JP7100677B2 - 試験システム - Google Patents

Description

本発明は、主として自動車を試験する技術に関するものである。

自動車を試験する技術としては、自動車のエンジンの出力軸を、トルクセンサを介してダイナモメータに連結した試験システムにおいて、回転計でエンジンやダイナモメータの回転速度を検出し、回転速度やトルクセンサで検出したトルクに応じてダイナモメータやエンジンの動作を制御しながらエンジンの各種特性を試験する技術が知られている（たとえば、特許文献１、２）。

また、このような試験システムの回転計としては、所定角度の回転に１周期が対応する検出信号を出力する光学式や磁気式のロータリエンコーダ（たとえば、特許文献３、４）を用いて、ロータリエンコーダが単位時間あたりに出力する検出信号の周期を計数することにより回転速度を検出する回転計が広く用いられている。

特開２０１８- １７５９１号公報 特開２０１８- １７５８９号公報 特開２０１０-１４５３３３号公報 特開２０１８-１３２３５９号公報

電気モータは低回転速度域においても大きなトルクを発生することができるため、電気自動車やハイブリット車においては低回転速度域における試験も重要である。
しかしながら、エンジンを用いる自動車の試験に用いられてきた既存の試験システムは、エンジンの発生トルクが小さい低回転速度域における試験の重要性が低い等により、低回転速度域の回転速度を所要の時間分解能で計測できる回転計を備えていない場合がある。たとえば、１回転あたりの検出信号の周期数が６００であるロータリエンコーダを用いた回転計の場合、回転速度が５r/minのときには検出信号の周期が２０msとなり、これより短い時間間隔で回転速度を計測して処理を行うことができない。

このような既存の試験システムを用いて電気モータを用いる自動車の低回転速度域の試験を行う場合には、より高分解能なロータリエンコーダへの交換や追加を行う必要があるが、交換の費用や作業の負担は大きく、また、スペース上の問題等により、交換や追加が行えないこともある。

本発明は、所定角度の回転に１周期が対応する検出信号を用いて行う回転速度の計測を、検出信号の周期よりも短い時間間隔で行うことを課題とする。
また、本発明は、このような回転速度の計測を既存の試験システムの比較的簡易な構造の変更によって実現することを課題とする。
また、本発明は、比較的簡易な構成で、広い回転速度域において回転速度を計測することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、回転軸を有する試験体を試験する試験システムに、前記回転軸と共に回転する回転盤と、前記回転盤の回転に伴い、前記回転盤の１回転につき現れる周期数がｎ個となる周期信号である信号Aと、前記信号Aと位相が９０度異なる周期信号である信号Bとを生成する信号生成手段と、atan2関数を用いて信号Aと信号Bから、前記回転盤の所定の回転方向の回転に伴って、信号Aと信号Bの周期と同じ時間長の周期で、-πから+πまでの、前記回転盤の前記所定の回転方向の回転角の増加に正の比例係数で比例する増加を、相互に異なる位相で繰り返す角度信号θ1と角度信号θ2を生成し、ω1=dθ1(t)/dt、ω2=dθ2(t)/dtを算出する微分信号生成手段と、前記回転盤の前記所定の回転方向に回転しているときに、角度信号θ1が+πから-πに変化する期間を含まず角度信号θ2が+πから-πに変化する期間を含む期間である第１の期間はω1をωとし、前記第１の期間を除く期間である第２の期間はω2をωとすることによりωを算定し、前記回転盤の角速度ωd1（rad/s）を、ωd1=ω/ｎによって算出する角速度算出手段を設けたものである。

atan2関数は、xy座標から逆正接（アークタンジェント）をラジアン単位で求める関数であり、ｘ0、ｙ0として、atan2(y,x)は、ユークリッド平面における、原点から点(x,y)へ向かう半直線と、正のx軸との間の、ラジアン単位の角度を与える。

ここで、この試験システムにおいて、前記信号Aを前記信号Bより位相が９０度進んだものとし、前記微分信号生成手段において、atan2(B,A)、atan2(-B,-A)、atan2(-A,B)、atan2(A,-B)のうちのいずれか一つを角度信号θ1とし、他のいずれか一つを角度信号θ2とすることにより前記角度信号θ1と角度信号θ2を生成してよい。

