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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Testsystem und -verfahren für
ein Kraftfahrzeugbauteil, wie beispielsweise einen Motor, mit einem
Dynamometer gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche
1 und 8. Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1 ist aus der
JP 2000105172
A oder der
JP
2000039381 A bekannt.
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Es sind verschiedene Arten von Fahrzeugbauteil-Testsystemen
vorgeschlagen worden, um ein Leistungsvermögen eines Fahrzeugbauteils
zu testen. Das Fahrzeugbauteil umfasst einen Motor, ein Getriebe,
ein Differentialgetriebe und so weiter. Ein derartiges früher vorgeschlagenes
Testsystem, wie es oben beschrieben ist, ist gebildet aus einer
Kombination aus einem Motorprüfstandstest,
der aus einem Motorantriebssystem und einem Dynamometerabsorptionssystem
besteht, und einem Antriebsstrangprüfstandtest, der aus einem Dynamometerantriebssystem
und einem Dynamometerabsorptionssystem (Energieabsorptionssystem)
besteht. Andererseits sind auf der Seite des Dynamometers DY ein Rotationsdetektor
PP und ein Drehmomentdetektor (z.B. eine Kraftmessdose) LC angeordnet,
so dass die Steuerungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Abtriebsdrehmoments
auf der Grundlage der detektierten Signale dieser einzelnen Detektoren
ausgeführt
werden.
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Ein derartiges Testsystem, wie es
oben beschrieben ist, weist einen anderen früher vorgeschlagenen Motorprüfstandstest
auf, bei dem das oben beschriebene Getriebe weggelassen ist und
statt des Getriebes ein Dreh momentmesser (oder Drehmomentsensor)
an der Abtriebswelle des Motors angebaut ist.
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Unter Verwendung des oben beschriebenen Testsystems
sind ein Haltbarkeitstest eines Motors, Leistungstests bezüglich der
Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder Abgasemissionsmessungen und ein
Konformitätstest
mit der ECU (Electronic Control Unit oder elektronische Steuereinheit)
ausgeführt
worden. Um zu Testergebnissen zu gelangen, die erhalten werden,
als ob das Fahrzeug, in dem das Fahrzeugbauteil/die Fahrzeugbauteile
eingebaut sind, auf einer Straße
fahren würde,
wird das Testen durchgeführt,
indem ein Fahrwiderstand auf das zu testende Fahrzeugbauteil von
dem Dynamometer in einer Schein- oder Pseudoform aufgebracht wird.
Da jedoch die Testfahrt nicht mit einer wirklichen Umgebung übereinstimmt,
wenn die zu testenden Bauteile wirklich an dem Fahrzeug angebracht
sind und dieses Fahrzeug auf einer wirklichen Straße fährt, sind eine
Bewertung einer transienten Kraftstoffwirtschaftlichkeit bei einer
Fahrt in einem vorgeschriebenen Modus, eine Messergebnisbewertung
der Abgasemission und eine Fahrbarkeit des Motors oder des Fahrzeugs über ein
Chassisdynamometer in einem tatsächlichen
Fahrzeuglauf vorgenommen worden. Deshalb gibt es bei den oben beschriebenen,
früher vorgeschlagenen
Fahrzeugbauteil-Testsystemen die folgenden Mängel.
- (1)
Der Test des transienten Leistungsvermögens der mit dem Motor oder
dem Fahrzeug in Beziehung stehenden Bauteile kann nicht unter Verwendung
eines vollständigen
Fahrzeugs ausgeführt
werden.
- (2) Das Dynamometer DY und der Motor E/G sind über die
Drehwelle miteinander verbunden. Wegen eines niedrigen mechanischen
Resonanzpunktes in diesem System kann jedoch keine hochempfindliche
Drehmomentwellenform von dem Dynamometer DY zum Motor E/G übertragen
werden, und das hochempfindliche Verhalten der Motorseite kann nicht
zum Dynamometer übertragen
werden.
- (3) Bei jeder früher
vorgeschlagenen Motorsteuerung ist das Leistungsvermögen so niedrig,
dass die Kraftstoffwirtschaftlichkeits- und Abgasemissionsdaten
nicht als diejenigen zu der Zeit reproduziert werden können, wenn
das vollständige
Fahrzeug von einem Fahrer gefahren wird.
- (4) Zum Reproduzieren des transienten Zustandes ist es notwendig,
das Dynamometer hochempfindlich einzurichten. Jedoch kann die Empfindlichkeits-
oder Ansprechcharakteristik nicht verbessert werden, da eine lange
Verzögerung
in der Übertragungszeit
der Signale zwischen dem Controller und einer Steuerplatine des
Dynamometers vorhanden ist.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden
Erfindung (Aufgabe), ein Testsystem und -verfahren für ein Fahrzeugbauteil
bereitzustellen, das zumindest einen oder jeden der oben beschriebenen
Punkte der Mängel
(1) bis (4) lösen
kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
durch die Merkmale der Ansprüche
1 und 8.
