KR102211047B1 - 다이나모미터 시스템의 제어 장치 - Google Patents

다이나모미터 시스템의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

목적은 전후륜의 속도 차에 진동적인 거동을 부여하지 않고 전후륜을 등속으로 할 수 있는 섀시 다이나모미터 시스템의 제어 장치를 제공하는 것이다. 다이나모미터 시스템의 제어 장치(6)는 차량의 발생 구동력 Fv를 추정하는 구동력 옵저버(61); 구동력 Fv를 이용하여 전륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs 및 후륜 기본 토크 지령 신호 Fr_bs를 생성하는 전기 관성 제어부(62); 속도 차(vf-vr)가 없어지도록 기본 토크 지령 신호 Ff_bs 및 기본 토크 지령 신호 Fr_bs에 대한 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 생성하는 동기 제어부(63); 및 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 이용하여 기본 토크 지령 신호 Ff_bs 및 기본 토크 지령 신호 Fr_bs를 보정하는 토크 지령 신호 생성부(64f, 64r);를 구비한다. 동기 제어부(63)는 구동력 Fv로부터 속도 차(vf-vr)까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극이 모두 음의 실수가 되도록 결정된다.

Description

다이나모미터 시스템의 제어 장치
본 발명은 다이나모미터 시스템의 제어 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 차량의 전륜과 후륜이 각각 별개로 재치(載置)되는 전륜 롤러와 후륜 롤러를 구비한 섀시 다이나모미터 시스템(chassis dynamometer system)의 제어 장치에 관한 것이다.
내구 시험, 배기 정화 성능 평가 시험 및 연비 계측 시험 등의 차량 시험에서는 섀시 다이나모미터 시스템이 이용된다. 섀시 다이나모미터 시스템은 시험 대상이 되는 차량의 차륜이 재치되는 롤러와 이 롤러에 연결된 다이나모미터를 구비하며, 롤러 위에서 주행하는 차량에 대해 구름 저항이나 관성 저항 등의 실제 주행 시에 발생하는 주행 저항을 다이나모미터 및 롤러를 이용하여 부여함으로써, 실제 주행 조건에 가까운 조건을 재현한다.
이러한 섀시 다이나모미터 시스템에는 주로 4륜 차량의 전후 차륜에 동력을 전달하는 이른바 4륜 구동 차량에 이용되는 것을 상정하여, 차량의 전륜이 재치되는 전륜 롤러와 후륜이 재치되는 후륜 롤러를 각각 별개의 다이나모미터로 구동하는 것이 제안되었다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
실제 노면 위를 4륜 차량이 미끄러짐이 없는 상태로 주행하고 있는 경우, 전륜과 후륜의 속도는 동일하다. 그러나 상술한 바와 같은 4륜 구동 차량용 섀시 다이나모미터 시스템에서는 전륜 롤러와 후륜 롤러를 기계적으로 연결하지 않고 독립적으로 구동하고 있기 때문에, 전륜 롤러의 속도와 후륜 롤러의 속도에 차가 생기는 경우가 있다. 때문에, 4륜 구동 차량용 섀시 다이나모미터 시스템에서는, 전륜 롤러와 후륜 롤러를 등속으로 하는 동기 제어가 수행된다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 2의 4륜 구동 차량용 섀시 다이나모미터 시스템에서는, 전후륜 롤러의 속도 차와 그 극성에 따라 각 롤러에 연결된 전후륜 다이나모미터의 인버터에 공급하는 전류 지령 신호를 보정함으로써 전후륜 롤러를 등속으로 하는 동기 제어가 수행된다. 또한 특허 문헌 2에는, 이 동기 제어 성능을 높이기 위해, 동기 제어에서의 동기 제어 게인을 속도 차의 표준 편차의 크기에 따라 조정하는 기술이 제안되었다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2007-285903호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2010-71771호
도 4는 특허 문헌 2에 제안된 방법에 의해 동기 제어를 수행한 경우의 전륜 속도 및 후륜 속도(상단), 및 이들 전후륜의 속도 차(하단)의 변화를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로는 도 4의 예에서는, 전륜만 구동력을 발생하는 차량을 이용하고, 후륜측의 다이나모미터는 특허 문헌 2의 방법에 의해 전륜측의 다이나모미터와 동일 속도로 회전하도록 동기 제어를 수행한 경우를 나타낸다.
