JP2000039381A - 原動機の試験装置 - Google Patents
原動機の試験装置Info
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Abstract
性を向上させる。 【解決手段】仮想車両はエンジン10及びダイナモメー
タ20と、両者10,20を連結する伝達軸50を備え
る。仮想車両を制御する試験装置はエンジン制御部10
0、トルク制御部200、及びモデル演算部300から
構成される。エンジン制御部100は予め設定された車
速変化パターンに基づいてエンジン10の発生トルクを
制御する。モデル演算部300は車両の等価慣性と、そ
の駆動系の等価ダンピング定数及び等価バネ定数をモデ
ル定数として導入した動特性モデルに基づいてダイナモ
メータ20に発生させる負荷トルクを設定する。トルク
制御部200は設定される負荷トルクをダイナモメータ
20からエンジン10に至るまでのトルク伝達系の伝達
特性に基づいて補正した後、補正後の負荷トルクに基づ
いてダイナモメータ20を制御する。
Description
駆動源として用いられるエンジンや電動モータといった
原動機に対して負荷トルクを付与することにより、同原
動機を擬似的に車両や船舶等に搭載された状態にして試
験を行うようにした原動機の試験装置に関するものであ
る。
或いは排出ガス特性についての各種試験は、同エンジン
を実際に車両に搭載した状態で行うのが一般的である。
しかしながら、このようにして得られる試験結果は、あ
くまでもそのエンジンと同エンジンが搭載された車両と
の組み合わせにのみ対応するものであり、例えば車両の
重量や駆動系の仕様が変更された場合には、変更後の車
両にエンジンを再度搭載し直して試験を行う必要があ
る。更に、こうした試験方法では、車両のためのスペー
スを確保する必要があり、その試験設備の大型化が避け
られない。従って、上記のようにエンジンを実際に車両
に搭載して行う試験方法では、その汎用性及び経済性の
面で問題がある。
のではなく、エンジンに動力計を連結し、その動力計か
らエンジンに対し負荷トルクを付与することにより、同
エンジンが車両に搭載された状態を擬似的に作り出すよ
うにした試験装置が従来より提案されている(例えば実
開昭59−144449号公報参照)。
変更された場合でも、動力計の負荷トルクをその仕様変
更に応じて変更するだけでよく、また、車両を配置する
ためのスペースを確保する必要もない。従って、エンジ
ンの各種試験を僅かなスペース内で極めて効率的に行う
ことができるようになり、汎用性及び経済性に優れた試
験システムを構築することができる。
記載されるように、従来の試験装置では、車両速度から
走行抵抗(例えば走行中の車両に作用する空気抵抗等)
を、車両質量及び車両加速度から慣性抵抗を算出すると
ともに、これら走行抵抗及び慣性抵抗に基づいて算出さ
れる負荷トルクをエンジンに付与するようにしており、
車両が一定の加速度で走行する定常的な走行状態にある
ときのエンジン特性に関しては、比較的信頼性の高い試
験結果を得ることができるものとなっている。
は、上記のように定常的な走行状態となる時間は比較的
短く、その走行状態の大部分は運転者の加減速要求に応
じて車両加速度が頻繁に変化する過渡的な走行状態とな
っている。このように車両が過渡的な走行状態になる
と、エンジンの負荷トルクが変動し、その変動によって
トランスミッションやドライブシャフトといった車両の
駆動系に捩り振動が発生するようになるため、負荷トル
クの大きさは駆動系の振動状態によって異なるようにな
る。
に付与する負荷トルクが一義的に決定される従来の試験
装置にあっては、過渡的な車両走行状態に正確に対応す
る負荷トルクをエンジンに付与することができず、その
試験結果の信頼性も自ずと低いものとなっていた。
あり、その目的は、原動機が搭載される移動体の過渡的
な運動状態に対応した正確な負荷トルクを同原動機に付
与することができ、信頼性の高い試験結果を得ることの
できる原動機の試験装置を提供することにある。
に、請求項1に記載した発明は、移動体に搭載されて同
移動体の駆動系に連結される原動機の駆動軸に対し負荷
トルクを付与することにより原動機を移動体に搭載する
ことなく擬似的に移動体に搭載された状態にして試験を
行う原動機の試験装置において、原動機の運転状態を制
御する原動機制御手段と、駆動軸の回転速度を検出する
回転速度検出手段と、移動体の等価慣性並びに前記駆動
系の等価ダンピング定数及び等価バネ定数がモデル定数
として導入された移動体に関する動特性モデルと回転速
度検出手段により検出される回転速度とに基づいて駆動
軸に付与すべき負荷トルクを演算する演算手段と、同演
算手段により演算される負荷トルクを駆動軸に対して付
与する負荷トルク付与手段とを備えるようにしている。
に駆動系の等価ダンピング定数及び等価バネ定数がモデ
ル定数として導入された移動体に関する動特性モデルを
用いて負荷トルクを演算するようにしているため、原動
機の駆動軸には、駆動系の捩り振動による影響を把握し
たうえで演算された負荷トルクが付与されるようにな
る。
記載した原動機の試験装置において、移動体に関する動
特性モデルは複数に区分された移動体の構成体に対応す
るモデル定数を各別に有するものであるとしている。
ング定数、或いは等価バネ定数といったモデル定数を複
数に区分された移動体の構成体に対応して各別に有する
動特性モデルを用いることにより、移動体に関してより
精度の高い動特性モデルが構築される。従って、より正
確に演算された負荷トルクを原動機の駆動軸に付与する
ことができるようになる。
2に記載した原動機の試験装置において、負荷トルク付
与手段は伝達軸を介して駆動軸に連結される動力計を備