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Diese Zusammenfassung der Erfindung
beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale, so
dass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser beschriebenen
Merkmale sein kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand
der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist bzw. sind:
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1 ein
schematisches Konstruktionsdiagramm eines Fahrzeugbauteil-Testsystems
bei einer beispielhaften Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2A und 2B Simulationsmodellansichten eines
Fahrzeughandschaltgetriebes und eines Automatikgetriebes, die in
einer in 1 gezeigten
Modelleinheit eingebaut sind,
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3 ein
schematisches Konstruktionsdiagramm, das Signalübertragungen in einer elektronischen
Steuereinheit eines in dem in 1 gezeigten Testsystem
zu testenden Motors darstellt,
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4A und 4B eine Modellansicht eines
dynamischen Verhaltens eines Drehmomentübertragungssystems eines Fahrzeugs
bei dem in 1 gezeigten
Testsystem und ein Konstruktionsblockdiagramm, das eine Übertragungsfunktion
darstellt, um Schwingungen an einem modellierten Teil in einer in 1 gezeigten Modelleinheit
zu unterdrücken,
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5A und 5B Bode-Diagramme, die jeweils
eine Verstärkungskurve
darstellen, die als ein erstes Torsionsschwingungssystem des auf 4A beruhenden Drehmomentübertragungssystems
darstellen,
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6 ein
Konstruktionsdiagramm einer Servo-Antriebsvorrichtung in dem in 1 gezeigten Testsystem,
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7 ein
Konstruktionsdiagramm einer seriellen Signalkommunikationseinrichtung,
die zwischen dem Ausführungs-Controller
und einem Wechselrichter angeordnet ist, und
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8 eine
schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines in 1 gezeigten Dynamometers.
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Nachstehend wird Bezug auf die Zeichnungen
genommen, um das Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
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1 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm eines Testsystems eines Fahrzeugbauteils bei
einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Motor und Bezugszeichen 2 bezeichnet
ein Dynamometer, das derart über
eine Drehwelle 1A mit dem Motor 1 verbunden ist,
dass ein in diesem zu erzeugendes Drehmoment zum Motor 1 übertragen werden
kann. Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Drehmomentmesser
zum Detektieren eines zu dem Motor 1 von dem Dynamometer 2 übertragenen Drehmoments
und zum Ausgeben des detektierten Drehmomentwertes an einen (Ausführungs-)Controller 10 einer
Fahrzeugmodelleinheit 7. Der Drehmomentmesser ist beispielhaft
durch ein britisches Patent Nr. 645 639 ausgeführt (dessen Offenbarungsgehalt
hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist). In dem (Ausführungs-)Controller 10 wird
ein Strombefehlswert zum Steuern des Dynamometers 2 erzeugt
und einem Wechselrichter 20 zugeführt. In diesem Wechselrichter 20 wird
ein Drehzahlsignal durch eine Drehzahlsignalfestlegungseinrichtung (obwohl
sie nicht gezeigt ist) festgelegt, und ein Umdrehungssignal (in
U/min) des Dynamometers 2, wie es durch einen Rotationsdetektor
PP1 detektiert wird, wird in diese Drehzahlsignal-Festlegungseinrichtung rückgekoppelt,
so dass der Wechselrichter 20 eine Drehzahl und/oder ein
Drehmoment des Dynamometers 2 auf der Grundlage dieser
einzelnen Signale steuert.
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Bezugszeichen 4 bezeichnet
einen Drosselaktuator (Drosselklappenstellglied), durch den ein Drosselöffnungswinkel
gesteuert wird, um eine Ansaugluftströmung einzustellen, die einer
Brennkammer des Motors 1 zugeführt werden soll, und durch den
der Drosselöffnungswinkel
detektiert und in eine Servo-Antriebsvorrichtung 40 zurückgekoppelt
wird. Bezugszeichen 30 bezeichnet eine elektronische Steuereinheit
(ECU) zum Steuern des Motors, in die ein Steuerbefehl von dem Ausführungs(Controller) 10 des
Fahrzeugmodells eingegeben wird. Bezugszeichen 50 bezeichnet
eine aus einem Computer bestehende Messsteuereinheit zum Ausgeben
von Getriebe-(T/M-)Gang-Bereichspositions- sowie Gaspedal-, Kupplung-
und Bremssignalen an den (Ausführungs-)Controller 10 der
Fahrzeugmodelleinheit 11. Außerdem führt diese Messsteuereinheit 50 eine
Signalübertragung
zu und einen Signalempfang von einem Sequenzer 60 aus und
gibt ein Kühlwassertemperatur-Einstellungssignal
an eine Motorkühlwasser-(Kühlmittel-)Einstellungseinheit 5,
ein Öltemperatur-Einstellungssignal
an eine Motoröltemperatur-Einstellungseinheit 6 und
ein Kraftstofftemperatur-Einstellungssignal an eine Kraftstofftemperatur-Einstellungseinheit 7 aus.