특허 문헌 2에 제안된 동기 제어 방법은 섀시 다이나모미터 시스템의 고정 관성 모멘트를 고려한 것이 아니다. 따라서, 도 4에 나타내는 바와 같이 제어 응답이 진동적으로 되는 경우가 있다. 제어 응답에 따라 전륜 속도와 후륜 속도에 어느 정도의 차가 생기는 것은 허용된다. 그러나, 통상적으로 상정되는 노면 위를 주행하는 차량에서는 전후륜의 속도 차에 진동이 생기는 경우는 없기 때문에, 롤러 위의 차량에 대해 실제 도로에서는 생길 수 없는 진동을 부여할지도 모른다.
본 발명은 2개의 차륜의 속도 차에 진동적인 거동을 부여하지 않고 각 차륜을 등속으로 할 수 있는 섀시 다이나모미터 시스템의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 다이나모미터 시스템(예를 들어, 후술하는 다이나모미터 시스템(S))은 차량(예를 들어, 후술하는 차량(V))의 제1 차륜(예를 들어, 후술하는 전륜(Wf)) 및 제2 차륜(예를 들어, 후술하는 후륜(Wr))이 각각 재치되어, 각각의 회전에 종동(從動)하는 제1 종동 부재(예를 들어, 후술하는 전륜 롤러(1f)) 및 제2 차 종동 부재(예를 들어, 후술하는 후륜 롤러(1r)); 상기 제1 및 제2 종동 부재에 각각 연결된 제1 다이나모미터(예를 들어, 후술하는 전륜 다이나모미터(2f)) 및 제2 다이나모미터(예를 들어, 후술하는 후륜 다이나모미터(2r)); 및 상기 제1 및 제2 다이나모미터의 각각의 속도를 검출하는 제1 속도 센서(예를 들어, 후술하는 전륜 속도 센서(3f)) 및 제2 속도 센서(예를 들어, 후술하는 후륜 속도 센서(3r));를 구비한다. 다이나모미터 시스템의 제어 장치(예를 들어, 후술하는 제어 장치(6))는 상기 차량의 발생 구동력을 추정하는 구동력 추정부(예를 들어, 후술하는 구동력 옵저버(61)); 상기 추정된 발생 구동력(Fv)을 이용하여, 상기 제1 다이나모미터로의 제1 토크 지령 신호(Ff_bs) 및 상기 제2 다이나모미터로의 제2 토크 지령 신호(Fr_bs)를 생성하는 토크 지령 신호 생성부(예를 들어, 후술하는 전기 관성 제어부(62)); 상기 제1 속도 센서에 의해 검출되는 제1 속도(vf)와 상기 제2 속도 센서에 의해 검출되는 제2 속도(vr)의 속도 차(vf-vr)가 없어지도록 상기 제1 토크 지령 신호에 대한 제1 토크 보정 신호(-Fd) 및 상기 제2 토크 지령 신호에 대한 제2 토크 보정 신호(Fd)를 생성하는 동기 보정 신호 생성부(예를 들어, 후술하는 동기 제어부(63)); 상기 제1 토크 보정 신호를 이용하여 상기 제1 토크 지령 신호를 보정하는 제1 토크 지령 보정부(예를 들어, 후술하는 전륜 토크 지령 신호 생성부(64f)); 및 상기 제2 토크 보정 신호를 이용하여 상기 제2 토크 지령 신호를 보정하는 제2 토크 지령 보정부(예를 들어, 후술하는 후륜 토크 지령 신호 생성부(64r));를 구비하며, 상기 동기 보정 신호 생성부는 상기 발생 구동력으로부터 상기 속도 차까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극(極)이 모두 음의 실수가 되도록 결정되는 것을 특징으로 한다.