また、前記課題達成のために、本発明は、回転軸を有する試験体を試験する試験システムに、前記回転軸と共に回転する回転盤と、前記回転盤の回転に伴い、前記回転盤の１回転につき現れる周期数がｎ個となる周期信号である信号Aと、前記信号Aと位相が９０度異なる周期信号である信号Bとを生成する信号生成手段と、atan2関数を用いて信号Aと信号Bから、前記回転盤の所定の回転方向の回転に伴って、信号Aと信号Bの周期と同じ時間長の周期で、+πから-πまでの、前記回転盤の前記所定の回転方向の回転角の増加に負の比例係数で比例する減少を、相互に異なる位相で繰り返す角度信号θ1と角度信号θ2を生成し、ω1=-dθ1(t)/dt、ω2=-dθ2(t)/dtを算出する微分信号生成手段と、前記回転盤の前記所定の回転方向に回転しているときに、角度信号θ1が-πから+πに変化する期間を含まず角度信号θ2が-πから+πに変化する期間を含む期間である第１の期間はω1をωとし、前記第１の期間を除く期間である第２の期間はω2をωとすることによりωを算定し、前記回転盤の角速度ωd1（rad/s）を、ωd1=ω/ｎによって算出する角速度算出手段を備えたものである。

ここで、この試験システムにおいて、前記信号Aを前記信号Bより位相が９０度進んだものとし、前記微分信号生成手段において、atan2(-B,A)、atan2(B,-A)、atan2(A,B)、atan2(-A,-B)のうちのいずれか一つを角度信号θ1とし、他のいずれか一つを角度信号θ2とすることにより前記角度信号θ1と角度信号θ2を生成してよい。

このような試験システムによれば、所定角度の回転に１周期が対応する検出信号を用いて行う回転速度の計測を、検出信号の周期よりも短い時間間隔で行うことができる。
ここで、以上の試験システムは、前記回転盤を、周方向に前記ｎ個の凸部が配列されたものとし、前記信号生成手段を、前記回転盤の回転による前記凸部の移動に伴う磁気変化によって、前記信号Aと信号Bとして用いられる２つの検出信号をそれぞれ検出するように、前記凸部に対する位相を異ならせて配置した２つの磁気センサを備えたものとしてよい。

または、以上の試験システムは、前記回転盤を、周方向に前記ｎ個の凸部が配列されたものとし、前記信号生成手段を、前記回転盤の回転による前記凸部の移動に伴う磁気変化によって、前記回転盤が角度φ回転する毎に１周期が現れる、位相が順次９０度ずつずれた４つの検出信号A*、B*、A~*、B~*をそれぞれ検出するように、前記凸部に対する位相を異ならせて配置した４つの磁気センサと、A=A*-A~*、B=B*-B~*より前記信号Aと信号Bを算出する信号算出手段とを備えたものとしてよい。

これらの試験システムによれば、既存の試験システムが、試験体の回転軸と共に回転する周方向にｎ個の凸部が配列された部材を備えている場合には、当該部材を回転盤に流用して、当該部材に対して磁気センサを所要の検出信号が得られるように配置するだけの比較的簡易な構造の変更で、所定角度の回転に１周期が対応する検出信号を用いて行う回転速度の計測を、検出信号の周期よりも短い時間間隔で行うことができる。

また、既存の試験システムが、試験体の回転軸と共に回転する周方向にｎ個の凸部が配列された部材を備えていない場合にも、回転盤を試験体の回転軸と共に回転するように付加し、当該部材に対して磁気センサを所要の検出信号が得られるように配置するだけの比較的簡易な構造の変更で足りる。

また、これらの磁気センサを備えた試験システムには、前記磁気センサが検出した検出信号の単位時間あたりの周期数を前記ｎで除算して前記回転盤の角速度ωd2（rad/s）を算出する第２角速度算出手段と、前記角速度算出手段が算出した角速度ωd1（rad/s）と前記第２角速度算出手段が算出した角速度ωd2（rad/s）の一方を、前記回転盤の角速度ωdとして出力する切替手段を設けて良い。当該切替手段は、前記角速度算出手段が算出した角速度ωd1（rad/s）を前記回転盤の角速度ωdとして出力しているときに、当該角速度ωdが第１のしきい値より大きくなった場合に、出力する前記回転盤の角速度ωdを前記第２角速度算出手段が算出した角速度ωd2（rad/s）に切り替え、前記第２角速度算出手段が算出した角速度ωd2（rad/s）を前記回転盤の角速度ωdとして出力しているときに、当該角速度ωdが前記第１のしきい値以下のしきい値である第２のしきい値以下となった場合に、出力する前記回転盤の角速度ωdを前記角速度算出手段が算出した角速度ωd1（rad/s）に切り替える。

こうすることで、角速度算出手段が正しく角速度ωd1（rad/s）を計測できないような、より高速な回転速度域においては、第２角速度算出手段によって検出信号の単位時間あたりの周期数から算出した角速度ωd2（rad/s）を回転盤の角速度ωdとして用いるので、磁気センサを角速度ωd1と角速度ωd2の測定に共用した比較的簡易な構成により、広い回転速度域において回転速度を正しく計測できる。

また、試験システムが、ダイナモメータと、前記ダイナモメータの軸と前記試験体の回転軸を連結するトルクセンサとを備え、前記トルクセンサが外周に複数の歯が形成された円盤を備えている場合、この円盤を、歯を前記凸部として用いる形態で前記回転盤として流用してよい。