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Bezugszeichen 70 bezeichnet
eine Konsole zum Steuern von Gaspedal- und Kupplungspositionen und so weiter
von außen.
Bezugszeichen 80 bezeichnet einen Computer, der als eine
Systemüberwachungseinheit
wirkt, um zu messen/zu überwachen,
um einen automatischen Fahrtenplaner und Fahrzeugspezifikationen
(z.B. T/M-Parameter) einzustellen, um einen Fahrwiderstand einzustellen,
um Motorabbilder zu sammeln/festzulegen, Daten zu verarbeiten und
so weiter. Bezugszeichen 90 bezeichnet eine Modellerzeugungseinheit,
die aus einem Computer zum Erzeugen des Fahrzeugmodells auf der
Grundlage von einzelnen Konstanten besteht, indem über eine Übertragungsstrecke 9 gesandte
Fahrwiderstandsparameter eingeführt
werden.
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Anhand des Blockdiagramms von 1 werden die vorstehend
genannten Punkte der Mängel
(1) bis (4) gelöst,
wie es im Folgenden im Besonderen beschrieben wird.
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(Beispiel 1)
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In einem Fall, dass ein zu testendes
Fahrzeugbauteil der (Verbrennungs-)Motor ist, wie es in 1 gezeigt ist, wird der
Motor 1 auf einem Prüfstand
angeordnet, und dieser Motor 1 wird direkt mit dem Dynamometer 2 über den
Drehmomentmesser (TM) 3 und die Drehwelle 1A verbunden.
Um eine Simulation genau durchzuführen, ist der Drehmomentmesser 3 auf
eine solche Weise angeordnet, dass er das Abtriebsdrehmoment am
Abtriebsteil (Welle) des Motors 1 direkt messen kann. Für die Abtriebsumdrehung
des Motors in U/min ist außerdem
ein Umdrehungsdetektor PP2 an der gleichen Position wie die des
Drehmomentmessers 1 des Motorabtriebsteils angeordnet.
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Somit ist das Testsystem derart aufgebaut, dass
es den Motor 1 (der ein Schwungrad FW enthält), den
Drehmomentmesser 3, die Drehwelle 1A und das Dynamometer 2 umfasst.
Bei diesem System sind der Drehmomentmesser 3, die Drehwelle 1A und
das Dynamometer 2, die nacheinander mit dem Motor 1 verbunden
sind, erwünschtermaßen Systembauteile
mit geringer Trägheit,
deren Trägheit so
gering wie möglich
ist. Für
diese geringe Trägheit ist
der Durchmesser eines Rotors des Dynamometers 2 erwünschtermaßen äußerst klein.
Beispielsweise wurde der Trägheitswert
(in kgm2) von ungefähr 1,3 der herkömmlichen
Systembauteile bis zu ungefähr
0,1 verbessert, wenn beispielsweise das Dynamometer 2,
das in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-269738, die in Japan
am 6. September 2000 eingereicht wurde, als das in 1 gezeigte Dynamometer 2 verwendet
wurde, ein IM-Motor (Induktionsmotor) durch einen PM-Motor (Mehrphasenmotor)
ersetzt wurde, um den Wirkungsgrad zu verbessern, und das Kühlungsverfahren
von einer Luftkühlung
zu einer Wasserkühlung
verändert
wurde. 8 zeigt den Aufbau
des in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-269738 offenbarten
Dynamometers (D/M) 2. Das in 8 gezeigte
Dynamometer umfasst: einen auf Lagern 600 und 700 getragenen
Rotor 2000; einen Stator 1000, der an einer dem
Rotor gegenüberliegenden
Stelle angeordnet ist; eine Kühlflüssigkeitsöffnung 1600,
die einen Rahmen 1300 des Dynamometers und den Stator durchdringt,
um eine Kühlflüssigkeitsströmung in
einen Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator zu bewirken;
und eine Umhüllung 3000,
die zwischen einer Wicklung 1200 des Stators und dem Rotor
angeordnet ist, um einen direkten Kontakt einer aufgewühlten Kühlflüssigkeit
aufgrund eines Umlaufs des Rotors an der Wicklung 1200 und
einem Eisenkern 1100 des Stators zu verhindern, wobei eine
Vielzahl von Kühlflüssigkeitsöffnungen
(9200, 1000) an der Umhüllung vorgesehen sind, die
sich in der Nähe
eines Trägers 900 oder 800 befindet.
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Außerdem wurde ein Trägheitswert
von ungefähr
0,5 auf ungefähr
0,2 (kgm2) verbessert, indem ein Material
aus einem Stahl durch Glasfasern ersetzt wurde, und wurde von ungefähr 0,65
(kgm2) auf ungefähr 0,3 (kgm2)
verbessert, indem der Drehmomentmesser TM 3 durch den eines
Kupplungstyps ersetzt wurde.
