ドライブとモータが自動車試験装置を支える

試験装置は自動車および航空宇宙産業で広く使用され、多様な車両をテストします。Andy Pyeが、これらのシステム内でドライブとモータがどう使用されているかを見ていきます。

自動車産業でドライブシステムが使用される典型的なアプリケーションには以下があります：

• 自動車・オートバイ産業向けシャシダイナモメータ（ローラー試験機）
• エンジン試験スタンド（電気・内燃エンジンの生産用）
• 自動車・工作機械産業サプライヤー向けトランスミッション/ギアボックス試験スタンド
• 電気自動車試験スタンド（車両インバータ駆動用DC電源供給）

自動車メーカーは、生産ラインからランダムにエンジンを選抜し、主要な設計要件とパラメータをすべて満たすか厳格な試験を行います。

自動車メーカーとティア1サプライヤーの社内試験に加え、自動車試験装置は専門試験機関でも使用されます。例えば、Horiba MIRAはグローバル自動車産業へ試験エンジニアリングサービスを提供する豊富な経験を持ち、法規制・規格への適合試験、顧客固有要件への試験、適切な試験手順・手法の開発を行っています。同社は37以上の主要試験施設を擁し、包括的な安全性試験室（衝突、衝撃シミュレーション、歩行者保護）、車両・部品環境試験設備、全尺度空力風洞、車両・部品EMC（電磁両立性）、部品・構造試験ラボを備えています。

AC可変速ドライブは試験装置用途に非常に適しています。実際の条件を、高度に動的、精確、リニア、再現性高くシミュレートできるからです。非常に応答性が高く、高速イベントを再現するために素早く停止・始動できます。

回生ドライブがよく使用され、モータがエネルギーを吸収または負荷を提供する際に電力を回生し、電源に戻すことで運転コストを削減します。

これらの用途で使用されるすべてのドライブは、エネルギー効率と高制御精度、低リップル電圧・電流に最適化されているべきです。 優れたトルク応答が不可欠です。ドライブがトルク増幅器として使用されることが多いため、トルク指令からモータ軸トルクまでの時間を最小化する必要があります。実際のトルクがトルク指令にどれだけ近く追従できるかで、制御システムによる制御の容易さ、ひいては試験装置全体の性能が決まります。

シャシダイナモメータ

最も一般的な自動車試験装置は、シャシダイナモメータ、エンジンダイナモメータ、トランスミッションリグです。シャシダイナモメータ試験では、試験タイプに応じて、試験ユニットのアクスルまたはホイールごとに1台のドライブとモータを使用します。

CP Engineeringは、自動車産業向けエンジン/シャシダイナモメータ試験システム、トランスミッション試験システム、その他試験装置を製造しています。Castrol、Cosworth Technology、Delphi、Shellなど、この分野の多くの大手企業にシステムを納入しています。

CPのWindows NTベース『Cadet』制御・データログシステムのアナログインターフェースは、ドライブのクローズドループベクトル制御と同期されています。試験システムには、実車と同じ負荷/速度プロファイルを与えるため、リアルタイム制御と処理が精密に同期されている必要があります。制御ループの応答は、所定のサイクルタイム（典型的に3.25ms）内で一貫して維持されなければなりません。ドライブはオーバーラン条件をシミュレートするため、力行運転も可能でなければなりません。

クランキングソフトウェアがドライブシャフトを保護します。エンジンが着火・加速すると、ドライブはゼロトルクに切り替えてアイドリングをシミュレートします。従来のダイナモメータでは不可能で、CPの競争優位性となっています。

ローラー試験機とブレーキ試験スタンド

ここでは、さまざまな試験プロファイルとコースがシミュレート・プリプログラムされ、ブレーキング、発進、カーブ走行、クロスカントリー、オフロード走行など、走行抵抗を可能な限り現実的に再現します。ABS（アンチロックブレーキシステム）やEPS（電動パワーステアリング）など、内部および安全関連車両機能も試験されます。高速応答補償により、摩擦、電気的・熱的依存性、パワートレイン全体の慣性モーメントを考慮に入れ、高精度で再現性の高い測定が得られます。

エンジン試験スタンド

ドライブシステムは、開発センターとモータ製造の両方でエンジン試験スタンドに使用されます。あらゆる試験スタンドと同様、日常運転条件を精確にシミュレートすることが鍵です。

内燃エンジンと電気エンジンの品質評価には、異なる試験パターンと速度、トルク/カウンタトルクサイクル、耐久試験、短時間負荷など、特定の要件があります。

周波数変換器（ドライブ）は、必要なトルクカーブを精確に生成しつつ、内燃エンジンで発生するエネルギーを回生し、商用電源から正弦波電流を引き出さないことで電源系統を保護します。

試験エンジニアは、試験サンプルを特定の速度とトルクにさらし、共振と技術的限界を露出させることもできます。

トランスミッション/ギアボックス試験スタンド

ここでは、内燃エンジンのトルク脈動と運転特性が、試験対象のトランスミッション/ギアボックスに適用されます。すべてのドライブコントローラをリアルタイムEthernetでネットワーク接続することで、インバータ電流制御と速度制御回路の必要な同期が確保され、制御システムでの不要なバランス調整を回避し、試験結果が実状を反映します。

パワーエレクトロニクスは、多様なトランスミッション/ギアボックスタイプの入力側と出力側ドライブとして機能します。4台の負荷機械が車輪/路面系を置き換え、走行プロファイルを表現し、入力側ドライブが内燃エンジンをシミュレートします。

エンジントルク脈動シミュレーション（ETPS）は、開発試験スタンド上で内燃エンジンを再現します。この種の試験スタンドの高い要件を満たすため、低慣性モーメント永久磁石同期モータと誘導モータが使用されます。

電気自動車用試験装置

新たな開発には新たな試験手法が必要です。ハイブリッドおよび電気自動車のパワートレイン（車両インバータ、モータ/エンジン、トランスミッション/ギアボックス）は、共通DCバス構成で全て接続された完全なシステムとして試験できます。これにより、回生電力（ブレーキ時など）を循環利用できます。

与えられた搭載モータ電力に対して、これは系統連系インバータの電力定格を最小化し、設備投資とエネルギーコストの両方を削減します。システムの重要な特徴は、すべての制御ループが同期されていることで、システム共振リスクを大幅に低減します。