８は、比例要素のみからなるオブザーバゲインＧにより構成されている。その結果、このエンジントルクオブザーバ６は最小次元オブザーバとなっている。
【００１５】
前記速度推定部７は、前記ダイナモメータ３と等価な対象を表す一慣性系のモデルであり、推定されたエンジントルクＴeと該エンジントルクＴeに基づいて算出されたダイナモメータ３のトルクＴmとの偏差を入力することにより、ダイナモメータ３の推定速度ωm＾（図２等の中において、ωmまたはＴeの上に「＾」を付した推定値を示す記号を、文章中では便宜上、ωmまたはＴeの右側に「＾」を付すことにより示すことにする。）を出力することができるようになっている。
また、トルク推定部８には、上記のようにして得られたダイナモメータ３の推定速度ωm＾に、前記速度センサ４により検出されたダイナモメータ３の実速度ωmを負帰還することによって得られた速度偏差が入力され、エンジントルク推定値Ｔe＾が出力されるようになっている。
【００１６】
図３に、本実施形態に係る車両エンジン２の試験装置１のブロック図を示す。ダイナモメータ３は、直結されているエンジン２からエンジントルクＴeを供給されるとともに、制御装置５からダイナモメータ３の発生トルク指令Ｔm*を入力される。ダイナモメータ３は、慣性量Ｊmを備える一慣性系と考えられ、該一慣性系にエンジントルクＴeと発生トルク指令Ｔmとが入力され、速度センサ４によって検出された実速度ωmが出力される。
【００１７】
また、制御装置５は、上記エンジントルクオブザーバ６と、該エンジントルクオブザーバ６により推定されたエンジントルク推定値Ｔe＾に基づいて、上記式（３）によりダイナモメータ３の発生トルク指令Ｔm*を出力する指令値演算部９とを備えている。指令値演算部９からの出力は、エンジントルクオブザーバ６に戻されるようになっている。
【００１８】
このように構成された本実施形態に係る車両エンジン２の試験装置１によれば、エンジントルクオブザーバ６によりエンジン２の発生トルクＴeを推定するので、検出することが困難なエンジン２の発生トルクＴeを検出された速度から簡易に得ることができる。この場合において、本実施形態ではエンジントルクオブザーバ６が、速度センサ４により得られた実速度ωmを微分してエンジン２の発生トルクＴeを得るのではなく、ダイナモメータ３を模擬した一慣性系をモデルとしてダイナモメータ３の速度を推定し、当該推定速度ωm＾と前記実速度ωmとの差分をとった上で、比例要素のみからなるオブザーバゲインＧをかけるという方法によりエンジン２の発生トルクＴeを推定するので、信号処理においてノイズを生じやすい微分処理をなくして、高精度かつ高分解能にエンジン２の発生トルクＴeを推定することが可能となる。そして、このようにして推定されたエンジン２の発生トルク推定値からダイナモメータ３の発生トルク指令Ｔm*を出力するので、ダイナモメータ３を適正に制御して、より実車に近く、高応答に慣性を模擬した性能試験を行うことができる。
【００１９】
この試験装置では、実際のダイナモメータ３の慣性量Ｊmに対して、エンジントルオブザーバ６に設定された慣性量Ｊm’とし、ダイナモメータ３へのトルク指令値Ｔmに対して、エンジントルク推定値Ｔe＾に基づく制御装置５からのダイナモメータ３のトルク指令値Ｔm*とし、ダイナモメータ３の実速度ωmに対して検出速度ωm’と表現する。
ここで、慣性量Ｊm，Ｊm’、ダイナモメータ３へのトルク指令値Ｔm，Ｔm*、ダイナモメータ３の速度ωm，ωm’に誤差が存在しない（Ｊm＝Ｊm’，Ｔm＝Ｔm*，ωm＝ωm’）とすれば、ダイナモメータ３の速度ωmとダイナモメータ３へのトルク指令値Ｔmとの関係は、図３から下式（４）の通りとなる。また、この式（４）を整理することにより、式（５）が導かれる。
【００２０】
【数１】
0004045860.tif 000002
【００２１】
また、図３に示されるダイナモメータ３の速度ωmとトルクＴe，Ｔmとの関係から、式（５）は次式（６）のように変形される。
【数２】
0004045860.tif 000003
【００２２】
ダイナモメータ３の慣性量Ｊmの設定誤差をｅJm＝Ｊm’／Ｊm、ダイナモメータ３のトルク指令値Ｔmの誤差をｅT＝Ｔm／Ｔm*とすると、エンジントルク推定値Ｔe＾は、エンジントルクＴeとの関係から次式（７）のように表される。
【００２３】
【数３】
0004045860.tif 000004
【００２４】
また、この式（７）から、定常状態におけるエンジントルク推定値の誤差ｅTeおよびその逆数として表される模擬すべき慣性量Ｊcの誤差ｅJcは、以下の式（８）により示される。
【００２５】
【数４】
0004045860.tif 000005
【００２６】
この式（８）より、模擬するエンジン２を含む車全体の慣性量Ｊcとダイナモメータ３の慣性量Ｊmとの比である電気慣性比Ｊc／Ｊmが大きい場合には、トルク推定値の誤差が支配的になることがわかる。
また、速度検出は、検出分解能の関係から、実用的には時定数２〜３ｍｓｅｃ程度の一次遅れフィルタを必要とする。そこで、実速度ωmと検出速度ωm’との関係を時定数Ｔcの一次遅れの関係とすることが実情に合っている。また、ダイナモメータ３のトルク指令Ｔm*に対する実際のダイナモメータ３のトルク指令値Ｔmの遅れは、モータ制御の特性に依存するものの、約１ｍｓｅｃ程度と考えられるので、上述した速度検出の遅れに対しては無視し得るものと考えられる。
【００２７】
以上のことから、エンジントルクオブザーバ６を用いた電気慣性制御系は図４のように整理できる。図４中、符号１０は、速度センサを示す一次遅れ要素である。
そして、この図４および図３からエンジントルク推定値Ｔe＾は式（９）の通りとなる。
【００２８】
【数５】