(2) 이 경우, 상기 동기 보정 신호 생성부에서의 상기 속도 차로부터 상기 제1 토크 보정 신호 및 상기 제2 토크 보정 신호까지의 전달 함수 Gd(s)는 제1 동기 제어 게인 Kp 및 제2 동기 제어 게인 Ti를 이용하여 하기 수학식 1의 식 (1)에 의해 주어지며, 상기 제1 동기 제어 게인 Kp 및 상기 제2 동기 제어 게인 Ti는 상기 발생 구동력으로부터 상기 속도 차까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극(極)이 모두 음의 실수가 되도록 결정되는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure 112020093233321-pct00001
(3) 이 경우, 상기 제1 동기 제어 게인 Kp 및 상기 제2 동기 제어 게인 Ti는, 상기 제1 종동 부재 및 상기 제1 다이나모미터를 합친 관성 Mf와, 상기 제2 종동 부재 및 상기 제2 다이나모미터를 합친 관성 Mr과, 임의의 제어 응답 주파수ωc를 이용하여 하기 수학식 2의 식 (2-1) 및 (2-2)에 의해 주어지는 것이 바람직하다.
[수학식 2]
Figure 112020093233321-pct00002
(1) 구동력 추정부는 차량의 발생 구동력을 추정하고, 토크 지령 신호 생성부는 추정된 발생 구동력을 이용하여 제1 및 제2 다이나모미터로의 제1 및 제2 토크 지령 신호를 생성한다. 또한 동기 보정 신호 생성부는 제1 속도와 제2 속도의 속도 차가 없어지도록 제1 및 제2 토크 보정 신호를 생성하고, 제1 및 제2 토크 지령 보정부는 이들 제1 및 제2 토크 보정 신호를 이용하여 제1 및 제2 토크 지령 신호를 보정한다. 이로써 본 발명의 제어 장치에 의하면, 차량의 발생 구동력에 따른 적절한 부하를 제1 및 제2 종동 부재에 재치된 차량에 부여하면서, 이들 차량의 제1 차륜과 제2 차륜을 등속으로 동기할 수 있다. 또한 본 발명의 제어 장치에 의하면, 동기 보정 신호 생성부는 발생 구동력으로부터 속도 차까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극이 모두 음의 실수가 되도록, 즉 모든 극이 비진동적이 되도록 설정된다. 본 발명의 제어 장치에서는, 이와 같이 설정된 동기 보정 신호 생성부를 이용하여 제1 및 제2 토크 보정 신호를 생성함으로써, 제1 및 제2 종동 부재에 재치된 차량에서 발생하는 발생 구동력에 대한 제어 응답으로서, 제1 속도와 제2 속도의 속도 차에 진동적인 거동이 생기는 것을 방지할 수 있다.
(2) 본 발명의 제어 장치에서는, 2개의 동기 제어 게인 Kp, Ti를 이용한 상기 수학식 1에 의해 규정되는 전달 함수 Gd(s)에 속도 차를 입력함으로써 제1 토크 보정 신호 및 제2 토크 보정 신호를 생성하는 동시에, 이들 2개의 동기 제어 게인 Kp, Ti는 발생 구동력으로부터 속도 차까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극이 모두 음의 실수가 되도록 설정한다. 이로써, 차량으로부터 제1 및 제2 종동 부재로 입력되는 발생 구동력에 대해, 제1 속도와 제2 속도의 속도 차에 진동적인 거동이 생기는 것을 방지하면서, 속도 차를 신속하게 없앨 수 있다.