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Deshalb wurde der Gesamtträgheitswert
gemäß den oben
beschriebenen drei Ersetzungen hauptsächlich wegen des geringeren
Gewichtes derart verbessert, dass er ungefähr 0,42 kgm2 betrug (obgleich
ein Vergleichsbeispiel mit den oben beschriebenen Ersetzungen ungefähr 2,45
kgm2 betrug).
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Außerdem konnte durch Erzielen
einer hochempfindlichen Steuerbarkeit für das Dynamometer 2 die
Simulation so hochgenau eingerichtet werden, dass sie sich nahe
bei derjenigen eines tatsächlichen Fahrzeuges
befand (sich diesem annäherte),
ohne einen starken Stoß aufzubringen,
der während
einer Steuerungsverzögerungszeit
auf das zu testende Bauteil, wie beispielsweise den Motor, auftreten
würde.
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Die 2A und 2B zeigen erzeugte Modelle für die Bauteile
mit Ausnahme des zu testenden Motors für eine Simulation. Insbesondere
zeigt 2A das Modell
eines Falls eines Handschaltgetriebes MT und 2B zeigt den Fall eines Automatikgetriebes
AT. Die Teile, wie sie durch Punkt-Punkt-und-Strich-Linien in den 2A und 2B angegeben sind, entsprechen der in 1 gezeigten Modelleinheit 11.
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Jedes der Simulationsmodelle (in
der Modelleinheit 11), die in den 2A und 2B gezeigt
sind, besteht aus einem Federmodell eines Vierfach-Trägheits-Systems,
einer Aufhängung,
und vertikalen Schwingungen (d.h.
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Schwingungen der gefederten (Fahrzeugkarosserie) – ungefederten
Masse (Reifenräder))
durch Reifenfedern.
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Einzelne Werte von Koeffizienten
der in den 2A und 2B gezeigten Bauteile werden
in die in 1 gezeigte
Modelleinheit 11 als Modellparameter von der in 1 gezeigten Modellerzeugungseinheit 90 eingegeben.
Dann wird das in den 2A oder 2B gezeigte Modell mit den
eingegebenen Modellparametern über
eine Übertragungsstrecke
zu dem Ausführungs-Controller 10 des
Fahrzeugmodellsystems übertragen.
Der Ausführungs-Controller 10 führt eine
Simulation unter Verwendung des Modells aus, dessen Parameter in
diesen eingegeben wurden. Es ist anzumerken, dass, obwohl der Modellaufbau
eines früher
vorgeschlagenen Testsystems (das ein Vergleichsbeispiel für das System
bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
ist) fest ist (ein Modell mit nur den festgelegten Modellparametern), das
Testsystem bei der Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein solches Merkmal aufweist, dass bei dem Testsystem,
das die Modellerzeugungseinheit 90 und die Systemüberwachungseinheit 80,
die in 1 gezeigt sind,
aufweist, der Simulationsaufbau selbst durch ein Simulationswerkzeug,
das eine GUI (Graphical User Interface oder graphische Benutzerschnittstelle)
benutzt, modifiziert werden kann. Mittels der Modellerzeugungseinheit 90 und
der Systemüberwachungseinheit 80 können deshalb
nicht nur die Parameter sondern auch der Modellaufbau selbst verändert werden,
so dass jede Art von Fahrzeugbauteilen simuliert werden kann.
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Ein Fahrzeugmodell, das durch die
GUI erzeugt wird, wird heruntergeladen, um eine Ausführung in
dem Ausführungs-Controller 10 zu
ermöglichen.
Von dem Controller 10 werden verschiedene Befehle an die
in 1 gezeigte elektronische
Steuereinheit 30 des Motors E/G 1 ausgegeben.
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3 zeigt
einen Signalübertragungszustand
in der elektronischen Steuereinheit 30 mit dem Motor 1 und
dem Controller 10, in welcher das Modell in der Herunterladungsform
installiert ist, als das Automatikgetriebe 13. In einem
Fall von 3 ist es notwendig,
erforderliche Signale zwischen der elektronischen Steuereinheit 30,
dem Motor E/G 1 und dem Ausführungs-Controller 10 zu übertragen
und zu empfangen, um eine Fahrzeugsimulation durchzuführen. Zu
diesem Zweck umfasst die elektronische Steuereinheit 30,
wie sie in 3 gezeigt
ist, einen Motor-Controller 31, einen Getriebe-Controller 32, eine
Diagnose-Eingabe-/Ausgabeeinheit 33 und so weiter. Der
Motor-Controller 31 empfängt die verschiedenen Signale
von einer elektrischen Kraftstoffeinspritzsteuerung (für die elektronische
Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und des Startzeitpunktes),
einen Drosselstellungssensor zum Detektieren eines Öffnungswinkels
eines Motordrosselventils bzw. einer Motordrosselklappe und einen
Wasser-(Kühlmittel-)Temperatursensor
in dem Motor 1 und überträgt Signale
zu und empfängt
Signale von dem Getriebe-Controller 32. Zusätzlich gibt
dieser Getriebe-Controller 32 diesbezügliche Befehle an Schaltsolenoide
Nr. 1 und Nr. 2, Linearsolenoide Nr. 1 und Nr. 2 und ein Sperrsolenoid
von Modell 13 eines Getriebekörpers aus, der in dem Ausführungs-Controller 10 modelliert
ist, und empfängt
einzelne Signale von einem Getriebeantriebsumdrehungssensor (T/M-Antriebsumdrehungssensor),
einem Öltemperatursensor,
einem Drehzahlsensor (SP2) und einem Neutral-Sensor von dem Modell 13 des
Getriebekörpers.
