JP4606246B2 - シャシーダイナモメータ - Google Patents

Description

本発明は、車両の各種試験に用いられるシャシーダイナモメータのトルク制御の技術に関するものである。

シャシーダイナモメータとしては、車両駆動輪に対して路面を模擬するローラと、前記ローラを回転駆動する、揺動可能に設けられたモータ（ダイナモメータ）と、前記モータに連結したアームと、ロードセルとを備え、車両駆動輪とローラとの間に作用する力によって発生するトルクを、モータの揺動に伴ってモータに連結したアームからロードセル荷重として計測するシャシーダイナモメータなどが知られている（たとえば、特許文献１）。

また、シャシーダイナモメータのトルク制御の技術としては、車両の走行抵抗を模擬する目標トルクを設定し、シャシーダイナモメータで計測したトルクが、目標トルクとなるように、モータの発生トルクをフィードバック制御する技術が知られている（たとえば、特許文献２）。

特開平09-257656号公報 特開平11-241976号公報

前記シャシーダイナモメータで計測したトルクが、目標トルクとなるように、モータの発生トルクをフィードバック制御する技術によれば、目標トルクの過度的な変化時に、シャシーダイナモメータで計測されるトルクを、充分に応答性よく目標トルクに追従させることができなかった。

そこで、本発明は、シャシーダイナモメータにおいて、目標トルクの過度的な変化にも、制御対象トルクを、より応答性よく追従させることを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、車両の車輪が上部に載置され、前記車輪と共に回転するローラと、前記ローラに連結したモータと、前記車輪とローラとの間に作用する力によって発生するトルクを計測トルクとして計測するトルク計と、前記モータの発生トルクを制御するトルク制御部とを備えたシャシーダイナモメータにおいて、前記トルク制御部を、前記計測トルクが設定した目標トルクとなると推定される、前記モータの制御量を算出するフィードフォワード制御手段と、前記目標トルクと前記トルク計が計測した計測トルクの差分に応じて、前記モータの制御量の、前記計測トルクを目標トルクに追従させるための修正量を算出するフィードバック制御手段と、前記フィードフォワード制御手段が算出した制御量と前記フィードバック制御手段が算出した修正量とを加算した制御量による、前記モータの制御を行うモータ制御手段とより構成したものである。

このようなシャシーダイナモメータによれば、フィードフォワード制御手段によって計測トルクを目標トルクとするための前記モータの制御量を設定した上で、この制御量を、フィードバック制御手段によって、目標トルクと前記トルク計が計測した計測トルクの差分に応じて調整するので、目標トルクの過度的な変化にも、制御対象トルクである計測トルクを充分に応答性よく追従させることができる。

ここで、このようなシャシーダイナモメータには、前記モータの回転速度を計測する回転速度計を設け、前記フィードフォワード制御手段が、前記回転速度計が計測したモータの回転速度における前記モータの被制御特性に応じて、前記モータの制御量を算出するようにするのが、より精度のよいトルク制御を行う上で好ましい。

また、前記課題達成のために、本発明は、車両の車輪が上部に載置され、前記車輪と共に回転するローラと、前記ローラに連結したモータと、前記車輪とローラとの間に作用する力によって発生するトルクを計測トルクとして計測するトルク計と、前記モータの発生トルクを制御するトルク制御部とを備えたシャシーダイナモメータにおいて、前記トルク制御部を、設定した目標トルクと、前記トルク計が計測した計測トルクの差分に応じて、前記計測トルクが目標トルクに追従するように、前記モータの制御量を調整するフィードバック制御手段と、前記目標トルクの変化量に応じて、前記フィードバック制御手段が調整した制御量によって前記モータの制御を行った場合における前記計測トルクの前記目標トルクに対する追従遅れが軽減されるように、前記モータの制御量の補正量を算出するフィードフォワード制御手段と、前記フィードバック制御手段が調整した制御量と前記フィードフォワード制御手段が算出した補正量を加算した制御量による、前記モータの制御を行うモータ制御手段とより構成したものである。

このようなシャシーダイナモメータによれば、フィードバック制御手段によるフィードバック制御のみでは、目標トルクの変化時に生じてしまう計測トルクの目標トルクに対する追従遅れが軽減されるように、フィードバック制御で算出した制御量を、フィードフォワード制御手段が目標トルクの変化量に応じて補正する。したがって、目標トルクの過度的な変化にも、制御対象トルクである計測トルクを応答性よく追従させることができる。

