CN108351274B

CN108351274B - 发动机试验装置以及方法

Info

Publication number: CN108351274B
Application number: CN201680066271.4A
Authority: CN
Inventors: 小川笃志; 内田润
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: WO2017082225A1; CN108351274A; JP6629574B2; US20180372586A1; JP2017090321A; US10684194B2

Abstract

提供一种能够简单地提高试验的精度的发动机试验装置以及方法。本发明的发动机试验装置(10)具备：测功机(14)，其经由轴构件(32)来对发动机(12)的输出轴赋予转矩；转矩计(36)，其配置于轴构件(32)，测量转矩；以及控制装置(20)，其使用转速反馈值来运算转矩指令值，以利用转速对测功机(14)进行反馈控制。控制装置(20)从转矩指令值减去转矩计(14)的测量值来求出校正转矩指令值，使用该校正转矩指令值来控制测功机(14)。

Description

发动机试验装置以及方法

技术领域

本发明涉及一种发动机试验装置以及方法，特别涉及一种具有在鲁棒性、响应性等方面优异的控制性能的发动机试验装置以及方法。

背景技术

作为对发动机性能进行试验的装置，已知发动机台架(engine bench)(参照专利文献1)。发动机台架是评价试验用发动机是否具备规定的性能的试验装置，试验用发动机安装于台架试验机(发动机台架)。发动机的输出轴经由转矩计来与测功机(dynamometer)连接，发动机的旋转力被该测功机所吸收。一般来说对测功机进行反馈控制，以使测功机的转速成为目标的转速的方式进行控制。

专利文献1：日本特开2012-88187

发明内容

发明要解决的问题

然而，在以往的发动机台架中，存在以下问题：在转速的目标值与实测值之间产生偏差，特别是在过渡条件下进行试验时偏差变大。为了提高试验的精度，需要优化PI控制的条件，但是必须针对每个试验用发动机反复试验来设定条件，耗费时间和劳力。另外，还存在以下问题：仅优化PI控制的条件则无法充分提高过渡条件下的精度。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够简单地提高试验的精度的发动机试验装置以及方法。

用于解决问题的方案

第一发明所记载的发明为了达到所述目的而提供一种发动机试验装置，该发动机试验装置具备：测功机，其经由轴来对发动机的输出轴赋予转矩；转矩计，其测量所述轴的转矩；以及控制装置，其使用通过测量所述测功机的转速所得到的转速反馈值来运算转矩指令值，以利用转速对该测功机进行反馈控制，该发动机试验装置的特征在于，所述控制装置从所述转矩指令值减去所述转矩计的测量值来求出校正转矩指令值，使用该校正转矩指令值来控制所述测功机。

本发明的发明人得到了以下见解：如果从使用转速反馈值运算出的转矩指令值减去转矩计的测量值来求出校正转矩指令值并基于该校正转矩指令值来控制测功机，则能够将发动机侧的转矩变动量在测功机侧抵消，能够将前述的误差减少到极限。本发明是基于这样的见解而完成的，从转矩指令值减去转矩计的测量值来求出校正转矩指令值，并基于该校正转矩指令值来控制测功机，因此能够尽量减少转速的目标值与实测值的误差。由此，对于过渡条件下的试验也能够应对，即使是使目标值发生变动的情况，也能够使实测值高精度地跟踪目标值。并且，本发明仅追加了非常简单的运算处理，不需要输入发动机、测功机的惯性值。因而，能够针对各种发动机简单地提高试验精度。

第二发明所记载的发明为了达到所述目的而提供一种发动机试验方法，在该发动机试验方法中，由测功机经由轴来对发动机的输出轴施加负荷，并且利用转速对所述测功机进行反馈控制，该发动机试验方法的特征在于，具有以下步骤：从使用通过测量所述测功机的转速所得到的转速反馈值运算出的转矩指令值减去所述轴的转矩测量值来求出校正转矩指令值；以及使用所述校正转矩指令值来控制所述测功机。

发明的效果

根据本发明，从使用转速反馈值运算出的转矩指令值减去转矩计的测量值来求出校正转矩指令值，并基于该校正转矩指令值来控制测功机，因此能够尽量减少转速的目标值与实测值的误差，能够进行高精度的试验。