(3) 본 발명의 제어 장치에서는, 2개의 동기 제어 게인 Kp, Ti를, 미리 측정할 수 있는 관성 Mf, Mr과 임의로 설정할 수 있는 제어 응답 주파수 ωc를 이용해 상기 식 (2-1) 및 (2-2)에 의해 설정한다. 이들 식 (2-1) 및 (2-2)는 상술한 분모 다항식의 극 모두를 음의 실수로 하는 해 중 하나가 되고 있다. 따라서 본 발명의 제어 장치에 의하면, 속도 차에 진동적인 거동이 생기는 것을 방지하면서, 임의로 설정할 수 있는 제어 응답 주파수 ωc에 따른 응답 속도로 제1 속도와 제2 속도의 속도 차를 없앨 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다이나모미터 시스템 및 그 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 상기 실시 형태에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 제어 장치를 이용하여 동기 제어를 수행한 경우의 전륜 속도 및 후륜 속도(상단), 및 이들의 속도 차(하단)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 제어 장치를 이용하여 동기 제어를 수행한 경우의 전륜 속도 및 후륜 속도(상단), 및 이들의 속도 차(하단)의 변화를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 섀시 다이나모미터 시스템(S) 및 그 제어 장치(5)의 구성을 나타내는 도면이다. 섀시 다이나모미터 시스템(S)의 시험 대상 차량(V)은 그 동력을 전륜(Wf) 및 후륜(Wr)으로 분리하여 전달하는 사륜 구동(4WD) 차량이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 시험 대상 차량(V)은 전륜 구동(FWD) 차량이나 후륜 구동(RWD) 차량으로 할 수도 있다.
섀시 다이나모미터 시스템(S)은 차량(V)의 전륜(Wf) 및 후륜(Wr)이 각각 재치되어, 각각의 회전에 따라 회전하는 전륜 롤러(1f) 및 후륜 롤러(1r); 이들 롤러(1f, 1r)에 각각 동축으로 연결된 전륜 다이나모미터(2f) 및 후륜 다이나모미터(2r); 다이나모미터(2f, 2r)의 회전 속도를 각각 검출하는 전륜 속도 센서(3f) 및 후륜 속도 센서(3r); 다이나모미터(2f, 2r)의 토크를 각각 검출하는 전륜 토크 센서(4f) 및 후륜 토크 센서(4r); 다이나모미터(2f, 2r)의 각각에 전력을 공급하는 전륜 인버터(5f) 및 후륜 인버터(5r); 및 속도 센서(3f, 3r) 및 토크 센서(4f, 4r)의 출력 등을 이용함으로써 다이나모미터(2f, 2r)에서 발생시키는 토크에 대한 지령에 상당하는 전륜 및 후륜 토크 지령 신호를 생성하고, 인버터(5f, 5r)에 입력하는 제어 장치(6);를 구비한다.
도 2는 제어 장치(6)의 구성을 나타내는 도면이다. 제어 장치(6)는 구동력 옵저버(61), 전기 관성 제어부(62), 동기 제어부(63), 전륜 토크 지령 신호 생성부(64f), 및 후륜 토크 지령 신호 생성부(64r)를 구비한다.
구동력 옵저버(61)는 전륜 및 후륜 속도 센서에 의해 검출되는 전륜 속도 vf[m/s] 및 후륜 속도 vr[m/s]와, 전륜 및 후륜 토크 센서에 의해 검출되는 전륜 다이나모미터 토크 및 후륜 다이나모미터 토크를 이용함으로써, 차량으로부터 전륜 롤러 및 후륜 롤러로 전달하는 구동력에 상당하는 차량의 발생 구동력 Fv[N]를 추정한다. 보다 구체적으로는, 구동력 옵저버(61)는 예를 들어, 차륜이 재치되는 롤러와, 이 롤러와 축을 통해 연결되는 다이나모미터에 의해 구성되는 기계계의 모델을 이용함으로써, 차량의 전륜으로부터 전륜 롤러로 전달하는 전륜 구동력 Fvf와 차량의 후륜으로부터 후륜 롤러로 전달하는 후륜 구동력 Fvr을 추정하고, 이들 전륜 구동력 Fvf와 후륜 구동력 Fvr을 합산함으로써 발생 구동력 Fv를 추정한다.