こうすることで、トルクセンサの円盤に対して磁気センサを配置するだけで、低回転速度域の回転速度の計測も行える試験システムを簡易に構築できる。
ここで、前記試験体は、たとえば、自動車のエンジンや電気自動車の電気モータ（パワーユニット）やトランスミッションやドライブシャフトなどの自動車のパワートレイン構成要素、もしくは、自動車のパワートレイン、もしくは、自動車である。

以上のように、本発明によれば、所定角度の回転に１周期が対応する検出信号を用いて行う回転速度の計測を、検出信号の周期よりも短い時間間隔で行える。
また、本発明によれば、このような回転速度の計測を既存の試験システムに対する比較的簡易な構造の変更によって実現できる。
また、本発明によれば、比較的簡易な構成で、広い回転速度域において回転速度を計測できる。

本発明の実施形態に係る試験システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁気センサの配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る計測制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る低速域回転速度算出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る低速域回転速度算出部の動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る切替処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る試験システムの他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る試験システムの構成を示す。
試験システムは、試験体１００の試験を行うシステムであり、試験体１００は、自動車のエンジンや、電気自動車やハイブリッド自動車の電気モータ(パワーユニット）や、トランスミッションや、ドライブシャフトや、これらの組み合わせである。

図示するように、試験システムは、ダイナモメータ１、フランジ形のトルクセンサ２、シャフト３、中間軸受４、回転盤５、フレーム６、４つの磁気センサ７、計測制御システム８を備えている。

ダイナモメータ１の回転軸はトルクセンサ２を介してシャフト３の一端に連結し、シャフト３の他端は試験体１００の出力軸に連結している。また、中間軸受４は、試験体１００の出力軸に非回転方向の荷重が加わらないようにシャフト３を軸支している。

トルクセンサ２は、ダイナモメータ１の回転軸に固定されてダイナモメータ１の回転に伴い回転すると共に、シャフト３とダイナモメータ１の回転軸との間に働くトルクを検出する。

計測制御システム８は、ダイナモメータ１と試験体１００を制御して所定の測定シーケンスを実行して、試験体１００の各種状態の計測を行う。
また、回転盤５はトルクセンサ２に固定されトルクセンサ２と共に回転する。４つの磁気センサ７は、たとえば、磁気抵抗センサであり、それぞれ回転盤５の周囲に位置するようにフレーム６に固定され、回転盤５の回転に伴う磁気変化を検出する。

ここで、図２ａに軸方向に見た回転盤５と４つの磁気センサ７の位置関係を示す。
図示するように、回転盤５は、外周が周方向に並んだ多数の歯（凸部）となっている歯車状の形状を備えている。
そして、回転盤５の回転による歯の移動によって、各磁気センサ７に作用する磁気が周期的に変化し、各磁気センサ７から周期的に変化する検出信号が出力される。なお、磁気センサ７として、磁気抵抗センサを用いる場合、回転盤５の回転による歯の移動によって、磁気抵抗センサが備える強磁性体に作用する磁気が周期的に変化し、周期的に変化する検出信号が出力される。

ここで、本実施形態に係る試験システムを、既存の試験システムを用いて構築する場合、既存の試験システムが、ダイナモメータ１の回転に伴って回転する、周方向に並んだ凸部を有する部材を既に備えているときには、可能であれば、この部材を回転盤５として流用する。

たとえば、既存の試験システムのトルクセンサ２が、トルクセンサ２と共に回転する歯車状の部材をトルクセンサ２の回転検出用に既に備えている場合には、この部材を、当該部材の周囲に４つの磁気センサ７をフレーム６を用いて配置することにより回転盤５として流用する。

次に、４つの磁気センサ７は、位相が順次９０度ずつずれた４つの検出信号A*、B*、A~*、B~*が得られるように回転盤５の周囲に配置されている。
すなわち、図２ｂ１に示すように、回転盤５の中心に対する回転盤５の歯のピッチ一つの中心角をφとし、検出信号A*を出力する磁気センサ７の配置位置の角度を0度として回転盤５の中心回りに回転方向DRと反対（図では反時計方向）に角度を測るものとして、図２ｂ２に示すように、ｋを任意の整数として検出信号B~*を出力する磁気センサ７の配置位置の角度がkφ+（φ/4）、検出信号A~*を出力する磁気センサ７の配置位置の角度がkφ+(2φ/4)、検出信号B*を出力する磁気センサ７の配置位置の角度がkφ+(3φ/4)となるように配置する。