附图说明

图1是示出了本实施方式的发动机试验装置的概要结构的示意图。

图2是用于说明由本实施方式的控制装置进行的运算处理的示意图。

图3是说明本实施方式的发动机试验装置的作用的说明图。

图4是说明本实施方式的发动机试验装置的作用的说明图。

具体实施方式

结合附图来说明本发明所涉及的发动机试验装置以及方法的优选实施方式。图1是示出了应用本发明的实施方式的发动机试验装置10的概要结构的示意图。

该图所示的发动机试验装置10是对作为试验对象的发动机12的性能进行测定、评价的装置，主要包括测功机14、轴构件32、测功机控制部(日语：ダイナモ制御部)16、发动机控制部18、控制装置20。此外，在本实施方式中，将测功机控制部16、发动机控制部18、控制装置20分开地说明，但是也可以将它们的一部分或全部一起构成。

发动机12固定于架台22，其输出轴经由轴构件32来与测功机14连接。轴构件32是通过将主轴等多个轴构件连结来构成的，在其连结部分插入有万向节(universal joint)34。在轴构件32上安装有转矩计36，通过该转矩计36来测量轴构件32的转矩(轴转矩值)。

测功机14是对发动机12施加规定的负荷转矩的装置，能够通过使电流、电压可变来设定负荷转矩。在测功机14上连接有测功机控制部16，通过该测功机控制部16来对施加于测功机14的电流、电压进行可变控制，从而对发动机12的负荷转矩进行控制。

另一方面，在发动机12上连接有发动机控制部18。发动机控制部18是通过对发动机12提供节气门开度、点火超前角等控制指令值来对发动机12进行驱动控制的单元，通常由ECU或者对ECU附加旁路电路而成的发动机控制电路来实现。也可以取代ECU而由被称为虚拟ECU的DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)来实现。通过该发动机控制部18来对发动机12提供控制参数(例如规定的节气门开度)。由此，发动机12旋转，该旋转经由轴构件32被传递到测功机14。此外，作为从发动机控制部18提供的控制参数，除了转速、节气门开度以外，还有燃料注入量、空气注入量、燃料与空气的混合比、点火时间(汽油发动机的情况)、燃料喷射控制方法(柴油发动机的情况)等各种参数。

上述的测功机14、测功机控制部16、发动机控制部18、转矩计36与控制装置20连接。控制装置20具备以下功能：借助测功机控制部16、发动机控制部18等来对测功机14、发动机12进行反馈控制。例如，在控制装置20中设定(输入)有发动机12的转速目标值、转矩目标值，控制装置20决定使转速成为该转速目标值的节气门开度指令值并输出该节气门开度指令值，或者，运算其所需的测功机14的转矩值，将基于该运算值计算出的转矩指令值输出到测功机控制部16。

图2示出了说明由本实施方式的控制装置20进行的用于控制测功机14的动作的运算处理的示意图。如该图所示，控制装置20具备转速差值计算部200、PI控制部201以及校正转矩指令值计算部202来作为用于控制测功机14的动作的结构部。转速差值计算部200计算转速目标值与转速FB值之差(差值)，向PI控制部201输出所计算出的差(差值)。在此，转速目标值是指预先对控制装置20设定(输入)的值，不仅包括稳定条件、也包括过渡条件的情况。另外，转速FB值(转速反馈值)是实际测量出的转速(测功机14的旋转轴的转速)的值，例如从内置于测功机14的编码器等输入到控制装置20。

另外，在PI控制部201中预先设定有与PI控制有关的参数。PI控制部201受理转速目标值与转速FB值之差(差值)的输入，使用该差值以及预先设定的参数来计算(运算)用于对测功机14进行反馈控制的转矩指令值。然后，PI控制部201向校正转矩指令值计算部202输出通过运算所得到的转矩指令值。在以往装置中，该转矩指令值被输出到测功机控制部16，测功机14被反馈控制。此外，上述的转矩指令值的计算方法是在以往装置中执行的一般性技术，因此省略详细的说明。

校正转矩指令值计算部202受理从PI控制部201输出的转矩指令值以及从转矩计36输出的轴转矩值，求出从该转矩指令值减去轴转矩值而得到的“校正转矩指令值”(“校正转矩指令值”＝“转矩指令值”-“轴转矩值”)。然后，校正转矩指令值计算部202对测功机控制部16输出上述的校正转矩指令值，对测功机14的动作进行控制。此外，来自转矩计36的轴转矩值也可以根据需要来通过滤波器、放大器。

此外，对于控制装置20的硬件结构没有特别限定，控制装置20例如能够由具备CPU、辅助存储装置、主存储装置、网络接口以及输入输出接口的计算机(一台或多台计算机)构成。在该情况下，辅助存储装置中存储有用于实现“对发动机12的动作进行反馈控制的功能”以及“对测功机14的动作进行反馈控制的功能(转速差值计算部200、PI控制部201、校正转矩指令值计算部202的功能)”的程序。然后，通过由CPU将上述程序加载到主存储装置并执行该程序来实现“对发动机12的动作进行反馈控制的功能”以及“对测功机14的动作进行反馈控制的功能”。

