JP2003207418A - エンジンベンチシステムの始動方式 - Google Patents

エンジンベンチシステムの始動方式

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JP2003207418A
JP2003207418A JP2002002018A JP2002002018A JP2003207418A JP 2003207418 A JP2003207418 A JP 2003207418A JP 2002002018 A JP2002002018 A JP 2002002018A JP 2002002018 A JP2002002018 A JP 2002002018A JP 2003207418 A JP2003207418 A JP 2003207418A
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JP
Japan
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engine
dynamometer
dynamo
control
torque
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JP2002002018A
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Yoshimasa Sawada
喜正 澤田
Gakuo Akiyama
岳夫 秋山
Masayasu Sugaya
正康 菅家
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン−ダイナモ系が共振特性を持つた
め、システムの始動時に発生する機械共振によって軸の
破損を招く恐れがあった。 【解決手段】 エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がも
つ機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行
い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法によ
りコントローラ10と伝達特性12を厳密設計し、エン
ジン−ダイナモ系の軸トルク制御をエンジン始動に利
用、または軸トルク制御をダイナモ始動に利用、もしく
はダイナモ速度制御をダイナモ始動に利用することで、
始動時の機械共振を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンにダイナ
モメータを直結してエンジンの各種性能試験を行うため
のエンジンベンチシステムに係り、特にシステムの始動
方式に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のエンジンベンチシステムでは図6
に示すようにエンジン1とトランスミッション(ATあ
るいMT、MTの場合はクラッチ付)2を組み合わせ、
シャフト3を介してダイナモメータ4と結合している。
【0003】エンジン側はスロットルアクチェータ(A
CT)5によりスロットル開度をコントロールする。ダ
イナモ4側には回転検出器6、トルク検出器(ロードセ
ル)7を設け、この検出によりダイナモ4の速度、トル
クの制御を実施する。このシステムによりエンジン1の
耐久性や性能(燃費、排ガス計測等)、ECU適合等の
試験をしている。
【0004】但し、このようなシステムでは、機械の共
振点が低く、ダイナモ側からエンジン側へ高応答なトル
ク特性をもってトルク伝達ができない、あるいはエンジ
ン側の高応答な挙動をダイナモ側へ伝達することができ
ないため、エンジンや車両関連部品の過渡性能試験が完
成車両を使用しないと実施できない問題があった。
【0005】このような課題を解決する手段として、最
近、図7に示すように、エンジン1とダイナモ4を高剛
性のシャフト8で直結することで、ダイナモ4からエン
ジン1に対して高い周波数特性までのトルク加振を可能
にし、実車に近い状態での過渡再現を実施することによ
り、車両レスでのエンジン試験を可能にするシステムが
考えられている。
【0006】図8は、エンジンベンチシステムのダイナ
モメータ制御装置の基本構成図を示す。エンジン1とダ
イナモ4をシャフト8で機械結合した機構に対して、軸
トルクメータ9によるエンジン軸トルク検出と、図示省
略する回転検出器によるダイナモ4の速度検出を行い、
コントローラ10はダイナモ速度または軸トルクを指令
値とし、軸トルク検出値またはダイナモ速度検出値をフ
ィードバック信号として自動制御演算を行い、この演算
結果としてダイナモトルク指令を求める。インバータ1
1は、コントローラ10からのダイナモトルク指令に応
じた電流出力でダイナモ4を駆動することでダイナモ4
にダイナモトルク指令に一致したトルクを発生させる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図6に示すような従来
のエンジンベンチシステムでは、トランスミッションを