えて構成されるものであり、演算手段は動力計から伝達
軸を介して原動機に至るまでのトルク伝達系における伝
達特性に基づいて負荷トルクを補正する補正手段を備え
るものであるとしている。
達される負荷トルクがトルク伝達系における伝達誤差に
よって移動体の運動状態に対応しない大きさに変化して
しまうのが回避され、正確な負荷トルクを原動機に付与
することができるようになる。
特性に基づいて負荷トルクを補正するための、より具体
的な構成としては、請求項4に記載したように、補正手
段はトルク伝達系の等価慣性及び等価ダンピング定数及
び等価バネ定数がモデル定数として導入されたトルク伝
達系に関する動特性モデルに基づいてトルク伝達系の周
波数伝達関数を演算するとともに、トルク伝達系におけ
る伝達誤差が打ち消されるように負荷トルクを前記周波
数伝達関数に基づいて補正するものである、といった構
成を採用することができる。
1に記載した原動機の試験装置において、演算手段は動
特性モデルに基づいて移動体の速度を演算するものであ
り、原動機制御手段は演算手段により演算される移動体
の速度が予め設定された速度変化パターンに従って変化
するように原動機を制御するとともに、速度変化パター
ンに基づく移動体の加速度と演算手段により演算される
移動体の速度とに基づいて原動機の目標発生トルク値を
算出する目標発生トルク値算出手段と、原動機の発生ト
ルクを当該目標発生トルク値と一致させるべく原動機を
制御するトルク制御手段とを備えて構成されるものとし
ている。
載した原動機の試験装置において、原動機は吸入空気量
調節手段によって吸入空気量が調節される内燃機関であ
り、トルク制御手段は算出される目標発生トルク値と回
転速度検出手段により検出される回転速度とに基づいて
内燃機関に供給される目標吸入空気量を算出するととも
に、当該目標吸入空気量に基づいて吸入空気量調節手段
を制御するものであるとしている。
5に記載した原動機の試験装置において、原動機は燃料
噴射量調節手段によって燃料噴射量が調節される内燃機
関であり、トルク制御手段は算出される目標発生トルク
値と回転速度検出手段により検出される回転速度とに基
づいて内燃機関に供給される目標燃料噴射量を算出する
とともに、当該目標燃料噴射量に基づいて燃料噴射量調
節手段を制御するものであるとしている。
載した原動機の試験装置において、原動機は電力量調節
手段によって供給電力量が調節される電動機であり、ト
ルク制御手段は算出される目標発生トルク値と回転速度
検出手段により検出される回転速度とに基づいて電動機
に供給される目標供給電力量を算出するとともに、当該
目標供給電力量に基づいて電力量調節手段を制御するも
のであるとしている。
移動体の速度を予め設定された速度変化パターンに従っ
て変化させるのに必要な原動機の目標発生トルク値が、
同速度変化パターンに基づく移動体の加速度と、前記動
特性モデルに基づいて演算される移動体の速度とに基づ
いて予め算出され、同目標発生トルク値と原動機の発生
トルクとが一致するように原動機が制御される。従っ
て、上記構成によれば、移動体の速度を前記速度変化パ
ターンに従って変化させるために、原動機を単にフィー
ドバック制御するようにした構成と比較して、移動体の
速度を上記速度変化パターンに追従させる際の応答遅れ
が減少するようになる。
生トルク値及び回転速度に基づいて内燃機関に供給され
る目標吸入空気量を算出し、当該目標吸入空気量に基づ
いて同内燃機関に供給される吸入空気量を制御するよう
にすれば、例えば、発生トルクが基本的に吸入空気量に
よって制御されるガソリンエンジン等の内燃機関の試験
装置において上記作用を奏することができる。
生トルク値及び回転速度に基づいて内燃機関に供給され
る目標燃料噴射量を算出し、当該目標燃料噴射量に基づ
いて同内燃機関に供給される燃料噴射量を制御するよう
にすれば、例えば、発生トルクが基本的に燃料噴射量に
よって制御されるディーゼルエンジン等の内燃機関の試
験装置において上記作用を奏することができる。
標発生トルク値及び回転速度とに基づいて電動機に供給
される目標供給電力量を算出し、当該目標供給電力量に
基づいて同電動機に供給される供給電力量を制御するよ
うにすれば、例えば、発生トルクが基本的に供給電力量
によって制御される交流モータ、直流モータ等の電動機
の試験装置において上記作用を奏することができる。
の試験装置に適用するようにした実施形態について図1
〜10を参照して説明する。
を示す概略構成図である。この試験システムは、車両に
搭載される6気筒ガソリンエンジン(以下、単に「エン
ジン」という)10に対して負荷トルクを付与すること
により、同エンジン10を擬似的に車両に搭載した状態
にして試験を行うためのものであり、仮想車両と同仮想
車両を制御するための試験装置とによって構成されてい
る。
ンジン10及びダイナモメータ20と、両者10,20
の間でトルクを伝達させるための伝達軸50によって構
成されている。エンジン10はマウント31によってベ
ンチ30上に固定されている。治具32はクランクシャ
フト11の端面における回転中心が動かないようにエン
ジン10を拘束している。
空気を供給するための吸気通路12と、同燃焼室内から
既燃焼ガスを外部に排出するための排気通路(図示略)
とが接続されている。吸気通路12にはその内部に燃料
を噴射するためのインジェクタ(図示略)が取り付けら
れている。インジェクタから噴射された燃料は吸気通路
12を通過する吸入空気と混合されて可燃混合気とな
り、各燃焼室に導入される。エンジン10には、このよ
うにして各燃焼室内に導入された可燃混合気を着火する
ための点火プラグ(図示略)が各燃焼室に対応して設け
られている。
モータ14によってその開度が調節されるスロットルバ
ルブ13が設けられている。吸気通路12を通じて同燃
