(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象となる自動車部品にシャフトでダイナモメータを結合し、シャフトの軸トルクまたはダイナモメータの速度もしくは自動車部品の速度の指令値と検出値の偏差を積分要素を含むコントローラの入力とし、コントローラの出力を上下限値をもつリミッタを通してダイナモメータのトルク指令値とする自動車部品の試験装置において、
前記コントローラは、積分要素を含む伝達関数Ｃ１（ｓ）とそれ以外の伝達関数Ｃ２（ｓ）に分離構成し、
前記ダイナモメータのトルク指令値が前記リミッタによって飽和し、かつコントローラへの指令値と検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を有効にする飽和判別手段を備えたことを特徴とする自動車部品の試験装置。
【請求項２】
前記コントローラは、指令値と検出値の偏差を伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力とし、検出値を伝達関数Ｃ２（ｓ）への入力とすることを特徴とする請求項１に記載の自動車部品の試験装置。
【請求項３】
前記コントローラは、指令値と検出値の偏差を伝達関数Ｃ１（ｓ）及び伝達関数Ｃ２（ｓ）への入力とすることを特徴とする請求項１に記載の自動車部品の試験装置。
【請求項４】
前記コントローラは、伝達関数Ｆ（ｓ）は、指令値に直流ゲインを乗じて検出値との偏差を伝達関数Ｃ１（ｓ）とＣ２（ｓ）への入力とする伝達関数Ｆ（ｓ）と、指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ１（ｓ）とＣ２（ｓ）の出力に加算する伝達関数Ｍ（ｓ）とをもつ構成としたことを特徴とする請求項１に記載の自動車部品の試験装置。
【請求項５】
前記コントローラは、軸トルク指令値と軸トルク検出値を入力として軸トルクを制御する構成を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車部品の試験装置。
【請求項６】
前記コントローラは、ダイナモメータの速度指令値とダイナモメータの速度検出値を入力としてダイナモメータの速度を制御する構成を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車部品の試験装置。
【請求項７】
前記コントローラは、ダイナモメータの速度指令値と自動車部品の速度検出値を入力としてダイナモメータの速度を制御する構成を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車部品の試験装置。
【請求項８】
前記コントローラは、自動車部品の速度指令値とダイナモメータの速度検出値を入力として自動車部品の速度を制御する構成を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車部品の試験装置。
【請求項９】
前記コントローラは、自動車部品の速度指令値と自動車部品の速度検出値を入力として自動車部品の速度を制御する構成を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車部品の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイナモメータによる自動車部品の試験装置に係り、特に積分要素を含むコントローラの出力をリミッタを通してダイナモメータトルクを制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイナモメータを使用して、エンジンやトランスミッションおよびデファレンシャルギア等の自動車部品を試験する装置においては、エンジン駆動とダイナモメータ吸収システムとの組み合わせによりなるエンジンベンチシステム、ダイナモ駆動、ダイナモ吸収システムよりなるパワートレーンベンチ等がある。
【０００３】
図１８は、エンジンベンチシステムを示したものであり、エンジン１とトランスミッション２を組み合わせ（ＡＴあるいはＭＴ、ＭＴの場合はクラッチ付き）、シャフト３を介してダイナモメータ４と結合する。エンジン１はスロットルアクチェータ５によりスロットル開度を制御することで出力制御を行う。ダイナモメータ４は、回転検出器６とトルク検出器（ロードセル）７を設け、これらの検出信号をフィードバックすることにより速度、トルクの制御を行う。このエンジンベンチシステムにより、エンジンの耐久性や性能試験（燃費、排ガス計測等）、ＥＣＵ適合等の試験を可能とする。
【０００４】
このようなエンジンベンチシステムでは、機械の共振点が低く、ダイナモメータ側からエンジン側へ高応答なトルク伝搬ができない、あるいはエンジン側の高応答な挙動をダイナモメータ側へ伝搬することができない場合がある。この場合、エンジンや車両関連部品の過渡性能試験には完成車両を使用せざるを得ないものであった。
【０００５】
このような課題を解決する方式として、最近では図１９に示すように、エンジン１とダイナモメータ４を高鋼性のシャフト３Ａで結合し、ダイナモメータからエンジンに対して高い周波数特性をもってトルク伝搬を可能にし、実車に近い過渡性能を再現して車両レスでのエンジン試験を可能にするシステムが提案されている。
【０００６】