Zusätzlich
empfängt
der Getriebe-Controller 32 die einzelnen Signale von einem Overdrive-Schalter,
einem Stopplampenschalter und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
von dem Ausführungs-Controller 10 und
gibt ein Modellsignal an eine Overdrive-Anzeigeeinrichtung aus.
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Die Signale der einzelnen Controller 31 und 32 werden
durch die Diagnose-Eingabe-/Ausgabeeinheit 33 mit Signalen
eines Diagnoseverbinders übertragen,
so dass die mit einer Abnormalität
in Beziehung stehenden Signale des Motors simuliert werden.
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Mit der Testsystemkonstruktion, die
so anhand der 1 bis 3 oben beschrieben wurde,
können
die Tests des transienten Leistungsvermögens des Motors ohne Verwendung
eines vollständigen Fahrzeuges
ausgeführt
werden.
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(Beispiel 2)
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Bei dem zweiten Beispiel wird, um
den vorstehend genannten Punkt des Mangels (2) zu lösen, eine
hochempfindliche Drehmomentwellenform von dem Dynamometer 2 zum
Motor 1 übertragen.
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Die 4A und 4B zeigen ein internes Modell
der in 1 gezeigten Schwingungsunterdrückungs-(Resonanz-)Steuereinheit 12.
Insbesondere zeigt 4A ein
Modell für
ein dynamisches Verhalten eines Drehmomentübertragungssystems und 4B zeigt ein funktionales
Blockdiagramm einer Übertragungsfunktion
zum Dämpfen
der Schwingungen an einem modellierten Teil (Modelleinheit 11). Dieser
in 4B gezeigte modellierte
Teil ist die Drehwelle 1A, die den Motor 1 und
das Dynamometer 2, die in 1 gezeigt
sind, verbindet, und die in den 4A und 4B gezeigten Symbole besitzen
die folgenden Bedeutungen. Das heißt, in den 4A und 4B bezeichnet
ein Symbol Te ein Motordrehmoment; ein Symbol ωe bezeichnet die Motordrehzahl in
U/min; ein Symbol Je bezeichnet ein Trägheitsmoment des Motors 1;
ein Symbol De bezeichnet einen Koeffizienten der viskosen Reibung
des Motors 1; ein Symbol Kc bezeichnet eine Federkonstante
der Drehwelle 1A, die zwischen dem Dynamometer 2 und
dem Motor 1 angeordnet ist; ein Symbol Kd bezeichnet einen
Koeffizienten der viskosen Reibung der Drehwelle 1A; ein
Symbol Tp bezeichnet ein Wellendrehmoment (Achsdrehmoment); ein
Symbol Jd bezeichnet ein Trägheitsmoment
des Dynamometers 2; ein Symbol Dd bezeichnet einen Koeffizienten
der viskosen Reibung des Dynamometers 2; ein Symbol Td
bezeichnet ein Drehmoment des Dynamometers 2; und ein Symbol ωd bezeichnet
eine U/min (Umdrehungsgeschwindigkeit) des Dynamometers 2.
Zusätzlich
bezeichnet 1/s einen Integrator. Andere Symbole bezeichnen konstante
Werte. Hierin wird ein Resonanzsignal der Resonanzsteuereinheit 12 als
ein Strombefehl an den Wechselrichter 20 ausgegeben.
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Bei dem Motorprüfstand des Testsystems bei dem
Vergleichsbeispiel mit der in 1 gezeigten beispielhaften
Ausführungsform
wird das Getriebe oder die Kupplung dazu verwendet, eine Kopplung des
Motors 1 mit dem Dynamometer 2 herzustellen, so
dass ein mechanischer Resonanzpunkt des Systems niedrig gewesen
ist. Bei dem Motorprüfstand beträgt zudem
die Antriebsdrehzahl im U/min-Bereich von einer Motorleerlaufdrehzahl
des Fahrzeugs bis zu ungefähr
8000 U/min. Wenn der Punkt der Resonanz in diesem Bereich liegt,
kann sie einen mechanischen Bruch des Testsystems herausfordern. Deshalb
wird ein Resonanzpunkt auf einer niedrigeren U/min als der Motorleerlaufdrehzahlwert