전기 관성 제어부(62)는 구동력 옵저버(61)에 의해 추정된 차량의 발생 구동력 Fv를 이용하여 전륜 및 후륜 롤러를 통해 차량에 부여하는 전기 관성 저항 Fin[N]을 산출하고, 이 전기 관성 저항을 이용하여 전륜 다이나모미터로의 전륜 토크 지령 신호 Ff[N]에 대한 기본값에 상당하는 전륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs[N] 및 후륜 다이나모미터로의 후륜 토크 지령 신호 Fr[N]에 대한 기본값에 상당하는 후륜 기본 토크 지령 신호 Fr_bs[N]를 생성한다. 보다 구체적으로는, 전기 관성 제어부(62)는 발생 구동력 Fv와, 이 발생 구동력 Fv에 전륜 다이나모미터의 관성[kg] 및 전륜 롤러의 관성[kg]을 합친 전측 기계 관성 Mf[kg] 및 후륜 다이나모미터의 관성[kg] 및 후륜 롤러의 관성[kg]을 합친 후측 기계 관성 Mr[kg]의 합과 차량 관성 Mv[kg]의 비를 곱셈한 것과의 차를 전기 관성 저항 Fin으로 한다. 즉, Fin=(1-(Mf+Mr)/Mv)×Fv로 한다. 또한 전기 관성 제어부(62)는 이 전기 관성 저항 Fin을 2로 나눔으로써 전륜 및 후륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs, Fr_bs를 생성한다. 여기서, 차량 관성 Mv, 전측 기계 관성 Mf 및 후측 기계 관성 Mr의 구체적인 값은 각각 미리 시험을 수행함으로써 특정된 값이 이용된다.
동기 제어부(63)는 전륜 속도 vf 및 후륜 속도 vr을 이용함으로써, 이들의 속도 차(vf-vr)를 없애는 전륜 및 후륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs, Fr_bs에 대한 보정 신호에 상당하는 동기 제어 토크 지령 신호 Fd[N]를 생성한다.
보다 구체적으로는, 동기 제어부(63)는 소정의 속도 차 지령 dv로부터 속도 차(vf-vr)를 감산함으로써 편차 입력 ev를 산출한다. 여기서, 속도 차 지령 dv란, 전륜 속도 vf와 후륜 속도 vr의 속도 차(Vf-Vr)에 대한 지령값에 상당한다. 이하에서는, 이 속도 차를 0으로 하는 제어를 수행하기 위해, 속도 차 지령 dv의 값은 0으로 하는 경우에 대해 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 클러치의 시험이나 디퍼렌셜 기어의 시험 등을 수행하는 경우에는, 전륜 속도와 후륜 속도(또는 좌륜 속도와 우륜 속도)에 의도적으로 속도 차를 두는 경우가 있다. 이에 이와 같이 의도적으로 속도 차를 두는 경우에는 이 속도 차 지령 dv의 값을 0 이외의 값으로 설정한다.
동기 제어부(63)는 편차 입력 ev를 소정의 제1 동기 제어 게인 Kp 및 제2 동기 제어 게인 Ti를 이용하여 하기 수학식 3의 식 (3)에 의해 정의되는 전달 함수 Gd(s)에 입력함으로써 얻어지는 출력을 동기 제어 토크 지령 신호 Fd로 한다.
[수학식 3]
Figure 112020093233321-pct00003
여기서, 제1 및 제2 동기 제어 게인 Kp, Ti는 발생 구동력 Fv로부터 속도 차(vf-vr)까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극이 모두 음의 실수가 되도록 결정된다. 보다 구체적으로는, 이들 제1 및 제2 동기 제어 게인 Kp, Ti의 값은 임의의 제어 응답 주파수 ωc[rad], 전측 기계 관성 Mf 및 후측 기계 관성 Mr을 이용하여 하기 수학식 4의 식 (4-1) 및 (4-2)에 의해 산출되는 값이 이용된다. 후에 검증하는 바와 같이, 하기 식 (4-1) 및 (4-2)에 따라 설정되는 제1 및 제2 동기 제어 게인 Kp, Ti는 상기 분모 다항식의 극을 모두 음의 실수로 하는 해 중 하나가 되고 있다. 여기서 제어 응답 주파수 ωc는 작업자에 의해 임의의 양의 실수값으로 설정된다.
[수학식 4]
Figure 112020093233321-pct00004
전륜 지령 보정부(64f)는 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 이용하여 전륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs를 보정하고, 전륜 토크 지령 신호 Ff를 생성한다. 보다 구체적으로는, 전륜 지령 보정부(64f)는 전륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs로부터 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 감산한 것을 전륜 토크 지령 신호 Ff로 한다.
