JP2003207424A - エンジンベンチシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントローラ１０によりエンジン１の軸トル
ク制御等を行うエンジンベンチシステムにおいて、エン
ジンの変更で所望の制御特性が得られないばかりでな
く、シャフトやその他機器を破損する恐れがあった。 【解決手段】 エンジン−ダイナモ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
モトルク指令に対する軸トルク検出の理論伝達特性を求
め、この理論伝達特性から理論共振周波数を算出して上
位装置１２に入力しておき、コントローラにダイナモト
ルク指令を与えたときのそれに対する軸トルク検出値か
らエンジン−ダイナモ系の伝達関数を算出し、この伝達
関数の実測共振周波数を探索し、理論共振周波数と実測
共振周波数の比較でそれらが許容値内にあるか否かによ
って、所望の制御特性が得られるか否かを判定する。軸
トルク加振と軸トルク検出による構成、ダイナモ速度加
振とダイナモ速度検出による構成も含む。

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
ナモ制御系の構成方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエンジンベンチシステムでは、図
１０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１１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１２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１１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１０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１１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１００
Ｈｚ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、共振周
波数でのゲインを抑制し所望の制御特性を得るよう制御
をする。

【０００８】このような制御を実施する際には、制御対
象となる機械的パラメータを厳密に把握してコントロー
ラを設計する必要がある。このためには、図１２に示す
コントローラ１０は、試験対象エンジン１とシャフト８
およびダイナモメータ４の機械的パラメータを測定し、
この測定結果を基に所望の制御特性が得られる設計を行
う。

【０００９】一方、エンジンベンチシステムでは、供試
体であるエンジンを各種変更して試験を実施するのが通
常であり、シャフトもエンジンの定格トルクにあった強
度を有するシャフトに変更して使用する。このとき、前
述したように変更したエンジンやシャフトの機械的パラ
メータに適合した制御特性をコントローラが有するか否
かを判定しておくことが望まれる。

【００１０】例えば、試験に際して、適用すべきでない
シャフトを使用した場合、または、シャフトは適用シャ
フトであるが、機械的パラメータを適用すべきでないパ
ラメータを使用した場合、コントローラは正しく設計さ
れないため、所望の制御特性が得られないばかりでな
く、シャフトやその他機器を破損する恐れがあった。

【００１１】この不都合を回避するためには、試験運転
で不都合な振動が発生するか否かなど、多くの試験条件
を設定および多くの計測器を使用してチェックしておく
試験を必要とし、トータルの試験時間が長くかかってし
まう。

【００１２】本発明の目的は、供試体であるエンジンの
変更にも、エンジン−ダイナモ系に適合した制御特性を
もつことの判定を容易にし、エンジン−ダイナモ系の機
器破損を確実に防止できるエンジンベンチシステムを提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジン−ダ
イナモ系を慣性系としてモデル化し、このモデルの運動
方程式を解いてエンジン−ダイナモ系の理論伝達特性を
求め、実際のエンジン−ダイナモ系のコントローラに加
振指令を与えたときの軸トルクまたはダイナモ速度検出
値から実測伝達関数またはその共振周波数を求め、理論
伝達特性と実測伝達特性の比較でそれらが許容値内にあ
るか否かによって、所望の制御特性が得られるか否かを
判定するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

【００１４】（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、エンジ
ン−ダイナモ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指令に対する
軸トルク検出の理論伝達特性を求め、この理論伝達特性
からエンジン−ダイナモ系の理論共振周波数を算出して
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からエンジン−ダイナモ
系の伝達関数を算出し、この伝達関数の実測共振周波数
を探索し、前記理論共振周波数と実測共振周波数の比較
でそれらが許容値内にあるか否かによって、エンジン−
ダイナモ系に所望の制御特性が得られるか否かを判定す
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。

