JP2003207421A - エンジンベンチシステム - Google Patents

エンジンベンチシステム

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喜正 澤田
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岳夫 秋山
Masayasu Sugaya
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンベンチシステムにおいて、過渡的な
エンジンの脈動による影響を取り除くことができるよう
にする。 【解決手段】 エンジンとダイナモメータを高剛性シャ
フトで結合し、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
り設計しコントローラ21と伝達特性22からなるダイ
ナモメータ制御装置によりダイナモメータの速度制御を
するエンジンベンチシステムにおいて、エンジントルク
オブザーバ23は、ダイナモメータの速度制御時のエン
ジントルクおよびダイナモトルク指令から軸トルクへの
伝達特性とは逆の伝達特性を有してエンジントルク推定
値を得る。エンジンの軸トルク制御の場合も同様のオブ
ザーバとする。

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、特にダイナモメータ
の制御装置に関する。
【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】このようなシステムで
は、エンジン−ダイナモ間のトルク伝達性能が良いた
め、エンジンが発生するトルク脈動がダイナモの制御性
能に大きく影響を与えることになる。
【0008】例えば、エンジン−ダイナモ間のトルク伝
達性能が振動数100Hz程度まであるとすると、4気
筒のエンジンでは、3000回転(rpm)までエンジ
ン脈動の影響を受けるため、実際の運転領域が影響範囲
になってしまう。
【0009】そのため、エンジンが発生する脈動トルク
の把握が重要となるが、従来はエンジン脈動を直接測定
する手段がなく、定格上の理論値を使用していた。但
し、脈動トルクはエンジンのスロットル開度や回転数に
より大きく変動するため、過渡的な脈動トルクの把握は
できていなかった。
【0010】本発明の目的は、エンジン−ダイナモ間が
高剛性シャフトで結合された高応答なエンジンベンチシ
ステムにおいて、エンジンが発生する過渡的な脈動トル
クを高い精度で検出および検出した脈動トルクの影響を
取り除いたダイナモメータ制御を可能にし、ひいては高
精度のエンジン試験ができるようにしたエンジンベンチ
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】(発明の原理的な説明)
エンジンベンチシステムのダイナモメータ制御装置とし
て、μ設計法により設計したものを、本願出願人は既に
提案している。
【0012】この提案は、まず、制御対象システムであ
るエンジン−ダイナモ制御系のモデル化を行う。ここで
は図8に示す5慣性系のモデル化例を示す。このエンジ
ン−ダイナモ系モデルにおいて、各パラメータは、以下
の表に示す意味である。
【0013】
【表1】
【0014】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。
【0015】次に、ダイナモメータの制御装置の設計に
は、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。
【0016】
【数1】
【0017】この運動方程式を基にしたエンジン−ダイ
ナモ制御系の等価ブロックを示したのが図9であり、図
7のインバータも含めた5慣性系の等価ブロック構成の
場合を示す。
【0018】この図9の等価ブロックによれば、エンジ
ン−ダイナモ制御系の伝達特性を厳密に定義でき、この
伝達特性を基に軸トルクTpfやダイナモ速度ωdを検出
信号として図7のコントローラにフィードバックするこ
とで高応答を得ることができる。
【0019】ここで、図9の等価ブロックの1つの入力
になるエンジントルクTeにはエンジン1の定格上の理
論値を使用すると、前記のようにエンジンが発生する脈
動トルクの影響を受け、広い回転数範囲で高応答が得ら
れなくなる。
【0020】そこで、本発明では、図9の等価ブロック
において、エンジントルクから軸トルクまでの伝達特性
とは逆の伝達特性をもつエンジントルクオブザーバを用
意し、このオブザーバには図9の等価ブロックに得られ
る軸トルクを入力として出力にエンジントルク推定値を
求め、これをエンジン脈動計測情報として利用したり、
図9の等価ブロックのエンジントルクTeとして与える
ことにより、過渡的なエンジンの脈動による影響を取り
除くものである。
【0021】(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、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設計法により設計しダ
イナモメータ制御装置によりダイナモメータの速度制御
をするエンジンベンチシステムにおいて、前記ダイナモ
メータの速度制御時のエンジントルクおよびダイナモト
ルク指令から軸トルクへの伝達特性とは逆の伝達特性を
有してエンジントルク推定値を得るエンジントルクオブ
ザーバを備えたことを特徴とする。
【0022】(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、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
より設計しダイナモメータ制御装置によりエンジンの軸
トルク制御をするエンジンベンチシステムにおいて、前
記エンジンの軸トルク制御時のエンジントルクおよびダ
イナモトルク指令から軸トルクへの伝達特性とは逆の伝
達特性を有してエンジントルク推定値を得るエンジント
ルクオブザーバを備えたことを特徴とする。
【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を示す装置構成図であり、μ設計法で設計し
たダイナモ速度制御装置の場合である。
【0024】コントローラ21は、エンジンの試験内容