festgelegt (weil der Trägheitswert
oder ein Dämpfungskonstantenwert
es schwierig macht, den Umdrehungsgeschwindigkeitswert in U/min
höher als
8000 U/min festzulegen).
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Andererseits weist eine Schwingung
eines Antriebssystems oder eine Chassisschwingung eines allgemein
erhältlichen
Fahrzeuges eine Frequenz von 100 Hz oder weniger (z.B. ungefähr 50 Hz)
auf. Deshalb wird ein Resonanzpunkt auf ungefähr 10 bis 20 Hz gleich oder
unter der Leerlaufdrehzahl in U/min festgelegt, wenn sie bei dem
Leerlaufwert festgelegt wird, wie es oben beschriteben ist. Bei dem
Testsystem bei der Ausfüh rungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist jedoch ein Resonanzpunkt des Systems auf einen solchen
Wert in der Nähe
von 100 Hz festgelegt, der die Steuerung nicht beeinflussen wird.
Dieser Resonanzpunkt wird einer robusten Steuerung durch die Resonanzsteuereinheit 12 und
dem Wechselrichter 20 ausgesetzt, wodurch die Resonanz
unterdrückt
wird, so dass eine Wellendrehmomentsteuerung auf 100 Hz oder höher flach
und stabil eingerichtet werden kann. Hier weist dieser Festlegungsbereich
des Resonanzpunktes eine untere Grenze bei der Schwingungsfrequenz des
Antriebssystems des Kraftfahrzeugs und eine obere Grenze bei einer
Steuerfrequenz der Stromsteuereinheit (ACR) des Wechselrichters
zur Steuerung auf der Grundlage eines Strombefehlswertes auf. Durch
das Leistungsvermögen
wird deshalb eine Frequenz in der Nähe von oder über dem
Resonanzpunkt von beispielsweise 100 Hz bestimmt.
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Andererseits ist das Blockdiagramm
von 4B einer Übertragungsfunktion
für die
Schwingungsunterdrückung
an dem Modellteil unter Berücksichtigung
des Leistungsvermögens
der Unterdrückung
von Störungen
und der Robustheit gegenüber Fluktuation
der Systemparameter aufgebaut.
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Die 5A und 5B sind Bode-Diagramme, die
die Verstärkungskurven
des Modells veranschaulichen, in dem das auf 4A beruhende Drehmomentübertragungssystem
als ein primär
Torsionsschwingungen ausführendes
System modelliert ist. 5A zeigt
eine Verstärkung
im geschlossenen Regelkreis von dem Dynamometerdrehmoment zum Wellendrehmoment
im Fall ohne die Unterdrückungssteuerung.
Wenn der mechanische Resonanzpunkt auf 635 rad/s (entsprechend 101
Hz) festgelegt wurde, betrug die Verstärkung (G) 24 dB. Im Gegensatz
dazu war die Verstärkung
im geschlossenen Regelkreis vom Wellendrehmomentbefehlswert zum
Wellendrehmoment im Fall, dass die Resonanzunterdrü ckungssteuerung
durch den Block von 4B ausgeführt wird,
eine Verstärkung
G von –3,9 dB
für einen
Resonanzpunkt von 635 rad/s, wie es in 5B veranschaulicht ist. Wie es aus 5B deutlich wird, wird der
Resonanzpunkt derart unterdrückt, dass
die Fahrt vorgenommen werden kann, ohne die Übertragungscharakteristik auf
100 Hz oder höher
zu verschlechtern.
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(Beispiel 3)
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Bei diesem Beispiel ist beabsichtigt,
die Kraftstoffwirtschaftlichkeits- und Abgasemissionsdaten zu reproduzieren,
die ähnlich
sind wie jene, wenn der Fahrer das wirkliche Fahrzeug fährt.