【００１５】（２）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
軸トルク指令に対する軸トルク検出の理論伝達特性を求
めておく手段と、前記コントローラにランダム波または
正弦波の軸トルク指令を与えたときの該軸トルク指令に
対する軸トルク検出値からエンジン−ダイナモ系の伝達
関数を算出し、前記理論伝達関数と実測伝達関数の比較
でそれらが許容値内にあるか否かによって、エンジン−
ダイナモ系に所望の制御特性が得られるか否かを判定す
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。

【００１６】（３）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ダイナモ速
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
いてダイナモ速度指令に対するダイナモ速度検出の理論
伝達特性を求めておく手段と、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速度指令を与えたときの
該ダイナモ速度指令に対するダイナモ速度検出値からエ
ンジン−ダイナモ系の伝達関数を算出し、前記理論伝達
関数と実測伝達関数の比較でそれらが許容値内にあるか
否かによって、エンジン−ダイナモ系に所望の制御特性
が得られるか否かを判定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。

【００１７】

【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を示すエンジンベンチシステムの構成図であ
り、エンジン−ダイナモ系を軸トルク制御するシステム
の場合である。同図が図１２と異なる部分は、上位装置
１２を増設した点にある。

【００１８】上位装置１２は、コントローラ１０Ａに与
える軸トルク指令に代えて、ランダム波または正弦波の
トルク加振指令を印加し、このトルク加振指令と軸トル
ク検出値から、コントローラ１０も含めたエンジン−ダ
イナモ系の伝達関数を求め、この伝達関数から所期の制
御特性が得られるか否かを判定する。

【００１９】上記の機能を設けた上位装置１２は、他の
実施形態も含めて、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〜図４を参照して詳細な処理機能を説明する。

【００２０】まず、今回対象とするエンジン−ダイナモ
系のダイナモトルク指令−軸トルク検出の理論伝達特性
を求めておく。

【００２１】図２は、エンジン−ダイナモ系を５慣性系
としてモデル化した例を示す。このエンジン−ダイナモ
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。

【００２２】

【表１】

【００２３】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。

【００２４】次に、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。

【００２５】

【数１】

【００２６】この運動方程式を解くことで、ダイナモト
ルク指令−軸トルク検出の理論伝達特性を求める。図３
は理論伝達特性例を示す。

【００２７】次に、上位装置１２では、図４に計測フロ
ーを示すように、理論伝達特性を伝達関数形式で入力し
ておき（Ｓ１）、この特性から理論共振周波数を算出す
る（Ｓ２）。

【００２８】次に、上位装置１２から無制御加振（ダイ
ナモトルク指令のみを与えて、軸トルク制御はしない）
指令をランダム波または正弦波で与え（Ｓ３）、そのと
きのダイナモトルク指令に対する軸トルク検出を計測器
で計測し（Ｓ４）、これらを上位装置１２がデータ収集
する。

【００２９】次に、上位装置１２では、これら収集デー
タから入力をダイナモトルク指令とし、出力を軸トルク
検出と見なした伝達関数を算出し（Ｓ５）、この伝達関
数の実測共振周波数を探索する（Ｓ６）。

【００３０】次に、上位装置１２では、理論共振周波数
と実測共振周波数を比較し、実測値が理論値に対して許
容値以内かどうかを判定し、許容値内であればエンジン
−ダイナモ系に適合した試験が可能と判定し、判定結果
が許容値外であれば使用シャフトと適用パラメータの相
違を上位装置１２のマンマシン装置で操作者に通知する
（Ｓ７）。

【００３１】したがって、本実施形態によれば、エンジ
ンの変更にも、エンジン−ダイナモ系の対象機器と使用
パラメータが異なっているかどうか、つまり適合した制
御特性が得られるか否かの判定を容易に得ることができ
る。また、判定結果が許容値外であれば操作者に通知す
ることで、不用意な試験を防止し、エンジン−ダイナモ
系の機器破損を確実に防止できる。

【００３２】（実施形態２）図５は、本発明の実施形態
２における上位装置１２の計測フローを示す。本実施形
態のシステム構成は図１と同様になるが、軸トルク指令
に対する軸トルク検出の伝達特性を基に制御特性の判定
を行う場合である。