なお、図２ｂ１-ｂ２では、回転盤５の歯の形状を矩形状に表したが、実際には、回転盤５の歯の形状はインボリュート曲線による形状とする。
このように各磁気センサ７を配置することにより、図２ｃに示すように回転盤５の回転に伴って正弦波状の４つの検出信号A*、B*、A~*、B~*が得られる。また、検出信号B*は検出信号A*に対して-９０度位相が異なり、検出信号A~*は検出信号A*に対して-１８０度位相が異なり、検出信号B~*は検出信号A*に対して-２７０度位相が異なるものとなる。また、検出信号A*、B*、A~*、B~*の１周期の時間長は、歯のピッチ一つの中心角φと同じ角度分、回転盤５が回転するのに要する時間長、すなわち、回転盤５が１回転する時間の歯数分の１の時間長となる。

次に、図３に、計測制御システム８の構成を示す。
図示するように、計測制御システム８は、回転速度検出部８１、運転制御部８２、計測処理部８３を備えている。
回転速度検出部８１は、磁気センサ７が出力する検出信号A*、B*、A~*、B~*から、ダイナモメータ１/試験体１００の回転速度ωdを算出し、運転制御部８２と計測処理部８３に出力する。

運転制御部８２は、回転速度検出部８１から出力される回転速度ωd、トルクセンサ２が検出しているトルク等に応じて試験体１００やダイナモメータ１の動作を制御しながら、所定の測定シーケンスを実行する。計測処理部８３は、回転速度検出部８１から出力される回転速度ωd、トルクセンサ２が検出しているトルク、運転制御部８２の制御状態等から試験体１００の所定の特性を計測する。

次に、回転速度検出部８１は、低速域回転速度算出部８１１と、回転速度算出部８１２と、切替処理部８１３を備えている。
低速域回転速度算出部８１１は、磁気センサ７が出力する検出信号A*、B*、A~*、B~*を用いてダイナモメータ１/試験体１００の回転速度を回転速度ωd1として算出し、回転速度算出部８１２は、磁気センサ７が出力する検出信号A*、B*、A~*、B~*を用いてダイナモメータ１/試験体１００の回転速度を回転速度ωd2として算出する。

切替処理部８１３は、低速域回転速度算出部８１１が算出した回転速度ωd1と、回転速度算出部８１２が算出した回転速度ωd2のうちの一方を選択的に、ダイナモメータ１/試験体１００の回転速度ωdとして運転制御部８２と計測処理部８３に出力する切替処理を行う。この切替処理については後述する。

次に、図４に低速域回転速度算出部８１１の構成を示す。
図示するように、低速域回転速度算出部８１１は、４つの磁気センサ７が出力する４つの検出信号A*、B*、A~*、B~*のそれぞれに対応する４つの信号調整部８１１１、第１信号生成部８１１２、第２信号生成部８１１３、第１角度信号算出部８１１４、第２角度信号算出部８１１５、微分信号算出部８１１６、回転速度変換部８１１７を備えている。

４つの信号調整部８１１１には４つの磁気センサ７から対応する検出信号が入力され、各信号調整部８１１１は入力された検出信号のゲインおよびオフセットを調整した上で、検出信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル化し、A*を調整した検出信号A*'、B*を調整した検出信号B*'、A~*を調整した検出信号A~*'、B~*を調整した検出信号B~*'を出力する。

第１信号生成部８１１２は、信号調整部８１１１から出力された検出信号A*'と検出信号A~*'を用いて、A=A*'-A~*'により信号Aを生成し、第２信号生成部８１１３は、信号調整部８１１１から出力された検出信号B*'と検出信号B~*'を用いて、B=B*'-B~*'により信号Bを生成する。

図５ａに示すように検出信号A*'と検出信号A~*'は位相が１８０度異なり、検出信号B*'と検出信号B~*'は位相が１８０度異なるので、図５ｂに示すように、信号Aは、検出信号A*'と位相が同じで振幅が倍の信号となり、信号Bは、検出信号B*'と位相が同じで振幅が倍の信号となる。

また、図２ａに示すように、検出信号A*を出力する磁気センサ７と検出信号A~*を出力する磁気センサ７とを、おおよそ回転盤５の中心に対して反対側となる位置に配置し、検出信号B*を出力する磁気センサ７と検出信号B~*を出力する磁気センサ７とを、おおよそ回転盤５の中心に対して反対側となる位置に配置することにより、位相が１８０度異なる検出信号A*'と検出信号A~*'の減算であるA=A*'-A~*'により、回転盤５の偏心による信号Aへの影響はキャンセルされ、位相が１８０度異なる検出信号B*'と検出信号B~*'の減算であるB=B*'-B~*'により、回転盤５の偏心による信号Bへの影響はキャンセルされる。

また、検出信号A*'は検出信号B*'より位相が９０度進んでいるので、信号Aは信号Bより位相が９０度進んだ信号となり、信号Aと信号Bは、cos信号とsin信号の関係にある。
第１角度信号算出部８１１４は、信号Aと信号Bより、θ1=atan2(B,A)により第１角度信号θ1を生成し、第２角度信号算出部８１１５は、信号Aと信号Bより、θ2=atan2(-A,B)により第２角度信号θ2を生成する。なお、上述のように、ｘ0、ｙ0として、atan2(y,x)は、ユークリッド平面における、原点から点(x,y)へ向かう半直線と、正のx軸との間の、ラジアン単位の角度を与える。