ここで、このようなシャシーダイナモメータには、前記モータの回転速度を計測する回転速度計を設け、前記フィードフォワード制御手段が、前記回転速度計が計測したモータの回転速度における前記モータの被制御特性に応じて、前記モータの制御量の補正量を算出するようにするのが、より精度のよいトルク制御を行う上で好ましい。

なお、以上のような各シャシーダイナモメータは、前記モータを、固定設置され、前記ローラの回転中心部に連結されたシャフトを回転駆動するものとし、前記トルク計は、前記シャフトに加わる当該シャフトの回転方向のトルクを計測するものとしてもよい。

以上のように、本発明によれば、シャシーダイナモメータにおいて、目標トルクの過度的な変化にも、制御対象トルクを応答性よく追従させることができる。

以下、本発明の実施形態について自動二輪車用のシャシーダイナモメータへの適用を例にとり説明する。
図１ａに、本実施形態に係るシャシーダイナモメータの構成を示す。
図示するようにシャシーダイナモメータは、ベース１、円筒形状のローラ２、ベース１に固定されたモータ３を有している。そして、ローラ２の中心軸４は、ベース１に固定された二つの支柱５によって回動可能に支持されており、このローラ２の中心軸４の一端は、軸トルク計６を介在して、モータ３のモータ軸７に連結している。また、モータ３のモータ軸７に対して、モータ３の回転速度を検出し、検出した回転速度を表す回転速度信号ＳＰを出力する回転速度計８が設けられている。

このような構成において、モータ３はたとえば誘導モータであり、このモータ３は、モータ軸７、軸トルク計６、中心軸４を介してローラ２を回転動力を供給または吸収する。軸トルク計６は、モータ３のモータ軸７とローラ２の中心軸４との間に働く軸トルクを、たとえば、ねじれ方向の歪み量より検出する歪みゲージであり、検出した軸トルクを表す軸トルク信号ＴＱを出力する。ただし、この軸トルクの検出は、モータ３のモータ軸７とローラ２の中心軸４を連結し、モータ３とローラ２の回転中心部の回転位相角の位相差を検出し、検出した位相差が示すモータ３のモータ軸７とローラ２の中心軸４より構成される軸のねじれ量よりモータ３とローラ２間に働く軸トルクを検出する軸トルク測定器を用いて行うようにしてもよい。

ここで、図２に示すように、このようなシャシーダイナモメータは、試験車両の走行面となるピット上面１０に設けた開口に、ローラ２の天頂部が露出するように配置される。そして、このようなシャシーダイナモメータを用いた自動二輪車の試験は、ローラ２の天頂部に、自動二輪車の駆動輪である後輪を載置すると共に、前輪を固定装置１１で固定し、モータ３を制御して、ローラ２と自動二輪車の駆動輪の間に所望の力を作用させながら、図示を省略した自動運転装置で自動二輪車の自動運転を行うことにより行う。

さて、図１に戻り、このようにローラ２と自動二輪車の駆動輪の間に所望の力が作用するようにモータ３を制御するのがトルク制御部９である。
図示するように、このトルク制御部９は、走行抵抗トルク算出部９１、第１加算器９２、第２加算器９３、フィードバック制御部９４、第３加算器９５、ベクトル制御部９６、モータ３の駆動電力を供給するインバータモータ９７、車両慣性トルク算出部９８、フィードフォワード制御部９９とを備えている。

走行抵抗トルク算出部９１は、自動運転装置や試験車両などより得られる車速などを表す自動運転情報に応じて試験車両に加えるべき走行抵抗に相当する軸トルク量を算出する。一方、車両慣性トルク算出部９８は、回転速度計８が出力する回転速度信号ＳＰが表す回転速度の変化より求まるローラ周面の線加速度（試験車両の加速度に相当）に応じて、試験車両に加えるべき慣性力に相当する軸トルク量を算出する。そして、第１加算器９２は、算出された走行抵抗に相当する軸トルク量と慣性力に相当する軸トルク量を加算し、加算したトルク量を目標トルクとして、第２加算器９３と、フィードフォワード制御部９９に出力する。

そして、フィードフォワード制御部９９は、回転速度信号ＳＰが表すモータ３の回転速度において軸トルクが目標トルクとなると推定される、モータ３の制御電流量を表すフィードフォーワード制御信号を生成する。
一方、第２加算器９３では、目標トルクから、軸トルク計６が出力する軸トルク信号ＴＱが表す軸トルクを減算し、誤差信号としてフィードバック制御部９４に出力する。そして、フィードバック制御部９４は、誤差信号が０に近づくようにモータ３の発生トルクを調整するための、モータ３の制御電流の調整量（現在のモータ３の制御電流を変化させる量）を表すフィードバック制御信号を生成する。