焼室内に供給される吸入空気の量は、このスロットルバ
ルブ13の開度、即ちスロットル開度TAに応じて調節
されるようになっている。また、このようにスロットル
開度TAに応じて吸入空気量が調節されることにより、
エンジン10の発生トルクTe が変化する。
1とクランクシャフト11とが同軸上に位置するよう
に、エンジン10に隣接してベンチ30上に固定されて
いる。この入力軸21及びクランクシャフト11の端部
は、カップリング16,17を介してそれぞれ伝達軸5
0の端部に連結されている。従って、エンジン10には
ダイナモメータ20から伝達軸50を介して所定の負荷
トルクが付与されるようになっている。
イナモメータ20の運転状態を検出するための各種セン
サが設けられている。以下、こうしたセンサについて説
明する。
3よりも下流側の部分には、吸気通路12内の圧力、即
ち吸気圧PMを検出するための吸気圧センサ40が設け
られている。また、クランクシャフト11の近傍には、
同クランクシャフト11の時間当たりにおける回転数、
即ちエンジン10の回転速度NEを検出するための回転
速度センサ41が設けられている。更に、クランクシャ
フト11には、ダイナモメータ20からクランクシャフ
ト11に実際に作用している実負荷トルクTact の大き
さを検出するためのトルクセンサ42が設けられてい
る。また、ダイナモメータ20には、その入力軸21の
回転に伴って所定のパルス信号を出力するロータリエン
コーダ43が設けられている。次に、試験装置について
説明する。この試験装置は、エンジン10の運転状態を
制御するエンジン制御部100、ダイナモメータ20に
おいて発生する発生トルクTdyn を制御するトルク制御
部200、及び車両の動特性モデルに基づいて負荷トル
ク等を演算するモデル演算部300を備えている。尚、
本実施形態では、仮想車両に係る各種制御を、コンピュ
ータ500上で動作する制御シミュレーションソフトウ
エアの一連の処理と、同コンピュータ500の駆動回路
等のハードウエアによる処理とに基づいて実現するよう
にしている。以下の説明では、便宜上、こうしたソフト
ウエアによる処理とハードウエアによる処理とを機能的
なブロックにまとめて説明することとする。
ン発生部101、目標機関トルク演算部102、スロッ
トル開度演算部103、スロットル開度補正部104、
偏差検出部105、スロットルバルブ駆動部106、及
び回転速度検出部130によって構成されている。
タイミング△t毎に目標車速SPDTRGの大きさに応
じた信号を目標機関トルク演算部102に出力する。コ
ンピュータ500のメモリ400には、図2に示すよう
な、本試験装置による仮想車両の制御が開始されてから
の経過時間tと上記目標車速SPDTRGとの関係を定
義した関数データが記憶されている。車速変化パターン
発生部101はこの関数データを参照して現在の経過時
間tから目標車速SPDTRGを算出する。
PDTRGの変化に基づいて車両の加速度(車両加速
度)を算出するとともに、この車両加速度と後述する車
速演算部302から入力される実車速SPDACTとに
基づいて目標機関トルク値TETRGを算出する。
車両の動特性モデルに基づいて演算される仮想車両の速
度である。本実施形態の試験装置では、この実車速SP
DACTが車速変化パターン発生部101で発生する目
標車速SPDTRGの変化パターンに追従して変化する
ように、エンジン10の制御を行っている。
上記目標機関トルク値TETRGと上記車両加速度及び
実車速SPDACTとの関係を定義する関数データが記
憶されており、車速演算部302はこの関数データを参
照して目標機関トルク値TETRGを算出する。
車両加速度が大きいほど、車両の慣性抵抗が大きくなる
ため、相対的に大きな値として算出され、また、実車速
SPDACTが大きいほど、走行抵抗(車両の空気抵抗
等)が大きくなるため、相対的に大きな値として算出さ
れるようになっている。
おいて目標機関トルク値TETRGが算出されると、同
目標機関トルク値TETRGの大きさに応じた信号が目
標機関トルク演算部102からスロットル開度演算部1
03に出力される。また、回転速度センサ41の検出信
号は回転速度検出部130に入力され、同回転速度算出
部130において回転速度NEが検出される。そして、
この回転速度NEの大きさに応じた信号がスロットル開
度演算部103に出力される。スロットル開度演算部1
03は、これら目標機関トルク値TETRG及び回転速
度NEに基づいてスロットル開度TAを算出する。
図3に示すような、スロットル開度TAと目標機関トル
ク値TETRG及び回転速度NEとの関係を定義する関
数データが記憶されており、スロットル開度演算部10
3はスロットル開度TAを算出する際にこの関数データ
を参照する。例えば、目標機関トルク値TETRG、回
転速度NEがそれぞれ所定値TETRG1,NE1であ
る場合(同図に示す破線参照)、スロットル開度TAは
「80%(全開:100%、全閉:0%)」として算出
されることとなる。スロットル開度演算部103は、こ
のようにして算出したスロットル開度TAの大きさに応
じた信号をスロットル開度補正部104に出力する。
車速演算部302はそれぞれ、目標車速SPDTRG及
び実車速SPDACTの大きさに応じた信号を偏差検出
部105に出力する。この偏差検出部105は、目標車
速SPDTRGと実車速SPDACTとの偏差(=SP
DTRG−SPDACT)の大きさに応じた信号を生成
し、同信号をスロットル開度補正部104に出力する。
105から入力される上記偏差の大きさに応じた信号に
基づいて、スロットル開度演算部103から入力される
スロットル開度TAを補正する。このスロットル開度補
正部104は、目標車速SPDTRGと実車速SPDA