0004045860.tif 000006
【００２９】
この式（９）によれば、模擬する慣性量Ｊcの大きさによって減衰係数ζが変化する２時遅れ要素となる。電気慣性比Ｊc／Ｊmと減衰係数ζとの関係を図５に示す。Ｊc／Ｊm＜１となるマイナス慣性の時に減衰係数ζ＞１となるため応答遅れが大きくなる。このことは、速度検出の一次遅れ１０に起因して実速度ωmと検出速度ωm’との差が大きくなっているためであると考えられる。そこで、図６に示すように、エンジントルクオブザーバ６における速度推定値ωm’の演算に、速度検出の一次遅れ要素１０と同じ一次遅れ要素１１を挿入すれば、マイナス慣性制御時の応答遅れが改善できることになる。
【００３０】
【実施例】
図７〜図９は、出力１１ｋＷ、回転数１８００ｒｐｍの誘導モータを対向させ、一方のモータでステップ上に変化するエンジントルクを模擬し、もう一方のモータで電気慣性制御を行った場合の実施例を示している。各実施例のデータは以下の通りである。
（実施例１）
実施例１の結果を図７に示す。
実施例１は以下の実施条件に基づいている。
電気慣性比  Ｊｃ／Ｊｍ：１００
オブザーバゲイン  Ｇ  ：１５
エンジントルク  Ｔｅ  ：５８Ｎｍ（１００％）
ダイナモメータの慣性量  Ｊｍ：約０．１８ｋｇｍ2
速度検出時定数  Ｔｃ  ：  ３ｍｓｅｃ
トルク指令時定数      ：  ２ｍｓｅｃ
【００３１】
（実施例２）
実施例２の結果を図８に示す。
実施例２は以下の実施条件に基づいている。
電気慣性比  Ｊｃ／Ｊｍ：４００
オブザーバゲイン  Ｇ  ：１５
エンジントルク  Ｔｅ  ：５８Ｎｍ（１００％）
ダイナモメータの慣性量  Ｊｍ：約０．１８ｋｇｍ2
速度検出時定数  Ｔｃ  ：  ３ｍｓｅｃ
トルク指令時定数      ：  ２ｍｓｅｃ
【００３２】
（実施例３）
実施例３の結果を図９に示す。図中、トルク推定値を示す２本のグラフは、速度検出の時定数を考慮した図６の対策を行ったものと対策のないものをそれぞれをそれぞれ示している。
実施例３は以下の実施条件に基づいている。
電気慣性比  Ｊｃ／Ｊｍ：０．３３
オブザーバゲイン  Ｇ  ：１５
エンジントルク  Ｔｅ  ：２９Ｎｍ（５０％）
ダイナモメータの慣性量  Ｊｍ：約０．１８ｋｇｍ2
速度検出時定数  Ｔｃ  ：  ３ｍｓｅｃ
トルク指令時定数      ：  ２ｍｓｅｃ
【００３３】
以上の結果から明らかなように、本実施形態に係る動力伝達系の試験装置１によれば、検出した速度を微分することなく、エンジントルクＴeを精度よく推定して、ダイナモメータ３の発生トルクの制御を適正に行うことができ、所望の慣性量を精度よく高い応答速度で模擬することができるという効果がある。また、マイナス慣性制御時においても、過大な応答遅れを生じることなく、所望の慣性量を精度よく模擬することができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、車両用エンジン２の試験装置１を例に挙げて説明したがこれに限定されるものではない。また、上記各実施例においては、実験条件を例示して説明したが、実際の運用にあたっては、これらの条件に何ら限定されるものではなく、模擬すべき動力源の形態に合わせて、任意の条件に適用させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明に係る動力伝達系の試験装置とその制御方法によれば、検出した速度を微分することなく、エンジントルクを高い精度で推定することができる。これにより、精度よく推定した動力源の発生トルクに基づいてダイナモメータの発生トルクを制御することができ、動力源に対し適正な試験を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】   この発明の一実施形態に係るエンジンの試験装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】   図１の試験装置に用いられるトルクオブザーバの基本構成を示すブロック図である。
【図３】   図２のトルクオブザーバを用いた電気慣性制御の制御系の基本構成を示すブロック図である。
【図４】   図２の制御系において、速度検出の一次遅れを含めた制御系を示すブロック図である。
【図５】   電気慣性比と減衰係数との関係を示すグラフである。
【図６】   一次遅れ対策を施したトルクオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図７】   実施例１の速度変化とトルク推定値の応答波形を示すグラフである。
【図８】   実施例２の速度変化とトルク推定値の応答波形を示すグラフである。
【図９】   実施例３の速度変化とトルク推定値の応答波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１  試験装置
３  ダイナモメータ
４  速度センサ（速度検出手段）
５  制御装置（制御手段）
ωm  実速度
ωm＾  推定速度
Ｇ  オブザーバゲイン（比例ゲイン）
Ｔe  発生トルク
Ｔe＾  エンジントルク推定値
Ｔm  発生トルク
【図１】
0004045860.tif 000007
【図２】
0004045860.tif 000008
【図３】
0004045860.tif 000009
【図４】
0004045860.tif 000010
【図５】
0004045860.tif 000011
【図６】
0004045860.tif 000012
【図７】
0004045860.tif 000013
【図８】
0004045860.tif 000014
【図９】
0004045860.tif 000015