JPS5825217B2 - 電気動力計のトルク測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気動力計のトルク測定方法に係り、特に実ト
ルク検出信号に揺動子慣性の加速度信号を補正量として
附加する事により非常に高い応答速度で測定でき、しか
も補正後のトルク測定信号には制御上の誤差要因となる
振動成分及び揺動子変位の誤差を含まずに、真のトルク
量のみが取り出される新規なトルク測定方法を提供しよ
うとするものである。

一般に渦流式或は直流式電気動力計の概略的な構成は第
１図の如く構成されて成るものである。

即ちストレンゲージを組み合せて成るロードセル５をト
ルクアーム４と揺動子１を固定するベッド２間に配して
、このロードセル５より所望のトルク信号を取出す様に
している。

なお同図で３は揺動子１を支承する軸受台を示す。

この様に構成して成る電気動力計でロードセル５より取
出される動力計が発生する実トルク検出信号は、周知の
如く動力計をトルク制御或は走行抵抗制御等を行なう場
合とか、トルク量を指示計器で指示する場合とかに利用
されるものであるが、この種実トルク検出信号は従来ど
の様な方法で取出していたかを示したものが第２図のト
ルク測定系で、このトルク測定系に於ては、例えばロー
ドセル５より取出した実トルク検出信号を一旦ストレイ
ン変換器６で電圧信号に変換して、この電圧信号を増幅
器７で一旦増幅して、この増幅した信号を似ってトルク
制御回路８を介して所定のトルク制御或は走行抵抗制御
等が行なわれる。

なお第２図で９は実トルク量を指示する指示計器で、１
０はトルクを記録する為の出力端子である。

この様に構成して成る検出系で問題となるのは、第１に
非常に高い応答速度で実トルク量を検出できない事であ
り、第２に実トルク検出信号に振動成分が含まれ高精度
でしかも連応性を有した制御が行なえない事である。

この理由を具体的に述べると、第１図に示す揺動子はか
なり大きな慣性を持っており、しかもロードセルは両端
に加えられる力によって振動するのである大きさのバネ
定数を有しており、このバネ定数はロードセルの支持構
造、例えばクッションマウント（ゴム）とかトルクアー
ムの剛性によっても変化するものであるので、これら要
因により動力計の発生するトルクが揺動子の慣性の為に
過渡的なトルクを正確にロードセルに伝えられないばか
りでなく、ロードセルのバネ定数と揺動子慣性とにより
振動が発生してこの振動成分がロードセル出力に含まれ
る事である。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであって特に揺
動子慣性の加速度を検出して、この加速度検出信号をト
ルク補正量として実トルク検出信号に附加した事を一人
特徴とし、以下第３図に示す本原理図に基づき詳述する
。

第１図に示すロードセルに加えられる力と取出される実
］・ルク量吉の相互関係は概略第３図の様に表わされる
。

同図でＦは動力計発生トルクをトルアーム先端の力をと
換算したもので、この力Ｆはロードセルの両端に加えら
れる事になる。

同様にＷは揺動子慣性をトルクアーム先端（ロードセル
着力点）の質点重量に換算したもので、この揺動子慣性
Ｗもロードセルの両端に加えられる。

Ｆｌはロードセルに加えられる力で、これら要因を踏ま
えてロードセルのバネ定数をＫ、動力計が発生するトル
クをＴ、揺動子の慣性モーメントをＪ、トルクアーム先
端から動力計の軸芯までの距離をし、揺動子の等価変位
量をＸと仮定した場合、上記Ｆ、 Ｆｌ及びＷは次の様
に表わせる。

即ちＦ ＝ Ｔ／Ｌ・・・・・・■、Ｆ１＝Ｋｘ・・・
・・・■、Ｗ＝Ｊ／Ｌ２・・・・・・■ 上＝Ｄ式及び０式、■式の各条件を踏まえてロードセル
に実際に加わる力と、動力計の発生トルクとの間には以
下に示す様な関係がある。