CTとが一致するように、スロットル開度TAをフィー
ドバック制御するためのものである。
目標車速SPDTRGが実車速SPDACTよりも大き
い場合(SPDTRG−SPDACT>0)には、吸入
空気量を増大させるべくスロットル開度TAをより大き
い開度に補正し、逆に目標車速SPDTRGが実車速S
PDACTよりも小さい場合(SPDTRG−SPDA
CT<0)には、吸入空気量を減少させるべくスロット
ル開度TAをより小さい開度に補正する。このようにス
ロットル開度TAを上記偏差に応じて補正した後、スロ
ットル開度補正部104は、その補正後のスロットル開
度TAの大きさに応じた信号をスロットルバルブ駆動部
106に出力する。
トルバルブ13の開度がスロットル開度TAと一致する
ように、スロットルモータ14を制御する。また、こう
したスロットル開度TAの調節により吸気通路12を通
じて燃焼室に導入される吸入空気量が変化すると、その
変化は吸気圧センサ40によって吸気圧PMの変化とし
て検出される。
御部及び点火時期制御部によって燃料噴射量、燃料噴射
時期、及び点火時期が制御される。即ち、これら各制御
部は、吸気圧センサ40により検出される吸気圧PMと
回転速度検出部130により算出される回転速度NEと
に基づいて、目標燃料噴射量や目標点火時期等の制御量
を算出するとともに、これら各制御量に基づいてインジ
ェクタ及び点火プラグを制御する。
0によって、所定の車速変化パターンに基づく目標車速
SPDTRGに対して実車速SPDACTが追従して変
化するように、エンジン10の吸入空気量、点火時期、
燃料噴射量が制御される。
演算部300による各種制御量の演算手順について説明
する。このモデル演算部300は、負荷トルク演算部3
01、車速演算部302、走行抵抗演算部303、加算
部306、及び偏差検出部307によって構成されてい
る。
が搭載される車両の動特性モデルに基づいて、ダイナモ
メータ20の発生トルクTdyn に関する目標値である目
標トルク値TDTRGを算出する。
ある。同図に示すように、本実施形態では、車両を、ト
ルクコンバータ及びトランスミッション(以下、「第1
構成体M1」という)、同じくトランスミッション及び
ディファレンシャルギヤ(以下、「第2構成体M2」と
いう)、ホイール及びタイヤ(以下、「第3構成体M
3」という)、ボディ(以下、「第4構成体M4」とい
う)といった複数の構成体M1〜M4に区分することに
より、4自由度の捩り振動系としてモデル化している。
同図において、「Je 」はエンジン10の等価慣性、
「J1 」〜「J4 」は上記各構成体M1〜M4の等価慣
性、「C1 」〜「C3 」は第4構成体M4を除く各構成
体M1〜M3の等価ダンピング定数、「K1 」〜「K3
」は第4構成体M4を除く上記各構成体M1〜M3の
等価バネ定数であり、これらは実験や設計値等に基づい
て同定されるモデル定数である。
デルと回転速度検出部130により検出される回転速度
NEとに基づいて上記各構成体M1〜M4の回転速度及
び目標トルク値TDTRGをそれぞれ算出する。即ち、
この負荷トルク演算部301は、以下に示すような、上
記動特性モデルに基づく運動方程式(1)〜(5)に対
して回転速度θ'e(=k1・NE k1:定数)を入力
し、同式(1)〜(5)を所定のタイミング△t毎に解
くことにより、回転速度θ1' 〜θ4' 及び目標トルク
値TDTRGを求める。
ク比t(θ'1/θ'e)は以下の手順に従って設定され
る。負荷トルク演算部301は、所定の計算周期におい
て上式(1)〜(5)から算出される第1構成体M1の
速度θ'1とエンジン10の回転速度θ'eとの速度比
(θ'1/θ'e)を算出する。メモリ400には、図5に
示すような、この速度比(θ'1/θ'e)と上記トルク比
t(θ'1/θ'e)との関係を定義する関数データが記憶
されており、負荷トルク演算部301はこの関数データ
を参照して速度比(θ'1/θ'e)に対応したトルク比t
(θ'1/θ'e)を算出する。そして、負荷トルク演算部
301は、このように算出されたトルク比t(θ'1/
θ'e)を次回の計算周期におけるトルク比t(θ'1/
θ'e)として設定する。
ンスミッションのギヤ比nt は以下の手順に従って設定
される。先ず、負荷トルク演算部301は、所定の計算
周期において算出された上記第3構成体M3の回転速度
θ'3、即ちタイヤの回転速度の大きさに応じた信号を車
速演算部302に入力する。車速演算部302は、この
回転速度θ'3から次式(6)に基づいて実車速SPDA
CTを算出する。 SPDACT=k2・r・θ'3 ・・・(6) k2:定数 r:タイヤの半径 車速演算部302は算出された実車速SPDACTの大
きさに応じた信号を負荷トルク演算部301に入力す
る。また、前述したスロットル開度補正部104は、ス
ロットル開度TAの大きさに応じた信号を負荷トルク演
算部301に入力する。
車速SPDACTとスロットル開度TAに基づいてトラ
ンスミッションのギヤ位置(1st,2nd,3rd,
4th,5th)を算出する。メモリ400には、図6
に示すような、ギヤ位置と実車速SPDACT及びスロ
ットル開度TAとの関係を定義する関数データが、シフ
トアップ時及びシフトダウン時の場合についてそれぞれ
記憶されており、負荷トルク演算部301はこの関数デ
ータを参照してトランスミッションのギヤ位置を算出す
る。更に、負荷トルク演算部301は、メモリ400に
記憶されている各ギヤ位置に対応したギヤ比nt を同メ
モリ400から読み込む。そして、負荷トルク演算部3
01は、このようにして算出したギヤ比nt を次回の計
算周期におけるギヤ比nt として設定する。
値TDTRGに加えて車両の走行抵抗Tk が走行抵抗演
