JP2003207420A - Engine bench system - Google Patents

Engine bench system

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JP2003207420A
JP2003207420A JP2002002019A JP2002002019A JP2003207420A JP 2003207420 A JP2003207420 A JP 2003207420A JP 2002002019 A JP2002002019 A JP 2002002019A JP 2002002019 A JP2002002019 A JP 2002002019A JP 2003207420 A JP2003207420 A JP 2003207420A
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JP
Japan
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engine
dynamo
gain
mechanical system
torque
Prior art date
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Application number
JP2002002019A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Sawada
喜正 澤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To resolve the problem of axial torque control and dynamo speed control avoiding the frequency of engine pulsation in engine-dynamo mechanical system. <P>SOLUTION: Gain theory transmission characteristics of mechanical system from an engine 1 to a dynamo meter 4 are obtained. From the theory transmission characteristics, a survey range of resonance frequency of the engine-dynamo mechanical system is determined. An upper device 12 torque-vibrates a controller 10. The transmission characteristics from the dynamo torque command to an axial torque detection value are obtained as measured gain characteristics. Based on a survey range for the measured gain characteristics, the peak value of the gain is obtained as the resonance frequency of the mechanical system and the gain value. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、特にエンジン−ダイ
ナモ機械系の共振周波数等を計測する方式に関する。 【0002】 【従来の技術】従来のエンジンベンチシステムでは図5
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6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7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5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リング回転以下
(例えば10Hz程度)にしていた。但し、図6のよう
な高応答のシステムでは、エンジンへの加振トルクの周
波数を高くする必要があるため、共振周波数を100H
z以上に設定する場合がある。このような場合は通常の
エンジン運転周波数領域にエンジン−ダイナモ機械系の
共振周波数が存在することになる、そのため、その共振
周波数を避けて運転したり、共振周波数でのゲインを抑
制するような制御をする。 【0008】そのとき、共振周波数が判明していなけれ
ばこのような運転や制御構成を取ることができない。従
来、この共振周波数の計測はダイナモまたはエンジンか
ら低回転(共振周波数以下)で回転させ、そのときの軸
トルク検出をスペクトルアナライザに入力して手動によ
る共振周波数判定をするのが普通であった。 【0009】これは、エンジンが回転しているため、エ
ンジンによるトルク脈動が発生し、その周波数成分が軸
トルク検出に混入するため、共振による周波数成分との
判別が困難なためであった。 【0010】本発明の目的は、エンジン脈動がある場合
にも機械系の共振周波数とゲイン特性を容易に計測でき
るエンジンベンチシステムを提供することにある。 【0011】 【課題を解決するための手段】本発明は、エンジン−ダ
イナモ機械系のゲイン理論伝達特性を求めておき、この
理論伝達特性からエンジン−ダイナモ機械系がもつ共振
周波数の探索範囲を決定しておき、コントローラにトル
ク加振を行い、このときのダイナモトルク指令から軸ト
ルク検出値までの伝達特性を実測ゲイン特性としてを求
め、この実測ゲイン特性に対して上記の探索範囲を基に
してゲインのピーク値を機械系の共振周波数およびゲイ
ン値として求めるようにしたもので、以下の構成を特徴
とする。 【0012】(1)エンジンとダイナモメータをシャフ
トで結合し、コントローラによるエンジンの軸トルク制
御またはダイナモトルク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、前記エ
ンジン−ダイナモメータの機械系を慣性系としてモデル
化を行い、このモデルの運動方程式を解いて該機械系の
ゲイン理論伝達特性を求め、この理論伝達特性から該機
械系に存在する共振周波数の探索範囲を決定しておく手
段と、前記コントローラにランダム波または正弦波のダ
イナモトルク指令を与えたときの該ダイナモトルク指令
から軸トルク検出値までの伝達特性を実測ゲイン特性と
して求め、この実測ゲイン特性に対して前記探索範囲を
基にゲインのピーク値を前記機械系の共振周波数および
ゲイン値を順次算出する手段とを備えたことを特徴とす
るエンジンベンチシステム。 【0013】 【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態を示す
計測システムの構成図である。本実施形態では、エンジ
ンベンチシステムに既設のダイナモメータ制御装置を利
用して、エンジン−ダイナモ機械系の共振周波数および
ゲイン特性を計測するものであり、図1が図7と異なる
部分は、上位装置12を増設した点にある。 【0014】上位装置12は、コンピュータとそのソフ
トウェア構成によるデータ入出力機能とデータ処理機能
を有し、エンジンの試験には軸トルク指令やダイナモ速
度指令をコントローラ10に印加し、コントローラ10
によって軸トルクメータ9の検出で軸トルク制御を行っ
たり、ダイナモ速度検出器の検出で速度制御を行う。ま
た、上位装置12は、コントローラ10に軸トルク指令
やダイナモ速度指令に代えたトルク加振指令を印加する