Ｔ／Ｌ十Ｗｄ２Ｘ／ｄｔ２−Ｋｘ−０・・・・・・・・
・・・・・・・・・・■こ０１式に上記０式及び■式を
代入するとＴＺＬ＋Ｊ／Ｌ２・ｄ”ｘ／ｄ ｔ２−Ｆ１
＝０ ・・・・・・・・・■Ｔ／Ｌ−Ｆ１−Ｊ／Ｌ２・
ｄ２ｘ／ｄｔ２・・・・・・・・・・・・・・・００式
の様に求められ、この０式を変形して動力計発生トルク
Ｔを求めるさ次式に示す様に表わせる。

即ちＴ−（Ｆｌ−Ｊ／Ｌ２・ｄ２ｘ／ｄｔ”）ＸＬ ・
・・・・・■この０式より明らかな様に動力計の発生ト
ルクＴは１／２πｉアＷ〒特に過渡時に振動する事とな
り、この振動周波数は通常５〜２０Ｈｚの様ζこ低い周
波数である。

この様なロードセル出力の変動は上記した様に過渡的な
トルク波形の測定とか、トルク制御の応答速度を極めて
早くしたい場合に大きな障害となる。

従って本発明に於ては動力計の発生トルクが上記０式の
如く表わせる事に着目して、先ず第３図に示す様にトル
クアーム先端の加速度を測定してこの加速度検出量を、
実トルク検出信号に補正量として与えれば、例え固有の
振動周波数を実トルク検出信号に含んでいたとしても、
ロードセルより取り出された実トルク検出信号より揺動
子の慣性量の加速度を検出した信号がいち早くトルク制
御系或は走行抵抗制御系に入力されるので、先ずこの加
速度検出信号を以って所定のトルク制御或は走行抵抗制
御が行なわれ、次いでロードセルより取出された実トル
ク検出信号が制御系に入力されるので、その後はこの実
トルク検出信号と揺動子慣性の加速度検出信号との真の
トルク検出信号を以って所定の制御が行なわれる様にな
る。

これを具体的に述べると上記０式を変形すると以下に示
す様な式となる。

即ち動力計の発生トルクＴ＝Ｆ’Ｌ Ｊ／Ｌ−ｄ２ｘ
／ｄｔ２・・・・・・・・・■ この０式で右辺の項の
Ｆ’Ｌはロードセルで直接検出された実トルク検出信号
で、一方右辺の項のＪ／Ｌ−ｄ２ｘ／ｄ ｔ”は揺動子
慣性の加速度を検出した値で、この０式より明らかな様
に動力計が発生する真のトルク量はロードセルより取出
された実トルク量より、揺動子慣性の加速度検出量と揺
動子慣性の積を減算した値が真のトルク量である事が理
解される。

なお上記０式の右辺の項で附加するトルク補正量を−（
減算）としたのは、第３図でＸ座標の方向（極性）を正
極性として扱った場合でこれとは反対にＸ座標の方向を
負極性として扱った場合は、実トルク検出信号にトルク
補正量が加算される事になる。

従って本発明に於てはこの点に着目して先ず揺動子慣性
の加速度量を検出し、この加速度検出量をトルク補正量
として実トルク検出信号に附加することにより、動力計
が発生する真のトルク量を求めて、トルク補正量を以っ
て先ず所定の制御を行ない、次いでこのトルク補正量と
実トルク検出信号との真のトルク量を以って所定の制御
を行なわせる事により、非常に連応性を持ったトルク測
定或は制御を可能としたものである。

以上の説明で明らかな様に、揺動子慣性の加速度を検出
してこの加速度検出量をトルク補正量として入力すれば
、非常に高い応答速度で実トルク量を測定記録でき、し
かも非常に連応性を持ったトルク制御或は走行抵抗制御
等が可能となるものであるが、この様な方法に於ても依
然としてロードセルより取り出される実トルク検出信号
には、例えば機械振動に起因するものと電源電圧の変動
に起因する脈動成分が含まれる可能性もあるのでこの脈
動成分により制御が不安定となる場合がある。