算部303において算出される。以下、この車両の走行
抵抗Tk の算出手順について説明する。
DACTの大きさに応じた信号を走行抵抗演算部303
に出力する。走行抵抗演算部303は、この実車速SP
DACTに基づいて走行抵抗Tk を算出する。この走行
抵抗Tk には、タイヤと路面との間に生じる転がり抵
抗、勾配を有する路面を車両が走行する際に同車両に作
用する勾配抵抗、及び車両の走行によって同車両に作用
する空気抵抗等が含まれる。メモリ400には、図7に
示すような、走行抵抗Tk と実車速SPDACTとの関
係を定義した関数データが記憶されており、走行抵抗演
算部303はこの関数データを参照して走行抵抗Tk を
算出する。因みに、この関数データは、タイヤと路面と
の摩擦抵抗、路面の勾配角度、或いは車両の抗力係数に
応じて適宜切り替えることができる。
て算出した走行抵抗Tk の大きさに応じた信号を加算部
306に出力する。また、この加算部306には、前記
負荷トルク演算部301において算出される目標トルク
値TDTRGの大きさに応じた信号が入力される。加算
部306は、上記目標トルク値TDTRGに対して走行
抵抗Tk を加算し、これを新たな目標トルク値TDTR
Gとして設定するとともに、同目標トルク値TDTRG
の大きさに応じた信号を偏差検出部307に出力する。
クセンサ42から実負荷トルクTact の大きさに応じた
信号がフィードバック信号として入力される。そして、
偏差検出部307は、目標トルク値TDTRGと実負荷
トルクTact との偏差(=TDTRG −Tact )の大
きさに応じた信号を生成し、同信号を後述するトルク制
御部200の伝達誤差補正部201に出力する。
によってダイナモメータ20に発生させるべき目標トル
ク値TDTRGが算出されるとともに、この目標トルク
値TDTRGと、クランクシャフト11に実際に作用し
ている実負荷トルクTact との偏差に応じた信号がトル
ク制御部200に出力される。トルク制御部200は、
このモデル演算部300から入力される信号に基づい
て、実負荷トルクTactが後述する最終目標トルク値T
DTRGFINと一致するようにダイナモメータ20を
制御する。
び同トルク制御部200によるダイナモメータ20の制
御手順について説明する。トルク制御部200は、伝達
誤差補正部201、偏差検出部202、駆動電流発生部
203、及びダイナモメータトルク演算部204によっ
て構成されている。
00の偏差検出部307から入力される目標トルク値T
DTRGと実負荷トルクTact との偏差(=TDTRG
−Tact )に応じた信号と、ダイナモメータ20からエ
ンジン10に至るトルクの伝達系(以下、「トルク伝達
系」という)の動特性モデルとに基づいて最終目標トル
ク値TDTRGFINを算出する。この最終目標トルク
値TDTRGFINはダイナモメータ20にて発生させ
るトルクに関する最終的な目標値である。
INの算出手順について説明する。図8は、上記トルク
伝達系の動特性モデルを示す概念図である。同図に示す
ように、本実施形態では、トルク伝達系を1自由度の捩
り振動系としてモデル化している。ここで、「Jec」は
エンジン10及びカップリング16の等価慣性、「Jd
c」はダイナモメータ20及びカップリング17の等価
慣性、「Kt 」は伝達軸50の等価バネ定数、「Ct 」
は同じく伝達軸50の等価ダンピング定数であり、これ
らは実験や設計値等に基づいて同定されるモデル定数で
ある。
ナモメータ20に発生しトルク伝達系に入力されるトル
ク(=発生Tdyn 。以下、「入力トルクTin(ω)」とい
う)であり、「Tout (ω)」はトルク伝達系から出力さ
れてエンジン10に作用するトルク(=実負荷トルクT
act 。以下、「出力トルクTout(ω) 」という)であ
る。
モデルに基づいてトルク伝達系の周波数伝達関数を求め
る。図9は、こうした周波数伝達関数の特性を示すグラ
フであり、その縦軸は伝達率 Tout(ω)/Tin(ω)を示
し、横軸は入力トルクTin(ω)の周波数を示している。
同図に示すように、トルク伝達系に入力される入力トル
クTin(ω)の大きさが一定であっても、出力トルクTou
t(ω) の大きさは入力トルクTin(ω)の周波数ωに応じ
て変化する。
(ω1 ≦ω<ω2 )を満たす周波数領域(以下、「共振
周波数領域」という)に存在する場合には、入力トルク
Tin(ω)よりも出力トルクTout(ω) は増大し、逆に周
波数ωが(ω≧ω2 )を満たす周波数領域(以下、「減
衰周波数領域」という)に存在する場合では、入力トル
クTin(ω)よりも出力トルクTout(ω) が減少する傾向
がある。
を何ら考慮しなければ、共振周波数においては、ダイナ
モメータ20からエンジン10に付与される負荷トルク
が過大になり、逆に減衰周波数領域においては、同負荷
トルクが不足することになる。即ち、トルク伝達系にお
ける伝達誤差に起因してエンジン10の所望の負荷トル
クを付与することができなくなる。
ルク値TDTRG及び実負荷トルクTact の偏差の周波
数特性と、トルク伝達系の周波数伝達関数とに基づいて
上記伝達誤差を予め見越したうえで最終目標トルク値T
DTRGFINを算出するようにしている。
達系における伝達誤差を考慮しない場合と比較して、上
記共振周波数領域においては相対的に小さく、逆に上記
減衰周波数領域では相対的に大きくなるように、前記伝
達率 Tout(ω)/Tin(ω)の大きさに応じて最終目標ト
ルク値TDTRGFINを算出する。伝達誤差補正部2
01は、こうして算出した最終目標トルク値TDTRG
FINを偏差検出部202に出力する。
メータ20に実際に発生している発生トルクTdyn の大
きさに応じた信号がダイナモメータトルク演算部204
から入力される。そして、偏差検出部202は、上記最