図５ｃに示すように、第１角度信号θ1と第２角度信号θ2は、-πから+πへの増加を繰り返す信号となり、-πから+πへの増加を行う各周期内において、第１角度信号θ1と第２角度信号θ2の値は、回転盤５の回転角の増加に比例して増加する。また、第１角度信号θ1と第２角度信号θ2とは位相が９０度分ずれたものとなる。

微分信号算出部８１１６は、第１角度信号θ1を時間微分した微分信号ω1をω1=dθ1(t)/dtにより算出すると共に、第２角度信号θ2を時間微分した微分信号ω2をω2=dθ2(t)/dtにより算出する。

また、微分信号算出部８１１６は、微分信号ωを、-π＜θ1＜0であるときに微分信号ω1をωとし、0≦θ1≦πであるときに微分信号ω2をωとすることにより算出する。
このように、微分信号ω1と微分信号ω2の双方を求め、微分信号ωとして切り替えて用いるのは、図５ｄに示すように、微分信号ω1は第１角度信号θ1が+πから-πに変化するときに大きな負の値をとり、微分信号ω2は第２角度信号θ2が+πから-πに変化するときに大きな負の値をとるため、この値の部分を微分信号ωとして用いないようにするためである。

したがって、微分信号ω1の第１角度信号θ1が+πから-πに変化するときの値の部分と、微分信号ω2の第２角度信号θ2が+πから-πに変化するときの値の部分を用いないものであれば微分信号ω1と微分信号ω2の切替は任意に行ってよい。すなわち、第１角度信号θ1が+πから-πに変化する期間を含まず第２角θ2が+πから-πに変化する期間を含む任意の期間を第１の期間として、第１の期間はω1をωとし、前記第１の期間を除く期間である第２の期間はω2をωとしてよい。

このようにして算出された微分信号ωは、回転盤５の歯のピッチ一つの中心角φと同じ角度分の回転を１回転と見なして算出した角速度を表すものとなる。
そして、回転速度変換部８１１７は、微分信号算出部８１１６が算出した微分信号ωを回転盤５の歯数ｎで除算して得られる回転盤５の角速度ω/ｎを、r/minに単位換算した回転速度ωd1を、ωd1=（ω/ｎ）×（60/2π）により算出し切替処理部８１３に出力する。

以上、低速域回転速度算出部８１１について説明した。
ところで、以上の低速域回転速度算出部８１１に、第１信号生成部８１１２、第２信号生成部８１１３を設けずに、第１角度信号算出部８１１４、第２角度信号算出部８１１５において、検出信号A*、B*をそのまま信号A、Bとして用いて、第１角度信号θ1、第２角度信号θ2を算出してもよい。

また、以上の低速域回転速度算出部８１１の第１角度信号算出部８１１４と第２角度信号算出部８１１５において、atan2(B,A)、atan2(-B,-A)、atan2(-A,B)、atan2(A,-B)のうちのいずれか一つを第１角度信号θ1とし、他のいずれか一つを第２角度信号θ2とすることにより第１角度信号θ1と第２角度信号θ2を生成してもよい。atan2(B,A)、atan2(-B,-A)、atan2(-A,B)、atan2(A,-B)は、いずれも相互に異なる位相で-πから+πへの増加を繰り返す信号となる。

ただし、この場合にも、微分信号算出部８１１６において微分信号ω1の第１角度信号θ1が+πから-πに変化するときの値の部分と、微分信号ω2の第２角度信号θ2が+πから-πに変化するときの値の部分を用いないように、ωとして用いる値の微分信号ω1と微分信号ω2の間の切替を行う。

たとえば、第１角度信号算出部８１１４でθ1=atan2(B,A)により第１角度信号θ1を生成し、第２角度信号算出部８１１５において、θ2=atan2(-B,-A）により第１角度信号θ1と位相が１８０度異なる第２角度信号θ2を生成し、微分信号算出部８１１６において、微分信号ωを、-0.5π＜θ1＜+0.5πであるときに微分信号ω1をωとし、+0.5π≦θ1≦-0.5πであるときに微分信号ω2をωとすることにより算出してもよい。

なお、回転盤５の逆回転時には、第１角度信号θ1と第２角度信号θ2は、異なる位相で+πから-πへの減少を繰り返す信号となる。
そこで、回転盤５の逆回転時に、微分信号ω1の第１角度信号θ1が-πから+πに変化するときの値の部分と、微分信号ω2の第２角度信号θ2が-πから+πに変化するときの値の部分を用いないように、ωとして用いる値の微分信号ω1と微分信号ω2の間の切替を行うことにより、試験体１００の出力軸の逆回転の計測を行ってもよい。