上記のように、軸トルクやダイナモ速度、エンジン速度を制御する試験装置において、図１８のシステム構成での制御装置は、コントローラ９がダイナモに与えるトルク指令値をダイナモが出力可能なトルクに制限するために、コントローラ９が演算したダイナモトルク指令値をリミッタ１０によって制限する。
【０００７】
同様に、図１９のシステム構成での制御装置は、コントローラ１１がエンジンに与える速度指令値をエンジンが出力可能な速度に制限するために、コントローラ１１が演算した速度指令値をリミッタ１２により制限する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、コントローラ９、１１は、積分要素を含んでいる。このため、例えば、リミッタによりダイナモトルク指令値が制限されているときも、制限されていないときと同様にコントローラを動作させると、積分要素が過剰に積分演算を行い、ダイナモトルク指令値が必要以上に大きな値になる。そのため、例えば、軸トルク制御では、図２０に示すように、軸トルク制御の応答が遅れてしまうという問題があった。
【０００９】
また、速度制御では、図２１に示すように、速度のオーバシュートが発生し、不安定な制御になるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、積分要素を含むコントローラの出力をリミッタを通して制御対象を制御するにおいて、応答性と安定性を高めた試験ができる自動車部品の試験装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コントローラを積分要素を含む伝達関数Ｃ１（ｓ）とそれ以外の伝達関数Ｃ２（ｓ）に分離構成し、コントローラの出力からリミッタを通して得るダイナモトルク指令値がリミッタによって飽和し、かつコントローラの入力になる指令値とその検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を有効にすることにより、応答性と安定性を高めるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１２】
（１）試験対象となる自動車部品にシャフトでダイナモメータを結合し、シャフトの軸トルクまたはダイナモメータの速度もしくは自動車部品の速度の指令値と検出値の偏差を積分要素を含むコントローラの入力とし、コントローラの出力を上下限値をもつリミッタを通してダイナモメータのトルク指令値とする自動車部品の試験装置において、
前記コントローラは、積分要素を含む伝達関数Ｃ１（ｓ）とそれ以外の伝達関数Ｃ２（ｓ）に分離構成し、
前記ダイナモメータのトルク指令値が前記リミッタによって飽和し、かつコントローラへの指令値と検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を有効にする飽和判別手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
（２）前記コントローラは、指令値と検出値の偏差を伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力とし、検出値を伝達関数Ｃ２（ｓ）への入力とすることを特徴とする。
【００１４】
（３）前記コントローラは、指令値と検出値の偏差を伝達関数Ｃ１（ｓ）及び伝達関数Ｃ２（ｓ）への入力とすることを特徴とする。
【００１５】
（４）前記コントローラは、伝達関数Ｆ（ｓ）は、指令値に直流ゲインを乗じて検出値との偏差を伝達関数Ｃ１（ｓ）とＣ２（ｓ）への入力とする伝達関数Ｆ（ｓ）と、指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ１（ｓ）とＣ２（ｓ）の出力に加算する伝達関数Ｍ（ｓ）とをもつ構成としたことを特徴とする。
【００１６】
（５）前記コントローラは、軸トルク指令値と軸トルク検出値を入力として軸トルクを制御する構成を特徴とする。
【００１７】
（６）前記コントローラは、ダイナモメータの速度指令値とダイナモメータの速度検出値を入力としてダイナモメータの速度を制御する構成を特徴とする。
【００１８】
（７）前記コントローラは、ダイナモメータの速度指令値と自動車部品の速度検出値を入力としてダイナモメータの速度を制御する構成を特徴とする。
【００１９】
（８）前記コントローラは、自動車部品の速度指令値とダイナモメータの速度検出値を入力として自動車部品の速度を制御する構成を特徴とする。
【００２０】
（９）前記コントローラは、自動車部品の速度指令値と自動車部品の速度検出値を入力として自動車部品の速度を制御する構成を特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態１を示し、エンジンベンチシステムにおける軸トルクを検出して軸トルクを制御する制御装置の構成図である。
【００２２】
コントローラ２１は、軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差から比例積分（ＰＩ）等の演算をし、その演算結果をリミッタ２２を通してダイナモトルク指令値とする。
【００２３】
ここで、一般のコントローラは、適切な行列（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と単位行列Ｉを用いて次式の伝達関数Ｃ（ｓ）として表すことができる。