ことで、エンジン−ダイナモ機械系の共振周波数等の計
測を行う。 【0015】図2は、上位装置12の計測フローを示
す。上位装置12は、まず、今回対象としているエンジ
ン−ダイナモ系でのダイナモトルク指令から軸トルク検
出までのゲイン理論伝達特性を入力する(S1)。この
入力は、伝達特性波形を伝達関数形式で入力しておく。 【0016】この特性は、図3に例を示すように、エン
ジン−ダイナモ機械系を3慣性系としてモデル化し、こ
のモデルの運動方程式から算出することができる。図4
は、ゲイン理論伝達特性の例を示し、共振周波数が2カ
所に存在している。 【0017】次に、上位装置12は、入力されたゲイン
理論伝達特性から共振周波数を探索する範囲を決定する
(S2)。例えば、判別される理論共振周波数の±10
%のように設定しておく。 【0018】次に、エンジン−ダイナモ系を共振周波数
から離したある一定回転で運転し、上位装置12からコ
ントローラ10にトルク加振指令を与える(S3)。こ
の加振はランダム的であったり、正弦波を周波数を変え
てスイープさせてもよい。 【0019】次に、加振時のダイナモトルク指令値と軸
トルク検出値をコントローラ10および軸トルクメータ
9から収集する(S4)。 【0020】次に、上位装置12は、ダイナモトルク指
令値と軸トルク検出値を利用して、コントローラ10へ
の入力をダイナモトルク指令値、出力を軸トルク検出値
として伝達特性を求め、この伝達特性としてダイナモト
ルク指令値から軸トルク検出値までの実測ゲイン特性を
得る(S5)。 【0021】次に、このゲイン特性から先に決定された
探索範囲を基に探索し、ゲインのピーク値を順次算出
し、共振周波数とそのときのゲイン値を得(S6)、こ
れを出力する(S7)。この算出は、図4を利用したゲ
イン理論伝達特性の場合は2次の共振周波数点まで算出
する。 【0022】したがって、本実施形態では、エンジン脈
動による周波数成分は探索範囲外であるため、共振周波
数のみを正確に算出することができる。 【0023】 【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、エンジ
ン−ダイナモ機械系のゲイン理論伝達特性を求めてお
き、この理論伝達特性からエンジン−ダイナモ機械系が
もつ共振周波数の探索範囲を決定しておき、コントロー
ラにトルク加振を行い、このときのダイナモトルク指令
から軸トルク検出値までの伝達特性を実測ゲイン特性と
してを求め、この実測ゲイン特性に対して上記の探索範
囲を基にしてゲインのピーク値を機械系の共振周波数お
よびゲイン値として求めるようにしたため、エンジン−
ダイナモ系の機械系において、エンジン脈動があっても
この周波数範囲を除いて機械系の共振周波数とゲインを
正確に算出できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine bench system for performing various performance tests of an engine by directly connecting a dynamometer to the engine, and particularly to an engine-dynamo mechanical system. The present invention relates to a method for measuring a resonance frequency and the like. 2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a conventional engine bench system.
As shown in the figure, the engine 1 and the transmission (AT or MT, in the case of MT, with clutch) 2 are combined,
It is connected to a dynamometer 4 via a shaft 3. [0003] The engine side is a throttle actuator (A
CT) 5 to control the throttle opening. A rotation detector 6 and a torque detector (load cell) 7 are provided on the dynamo 4 side, and the speed and torque of the dynamo 4 are controlled by the detection. With this system, durability and performance of the engine 1 (fuel consumption, exhaust gas measurement, etc.), ECU conformity, and other tests are performed. However, in such a system, the resonance point of the machine is low, so that torque cannot be transmitted from the dynamo side to the engine side with high response torque, or the high response behavior of the engine side is transmitted to the dynamo side. Therefore, there is a problem that the transient performance test of the engine and the vehicle-related parts cannot be performed unless the completed vehicle is used. As a means for solving such a problem, recently, as shown in FIG. 6, by directly connecting the engine 1 and the dynamo 4 with a high-rigidity shaft 8, a high frequency characteristic from the dynamo 4 to the engine 1 is obtained. A system that enables an engine test without a vehicle by performing torque reproduction up to the actual vehicle and performing transient reproduction in a state close to an actual vehicle has been considered. FIG. 7 shows a basic configuration diagram of a dynamometer control device of an engine bench system. For a mechanism in which the engine 1 and the dynamo 4 are mechanically coupled by the shaft 8, the engine torque is detected by the shaft torque meter 9 and the speed of the dynamo 4 is detected by a rotation detector (not shown).