または、回転盤５の逆回転時に、検出信号A*をB~*として、検出信号B*をA~*として、検出信号A~*をB*として、検出信号B~*をA*として入れ替えて用いることにより、試験体１００の出力軸の逆回転の計測を行ってもよい。

または、以上の低速域回転速度算出部８１１の第１角度信号算出部８１１４と第２角度信号算出部８１１５において、atan2(-B,A)、atan2(B,-A)、atan2(A,B)、atan2(-A,-B)のうちのいずれか一つを第１角度信号θ1とし、他のいずれか一つを第２角度信号θ2とすることにより第１角度信号θ1と第２角度信号θ2を生成してもよい。atan2(-B,A)、atan2(B,-A)、atan2(A,B)、atan2(-A,-B)は、いずれも相互に異なる位相で+πから-πへの減少を繰り返す信号となり、+πから-πへの減少を行う各周期内において、第１角度信号θ1と第２角度信号θ2の値は、回転盤５の回転角の増加に負の比例係数で比例して減少する。

ただし、この場合には、微分信号算出部８１１６において、微分信号ω1をω1=-dθ1(t)/dtにより算出し、微分信号ω2をω2=-dθ2(t)/dtにより算出すると共に、微分信号ω1の第１角度信号θ1が-πから+πに変化するときの値の部分と、微分信号ω2の第２角度信号θ2が-πから+πに変化するときの値の部分を用いないように、ωとして用いる値の微分信号ω1と微分信号ω2の間の切替を行う。

また、この場合には、回転盤５の逆回転時には、第１角度信号θ1と第２角度信号θ2は、異なる位相で-πから+πへの増加を繰り返す信号となるので、回転盤５の逆回転時に、微分信号ω1の第１角度信号θ1が+πから-πに変化するときの値の部分と、微分信号ω2の第２角度信号θ2が+πから-πに変化するときの値の部分を用いないように、ωとして用いる値の微分信号ω1と微分信号ω2の間の切替を行うことにより、試験体１００の出力軸の逆回転の計測を行ってもよい。

または、回転盤５の逆回転時に、検出信号A*をB~*として、検出信号B*をA~*として、検出信号A~*をB*として、検出信号B~*をA*として入れ替えて用いることにより、試験体１００の出力軸の逆回転の計測を行ってもよい。

図３に戻り、回転速度算出部８１２は、磁気センサ７が出力する検出信号A*、B*、A~*、B~*のいずれか、または、信号A*-A~*、または、信号B*-B~*を参照信号として、参照信号をパルス化し、単位時間あたりのパルス数、つまり、単位時間あたりの参照信号の周期数(参照信号の周波数）を計数し、計数したパルス数を回転盤５の歯数で除算して求めた角速度をr/minに単位換算した回転速度ωd2を算出し切替処理部８１３に出力する。

次に、切替処理部８１３が行う切替処理について説明する。
図６に、この切替処理の手順を示す。
最初に、この切替処理は、ダイナモメータ１／試験体１００の回転が停止しているときに開始する。
図示するように、切替処理部８１３は、切替処理において、運転制御部８２と計測処理部８３に回転速度ωdとして出力する回転速度を、低速域回転速度算出部８１１が算出した回転速度ωd1に設定する（ステップ６０２）。

そして、運転を開始後、出力する回転速度ωdを監視し、回転速度ωdがしきい値Thを超えたならば（ステップ６０４）、運転制御部８２と計測処理部８３に回転速度ωdとして出力する回転速度を、回転速度算出部８１２が出力する回転速度ωd2に切り替える（ステップ６０６）。

しきい値Thは、たとえば、標本化定理に従い、検出信号A*、B*、A~*、B~*の周波数が、低速域回転速度算出部８１１の信号調整部８１１１における検出信号A*、B*、A~*、B~*のサンプリング周波数Fの半分の周波数F/2であるときに、低速域回転速度算出部８１１において算出される回転速度ωd1=｛F/(2×回転盤５の歯数）}×(60/2π)未満の値とする。具体的には、しきい値Thは、たとえば、検出信号A*、B*、A~*、B~*の周波数が、サンプリング周波数Fの1/4の周波数F/4であるときに、低速域回転速度算出部８１１において算出される回転速度ωd1=｛F/(4×回転盤５の歯数）}×(60/2π)とする。

そして、出力する回転速度ωdを監視し、回転速度ωdがしきい値Th-M未満となったならば（ステップ６０８）、運転制御部８２と計測処理部８３に回転速度ωdとして出力する回転速度を、低速域回転速度算出部８１１が出力する回転速度ωd1に切り替える（ステップ６１０）。