に応じてパターン設定されるダイナモ速度指令に対し
て、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、ダイナモトルク指令を図7のK
(S)に与える。このコントローラ21は、従来のPI
D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22は、コントローラ21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)を有してダイナモ速度を検出し、コントローラ
21へのフィードバック信号にする。このコントローラ
21は、前記のμ設計法を利用してダイナモーエンジン
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】エンジントルクオブザーバ23は、図9の
等価ブロックにおいて、エンジントルクから軸トルクま
での伝達特性とは逆の伝達特性をもち、伝達特性22に
得られる軸トルクを入力として出力にエンジントルク推
定値を求める。
【0027】図2は、ダイナモメータ速度制御で、エン
ジントルクから伝達特性検出までの伝達特性(ゲイン特
性)を示す。この例では100Hz近傍までほぼフラッ
トに推移してその後減衰している。この特性の逆特性を
図1のエンジントルクオプサーバ23に適用することに
より、軸トルク検出からエンジントルクを推定すること
ができる。
【0028】このエンジントルク推定値は、エンジン脈
動計測情報として利用することができる。
【0029】(実施形態2)図3は、本発明の実施形態
2を示す装置構成図であり、μ設計法で設計した軸トル
ク制御装置の場合である。
【0030】コントローラ24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5のK(S)に与え
る。
【0031】伝達特性25は、コントローラ21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21
へのフィードバック信号にする。この伝達特性25は、
前記のμ設計法を利用してダイナモーエンジン制御系の
厳密な制御特性が得られるように設計したものである。
【0032】エンジントルクオブザーバ26は、図9の
等価ブロックにおいて、エンジントルクから軸トルクま
での伝達特性とは逆の伝達特性をもち、伝達特性25に
得られる軸トルクを入力として出力にエンジントルク推
定値を求める。
【0033】図4は、軸トルク制御で、エンジントルク
から軸トルク検出までの伝達特性(ゲイン特性)を示
す。この例では100Hz近傍まで20dB/decで
ゲインが増加している。この特性の逆特性を図3のエン
ジントルクオプサーバ26に適用することにより、軸ト
ルク検出からエンジントルクを推定することができる。
【0034】このエンジントルク推定値は、エンジン脈
動計測情報として利用することができる。
【0035】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ダイナ
モ速度制御時および軸トルク制御時にエンジントルクか
ら軸トルク検出の特性を利用して過渡的なエンジン脈動
トルクを推定できる。μ設計法により演算器の軸トルク
検出から直接的に推定するため誤差が少なく、リアルタ
イムで把握できる。そのため、本発明で対象としている
ようなエンジンベンチシステムでの良好なダイナモ制御
の設計に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示すダイナモメータ速度
制御装置の構成図。
【図2】実施形態1におけるダイナモメータ速度制御時
の軸トルク伝達特性の例。
【図3】本発明の実施形態2を示す軸トルク制御装置の
構成図。
【図4】実施形態2におけるエンジンの軸トルク制御時
の軸トルク伝達特性の例。
【図5】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【図6】従来の他のエンジンベンチシステムの構成図。
【図7】ダイナモメータ制御装置の構成図。
【図8】エンジン−ダイナモ制御系のモデル化例。
【図9】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 10、21、24…コントローラ 11…インバータ 22、25…伝達特性 23、26…上位マンマシン装置
───────────────────────────────────────────────────── 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 BB01 CC06 DD03 EE11 3G084 BA02 DA04 EB00 EB11 FA00

Claims (2)

    【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、 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設計法により設計しダイナモ
    メータ制御装置によりダイナモメータの速度制御をする
    エンジンベンチシステムにおいて、 前記ダイナモメータの速度制御時のエンジントルクおよ
    びダイナモトルク指令から軸トルクへの伝達特性とは逆
    の伝達特性を有してエンジントルク推定値を得るエンジ
    ントルクオブザーバを備えたことを特徴とするエンジン
    ベンチシステム。
  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、 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設計法により設計しダイナモ
    メータ制御装置によりエンジンの軸トルク制御をするエ
    ンジンベンチシステムにおいて、 前記エンジンの軸トルク制御時のエンジントルクおよび
    ダイナモトルク指令から軸トルクへの伝達特性とは逆の
    伝達特性を有してエンジントルク推定値を得るエンジン
    トルクオブザーバを備えたことを特徴とするエンジンベ
    ンチシステム。
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