終目標トルク値TDTRGFINと発生トルクTdyn と
の偏差(=TDTRGFIN−Tdyn )を検出し、その
偏差の大きさに応じた信号を駆動電流発生部203に出
力する。駆動電流発生部203は、この最終目標トルク
値TDTRGFINと発生トルクTdyn との偏差に基づ
いて駆動電流値iを発生する。
は、駆動電流発生部203にて発生する駆動電流値iの
大きさと、ロータリエンコーダ43の検出信号から算出
されるダイナモメータ20の回転速度NDとに基づいて
ダイナモメータ20の発生トルクTdyn を算出する。メ
モリ400には、図10に示すような、発生トルクTdy
n と、駆動電流値i及び前記ダイナモメータ20の回転
速度NDとの関係を定義する関数データが記憶されてお
り、発生トルクTdyn を算出する際に、この関数データ
を参照する。ダイナモメータトルク演算部204は、発
生トルクTdynの大きさに応じた信号を偏差検出部20
2に出力する。
モメータ20に対して駆動電流値iと等しい大きさの電
流が流されることにより、エンジン10に作用する実負
荷トルクTact が最終目標トルク値TDTRGFINと
一致するようにダイナモメータ20を制御されることと
なる。
験装置では、車両の動特性モデルを構築し、同動特性モ
デルに基づいてダイナモメータ20に発生させる負荷ト
ルクの目標値(目標トルク値TDTRG)を算出するよ
うにしている。更に、この動特性モデルのモデル定数と
して、車両の捩り振動系における等価慣性のみならず、
トルクコンバータやトランスミッションといった車両駆
動系の等価ダンピング定数及びバネ定数を導入するよう
にしている。
ンに従って仮想車両の車速を変化させようとした場合、
車両加速度が大きく変化する過渡的な走行状態のときに
(例えば同図に示すタイミングt1,t2)、車両駆動
系には捩り振動が発生するようになる。このため、こう
した車両の動特性を考慮していない試験装置にあって
は、車両走行状態に正確に対応する負荷トルクと実際に
エンジン10に付与される負荷トルクと差が増大すると
ともに、その試験結果の信頼性も低下してしまうことと
なる。
ば、車両を動特性モデルを構築するうえで、そのモデル
定数として駆動系の等価ダンピング定数及びバネ定数を
導入するようにしているため、車両の動的特性を極めて
正確に把握したうえで、エンジン10に付与する負荷ト
ルクを演算することができるようになる。
両の走行状態に正確に対応した負荷トルクをエンジン1
0に付与することができ、図2に示すような車両加速度
が頻繁に変化する条件下で試験を行ったとしても、信頼
性の高い試験結果を得ることができるようになる。
る際に、車両を複数の構成体M1〜M4に区分し、これ
ら各構成体M1〜M4に関してそれぞれモデル定数を別
々に割り当てるようにしている。従って、より精度の高
い動特性モデルを構築することができる。
両の走行状態に更に正確に対応した負荷トルクをエンジ
ン10に付与することができ、試験結果の信頼性を更に
向上させることができるようになる。
試験結果を得るためには、前述したように車両走行状態
に正確に対応した負荷トルクをエンジン10に付与する
必要がある他、上記のように仮想車両の車速が予め設定
された車速変化パターンに正確に追従して変化するよう
に、エンジン10を制御する必要がある。車両走行状態
がその試験で想定している条件と異なった状態となって
いては、仮に車両走行状態に正確に対応した負荷トルク
をエンジン10に付与することができたとしても、もは
や精度の高い試験結果を得ることはできなくなるからで
ある。
パターンに正確に追従させるために、例えば、仮想車両
の車速と車速変化パターンに基づく目標となる車速との
偏差を検出し、その偏差に基づいてスロットル開度TA
をフィードバック制御するといった制御手法を採用する
ことが考えられる。
ル開度TAをフィードバック制御するようにした場合に
は、例えば車両が一定の加速度で走行する状態を想定し
た試験の場合には、実際の車速と目標車速との偏差を抑
えて比較的良好な試験結果が得られるものの、同車両の
走行状態が頻繁に変化する状態を想定した試験の場合に
は、上記偏差の増大に伴って実際の車速が目標車速に収
束するまでの時間が増大してしまい、仮想車両の車速を
所定の車速変化パターンに正確に追従させるのが困難に
なる傾向がある。
ロットル開度TAに関するフィードバック制御に加え、
車速変化パターンから求められる車両加速度に応じた慣
性抵抗と、仮想車両の車速に応じた走行抵抗とに基づい
て、仮想車両の車速を上記車速変化パターンに従って変
化させるのに必要な機関トルク(目標機関トルク値TE
TRG)を演算するとともに、その負荷トルクに基づい
てスロットル開度TAを設定するようにしている。即
ち、本実施形態に係る試験装置では、慣性抵抗及び走行
抵抗の変化を予測し、これをスロットル開度TAの変化
に反映させることにより、仮想車両の車速と目標車速と
の間に生じる偏差を打ち消すように、スロットル開度T
Aをフィードフォワード制御するようにしている。
ットル開度TAを単にフィードバック制御するようにし
た構成と比較して、車速変化パターンに対する車速の応
答遅れを減少させることができ、同車速を車速変化パタ
ーンに正確に追従させることによって更に信頼性の高い
試験結果を得ることができるようになる。
0からエンジン10に至るトルク伝達系についても車両
と同様に動特性モデルを構築し、同モデルに基づいてト
ルク伝達系の周波数伝達関数を求め、この周波数伝達関
数に基づいてトルク伝達系における伝達誤差を打ち消す
ように、ダイナモメータ20の発生トルクTdyn を制御
するようにしている。
ク伝達系における伝達誤差を予め見越した適切な負荷ト
ルクをダイナモメータ20に発生させることにより、車