후륜 지령 보정부(64r)는 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 이용하여 후륜 기본 토크 지령 신호 Fr_bs를 보정하고, 후륜 토크 지령 신호 Fr을 생성한다. 보다 구체적으로는, 후륜 지령 보정부(64r)는 후륜 기본 토크 지령 신호 Fr_bs에 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 가산한 것을 후륜 토크 지령 신호 Fr로 한다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 섀시 다이나모미터 시스템(S) 및 그 제어 장치(6)에 의하면, 상기 식 (4-1) 및 (4-2)에 따라 설정되는 제1 및 제2 동기 제어 게인 Kp, Ti는, 상기 분모 다항식의 극을 모두 음의 실수로 하는 해 중 하나가 되고 있는 것에 대해 검증한다.
먼저, 발생 구동력 Fv의 전후 분배비를 k라 하면(즉, 전륜:후륜=k:1-k), 전측 기계 관성 Mf를 갖는 전측 시스템의 운동 방정식 및 후측 기계 관성 Mr을 갖는 전측 시스템의 운동 방정식은 각각 하기 수학식 5의 식 (5-1) 및 (5-2)로 표시된다.
[수학식 5]
Figure 112020093233321-pct00005
또한, 제어 장치(6)에 있어서, 전륜 토크 지령 신호 Ff 및 후륜 토크 지령 신호 Fr은 전기 관성 제어부(62)에 양의 실수인 소정의 시정수 Tf로 특징지어지는 1차 지연이 존재한다고 가정하면, 각각 하기 수학식 6의 식 (6-1) 및 (6-2)로 표시된다.
[수학식 6]
Figure 112020093233321-pct00006
또한 속도 차 지령 dv의 값을 0이라 하면, 동기 제어 토크 지령 신호 Fd는 하기 수학식 7의 식 (7)로 표시된다.
[수학식 7]
Figure 112020093233321-pct00007
이들 5개의 식을 이용하면, 발생 구동력 Fv에 대한 속도 차(vf-vr)의 전달 함수((vf-vr)/Fv)의 분모 다항식 D(s)에 대한 하기 수학식 8의 식 (8)이 얻어진다.
[수학식 8]
Figure 112020093233321-pct00008
분모 다항식 (8)의 우변에서 Tf는 양의 실수이므로, "Tf·s+1"의 항은 음의 실수의 극을 부여하기 때문에 비진동적이다. 또한 제1 및 제2 동기 제어 게인 Kp. Ti를 상기 식 (4-1) 및 (4-2)에 따라 설정하면, 분모 다항식 (8)의 우변에서 "Tf·s+1" 이외의 항은 (s/ωc+1)2이 된다. 따라서, 상기 제어 장치(6)에서, 제1 및 제2 동기 제어 게인 Kp, Ti를 예를 들어 상기 식 (4-1) 및 (4-2)에 따라 설정함으로써, 발생 구동력 Fv로부터 속도 차(vf-vr)까지의 전달 함수에서의 분모 다항식 (8)의 극은 모두 음의 실수가 되도록 결정되는 것이 검증되었다.
본 실시 형태에 따른 제어 장치(6)에 의하면 이하의 효과를 나타낸다.
(1) 구동력 옵저버(61)는 차량의 발생 구동력 Fv를 추정하고, 전기 관성 제어부(62)는 발생 구동력 Fv를 이용하여 전륜 및 후륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs, Fr_bs를 생성한다. 또한 동기 제어부(63)는 속도 차(vf-vr)가 없어지도록 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 생성하고, 전륜 및 후륜 토크 지령 신호 생성부(64f, 64r)는 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 이용하여 전륜 및 후륜 기본 토크 지령 신호 Ff_bs, Fr_bs를 보정하고, 전륜 및 후륜 토크 지령 신호 Ff, Fr을 생성한다. 이로써 제어 장치(6) 및 섀시 다이나모미터 시스템(S)에 의하면, 차량의 발생 구동력 Fv에 따른 적절한 부하를 전륜 및 후륜 롤러(1f, 1r)에 재치된 차량(V)에 부여하면서, 이들 차량(V)의 전륜(Wf)과 후륜(Wr)을 등속으로 동기할 수 있다.