そして、第３加算器９５は、フィードバック制御信号とフィードフォワード制御信号を加算し、制御信号として、ベクトル制御部９６に出力する。ベクトル制御部９６は、モータ３が制御信号が表す制御電流で駆動されるように、回転速度信号ＳＰを参照してインバータのベクトル制御を行う。

ここで、フィードフォワード制御部９９は、予め用意しておいた図３に示すような、目標トルクとモータ３の回転速度とモータ３の制御電流との関係を定めた制御マップに従って、モータ３の制御電流量を求め、求めた制御電流量を表すフィードフォワード制御信号を生成する。なお、図中の、xx％は、モータ３の定格電流に対する制御電流路量の比率を表すものである。

すなわち、たとえば、図３の制御マップの例では、回転速度信号ＳＰが表すモータ３の回転速度が８００ｒ／ｍｉｎであり、目標トルクが２００Ｎであれば、モータ３の定格電流の１００％を、モータ３の制御電流量として算出することになる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように、本実施形態によれば、フィードフォワード制御部９９によるフィードフォワード制御（マップ制御）によって軸トルクを目標トルクとするためのモータ３の制御電流量を設定した上で、この制御電流量を、フィードバック制御部９４によるフィードバック制御によって、目標トルクと軸トルク計６が計測した軸トルクとの差分に応じて調整するので、目標トルクの過度的な変化にも、制御対象トルクである軸トルクを充分に応答性よく追従させることができる。

なお、このようなフィードフォワード制御とフィードバック制御の組み合わせによるトルク制御は、トルク制御部９を図４に示すように構成し、以下のように行うこともできる。
すなわち、フィードバック制御部９４は、第２加算器９３から出力された目標トルクと軸トルク信号ＴＱが表す軸トルクの誤差信号に基づいて、誤差信号が０に近づくようにモータ３の発生トルクを調整するための、モータ３の制御電流の調整量を求め、求めた調整量を、第３加算器９５が出力している制御信号が表す現在の制御量に加算して得られる制御量を表すフィードバック制御信号を出力する。

一方、フィードフォワード制御部９９は、目標トルクの変化量を検出し、検出した目標トルクの変化量または当該変化量と回転速度信号ＳＰが表すモータ３の回転速度の組み合わせに対して、予め用意した制御マップにおいて対応付けられている、フィードバック制御のみを行った場合における目標トルクの変化に起因する軸トルクの目標トルクに対する追従遅れを補正するためのモータ３の制御電流の調整値を抽出し、抽出した調整値を表すフィードフォーワード制御信号を生成する。

そして、第３加算器９５は、フィードバック制御信号とフィードフォワード制御信号を加算し、制御信号として、ベクトル制御部９６に出力する。ベクトル制御部９６は、モータ３が制御信号が表す制御電流で駆動されるように、回転速度信号ＳＰを参照してインバータのベクトル制御を行う。

このようなトルク制御によれば、フィードバック制御部９４によるフィードバック制御のみでは、目標トルクの変化時に生じてしまう軸トルクの目標トルクに対する追従遅れが補正されるように、フィードバック制御で算出した制御電流量を、フィードフォワード制御部９９が目標トルクの変化量やモータ３の回転速度に応じて調整する。したがって、目標トルクの過度的な変化にも、制御対象トルクである軸トルクを充分に応答性よく追従させることができるようになる。

ところで、以上では、単一のローラ２を備えた自動二輪車用のシャシーダイナモメータへの適用について説明したが、本実施形態に係るトルク制御部９のフィードフォワード制御部９９によるフィードフォワード制御とフィードバック制御部９４のフィードバック制御を組み合わせたトルク制御は、複数のローラ２を用いるシャシーダイナモメータに同様に適用可能である。たとえば、前輪駆動や後輪駆動などの駆動輪が二つの自動車の試験に適用される二つのローラ２を用いたシャシーダイナモメータに適用する場合には、ベース１に固定したモータ３の両側にモータ軸７を出し、両側の各モータ軸７に対して各々、軸トルク計６やローラ２などを設けるようにすればよい。なお、この場合には、トルク制御部９は、モータ３の両側の軸トルク計６の出力する軸トルク信号ＴＱを加算して用いるようにするなどしてよい。