ここで、Mは、以上のような回転速度ωdとして出力する回転速度の回転速度ωd1と回転速度ωd2の間での切り替えにヒシテリシスを設けるための定数である。
そして、ステップ６０４の監視の処理に戻る。
以上、切替処理部８１３が行う切替処理について説明した。
このような切替処理によれば、磁気センサ７を低速域回転速度算出部８１１と回転速度算出部８１２で共用する形態で、低速域回転速度算出部８１１で正しく回転速度を検出できるが回転速度算出部８１２では正しく回転速度を検出できない回転速度域を含む低回転速度域で、低速域回転速度算出部８１１を用いてダイナモメータ１/試験体１００の回転速度ωdを検出しつつ、低速域回転速度算出部８１１で正しく回転速度を検出できなくなる、より高速な回転速度域においても、回転速度算出部８１２を用いてダイナモメータ１/試験体１００の回転速度ωdを正しく検出することができるので、広い回転速度域において回転速度を正しく計測できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
このように本実施形態によれば、所定角度の回転に１周期が対応する検出信号を用いて行う回転速度の計測を、検出信号の周期よりも短い時間間隔で行うことができる。
また、既存の試験システムが、試験体１００の回転軸と共に回転する周方向に複数の凸部が配列された部材を備えている場合には、当該部材に対して磁気センサを所要の検出信号が得られるように配置するだけの比較的簡易な構造の変更で、当該部材を回転盤５として流用し、所定角度の回転に１周期が対応する検出信号を用いて行う回転速度の計測を、検出信号の周期よりも短い時間間隔で行うことができる。

また、既存の試験システムが、試験体１００の回転軸と共に回転する周方向に複数の凸部が配列された部材を備えていない場合にも、回転盤５を試験体１００の回転軸と共に回転するように付加し、当該部材に対して磁気センサ７を所要の検出信号が得られるように配置するだけの比較的簡易な構造の変更で実現可能である。

ここで、以上の実施形態で示した試験システムは、試験体１００や、行う試験の目的に応じて種々の形態で適用してよい。
たとえば、連結されたトランスミッションとドライブシャフトを試験体１００としての試験を行う場合には、図７に示すように、左右のドライブシャフト１０１に、それぞれ、ダイナモメータ１をトルクセンサ２を介して連結すると共に、自動車の電気モータを模擬する駆動モータ９をトルクセンサ２を介してトランスミッション１０２に連結する。

そして、上述した回転盤５と４つの磁気センサ７を少なくとも一つのトルクセンサ２に設け、その回転速度を計測する。
また、以上の実施形態は、回転盤５として、周方向に並んだスリットを備えた円盤を用い、磁気センサ７に代えて、円盤に向けて光線を出射する光源とスリットを通過する光を検出する受光素子よりなる光学センサを用いてもよい。ただし、この場合には、４つの光学センサを、位相が順次９０度ずつずれた４つの検出信号A*、B*、A~*、B~*が得られるように配置する。

１…ダイナモメータ、２…トルクセンサ、３…シャフト、４…中間軸受、５…回転盤、６…フレーム、７…磁気センサ、８…計測制御システム、９…駆動モータ、８１…回転速度検出部、８２…運転制御部、８３…計測処理部、１００…試験体、１０１…ドライブシャフト、１０２…トランスミッション、８１１…低速域回転速度算出部、８１２…回転速度算出部、８１３…切替処理部、８１１１…信号調整部、８１１２…第１信号生成部、８１１３…第２信号生成部、８１１４…第１角度信号算出部、８１１５…第２角度信号算出部、８１１６…微分信号算出部、８１１７…回転速度変換部。

Claims (9)