両の走行状態により正確に対応する負荷トルクをエンジ
ン10に付与して更に精度の高い試験結果を得ることが
できるようになる。
構成を変更して実施することもできる。 ・上記実施形態では、本発明をガソリンエンジンの試験
装置として具体化するようにしたが、例えば以下の
(a)に示すように、ディーゼルエンジンの試験装置と
して、或いは、以下の(b)に示すように、交流モータ
や直流モータ等の電動機の試験装置として具体化するこ
ともできる。
ーゼルエンジンの試験装置として具体化する場合には、
エンジン制御部100の目標機関トルク演算部102に
おいて目標機関トルク値TETRGを算出するととも
に、この目標機関トルク値TETRGと回転速度検出部
130により検出される回転速度NEとに基づいてディ
ーゼルエンジンに噴射供給される燃料の目標値(目標燃
料噴射量)を算出する。そして、この算出された目標燃
料噴射量に基づいてインジェクタを制御することによ
り、こうしたディーゼルエンジンの試験装置において
も、上記(3)に記載した作用効果と同等の作用効果を
奏することができるようになる。
機の試験装置として具体化する場合には、エンジン制御
部100の目標機関トルク演算部102において目標機
関トルク値TETRGを算出するとともに、この目標機
関トルク値TETRGと回転速度検出部130により検
出される回転速度NEとに基づいて電動機に供給される
電力量の目標値(目標供給電力量)を算出する。そし
て、この算出された目標供給電力量に基づいて、同電動
機の駆動電流や駆動電圧の大きさ、或いはこれら駆動電
流及び駆動電圧の位相差を制御することにより、こうし
た電動機の試験装置においても、上記(3)に記載した
作用効果と同等の作用効果を奏することができるように
なる。
性モデルを構築し、同動特性モデルに基づいて周波数伝
達関数を算出するとともに、この周波数伝達関数に基づ
いてトルク伝達系における伝達誤差を補償するようにし
たが、例えば実験によって予め求められた周波数伝達関
数に基づいて上記伝達誤差を補償する構成とすることも
できる。
M1〜M4に区分してモデル化するようにしたが、この
区分の方法及びその数は上記実施形態と同じである必要
はなく任意に設定することができる。
条件を車速変化パターンで与えるようにしたが、例え
ば、スロットル開度TAの変化パターンやアクセルペダ
ルの踏込量に関する変化パターンや、或いは回転速度N
Eの変化パターンとして与えることもできる。
ジンの試験装置として具体化するようにしたが、例え
ば、船舶用エンジンや航空機用エンジンの試験装置とし
て具体化することもできる。
動体の等価慣性並びに駆動系の等価ダンピング定数及び
等価バネ定数がモデル定数として導入された移動体に関
する動特性モデルに基づいて負荷トルクを演算するよう
にしているため、駆動系の捩り振動による負荷トルクの
影響を把握したうえで負荷トルクが演算されるようにな
る。その結果、移動体の過渡的な運動状態に正確に対応
した負荷トルクを原動機の駆動軸に付与することがで
き、信頼性の高い試験結果を得ることができるようにな
る。
慣性、等価ダンピング定数、或いは等価バネ定数といっ
たモデル定数を複数に区分された移動体の構成体に対応
して各別に有する動特性モデルを用いることにより、移
動体に関してより精度の高い動特性モデルが構築される
ようになる。その結果、移動体の運動状態により正確に
対応する負荷トルクを原動機の駆動軸に付与することが
でき、試験結果の信頼性を更に向上させることができる
ようになる。
は、動力計から伝達軸を介して原動機に至るまでのトル
ク伝達系における伝達特性に基づいて負荷トルクを補正
するようにしているため、動力計から原動機に伝達され
る負荷トルクがトルク伝達系の伝達誤差によって移動体
の運動状態に対応しない大きさに変化してしまうのが回
避される。その結果、正確な負荷トルクを原動機に付与
することができるようになり、試験結果の信頼性を更に
向上させることができる。
は、移動体の速度を予め設定された速度変化パターンに
従って変化させるのに必要な原動機の目標発生トルク値
が、同速度変化パターンに基づく移動体の加速度と、前
記動特性モデルに基づいて演算される移動体の速度とに
基づいて予め算出され、同目標発生トルク値と原動機の
発生トルクとが一致するように原動機が制御される。従
って、移動体の速度を前記速度変化パターンに従って変
化させるために、原動機を単にフィードバック制御する
ようにした構成と比較して、移動体の速度を上記速度変
化パターンに追従させる際の応答遅れが減少するように
なる。その結果、移動体の速度を同速度変化パターンに
より正確に追従させることができ、更に信頼性の高い試
験結果を得ることができるようになる。
値との関係を示すグラフ。
の関係を示すグラフ。
ミッションのギヤ位置との関係を示すグラフ。
フ。
系の動特性モデルを示す概念図。
速度と発生トルクとの関係を示すグラフ。
通路、13…スロットルバルブ、14…スロットルモー
タ、16…カップリング、17…カップリング、20…
ダイナモメータ、21…入力軸、30…ベンチ、31…
マウント、32…治具、50…伝達軸、40…吸気圧セ
ンサ、41…回転速度センサ、42…トルクセンサ、4
3…ロータリエンコーダ、100…エンジン制御部、1
01…車速変化パターン発生部、102…目標機関トル
ク演算部、103…スロットル開度演算部、104…ス
ロットル開度補正部、105…偏差検出部、106…ス
ロットルバルブ駆動部、130…回転速度検出部、20
0…トルク制御部、201…伝達誤差補正部、203…
駆動電流発生部、202…偏差検出部、204…ダイナ
モメータトルク演算部、300…モデル演算部、302
…車速演算部、301…負荷トルク演算部、303…走