도 3은 본 실시 형태의 제어 장치(6)에 의해 동기 제어를 수행한 경우의 전륜 속도 및 후륜 속도(상단), 및 속도 차(하단)의 변화를 나타내는 도면이다. 상술한 도 4와 마찬가지로, 도 3의 예에서는 전륜만 구동력을 발생하는 차량을 이용하고, 후륜 다이나모미터는 제어 장치(6)에 의해 전륜 다이나모미터와 동일 속도로 회전하도록 동기 제어를 수행한 경우를 나타낸다.
동기 제어부(63)는 발생 구동력 Fv로부터 속도 차(vf-vr)까지의 전달 함수의 분모 다항식 (8)의 극이 모두 음의 실수가 되도록, 즉 모든 극이 비진동적이 되도록 설정된다. 본 실시 형태의 제어 장치(6)에서는, 이와 같이 설정된 동기 제어부(63)를 이용하여 전륜 및 후륜 토크 지령 신호 Ff, Fr을 생성하고, 이들을 전륜 및 후륜 다이나모미터(2f, 2r)의 인버터(5f, 5r)에 입력한다. 이로써, 도 3과 도 4를 비교하여 명백한 바와 같이, 차량의 전륜에서 발생하는 발생 구동력에 대한 제어 응답으로서, 전륜 속도와 후륜 속도의 속도 차에 진동적인 거동이 생기는 것을 방지할 수 있다.
(2) 본 실시 형태의 제어 장치(6)에서는, 2개의 동기 제어 게인 Kp, Ti를 이용한 상기 식 (3)에 의해 규정되는 전달 함수 Gd(s)에 속도 차를 입력함으로써 동기 제어 토크 지령 신호 Fd를 생성하는 동시에, 이들 2개의 동기 제어 게인 Kp, Ti는 발생 구동력으로부터 속도 차까지의 전달 함수의 분모 다항식 (8)의 극이 모두 음의 실수가 되도록 설정한다. 이로써, 차량(V)으로부터 전륜 및 후륜 롤러(1f, 1r)로 입력되는 발생 구동력 Fv에 대해, 속도 차(vf-vr)에 진동적인 거동이 생기는 것을 방지하면서, 속도 차(vf-vr)를 신속하게 없앨 수 있다.
(3) 본 실시 형태의 제어 장치(6)에서는, 2개의 동기 제어 게인 Kp, Ti를, 미리 측정할 수 있는 전측 기계 관성 Mf 및 후측 기계 관성 Mr과, 임의로 설정할 수 있는 제어 응답 주파수 ωc를 이용하여 상기 식 (4-1) 및 (4-2)에 의해 설정한다. 상술한 바와 같이, 이들 식 (4-1) 및 (4-2)는 상술한 분모 다항식 (8)의 극의 모두를 음의 실수로 하는 해 중 하나가 되고 있다. 따라서 본 실시 형태의 제어 장치(6)에 의하면, 속도 차에 진동적인 거동이 생기는 것을 방지하면서, 임의로 설정할 수 있는 제어 응답 주파수 ωc에 따른 응답 속도로 속도 차를 없앨 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지의 범위 내에서 세부 구성을 적절히 변경할 수도 있다.
예를 들어 상기 실시 형태의 섀시 다이나모미터 시스템에서는, 제1 차륜을 전륜(Wf)으로 하고, 제2 차륜을 후륜(Wr)으로 함으로써, 이들 전륜(Wf) 및 후륜(Wr)의 속도 차에 진동적인 거동이 생기지 않도록 했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 제1 차륜을 차량의 좌륜으로 하고, 제2 차륜을 차량의 우륜으로 함으로써, 이들 좌륜 및 우륜의 속도 차에 진동적인 거동이 생기지 않도록 할 수도 있다.
또한 상기 실시 형태의 섀시 다이나모미터 시스템에서는, 전륜(Wf) 및 후륜(Wr)이 각각 재치되어, 각각의 회전에 종동하는 제1 종동 부재 및 제2 종동 부재로서 전륜 롤러 및 후륜 롤러를 이용한 경우에 대해 설명했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이들 제1 및 제2 종동 부재로서는 예를 들어, 전륜(Wf) 및 후륜(Wr)의 회전에 따라 회전하는 전륜 플랫 벨트 및 후륜 플랫 벨트를 이용할 수도 있다.