1. 回転軸を有する試験体を試験する試験システムであって、
   前記回転軸と共に回転する回転盤と、
   φ=2π/n(但し、nは整数）として、前記回転盤が角度φ回転する毎に１周期が現れる周期信号である信号Aと、前記信号Aと位相が９０度異なる周期信号である信号Bとを生成する信号生成手段と、
   atan2関数を用いて信号Aと信号Bから、前記回転盤の所定の回転方向の回転に伴って、信号Aと信号Bの周期と同じ時間長の周期で、-πから+πまでの、前記回転盤の前記所定の回転方向の回転角の増加に正の比例係数で比例する増加を、相互に異なる位相で繰り返す角度信号θ1と角度信号θ2を生成し、ω1=dθ1(t)/dt、ω2=dθ2(t)/dtを算出する微分信号生成手段と、
   前記回転盤の前記所定の回転方向に回転しているときに、角度信号θ1が+πから-πに変化する期間を含まず角度信号θ2が+πから-πに変化する期間を含む期間である第１の期間はω1をωとし、前記第１の期間を除く期間である第２の期間はω2をωとすることによりωを算定し、前記回転盤の角速度ωd1（rad/s）を、ωd1=ω/ｎによって算出する角速度算出手段を有することを特徴とする試験システム。
2. 請求項１記載の試験システムであって、
   前記信号Aは前記信号Bより位相が９０度進んでおり、
   前記微分信号生成手段は、atan2(B,A)、atan2(-B,-A)、atan2(-A,B)、atan2(A,-B)のうちのいずれか一つを角度信号θ1とし、他のいずれか一つを角度信号θ2とすることにより前記角度信号θ1と角度信号θ2を生成することを特徴とする試験システム。
3. 回転軸を有する試験体を試験する試験システムであって、
   前記回転軸と共に回転する回転盤と、
   φ=2π/n(但し、nは整数）として、前記回転盤が角度φ回転する毎に１周期が現れる周期信号である信号Aと、前記信号Aと位相が９０度異なる周期信号である信号Bとを生成する信号生成手段と、
   atan2関数を用いて信号Aと信号Bから、前記回転盤の所定の回転方向の回転に伴って、信号Aと信号Bの周期と同じ時間長の周期で、+πから-πまでの、前記回転盤の前記所定の回転方向の回転角の増加に負の比例係数で比例する減少を、相互に異なる位相で繰り返す角度信号θ1と角度信号θ2を生成し、ω1=-dθ1(t)/dt、ω2=-dθ2(t)/dtを算出する微分信号生成手段と、
   前記回転盤の前記所定の回転方向に回転しているときに、角度信号θ1が-πから+πに変化する期間を含まず角度信号θ2が-πから+πに変化する期間を含む期間である第１の期間はω1をωとし、前記第１の期間を除く期間である第２の期間はω2をωとすることによりωを算定し、前記回転盤の角速度ωd1（rad/s）を、ωd1=ω/ｎによって算出する角速度算出手段を有することを特徴とする試験システム。
4. 請求項３記載の試験システムであって、
   前記信号Aは前記信号Bより位相が９０度進んでおり、
   前記微分信号生成手段は、atan2(-B,A)、atan2(B,-A)、atan2(A,B)、atan2(-A,-B)のうちのいずれか一つを角度信号θ1とし、他のいずれか一つを角度信号θ2とすることにより前記角度信号θ1と角度信号θ2を生成することを特徴とする試験システム。
5. 請求項１、２、３または４記載の試験システムであって、
   前記回転盤には、周方向に前記ｎ個の凸部が配列されており、
   前記信号生成手段は、前記回転盤の回転による前記凸部の移動に伴う磁気変化によって、前記信号Aと信号Bとして用いられる２つの検出信号をそれぞれ検出するように、前記凸部に対する位相を異ならせて配置した２つの磁気センサを有することを特徴とする試験システム。
6. 請求項１、２、３または４記載の試験システムであって、
   前記回転盤には、周方向に前記ｎ個の凸部が配列されており、
   前記信号生成手段は、
   前記回転盤の回転による前記凸部の移動に伴う磁気変化によって、前記回転盤が角度φ回転する毎に１周期が現れる、位相が順次９０度ずつずれた４つの検出信号A*、B*、A~*、B~*をそれぞれ検出するように、前記凸部に対する位相を異ならせて配置した４つの磁気センサと、
   A=A*-A~*、B=B*-B~*より前記信号Aと信号Bを算出する信号算出手段とを有することを特徴とする試験システム。
7. 請求項５または６記載の試験システムであって、
   前記磁気センサが検出した検出信号の単位時間あたりの周期数を前記ｎで除算して前記回転盤の角速度ωd2（rad/s）を算出する第２角速度算出手段と、
   前記角速度算出手段が算出した角速度ωd1（rad/s）と前記第２角速度算出手段が算出した角速度ωd2（rad/s）の一方を、前記回転盤の角速度ωdとして出力する切替手段を有し、
   当該切替手段は、前記角速度算出手段が算出した角速度ωd1（rad/s）を前記回転盤の角速度ωdとして出力しているときに、当該角速度ωdが第１のしきい値より大きくなった場合に、出力する前記回転盤の角速度ωdを前記第２角速度算出手段が算出した角速度ωd2（rad/s）に切り替え、前記第２角速度算出手段が算出した角速度ωd2（rad/s）を前記回転盤の角速度ωdとして出力しているときに、当該角速度ωdが前記第１のしきい値以下のしきい値である第２のしきい値以下となった場合に、出力する前記回転盤の角速度ωdを前記角速度算出手段が算出した角速度ωd1（rad/s）に切り替えることを特徴とする試験システム。
8. 請求項５、６または７記載の試験システムであって、
   ダイナモメータと、前記ダイナモメータの軸と前記試験体の回転軸を連結するトルクセンサとを有し、
   前記回転盤は、前記トルクセンサが備える、外周に複数の歯が前記凸部として形成された円盤であることを特徴とする試験システム。
9. 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の試験システムであって、
   前記試験体は、自動車、もしくは、自動車のパワートレイン、もしくは、自動車のパワートレインの構成要素であることを特徴とする試験システム。

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