入れたり、シャフトのばね定数を低く設定して、対象機
械系の共振周波数をエンジンのアイドル回転以下(例え
ば10Hz程度)にしていた。但し、図7に示すような
高応答の機械系では共振周波数が100Hz近辺になる
ことが多い。この例を図9〜図11を参照して説明す
る。
【0008】図9は、図7のエンジンベンチシステムを
5慣性系の機械系としてとらえたモデル概念図であり、
各パラメータは、以下の表に示す意味である。
【0009】
【表1】
【0010】図10および図11は、上記の機械パラメ
ータを想定したときの、このモデル図でのダイナモトル
ク(Td)からシャフト軸トルク(Tp)と、エンジン
トルク(Te)からシャフト軸トルク(Tp)までのゲ
イン線図を示したものである。
【0011】図10、図11に示すように、エンジン−
ダイナモ系は100Hz近傍で高い共振特性を持った機
械系になっている。そのため、エンジン運転領域に共振
周波数が存在することになり、共振によって軸の破損を
招く恐れがあった。
【0012】この場合、共振周波数を避けた運転をすれ
ば、試験的には不都合はあるが、軸破損を回避すること
は可能である。
【0013】しかし、共振周波数付近の運転を避ける試
験でも、エンジンやダイナモの始動時では、ステップ的
なトルクがエンジンやダイナモから発生するため、共振
トルクが励起され、その共振により軸破損を招く恐れが
あった。
【0014】本発明の目的は、高剛性のシャフトで結合
されたエンジン−ダイナモ系の高応答なエンジンベンチ
システムでも機械共振による軸破損の危険性を招くこと
のないエンジンベンチシステムの始動方式を提供するこ
とにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】(発明の原理的な説明)
本発明では、図9に示したように、エンジン−ダイナモ
制御系を慣性系のモデル化を行う。このモデル化は適用
する制御対象で制御に大きく寄与する機械パラメータを
利用してモデル化を行うもので、5慣性系に限ったもの
ではなく、4慣性系、3慣性系でもよい。
【0016】次にダイナモメータの制御装置の設計を行
うために、前記モデルの運動方程式を次式のように展開
する。なお、θxは機械要素xの回転位相角である。
【0017】
【数1】
【0018】これらの運動方程式を基にμ設計法により
設計したエンジン−ダイナモ制御系の厳密な等価ブロッ
クを示したのが図12であり、図8のインバータも含め
た5慣性系の等価ブロック構成の場合で示す。
【0019】本発明は、上記の等価ブロック構成から厳
密な軸トルク又はダイナモ速度を得てコントローラによ
る軸トルク制御またはダイナモ速度制御を行うことで、
エンジンやダイナモの始動時にエンジンやダイナモから
共振トルクが発生するのを抑制し、軸破損の危険性を無
くしたものである。
【0020】(発明の構成) (1)エンジンとダイナモメータを高剛性シャフトで結
合し、ダイナモメータ制御装置によりエンジンの軸トル
ク制御またはダイナモメータの速度制御によってエンジ
ンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステムにおい
て、エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラ
メータを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデ
ルを基にした運動方程式からμ設計法により前記ダイナ
モメータ制御装置を設計し、前記ダイナモメータ制御装
置は、軸トルク指令をゼロとし、この軸トルク指令と軸
トルク検出値を使用した軸トルク制御をしておき、エン
ジンをイグニッション起動でシステムを始動することを
特徴とするエンジンベンチシステムの始動方式。
【0021】(2)エンジンとダイナモメータを高剛性
シャフトで結合し、ダイナモメータ制御装置によりエン
ジンの軸トルク制御またはダイナモメータの速度制御に
よってエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシ
ステムにおいて、エンジン−ダイナモ制御系の慣性系が
もつ機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行
い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法によ
り前記ダイナモメータ制御装置を設計し、前記ダイナモ
メータ制御装置は、軸トルク指令と軸トルク検出値を使
用したダイナモメータの軸トルク制御でシステムを始動
することを特徴とするエンジンベンチシステムの始動方
式。
【0022】(3)エンジンとダイナモメータを高剛性
シャフトで結合し、ダイナモメータ制御装置によりエン
ジンの軸トルク制御またはダイナモメータの速度制御に
よってエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシ
ステムにおいて、エンジン−ダイナモ制御系の慣性系が
もつ機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行
