JP2003207423A - 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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JP2003207423A
JP2003207423A JP2002002020A JP2002002020A JP2003207423A JP 2003207423 A JP2003207423 A JP 2003207423A JP 2002002020 A JP2002002020 A JP 2002002020A JP 2002002020 A JP2002002020 A JP 2002002020A JP 2003207423 A JP2003207423 A JP 2003207423A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンにシャフトでダイナモメータを結合
した試験で、シャフト等の動的ばね定数が正確に得られ
ないため、制御性能誤差の要因となる。 【解決手段】 シャフト8の一端を固定装置13で固定
し、他端にダイナモメータ4を結合した機械系を慣性系
としてモデル化を行い、このモデルの運動方程式を解い
てダイナモトルクに対する軸トルク検出のゲイン理論伝
達特性を求め、この理論伝達特性から機械系に存在する
共振周波数探索範囲を決定しておき、上位装置17は、
コントローラ10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軸トルクメータ16の検出値
を周波数分析してパワースペクトルを求め、このパワー
スペクトルと探索範囲を基にゲインのピーク値を順次算
出してそれを共振周波数とし、この共振周波数から動的
ばね定数を算出する。

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、特にエンジンとダイ
ナモメータを結合するシャフトの動的ばね定数を計測す
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
4に示すように、エンジン1とトランスミッション(A
T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5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6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4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5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】このような制御をする場合、制御対象とな
る機械的パラメータの把握が不可欠である。この時、系
の機械的周波数特性に大きく影響を与えるものとして、
エンジンやダイナモ慣性値およびシャフトのばね定数が
ある。慣性値は設計値を利用できるが、シャフトのばね
定数は設計値との誤差が大きいため、実測が不可欠であ
った。 【0009】従来の実測方法を図7に示す。この手法は
シャフト12の一端を固定装置13に固定し、他端には
それに結合する加重装置14のアームなどを用いて加重
をかけ、その際の加重トルクとねじり角度を計測装置1
5で計測してシャフト12のばね定数を測定するもので
ある。 【0010】この手法では静的な特性は把握できるが、
動的な特性は把握できず、制御性能誤差の要因になって
いた。 【0011】本発明の目的は、エンジンとダイナモメー
タを結合するためのシャフト等の動的ばね定数を正確に
計測し、ひいては正確な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。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明は、シャフトから
ダイナモメータまでの系を慣性系としてモデル化し、こ
のモデルの運動方程式を解いてその理論伝達特性を求
め、この理論伝達特性から共振周波数探索範囲を決定し
ておき、シャフトの一端を固定し、他端をダイナモメー
タに結合し、コントローラに加振指令を与えたときの軸
トルク検出値を周波数分析してパワースペクトルを求
め、このパワースペクトルから探索範囲内でのゲインの
ピーク値を共振周波数として順次算出し、この共振周波
数からシャフト等の動的ばね定数を正確に算出できるよ
うにしたもので、以下の構成を特徴とする。 【0013】(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、前記シ
ャフトの一端を固定し、他端にダイナモメータを結合し
た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ダイナモトルクに対する軸トルク検
出のゲイン理論伝達特性を求め、この理論伝達特性から
機械系に存在する共振周波数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
に対する軸トルク検出値を周波数分析してパワースペク
トルを求め、このパワースペクトルと前記探索範囲を基
にゲインのピーク値を順次算出してそれを共振周波数と
し、この共振周波数から動的ばね定数を算出する手段と
を備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。 【0014】 【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態を示す
シャフトのばね定数計測装置の構成図である。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シャフト等の動的ばね定数を計測
するものである。 【0015】計測対象とするシャフト8には、図7の計
測装置と同様に、一端を固定装置13で固定する。一
方、シャフト8の他端にはダイナモメータ4を結合し、
ダイナモメータ4のトルク出力でシャフト8にねじりを
加え、このときのトルクを軸トルクメータ16で計測可
能にする。 【0016】上位装置17は、コントローラ10にトル
ク加振指令を与え、この加振指令によりコントローラ1
0とインバータ11によるダイナモメータ4のトルク制