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6 zeigt
eine Konstruktion der in 1 gezeigten
Servo-Antriebsvorrichtung 40. Bezugszeichen 41 bezeichnet
eine Befehlseinheit für
eine durch einen Fahrmodus festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehl von dieser Befehlseinheit 41 wird
an eine Motor-/Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung 42, eine Motorkennlinien-Speichereinheit 43,
eine Öffnungskorrektureinheit 44 und
eine Geschwindigkeitsbegrenzereinheit 45 ausgegeben. Die
Motor-/Fahrzeuggeschwindigkeitssteuereinheit 42 wird auf
der Grundlage des eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehls und
eines detektierten Signals einer Fahrzeuggeschwindigkeit, das durch
eine Motordrehzahl/Fahrzeuggeschwindigkeit-Umwandlungseinheit 47 zurückgekoppelt
wird, betätigt,
und gibt das Abweichungssignal als Öffnungskorrekturwert aus. Die Öffnungskorrektureinheit 44 besitzt eine
Funktion, ein lernendes Fahren im Voraus zu dem tatsächlichen
Fahrmodus vorzunehmen, und ist beispielsweise aus einem CMAC-(CerebellarModelArithmeticComputer-)Operationsverstärker aufgebaut,
der beispielhaft ausgeführt
ist durch ein US-Patent Nr. 5 954 783 (dessen Offenbarungsgehalt
hierin durch Bezugnahme vollständig
mit eingeschlossen ist) und dessen Tabellenwerte derart eingestellt
sind, dass ein Ausgangswert und ein Ausgangszielwert für einen
Eingangswert unter Verwendung des ersteren als Lernwert und des
letzteren als Lehrwert angeglichen werden können. Von dieser Öffnungskorrektureinheit 44 wird
der Öffnungskorrekturwert
gemäß dem Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehl
an die Motorkennlinien-Speichereinheit 43 ausgegeben. In
dieser Speichereinheit 43 sind die Kennlinienwerte des
Motordrehmoments über
die Öffnung
gespeichert, so dass der vorhergesagte notwendige Öffnungswert aus
den gespeicherten Kennlinienwerten auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehls und
des Öffnungskorrekturwertes
ausgewählt
und an einen Addierer 48 ausgegeben wird. Dieser Addierer 48 addiert
den Öffnungskorrekturwert
von der Motor-/Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinheit 42 und den vorhergesagten
notwendigen Öffnungswert
mit einem gemeinsamen Vorzeichen, und gibt die Summe an die Geschwindigkeitsbegrenzereinheit 45 aus. Diese
Geschwindigkeitsbegrenzereinheit 45 stellt den Begrenzerwert
des Öffnungshubes
auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehls und des addierten
Signals von dem Addierer ein. Dieser eingestellte Begrenzerwert
wird als der Öffnungsbefehlswert
an die Öffnungssteuereinheit 46 des
Aktuators ausgegeben, und diese Steuereinheit 46 gibt den
Begrenzerwert als den Strombefehlswert an den Drosselaktuator 4 aus,
so dass die Drosselöffnung gesteuert
wird. In Übereinstimmung
mit dieser Öffnung
wird deshalb der Motor 1 gesteuert, was durch den Rotationsdetektor
PP2 detektiert und durch die Motor-/Fahrzeuggeschwindigkeit-Umwandlungseinheit 47 in
die Motor-/Fahrzeuggeschwindigkeit-Steuereinheit 42 zurückgekoppelt
wird.
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Die Motorsteuerung hat das Leistungsvermögen des
Folgens der Fahrzeuggeschwindigkeit oder des Befehls verfolgt, so
dass sie ein bemerkenswert schnelles Ansprechen auf die Öffnung aufweist. Jedoch
hat das Testobjekt, wie beispielsweise die Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung oder
die Abgasemissionsmessung eine Tendenz dazu, schlechter zu werden,
als diejenige zu der Zeit, wenn der Mensch fährt. Man geht davon aus, dass
die Ursachen für
diese Tendenz aus dem Folgenden herrühren:
- a)
Die Öffnungshubgeschwindigkeit
ist höher
als notwendig;
- b) der Laufmodus wird im Voraus wie durch den Fahrer gelesen,
so dass der nächste
Arbeitsgang nicht vorbereitet werden kann; und
- c) der Fahrmodus kann nicht im Gegensatz zum Fahren durch einen
Menschen eingerichtet werden, solange die Motorkennlinien bekannt
sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Geschwindigkeitsbegrenzereinheit 45 vorgesehen, um
mit dem oben beschriebenen Punkt a) zu Rande zu kommen, so dass
eine Grenze gegenüber
einem Differenzwert des Öffnungshubes
als eine Gegenmaßnahme
zu Punkt a) bereitgestellt wird.
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Gegen Punkt b) ist außerdem die Öffnungskorrektureinheit 44 vorgesehen,
die derart aufgebaut ist, dass sie das Fahren im Voraus für den wirklichen Fahrmodus
lernt. Gegen Punkt c) werden außerdem die
Motorkennlinien im Voraus in der Speichereinheit 43 aufgezeichnet,
so dass sie in Ansprechen auf den Öffnungsbefehl ausgewählt und
benutzt werden können.
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Mit dieser Konstruktion ist es möglich, das vorstehend
erwähnte
Problem (3) zu lösen.
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(Beispiel 4)
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Bei diesem Beispiel wird das hochempfindliche
Dynamometer 2 erlangt, um wieder einen transienten Zustand
zu realisieren. Bei dem in 1 gezeigten
Testsystem dieser Art sind, allgemein beschrieben, der Fahr zeugmodellausführungs-Controller 10 und
der Wechselrichter 20 in einer relativ weit beabstandeten
Position angeordnet und der Befehl wird als ein analoges Signal
von dem Controller an die Steuertafel des Wechselrichters ausgegeben. Unter
Berücksichtigung
der Gegenmaßnahme
gegen das Rauschen ist es deshalb notwendig, ein Filter von ungefähr 10 ms
bereitzustellen. Um die Resonanzunterdrückungssteuerung bei 100 Hz
auszuführen,
wie sie vorstehend beschrieben wurde, ist ein Steuerungsansprechvermögen von
ungefähr
2 ms notwendig. Unter Berücksichtigung
von Toleranzen, wie ungefähr
500 μs (Mikrosekunden)
für den
Drehmomentbefehl-Betrieb in dem Wechselrichter 20, 100 μs für den Resonanzunterdrückungswert-Betrieb
in der Dämpfungssteuereinheit 12 oder 1 ms
für die Wellendrehmomentdetektion
muss deshalb die Verzögerungszeit
für das Übertragen
der Signale zwischen dem Ausführungs-Controller 10 und
dem Wechselrichter 20 100 μs oder kürzer sein.