い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法によ
り前記ダイナモメータ制御装置を設計し、前記ダイナモ
メータ制御装置は、ダイナモ速度指令とダイナモ速度検
出値を使用したダイナモメータの速度制御でシステムを
始動することを特徴とするエンジンベンチシステムの始
動方式。
【0023】
【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は、本発明の
実施形態1を示すダイナモメータ制御装置の構成図であ
り、エンジンベンチシステムをエンジンで始動する場合
である。
【0024】コントローラ10は、エンジンの試験内容
に応じてパターン設定される軸トルク指令に対して、軸
トルク検出値をフィードバック信号として自動制御演算
を行い、ダイナモトルク指令を図8のインバータ11に
与える。このコントローラ10は、従来のPID制御、
またはH∞制御、μ設計法による制御特性をもつものに
される。
【0025】伝達特性12は、インバータ、ダイナモメ
ータの特性を示し、コントローラ10からのダイナモト
ルク指令とエンジン1が発生するエンジントルクの検出
値から、エンジン−ダイナモ制御系の伝達特性K(S)
を有して軸トルクを検出し、コントローラ10へのフィ
ードバック信号にする。このコントローラ10は、前記
のμ設計法を利用してエンジン−ダイナモ制御系の厳密
な制御特性が得られるように設計したものである。
【0026】以上の構成でのエンジントルクからシャフ
ト軸トルクまでのゲイン特性例を図2に示す。同図のゲ
イン特性から明らかなように、図10や図11と比較し
て低い周波数領域から高い周波数領域にわたって共振が
抑制されている。
【0027】ここで、エンジンをイグニッション起動す
る際は、コントローラ10への軸トルク指令値をゼロ指
令にしておいて起動する。その波形例を図3に示す。同
図の(A)が従来のダイナモメータ制御装置による場合
を示し、(B)が本実施形態のダイナモメータ制御装置
を使用した場合である。図3の(A)の場合は、起動後
に機械共振周波数による過大な軸トルク振動が継続しし
ているが、(B)では、軸トルクに共振周波数は発生し
ておらず、かつ振動は収まっている。
【0028】したがって、本実施形態によれば、エンジ
ン始動時の共振トルクが発生するのを抑制し、軸破損の
危険性を無くした試験が可能となる。
【0029】(実施形態2)前記の実施形態1では、エ
ンジンベンチシステムをエンジン側から起動するのに対
して、本実施形態2では、ダイナモメータ側から軸トル
ク制御でエンジンベンチシステムを起動する。
【0030】この起動方式は、図1の構成において、コ
ントローラ10に軸トルク指令を与えることでダイナモ
メータを起動することになる。
【0031】本実施形態の場合、トルク波形例は示して
いないが、実施形態1と同様に、共振を抑制してスムー
ズに起動することができる。
【0032】(実施形態3)図4は、本発明の実施形態
3のダイナモメータ制御装置の構成を示し、エンジンベ
ンチシステムをダイナモメータの速度制御で始動する場
合である。
【0033】このためには、コントローラ10にはダイ
ナモ速度指令を与え、伝達特性演算器12はコントロー
ラ10からのダイナモトルク指令とダイナモメータの速
度検出値から、エンジン−ダイナモ制御系の伝達特性K
(S)を有して軸トルクを検出し、コントローラ10へ
のフィードバック信号にする。
【0034】この構成でのエンジントルクからシャフト
軸トルクまでのゲイン特性例を図5に示す。図10や図
11と比較して共振が抑制されていることがわかる。
【0035】本実施形態では、トルク波形例は示してい
ないが、実施形態1または2と同様に、共振を抑制して
スムーズに起動することができる。
【0036】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、μ設計
法による厳密な軸トルク又はダイナモ速度を得てコント
ローラによる軸トルク制御またはダイナモ速度制御を行
うことでエンジンやダイナモで始動するようにしたた
め、始動時にエンジンやダイナモから共振トルクが発生
するのを抑制し、軸破損の危険性を無くすことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示す軸トルク制御装置の
構成図。
【図2】実施形態1のエンジントルクからシャフト軸ト
ルクまでのゲイン特性。
【図3】実施形態1のエンジン起動時の軸トルク波形
例。
【図4】実施形態3を示すダイナモ速度制御装置の構成
図。
【図5】実施形態3のエンジントルクからシャフト軸ト
ルクまでのゲイン特性。
【図6】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【図7】従来の他のシステム構成図。
【図8】エンジンベンチシステムの構成図。
【図9】エンジン−ダイナモ制御系のモデル化例。
【図10】従来のエンジントルクからシャフト軸トルク
までのゲイン特性。