行抵抗演算部、307…偏差検出部、306…加算部、
400…メモリ、500…コンピュータ、M1…第1構
成体、M2…第2構成体、M3…第3構成体、M4…第
4構成体。
Claims (8)
- 【請求項1】 移動体に搭載されて同移動体の駆動系に
連結される原動機の駆動軸に対し負荷トルクを付与する
ことにより前記原動機を前記移動体に搭載することなく
擬似的に前記移動体に搭載された状態にして試験を行う
原動機の試験装置において、 前記原動機の運転状態を制御する原動機制御手段と、 前記駆動軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 前記移動体の等価慣性並びに前記駆動系の等価ダンピン
グ定数及び等価バネ定数がモデル定数として導入された
前記移動体に関する動特性モデルと前記検出される回転
速度とに基づいて前記駆動軸に付与すべき負荷トルクを
演算する演算手段と、 前記演算される負荷トルクを前記駆動軸に対して付与す
る負荷トルク付与手段とを備えることを特徴とする原動
機の試験装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載した原動機の試験装置に
おいて、 前記移動体に関する動特性モデルは複数に区分された前
記移動体の構成体に対応する前記モデル定数を各別に有
するものであることを特徴とする原動機の試験装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載した原動機の試験
装置において、 前記負荷トルク付与手段は伝達軸を介して前記駆動軸に
連結される動力計を備えて構成されるものであり、 前記演算手段は前記動力計から前記伝達軸を介して前記
原動機に至るまでのトルク伝達系における伝達特性に基
づいて前記負荷トルクを補正する補正手段を備えるもの
であることを特徴とする原動機の試験装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載した原動機の試験装置に
おいて、 前記補正手段は前記トルク伝達系の等価慣性及び等価ダ
ンピング定数及び等価バネ定数がモデル定数として導入
されたトルク伝達系に関する動特性モデルに基づいて前
記トルク伝達系の周波数伝達関数を演算するとともに、
前記トルク伝達系における伝達誤差が打ち消されるよう
に前記負荷トルクを前記周波数伝達関数に基づいて補正
するものであることを特徴とする原動機の試験装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載した原動機の試験装置に
おいて、 前記演算手段は前記動特性モデルに基づいて前記移動体
の速度を演算するものであり、 前記原動機制御手段は前記演算される移動体の速度が予
め設定された速度変化パターンに従って変化するように
前記原動機を制御するとともに、前記速度変化パターン
に基づく前記移動体の加速度と前記演算される移動体の
速度とに基づいて前記原動機の目標発生トルク値を算出
する目標発生トルク値算出手段と、前記原動機の発生ト
ルクを当該目標発生トルク値と一致させるべく前記原動
機を制御するトルク制御手段とを備えて構成されるもの
であることを特徴とする原動機の試験装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載した原動機の試験装置に
おいて、 前記原動機は吸入空気量調節手段によって吸入空気量が
調節される内燃機関であり、 前記トルク制御手段は前記算出される目標発生トルク値
と前記検出される回転速度とに基づいて前記内燃機関に
供給される目標吸入空気量を算出するとともに、当該目
標吸入空気量に基づいて前記吸入空気量調節手段を制御
するものであることを特徴とする原動機の試験装置。 - 【請求項7】 請求項5に記載した原動機の試験装置に
おいて、 前記原動機は燃料噴射量調節手段によって燃料噴射量が
調節される内燃機関であり、 前記トルク制御手段は前記算出される目標発生トルク値
と前記検出される回転速度とに基づいて前記内燃機関に
供給される目標燃料噴射量を算出するとともに、当該目
標燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射量調節手段を制御
するものであることを特徴とする原動機の試験装置。 - 【請求項8】 請求項5に記載した原動機の試験装置に
おいて、 前記原動機は電力量調節手段によって供給電力量が調節
される電動機であり、 前記トルク制御手段は前記算出される目標発生トルク値
と前記検出される回転速度とに基づいて前記電動機に供
給される目標供給電力量を算出するとともに、当該目標
供給電力量に基づいて前記電力量調節手段を制御するも
のであることを特徴とする原動機の試験装置。
Priority Applications (1)
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JP20684198A JP3405925B2 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | エンジンの試験装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=16529955
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JP20684198A Expired - Lifetime JP3405925B2 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | エンジンの試験装置 |
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