また、本実施形態で示したトルク制御部９のフィードフォワード制御部９９によるフィードフォワード制御とフィードバック制御部９４のフィードバック制御を組み合わせたトルク制御は、モータ３を揺動可能に設け、モータ３の揺動に応じてトルクを算出するシャシーダイナモメータにも同様に適用することができる。

ここで、図５に、このようなモータ３の揺動に応じてトルクを算出するシャシーダイナモメータへの適用例を示す。
図５ａはシャシーダイナモメータの正面を、図５ｂはシャシーダイナモメータの上面を、図５ｃはシャシーダイナモメータの右側面を表している。

図示するように、シャシーダイナモメータは、ベース４１、ベース４１に固定され支柱４６によって回動可能に各々の軸が支持されたローラ４２とモータ４３、モータ４３に固定されたアーム４４、アーム４４に加わる荷重を計測するロードセル４５とを有している。

このような構成において、試験車両の駆動輪とローラ周面間で作用するトルクに応じて、支柱４６に回動可能に軸が支持されているモータ３は揺動し、この揺動に伴い回転するアーム４４からロードセル４５に荷重が加えられる。したがって、ロードセル４５で検出した荷重より、試験車両の駆動輪とローラ周面間で作用するトルクを算出することができる。

そこで、このロードセル４５は、検出した荷重をトルク信号ＴＱとして、トルク制御部９に出力する。なお、モータ４３からはモータ３の回転速度を表す回転速度信号ＳＰをトルク制御部９に出力する。
そして、トルク制御部９において、このトルク信号ＴＱを、図１や図４で示した軸トルク信号ＴＱに代えて用いて、前述したトルク制御を行う。
なお、各々車両駆動輪がひとつずつ載置される二つのローラとこの二つのローラを回転駆動する揺動可能に設けた一つのモータを用いるシャシーダイナモメータについても、同様にして本実施形態で示したトルク制御部９のフィードフォワード制御部９９によるフィードフォワード制御とフィードバック制御部９４のフィードバック制御を組み合わせたトルク制御は適用可能である。

本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータを用いた自動二輪車の試験のようすを示す図である。 本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータのトルク制御部が備える制御マップを示す図である。 本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータのトルク制御部の他の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータの他の構成例を示す図である。

符号の説明

１…ベース、２…ローラ、３…モータ、４…中心軸、５…支柱、６…軸トルク計、７…モータ軸、８…回転速度計、９…トルク制御部、１０…ピット上面、１１…固定装置、９１…走行抵抗トルク算出部、９２…第１加算器、９３…第２加算器、９４…フィードバック制御部、９５…第３加算器、９６…ベクトル制御部、９７…インバータモータ、９８…車両慣性トルク算出部、９９…フィードフォワード制御部。

Claims (3)

1. 車両の車輪が上部に載置され、前記車輪と共に回転するローラと、前記ローラに連結したモータと、前記車輪とローラとの間に作用する力によって発生するトルクを計測トルクとして計測するトルク計と、前記モータの発生トルクを制御するトルク制御部とを備えたシャシーダイナモメータであって、
   前記トルク制御部は、
   設定した目標トルクと、前記トルク計が計測した計測トルクの差分に応じて、前記計測トルクが目標トルクに追従するように、前記モータの制御量を調整するフィードバック制御手段と、
   前記目標トルクの変化量に応じて、前記フィードバック制御手段が調整した制御量によって前記モータの制御を行った場合における前記計測トルクの前記目標トルクに対する追従遅れが軽減されるように、前記モータの制御量の補正量を算出するフィードフォワード制御手段と、
   前記フィードバック制御手段が調整した制御量と前記フィードフォワード制御手段が算出した補正量を加算した制御量による、前記モータの制御を行うモータ制御手段とを有することを特徴とするシャシーダイナモメータ。
2. 請求項１記載のシャシーダイナモメータであって、
   前記モータの回転速度を計測する回転速度計を有し、
   前記フィードフォワード制御手段は、前記回転速度計が計測したモータの回転速度における前記モータの被制御特性に応じて、前記モータの制御量の補正量を算出することを特徴とするシャシーダイナモメータ。
3. 請求項１または２記載のシャシーダイナモメータであって、
   前記モータは、固定設置され、前記ローラの回転中心部に連結されたシャフトを回転駆動し、
   前記トルク計は、前記シャフトに加わる当該シャフトの回転方向のトルクを計測することを特徴とするシャシーダイナモメータ。