【００２４】
【数１】
Ｃ（ｓ）＝Ｃ（ｓＩ−Ａ）-1Ｂ＋Ｄ      …（１）
この式（１）を満たす行列（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、複数あるが、特に積分要素を含む伝達関数Ｃ（ｓ）の場合は、行列Ａを下記式に変換することができる。
【００２５】
【数２】
0003772720.tif 000002
【００２６】
そこで、コントローラ２１の伝達関数Ｃ（ｓ）として、式（２）のεに対応する部分をＣ１（ｓ）、それ以外の部分をＣ２（ｓ）と分離構成し、伝達関数Ｃ１（ｓ）への軸トルク偏差入力を有効または無効にするに係数「１」または「０」をもつ飽和信号を乗じる乗算器ＭＸをもつ構成とする。
【００２７】
この構成のコントローラ２１は、乗算器ＭＸへの係数入力が「１」の場合は、加算器ＡＤＤからの偏差信号は伝達関数Ｃ１（ｓ）で積分され、その出力を増減させる。また、係数入力が「０」の場合は、加算器ＡＤＤからの偏差信号は伝達関数Ｃ１（ｓ）で積分されることなく、その出力を現在値に保持する。
【００２８】
乗算器ＭＸに与える飽和信号は、飽和判定部２３の判定で係数「１」または「０」の結果を得る。飽和判定部２３は、ダイナモトルク指令値がリミッタ２２によって飽和し、かつ軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差（加算器ＡＤＤの出力）がその飽和状態を解消する方向になっていないときに飽和信号として「０」を出力し、そうでない場合には飽和信号として「１」を出力するブロック構成にされる。
【００２９】
このブロック構成において、比較演算器ＣＭＰ１とＣＭＰ２は、コントローラ２１の出力とリミッタ２２の上限値、下限値との大小を比較することにより、ダイナモトルク指令値がリミッタ２２によって飽和しているか否かを検出する。比較演算器ＣＭＰ３とＣＭＰ４は、加算器ＡＤＤの出力と値「０」の大小を比較することにより、軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっているか否かを検出する。論理積Ｇ１，Ｇ２は、比較演算器ＣＭＰ１とＣＭＰ２、ＣＭＰ３とＣＭＰ４の両検出出力が同時に成立したか否かを検出する。論理積Ｇ３論理積Ｇ１，Ｇ２のいずれか一方の成立出力を得、この出力を反転論理Ｇ４で反転して「１」、「０」の飽和信号とする。
【００３０】
したがって、本実施形態によれば、飽和判定部２３の出力で積分要素を表す伝達関数Ｃ１（ｓ）の入力に乗じることにより、リミッタ２２によりダイナモトルク指令値が飽和し、かつ軸トルク指令値と検出トルクの偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに、積分要素が過剰に積分演算を行うのを防止することができ、応答性と安定性を高めることができる。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態２を示し、図１と同様に、軸トルクを検出し、軸トルクを制御する場合であり、飽和判定部２３と乗算器ＭＸにより積分要素を含む伝達関数Ｃ１（ｓ）の入力を有効／無効にする。
【００３２】
本実施形態では、コントローラ２１の構成が伝達関数Ｃ２（ｓ）の入力を加算器ＡＤＤからの偏差信号になる場合であり、実施形態１と同様に応答性と安定性を高めることができる。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態３を示し、図１または図２と同様に、軸トルクを検出し、軸トルクを制御する場合である。
【００３４】
実施形態１または実施形態２はコントローラ２１を伝達関数Ｃ１（ｓ）とＣ２（ｓ）の構成とする場合であるが、本実施形態は制御応答の仕様上で図３に示すように、伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ１（ｓ）とＣ２（ｓ）の構成とする場合に適用するものである。
【００３５】
伝達関数Ｆ（ｓ）は、軸トルク指令値に直流ゲインを乗じて軸トルク検出値との偏差を伝達関数Ｃ１（ｓ）とＣ２（ｓ）の入力とする。伝達関数Ｍ（ｓ）は、軸トルク指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ１（ｓ）とＣ２（ｓ）の出力に加算する。
【００３６】
本実施形態においても、分離構成した伝達関数Ｃ１（ｓ）の入力を飽和判別部２３と乗算器ＭＸにより有効／無効に切り替えることにより、応答性と安定性を高めることができる。
【００３７】
図４〜図６は、本発明の実施形態４〜６を示し、ダイナモ速度を検出し、ダイナモ速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図１〜図３にそれぞれ対応する。
【００３８】
こられ実施形態において、コントローラ２１の入力はダイナモ速度指令値とダイナモ速度検出値にされる。また、飽和判定部２３の加算器出力としては、ダイナモ速度指令値とダイナモ速度検出値の偏差になる。
【００３９】
図７〜図９、本発明の実施形態７〜９を示し、エンジン速度を検出し、ダイナモ速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図１〜図３または図４〜図６にそれぞれ対応する。