The controller 10 performs an automatic control calculation using the dynamo speed or the shaft torque as a command value and the shaft torque detection value or the dynamo speed detection value as a feedback signal, and obtains a dynamo torque command as a calculation result. Inverter 1
1 is to drive the dynamo 4 with a current output according to the dynamo torque command from the controller 10 so that the dynamo 4 is driven.
, A torque corresponding to the dynamo torque command is generated. [0007] In the conventional engine bench system as shown in FIG. 5, the transmission frequency is set or the spring constant of the shaft is set low to reduce the resonance frequency of the target mechanical system by idling the engine. The rotation was set to be equal to or less than the rotation (for example, about 10 Hz). However, in a high response system such as that shown in FIG. 6, it is necessary to increase the frequency of the vibration torque applied to the engine.
It may be set to z or more. In such a case, the resonance frequency of the engine-dynamo mechanical system exists in the normal engine operation frequency range. Therefore, control is performed to avoid the resonance frequency or to control the gain at the resonance frequency. do. At that time, such an operation or control configuration cannot be adopted unless the resonance frequency is known. Conventionally, the measurement of the resonance frequency is usually performed by rotating the dynamo or engine at a low speed (less than the resonance frequency) and inputting the detected shaft torque to a spectrum analyzer to manually determine the resonance frequency. This is because torque pulsation is generated by the engine because the engine is rotating, and the frequency component is mixed in the detection of the shaft torque, so that it is difficult to determine the frequency component due to resonance. An object of the present invention is to provide an engine bench system capable of easily measuring a resonance frequency and a gain characteristic of a mechanical system even when there is engine pulsation. According to the present invention, a theoretical gain transfer characteristic of an engine-dynamo mechanical system is determined, and a search range of a resonance frequency of the engine-dynamo mechanical system is determined from the theoretical transfer characteristic. In advance, a torque is applied to the controller, a transfer characteristic from the dynamo torque command to the shaft torque detection value at this time is obtained as an actually measured gain characteristic, and the actual measured gain characteristic is determined based on the search range described above. The peak value of the gain is obtained as the resonance frequency and the gain value of the mechanical system, and is characterized by the following configuration. (1) In an engine bench system in which an engine and a dynamometer are connected by a shaft and various performance tests of the engine are performed by controlling a shaft torque of the engine or a dynamometer torque by a controller, the mechanical system of the engine-dynamometer is inertia Means for performing modeling as a system, solving the equation of motion of the model to obtain a theoretical gain transfer characteristic of the mechanical system, and determining a search range of a resonance frequency existing in the mechanical system from the theoretical transfer characteristic, When a random wave or sine wave dynamo torque command is given to the controller, a transfer characteristic from the dynamo torque command to the shaft torque detection value is obtained as an actually measured gain characteristic, and the actually measured gain characteristic is determined based on the search range. The peak value of the gain is sequentially calculated from the resonance frequency and the gain value of the mechanical system. Engine bench system comprising the means for. FIG. 1 is a configuration diagram of a measurement system showing an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the resonance frequency and the gain characteristic of the engine-dynamo mechanical system are measured by using the existing dynamometer control device in the engine bench system. 12 is added. The host device 12 has a data input / output function and a data processing function based on a computer and its software configuration, and applies an axis torque command and a dynamo speed command to the controller 10 for testing an engine.
Thus, shaft torque control is performed by detection of the shaft torque meter 9 and speed control is performed by detection of the dynamo speed detector. In addition, the host device 12 measures the resonance frequency of the engine-dynamo mechanical system by applying a torque excitation command instead of the shaft torque command or the dynamo speed command to the controller 10. FIG. 2 shows a measurement flow of the host device 12. First, the host device 12 inputs a theoretical gain transfer characteristic from a dynamo torque command to a shaft torque detection in the engine-dynamo system targeted this time (S1). In this input, a transfer characteristic waveform is input in the form of a transfer function. As shown in FIG. 3, this characteristic can be calculated from a model of the engine-dynamo mechanical system as a three-inertia system and the equation of motion of this model. FIG.