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7 ist
ein Konstruktionsschaubild zum Erfüllen dieser Notwendigkeiten.
Wie es in 7 gezeigt
ist, sind der Ausführungs-Controller 10 und
der Wechselrichter 20 mit seriellen Kommunikationseinrichtungen 14 und 21 ausgestattet.
Diese seriellen Kommunikationseinrichtungen 14 und 21 sind
beispielhaft durch einen 16-Kanal-Multiplexübertragungs-LSI ausgeführt, und
die Signalübertragung zwischen
dem Controller 10 und dem Wechselrichter 20 wird
mit ungefähr
40 μs bei
einer Taktzeit von 20 MHz ausgeführt,
um dadurch die Geschwindigkeit zu erhöhen.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen
vorliegenden Erfindung wird das Testen für das zu testende Fahrzeugbauteil
auf der Grundlage des Modells des Motors oder irgendeines anderen
Fahrzeugbauteils ausgeführt,
wie es durch die Systemüberwachungseinheit
und die Modellerzeugungseinheit erzeugt wird. Deshalb können die
Tests des mit dem Motor oder mit dem Fahrzeug in Beziehung stehenden
Bauteils tatsächlich
nicht in Kombina tion mit anderen Bauteilen als allein dem Fahrzeug
erzielt werden. Durch Benutzung der GUI kann außerdem der Modellaufbau selbst
modifiziert werden, so dass die Simulationen aller Fahrzeugbauteile
für die
verschiedenen Fahrzeugarten leicht ausgeführt werden können.
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In einem Fall, dass der Motor das
zu testende Fahrzeugbauteil ist, können außerdem die einzelnen Bauteile
derart kombiniert werden, dass das Getriebe oder dergleichen durch
die Simulation mit verschiedenen Getriebemodellen, wie beispielsweise dem
Automatikgetriebe, dem Handschaltgetriebe oder einem stufenlosen
Getriebe (CVT) kombiniert und getestet werden, selbst wenn das tatsächliche Getriebe
nicht verwendet wird.
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Außerdem kann der Resonanzpunkt
der Resonanzfrequenz des Testsystems auf einen hohen Frequenzwert
eingestellt werden, so dass die Schwingungen, die in dem tatsächlichen
Fahrzeug erzeugt werden sollen, an dem Motorprüfstand reproduziert werden
können.
Es können
die Effekte erhalten werden: Durchführen der tatsächlichen
Straßenfahrtests
des Fahrzeugs mit einem einzigen Motor; Durchführen der Fahrbarkeitstests
auf dem Motorprüfstand
wie auf der tatsächlichen
Straße;
und Bewirken, dass die Motorsteuerung eine ähnliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit/ähnliche
Abgasemissionen wie durch den Fahrer zeigt.
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Die gesamten Inhalte der japanischen
Patentanmeldungen Nr. 2001-3376 (in Japan am 11. Januar 2001 eingereicht)
sind hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen. Der Schutzumfang
der Erfindung wird anhand der folgenden Ansprüche definiert.
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Zusammengefasst legt bei einem Testsystem
und -verfahren für
ein Kraftfahrzeugbauteil, wie beispielsweise einen Motor, ein Systemüberwachungsabschnitt
erforderliche Punkte fest, die eine Fahrzeugspezifikation und einen
Fahrwiderstand des Fahrzeuges umfassen, und gibt die festgelegten
erforderlichen Punkte an einen Messsteuerabschnitt aus, es ist ein
Modellerzeugungsabschnitt vorgesehen, in dem ein Simulationsmodell
festgelegt ist, das ein Vertikalschwingungsmodell eines Fahrzeuges, das
aus einer Fahrzeugaufhängungsfeder
und einer Reifenfeder besteht, und ein Federmodell eines Trägheitssystems
umfasst, ein Fahrzeugmodellausführungs-Steuerabschnitt
führt eine
Fahrzeugmodellsimulation für
das zu testende Fahrzeugbauteil aus, indem mindestens ein Beschleunigungssignal
und ein Kupplungssignal von dem Messsteuerabschnitt und das Simulationsmodell
von dem Modellerzeugungsabschnitt eingeführt werden, und gibt Steuersignale
an den Wechselrichter und den elektronischen Steuerabschnitt aus,
um das zu testende Fahrzeugbauteil zu steuern.