接着，说明如上所述那样构成的发动机试验装置10的作用。图3示出了追踪US06模式而得到的试验结果以说明本实施方式的作用。图3的(a)示出了测功机14的转速的随时间的变化，图3的(b)是将其一部放大而得到的图。另外，图3的(c)示出了利用以往装置(即，将由PI控制器21求出的反馈控制值直接作为转矩指令值的装置)进行同样的试验而得到的结果。

此外，图3的(a)、图3的(b)、图3的(c)均用实线表示测功机14的转速的实测值，用点线表示发动机12的转速的目标值，但是在图3的(a)、图3的(b)中，两者重叠而如一条线那样示出。

根据图3的(c)可知，在以往装置中，测功机14的转速的实测值与发动机12的转速的目标值微妙地发生偏离。这表示，由于在发动机12中产生的转矩上出现的转矩变动，在发动机12侧和测功机14侧之间转速发生偏离。这样，在以往装置中存在以下问题：在过渡条件下进行试验时，目标值与实测值会大幅偏离。为了解决该问题，一般来说要优化PI控制器21中的参数。但是，这种作业非常困难，不仅存在耗费时间和劳力的问题，还存在在过渡条件下难以使目标值与实测值高精度地一致的问题。

与此相对，如图3的(a)和图3的(b)所示，在本实施方式的发动机试验装置10中，测功机14的转速的实测值与发动机12的转速的目标值大致一致。即，即使在过渡条件下，目标值与实测值也大致一致。

如上所述，在本实施方式中，从由PI控制部201求出的转矩指令值减去转矩计36的值来求出校正转矩指令值，基于该校正转矩指令值来控制测功机14。其结果，会在尽量使轴构件32的两端所承受的转矩之差小的状态下控制测功机14。由此，能够抑制基于转矩之差的转速偏差，从而能够进行高精度的试验。

图4的(a)示出了发动机12的传递特性，图4的(b)示出了测功机14的传递特性。它们都用实线表示本实施方式，用点线表示以往装置(即，将由PI控制部201求出的反馈控制值直接作为转矩指令值的装置)。两个结果均在10Hz～20Hz之间确认出共振点，但是与以往装置相比，在本实施方式中，能够抑制共振点的增益。

如以上所说明的那样，根据本实施方式，从由PI控制部201求出的转矩指令值减去由转矩计36测量出的轴转矩值来求出校正转矩指令值，并基于该校正转矩值来控制测功机12。由此，能够利用测功机14抵消发动机12的转矩变动，从而能够将发动机12准确地控制为目标的转速。另外，能够抑制轴构件32的机械扭曲，因此能够抑制轴共振，从而能够防止振荡。

附图标记说明

10：发动机试验装置；12：发动机；14：测功机；16：测功机控制部；18：发动机控制部；20：控制装置；22：架台；32：轴构件；34：万向节；36：转矩计；200：转速差值计算部；201：PI控制部；202：校正转矩指令值计算部

Claims

1.一种发动机试验装置，具备：测功机，其经由轴来对发动机的输出轴赋予转矩；转矩计，其测量所述轴的转矩；以及控制装置，其使用通过测量所述测功机的旋转轴的转速所得到的转速反馈值来运算转矩指令值，以利用转速对该测功机进行反馈控制，所述发动机试验装置的特征在于，

所述控制装置计算预先设定的过渡条件的转速目标值与所述转速反馈值的差值，使用该差值和规定参数来运算所述转矩指令值，从该转矩指令值减去所述转矩计的测量值来求出校正转矩指令值，使用该校正转矩指令值来控制所述测功机，由此利用所述测功机抵消所述发动机的转矩变动。

2.一种发动机试验方法，由测功机经由轴来对发动机的输出轴施加负荷，并且利用转速对所述测功机进行反馈控制，所述发动机试验方法的特征在于，具有以下步骤：

计算预先设定的过渡条件的转速目标值与通过测量所述测功机的旋转轴的转速所得到的转速反馈值的差值，使用该差值和规定参数来运算转矩指令值，从该转矩指令值减去所述轴的转矩测量值来求出校正转矩指令值；以及

使用所述校正转矩指令值来控制所述测功机，由此利用所述测功机抵消所述发动机的转矩变动。