Shows an example of the gain theoretical transfer characteristic, and there are two resonance frequencies. Next, the host device 12 determines a range for searching for a resonance frequency from the input gain theoretical transfer characteristic (S2). For example, ± 10 of the determined theoretical resonance frequency
Set like%. Next, the engine-dynamo system is operated at a constant rotation away from the resonance frequency, and a torque excitation command is given from the host device 12 to the controller 10 (S3). This excitation may be random or a sine wave may be swept by changing the frequency. Next, a dynamo torque command value and a shaft torque detection value at the time of vibration are collected from the controller 10 and the shaft torque meter 9 (S4). Next, using the dynamo torque command value and the shaft torque detection value, the host device 12 obtains a transmission characteristic using the input to the controller 10 as the dynamo torque command value and the output as the shaft torque detection value. As a characteristic, an actually measured gain characteristic from a dynamo torque command value to a shaft torque detection value is obtained (S5). Next, a search is performed based on the search range previously determined from the gain characteristics, a peak value of the gain is sequentially calculated, a resonance frequency and a gain value at that time are obtained (S6), and this is output. (S7). This calculation is performed up to the secondary resonance frequency point in the case of the gain theoretical transfer characteristic using FIG. Therefore, in this embodiment, since the frequency component due to the engine pulsation is outside the search range, only the resonance frequency can be accurately calculated. As described above, according to the present invention, the theoretical gain transfer characteristic of the engine-dynamo mechanical system is determined, and the search range of the resonance frequency of the engine-dynamo mechanical system is determined from the theoretical transfer characteristic. Is determined, the torque is applied to the controller, and the transmission characteristic from the dynamo torque command to the shaft torque detection value at this time is determined as the actually measured gain characteristic, and the actual measured gain characteristic is determined based on the above search range. To obtain the peak value of the gain as the resonance frequency and the gain value of the mechanical system.
In a dynamo-based mechanical system, even if there is an engine pulsation, the resonance frequency and gain of the mechanical system can be accurately calculated excluding this frequency range.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施形態を示す計測システムの構成
図。 【図2】実施形態における計測フロー。 【図3】エンジン−ダイナモ機械系モデルの概念図。 【図4】ダイナモトルク指令から軸トルク検出までのゲ
イン特性例。 【図5】従来のエンジンベンチシステムの構成図。 【図6】従来の他のシステム構成図。 【図7】ダイナモメータ制御装置の構成図。 【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…上位装置
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a measurement system showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a measurement flow in the embodiment. FIG. 3 is a conceptual diagram of an engine-dynamo mechanical system model. FIG. 4 is an example of gain characteristics from a dynamo torque command to shaft torque detection. FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional engine bench system. FIG. 6 is another conventional system configuration diagram. FIG. 7 is a configuration diagram of a dynamometer control device. [Description of Signs] 1 ... Engine 4 ... Dynamometer 8 ... Shaft 9 ... Shaft Torque Meter 10 ... Controller 11 ... Inverter 12 ... Host Device

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 エンジンとダイナモメータをシャフトで
結合し、コントローラによるエンジンの軸トルク制御ま
たはダイナモトルク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、 前記エンジン−ダイナモメータの機械系を慣性系として
モデル化を行い、このモデルの運動方程式を解いて該機
械系のゲイン理論伝達特性を求め、この理論伝達特性か
ら該機械系に存在する共振周波数の探索範囲を決定して
おく手段と、 前記コントローラにランダム波または正弦波のダイナモ
トルク指令を与えたときの該ダイナモトルク指令から軸
トルク検出値までの伝達特性を実測ゲイン特性として求
め、この実測ゲイン特性に対して前記探索範囲を基にゲ
インのピーク値を前記機械系の共振周波数およびゲイン
値を順次算出する手段とを備えたことを特徴とするエン
ジンベンチシステム。
Claims: 1. An engine bench system in which an engine and a dynamometer are connected by a shaft, and various performance tests of the engine are performed by an engine shaft torque control or a dynamometer torque control by a controller. Modeling the mechanical system as an inertial system, solve the equation of motion of this model to determine the gain theoretical transfer characteristic of the mechanical system, and determine the search range of the resonance frequency existing in the mechanical system from this theoretical transfer characteristic. Means, and a transfer characteristic from the dynamo torque command to the shaft torque detection value when a random wave or sine wave dynamo torque command is given to the controller is obtained as an actually measured gain characteristic. The peak value of the gain is determined based on the search range and the resonance frequency and the gain of the mechanical system. Means for sequentially calculating the in-values.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013142687A (en) * 2012-01-13 2013-07-22 Meidensha Corp Specimen parameter estimation device and method for detecting mechanical resonance frequency
US10948383B2 (en) * 2018-01-29 2021-03-16 Meidensha Corporation Method for controlling engine bench system

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