従って本発明に於てはこの種高周波の脈動成分は、例え
ばアクティブブイルタの如きローパスフィルタを用いて
除去する事により所期の目的を達成する様ｌこしている
。

なおトルク測定系にフィルタの如き積分要素を挿入する
と、この積分要素の為に制御上遅れを生じて連応性を持
った制御が行なえないと一応者えられるが、本発明４こ
於ては揺動子慣性の加速度を検出した信号をトルク補正
量として入力する形態を採っているので、先ずロードセ
ルより取出される実トルク検出信号より先に上記トルク
補正量が制御系に入力され、このトルク補正量を以って
一旦は所定の制御が行なわれ、次いで実トルク検出信号
とトルク補正量との真のトルク量を以って所定の制御が
行なわれるので、非常に連応性を持ったトルク制御或は
走行抵抗制御等が可能になるものである。

第４図は本発明による一実施例を示す測定系の具体的な
ブロック構成図で、同図で第１図と同一符号のものは略
々同一の機能を有するものでこの説明は省略するものと
し、１１は揺動子慣性の加速度を検出する加速度検出回
路で、１２は加速度検出信号を電圧信号ｌこ変換する加
速度変換回路である。

１３は係数回路で加速度検出信号に所定の係数（揺動子
慣性）を附加する為のものである。

１４はロードセル５より取出された実トルク検出信号よ
り機械系の高周波脈動成分を除去するフィルタ回路で、
１５は実トルク検出信号と揺動子慣性の加速度検出信号
とを比較する比較回路である。

以上の様に本発明に於ては、ロードセルより取出される
実トルク検出信号に揺動子慣性の加速度を検出した信号
をトルク補正量として附加して真のトルク量を測定する
様にしたものであるので、以下に示す様に種々の効果を
奏するものである。

■ 揺動子の慣性とロードセルのバネ定数とに起因する
振動（脈動分）を確実に抑制でき、連応性のあるトルク
測定及びトルク波形の記録が可能となる。

■ 上記０項の理由により所定のトルク制御或は走行抵
抗制御等を行なう場合、高精度でしかも非常に連応性の
ある制御が可能となる。

■ 揺動子慣性の加速度を検出した信号を単にトルク補
正量として入力すればよいので、トルク測定が非常に簡
便であり経済的な装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な電気動力計の具体的な構成例、第２図
は本発明ｌこ依る動力系の発生トルクとロードセルに実
際に加わる力との相互関係を示した原理図、第３図は従
来のトルク測定系を示す具体的なブロック構成図、第４
図は本発明による一実施例を示すブロック構成図。 １は揺動子、４はトルクアーム、５はロードセル、６は
ストレイン変換器、γは増幅器、８は制御回路、１１は
加速度検出回路、１２は加速度変換回路、１３は係数回
路、１４はフィルタ、１５は比較回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 揺動子にトルクアームを固定して、このトルクアー
   ムと動力計支持台との間にロードセルを取付けて、この
   ロードセルより取出される動力計の駆動−吸収トルクを
   測定するようにしたものに於て、揺動子の慣性の加速度
   を検出して、この加速度検出信号に揺動子の慣性を乗算
   してトルク補正信号を得、このトルク補正信号をロード
   セルより取出される実トルク検出信号に加算（減算）し
   て真のトルクのみを測定したことを特徴とする電気動力
   計のトルク測定方法。 ２ 揺動子にトルクアームを固定して、このトルクアー
   ムと動力計支持台との間にロードセルを取付けて、この
   ロードセルより取出される動力計のトルク発生量を測定
   する様にしたものに於て、ロードセルより直接取出され
   る実トルク検出信号を。 一旦フィルタ回路に入力して、このフィルタ回路で実ト
   ルク検出信号に含まれる機械系個有の脈動成分のみを除
   去する様になし、この脈動成分を除去した実トルク検出
   信号に、揺動子慣性の加速度を検出した加速度検出量と
   揺動子慣性の積をトル、り補正量として附加して真のト
   ルク量のみを測定した事を特徴とする電気動力計のトル
   ク測定方法。 ３ 揺動子慣性の加速度を検出する装置として、慣性の
   加速量を検出する加速度検出回路と、この回路より出力
   される加速度信号を電圧信号に変換する加速度変換回路
   と、この回路より出力される加速度信号に揺動子慣性を
   附加して加速度量を求める係数回路とで構成する様にし
   た、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電気動力計
   のトルク測定方法。