S: 섀시 다이나모미터 시스템
V: 차량
Wf: 전륜(제1 차륜)
Wr: 후륜(제2 차륜)
1f: 전륜 롤러(제1 종동 부재)
1r: 후륜 롤러(제2 종동 부재)
2f: 전륜 다이나모미터(제1 다이나모미터)
2r: 후륜 다이나모미터(제2 다이나모미터)
3f: 전륜 속도 센서(제1 속도 센서)
3r: 후륜 속도 센서(제2 속도 센서)
6: 제어 장치
61: 구동력 옵저버(구동력 추정부)
62: 전기 관성 제어부(토크 지령 신호 생성부)
63: 동기 제어부(동기 보정 신호 생성부)
64f: 전륜 토크 지령 신호 생성부(제1 토크 지령 보정부)
64r: 후륜 토크 지령 신호 생성부(제2 토크 지령 보정부)

Claims (3)

  1. 차량의 제1 차륜 및 제2 차륜이 각각 재치(載置)되어, 각각의 회전에 종동하는 제1 종동 부재 및 제2 차 종동 부재; 상기 제1 종동 부재 및 상기 제2 종동 부재에 각각 연결된 제1 다이나모미터 및 제2 다이나모미터; 및 상기 제1 다이나모미터 및 상기 제2 다이나모미터의 각각의 속도를 검출하는 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서;를 구비하는 다이나모미터 시스템의 제어 장치에 있어서,
    상기 차량의 발생 구동력을 추정하는 구동력 추정부;
    상기 추정된 발생 구동력을 이용하여, 상기 제1 다이나모미터로의 제1 토크 지령 신호 및 상기 제2 다이나모미터로의 제2 토크 지령 신호를 생성하는 토크 지령 신호 생성부;
    상기 제1 속도 센서에 의해 검출되는 제1 속도와 상기 제2 속도 센서에 의해 검출되는 제2 속도의 속도 차가 없어지도록 상기 제1 토크 지령 신호에 대한 제1 토크 보정 신호 및 상기 제2 토크 지령 신호에 대한 제2 토크 보정 신호를 생성하는 동기 보정 신호 생성부;
    상기 제1 토크 보정 신호를 이용하여 상기 제1 토크 지령 신호를 보정하는 제1 토크 지령 보정부; 및
    상기 제2 토크 보정 신호를 이용하여 상기 제2 토크 지령 신호를 보정하는 제2 토크 지령 보정부;를 구비하며,
    상기 동기 보정 신호 생성부는, 소정의 제어 게인에 의해 정의되는 전달 함수에 상기 속도 차를 입력함으로써 상기 제1 토크 보정 신호 및 상기 제2 토크 보정 신호를 생성하고,
    상기 제어 게인은, 상기 발생 구동력으로부터 상기 속도 차까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극(極)이 모두 음의 실수가 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기 보정 신호 생성부에서의 상기 속도 차로부터 상기 제1 토크 보정 신호 및 상기 제2 토크 보정 신호까지의 전달 함수 Gd(s)는 제1 동기 제어 게인 Kp 및 제2 동기 제어 게인 Ti를 이용하여 하기 수학식 1의 식 (1)에 의해 주어지며,
    상기 제1 동기 제어 게인 Kp 및 상기 제2 동기 제어 게인 Ti는 상기 발생 구동력으로부터 상기 속도 차까지의 전달 함수의 분모 다항식의 극(極)이 모두 음의 실수가 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 제어 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112020093233321-pct00009
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 동기 제어 게인 Kp 및 상기 제2 동기 제어 게인 Ti는, 상기 제1 종동 부재 및 상기 제1 다이나모미터를 합친 관성 Mf와, 상기 제2 종동 부재 및 상기 제2 다이나모미터를 합친 관성 Mr과, 임의의 제어 응답 주파수 ωc를 이용하여 하기 수학식 2의 식 (2-1) 및 (2-2)에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 제어 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112020093233321-pct00010
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