御を行い、このときの軸トルクメータ16の軸トルク検
出値を利用してシャフト8等の動的ばね定数を算出す
る。 【0017】上位装置17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、以下、図2及び図3を参照して詳細な処理機能
を説明する。 【0018】図2は、固定装置13とシャフト8とダイ
ナモメータ4の機械系を3慣性系としてモデル化した例
を示す。この機械系のモデルにおいて、各機械パラメー
タは、以下の表に示す意味である。 【0019】 【表1】 【0020】このモデル化は、適用する計測対象で振動
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、3慣性系に限らず、4慣性系などとしてモ
デル化をしてもよい。 【0021】次に、モデルの3慣性系の場合は、運動方
程式を次のように展開する。なお、θxは、機械要素x
のねじれ角である。 【0022】 【数1】 【0023】この運動方程式を解くことで、ダイナモト
ルク指令−軸トルク検出のゲイン理論伝達特性を求めて
おく。 【0024】次に、上位装置17では、図3に計測フロ
ーを示すように、ダイナモトルク指令から軸トルク検出
まのゲイン理論伝達特性を伝達関数形式で入力しておく
(S1)、この特性から共振周波数探索範囲を決定して
おく(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。 【0025】次に、上位装置17からコントローラ10
に加振指令を与え、ダイナモメータ4にトルク出力を発
生させる(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。 【0026】この加振時の軸トルク検出値を軸トルクメ
ータ16からデータ収集する(S4)。 【0027】次に、受信した軸トルク検出値を周波数分
析してパワースペクトルを求め、このスペクトルから先
に決定された探索範囲を元に、ゲインのピーク値を順次
算出し、共振周波数を得る(S5)。 【0028】次に、この共振周波数から、以下の式に基
づいて、動的ばね定数を算出する(S6)。 【0029】 【数2】k2=ω1 2×ω2 2×JTM×Jd/k1 この式は、図1に示した計測装置構成で固定装置13、
シャフト8、軸トルクメータ16、ダイナモメータ4を
3慣性系と見なした図2のモデルにおけるばね定数と他
のパラメータの関係式を示したものである。ここでω1
とω2は共振周波数の1次、2次を示している。 【0030】最後に、上位装置17は、算出したシャフ
ト8等の動的ばね定数を計測値として出力する(S
7)。 【0031】本実施形態によれば、エンジンベンチシス
テムのダイナモメータとその制御系を利用し、エンジン
に代えて固定装置でシャフトの一端を固定し、コントロ
ーラに加振指令を与えることでシャフト等の動的ばね定
数を計測することができ、正確なパラメータの把握によ
り、エンジンの実性能試験での制御性能を高めることが
できる。すなわち、エンジン運転周波数領域にシャフト
等の動的ばね定数に因る共振周波数が存在する場合に、
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可能にする。 【0032】 【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、シャフ
トからダイナモメータまでの系を慣性系としてモデル化
し、このモデルの運動方程式を解いてその理論伝達特性
を求め、この理論伝達特性から共振周波数探索範囲を決
定しておき、シャフトの一端を固定し、他端をダイナモ
メータに結合し、コントローラに加振指令を与えたとき
の軸トルク検出値を周波数分析してパワースペクトルを
求め、このパワースペクトルから探索範囲内でのゲイン
のピーク値を共振周波数として順次算出し、この共振周
波数からシャフト等の動的ばね定数を正確に算出するよ
うにしたため、エンジンベンチシステムでの制御性能の
向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施形態を示すシャフトばね定数計測
装置の構成図。 【図2】実施形態における機械系モデルの概念図。 【図3】実施形態における上位装置の計測フロー。 【図4】従来のエンジンベンチシステムの構成図。 【図5】従来の他のシステム構成図。 【図6】ダイナモメータ制御装置の構成図。 【図7】従来のシャフトばね定数計測装置。 【符号の説明】 1…エンジン 4…ダイナモメータ 8、12…シャフト 9、16…軸トルクメータ 10…コントローラ 11…インバータ 13…固定装置 17…上位装置

Claims (1)

  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、 前記シャフトの一端を固定し、他端にダイナモメータを
    結合した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ダイナモトルクに対する軸ト
    ルク検出のゲイン理論伝達特性を求め、この理論伝達特
    性から機械系に存在する共振周波数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に対す
    る軸トルク検出値を周波数分析してパワースペクトルを
    求め、このパワースペクトルと前記探索範囲を基にゲイ
    ンのピーク値を順次算出してそれを共振周波数とし、こ
    の共振周波数から動的ばね定数を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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008286613A (ja) * 2007-05-17 2008-11-27 Meidensha Corp 電気慣性制御応答の評価方法
JP2019124143A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 トヨタ自動車株式会社 車両用制御装置
KR20200007082A (ko) * 2017-06-20 2020-01-21 메이덴샤 코포레이션 기계 특성 추정 방법

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