【００４０】
こられ実施形態において、コントローラ２１の入力はダイナモ速度指令値とエンジン速度検出値にされる。また、飽和判定部２３の加算器出力としては、ダイナモ速度指令値とエンジン速度検出値の偏差になる。
【００４１】
図１０〜図１２、本発明の実施形態１０〜１２を示し、ダイナモ速度を検出し、エンジン速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図１〜図３等にそれぞれ対応する。
【００４２】
こられ実施形態において、コントローラ２１の入力はエンジン速度指令値とダイナモ速度検出値にされる。また、飽和判定部２３の加算器出力としては、エンジン速度指令値とダイナモ速度検出値の偏差になる。
【００４３】
図１３〜図１５、本発明の実施形態１３〜１５を示し、エンジン速度を検出し、エンジン速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図１〜図３等にそれぞれ対応する。
【００４４】
こられ実施形態において、コントローラ２１の入力はエンジン速度指令値とエンジン速度検出値にされる。また、飽和判定部２３の加算器出力としては、エンジン速度指令値とエンジン速度検出値の偏差になる。
【００４５】
以上までの各実施形態４〜１５においても、実施形態１〜３と同様に応答性と安定性を高めることができる。図１６には、各実施形態を基にした軸トルク制御系の軸トルク応答とダイナモトルク応答の計測結果を示し、図１７には速度制御系の速度応答とダイナモトルク応答の計測結果を示し、これら結果からも明らかなように、応答性を高めると共にオーバーシュートを抑制できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、コントローラを積分要素を含む伝達関数Ｃ１（ｓ）とそれ以外の伝達関数Ｃ２（ｓ）に分離構成し、コントローラの出力からリミッタを通して得るダイナモトルク指令値がリミッタによって飽和し、かつコントローラの入力になる指令値とその検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数Ｃ１（ｓ）への入力を有効にするようにしたため、応答性と安定性を高めた試験ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す制御装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す制御装置の構成図。
【図３】本発明の実施形態３を示す制御装置の構成図。
【図４】本発明の実施形態４を示す制御装置の構成図。
【図５】本発明の実施形態５を示す制御装置の構成図。
【図６】本発明の実施形態６を示す制御装置の構成図。
【図７】本発明の実施形態７を示す制御装置の構成図。
【図８】本発明の実施形態８を示す制御装置の構成図。
【図９】本発明の実施形態９を示す制御装置の構成図。
【図１０】本発明の実施形態１０を示す制御装置の構成図。
【図１１】本発明の実施形態１１を示す制御装置の構成図。
【図１２】本発明の実施形態１２を示す制御装置の構成図。
【図１３】本発明の実施形態１３を示す制御装置の構成図。
【図１４】本発明の実施形態１４を示す制御装置の構成図。
【図１５】本発明の実施形態１５を示す制御装置の構成図。
【図１６】実施形態におけるトルク制御系の応答波形。
【図１７】実施形態における速度制御系の応答波形。
【図１８】従来のエンジンベンチシステムの構成図（その１）。
【図１９】従来のエンジンベンチシステムの構成図（その２）。
【図２０】従来のトルク制御系の応答波形。
【図２１】従来の速度制御系の応答波形。
【符号の説明】
１…エンジン
３…シャフト
４…ダイナモメータ
２１…コントローラ
２２…リミッタ
２３…飽和判別部
ＭＸ…乗算器
ＡＤＤ…加算器
ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４…比較演算器
【図１】
0003772720.tif 000003
【図２】
0003772720.tif 000004
【図３】
0003772720.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003772720.tif 000007
【図６】
0003772720.tif 000008
【図７】
0003772720.tif 000009
【図８】
0003772720.tif 000010
【図９】
0003772720.tif 000011
【図１０】
0003772720.tif 000012
【図１１】
0003772720.tif 000013
【図１２】
0003772720.tif 000014
【図１３】
0003772720.tif 000015
【図１４】
0003772720.tif 000016
【図１５】
0003772720.tif 000017
【図１６】
0003772720.tif 000018
【図１７】
0003772720.tif 000019
【図１８】
0003772720.tif 000020
【図１９】
0003772720.tif 000021
【図２０】
0003772720.tif 000022
【図２１】
0003772720.tif 000023