【図11】従来のエンジントルクからシャフト軸トルク
までのゲイン特性。
【図12】μ設計法によるエンジン−ダイナモ制御系の
ブロック図。
【符号の説明】
1…エンジン 4…ダイナモメータ 8…シャフト 9…軸トルクメータ 10…コントローラ 11…インバータ 12…伝達特性
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅家 正康 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 Fターム(参考) 2G087 AA30 BB01 CC40 DD03 DD17 EE01 EE12 FF40

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンとダイナモメータを高剛性シャ
    フトで結合し、ダイナモメータ制御装置によりエンジン
    の軸トルク制御またはダイナモメータの速度制御によっ
    てエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステ
    ムにおいて、 エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラメー
    タを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを
    基にした運動方程式からμ設計法により前記ダイナモメ
    ータ制御装置を設計し、 前記ダイナモメータ制御装置は、軸トルク指令をゼロと
    し、この軸トルク指令と軸トルク検出値を使用した軸ト
    ルク制御をしておき、エンジンをイグニッション起動で
    システムを始動することを特徴とするエンジンベンチシ
    ステムの始動方式。
  2. 【請求項2】 エンジンとダイナモメータを高剛性シャ
    フトで結合し、ダイナモメータ制御装置によりエンジン
    の軸トルク制御またはダイナモメータの速度制御によっ
    てエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステ
    ムにおいて、 エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラメー
    タを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを
    基にした運動方程式からμ設計法により前記ダイナモメ
    ータ制御装置を設計し、 前記ダイナモメータ制御装置は、軸トルク指令と軸トル
    ク検出値を使用したダイナモメータの軸トルク制御でシ
    ステムを始動することを特徴とするエンジンベンチシス
    テムの始動方式。
  3. 【請求項3】 エンジンとダイナモメータを高剛性シャ
    フトで結合し、ダイナモメータ制御装置によりエンジン
    の軸トルク制御またはダイナモメータの速度制御によっ
    てエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステ
    ムにおいて、 エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラメー
    タを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを
    基にした運動方程式からμ設計法により前記ダイナモメ
    ータ制御装置を設計し、 前記ダイナモメータ制御装置は、ダイナモ速度指令とダ
    イナモ速度検出値を使用したダイナモメータの速度制御
    でシステムを始動することを特徴とするエンジンベンチ
    システムの始動方式。
JP2002002018A 2002-01-09 2002-01-09 エンジンベンチシステムの始動方式 Pending JP2003207418A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009074834A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 Meidensha Corp シャシーダイナモメータシステムの制御方法
JP2012237747A (ja) * 2011-05-09 2012-12-06 Avl List Gmbh 燃焼式動力機関の動力学的試験課題用試験装置とそのような試験装置の動作方法
JP2013053977A (ja) * 2011-09-06 2013-03-21 Meidensha Corp エンジンベンチシステムの制御装置

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JP2012237747A (ja) * 2011-05-09 2012-12-06 Avl List Gmbh 燃焼式動力機関の動力学的試験課題用試験装置とそのような試験装置の動作方法
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