【００３３】図５に示すように、まず、今回対象とする
エンジン−ダイナモ系の軸トルク制御時の軸トルク指令
一軸トルク検出の理論伝達特性を求める。この理論伝達
特性は、実施形態１と同様に、機械モデルの運動方程式
を解くことで求める。図６に特性例を示す。

【００３４】図５において、上位装置１２では、この理
論伝達特性を伝達関数形式で入力しておく（Ｓ１１）。
次に、上位装置１２から軸トルク加振指令をランダム波
または正弦波で与え（Ｓ１２）、そのときの軸トルク指
令と軸トルク検出を計測し（Ｓ１３）、これらデータを
上位装置に収集する。

【００３５】次に、上位装置１２では、入力を軸トルク
指令と出力を軸トルク検出と見なした実測伝達関数を算
出する（Ｓ１４）。次に、理論伝達特性と実測伝達特性
を比較する（Ｓ１５）。

【００３６】この比較において、各周波数でのゲイン差
の総和が許容値以内どうかを判定し、許容値内であれば
エンジン−ダイナモ系に適合した試験が可能と判定し、
許容値外であれば、使用シャフトと適用パラメータの相
違を上位装置のマンマシン装置で操作者に通知する（Ｓ
１６）。

【００３７】したがって、本実施形態においても、エン
ジンの変更にも、適合した制御特性が得られるか否かの
判定を容易に得ることができる。

【００３８】（実施形態３）図７は、本発明の実施形態
３のシステム構成図を示し、図８に上位装置１２の計測
フローを示す。図７では、ダイナモ速度制御する点が実
施形態１の場合と異なる。

【００３９】図８において、まず、今回対象とするエン
ジン−ダイナモ系のダイナモ速度制御時のダイナモ速度
指令一ダイナモ速度検出の理論伝達特性を求める。この
理論伝達特性は、実施形態１と同様に、機械モデルの運
動方程式を解くことで求める。図９に特性例を示す。

【００４０】図８において、上位装置１２では、この特
性を伝達関数形式で入力しておく（Ｓ２１）。次に、上
位装置１２からダイナモ速度加振指令をランダム波また
は正弦波で与え（Ｓ２２）、そのときのダイナモ速度指
令とダイナモ速度検出を計測し（Ｓ２３）、これらデー
タを上位装置に収集する。

【００４１】次に、上位装置１２では、入力をダイナモ
速度指令と出力をダイナモ速度検出と見なした実測伝達
関数を算出する（Ｓ２４）。次に、理論伝達特性と実測
伝達特性を比較する（Ｓ２５）。

【００４２】この比較において、各周波数でのゲイン差
の総和が許容値以内どうかを判定し、許容値内であれば
エンジン−ダイナモ系に適合した試験が可能と判定し、
許容値外であれば、使用シャフトと適用パラメータの相
違を上位装置のマンマシン装置で操作者に通知する（Ｓ
２６）。

【００４３】したがって、本実施形態においても、エン
ジンの変更にも、適合した制御特性が得られるか否かの
判定を容易に得ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、高応答
なエンジンベンチシステムにおいて、エンジン−ダイナ
モ系を慣性系としてモデル化し、このモデルの運動方程
式を解いてエンジン−ダイナモ系の理論伝達特性を求
め、実際のエンジン−ダイナモ系のコントローラに加振
指令を与えたときの軸トルクまたはダイナモ速度検出値
から実測伝達関数またはその共振周波数を求め、理論伝
達特性と実測伝達特性の比較でそれらが許容値内にある
か否かによって、対象機器と使用パラメータが異なって
いるかどうかを判定することができるため、所望の制御
特性が得られるか否かの判定を容易に得ることができる
し、機器破損の危険性を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示すエンジンベンチシス
テムの構成図。

【図２】エンジン−ダイナモ系のモデル概念図。

【図３】ダイナモトルク指令−軸トルク検出の周波数特
性例。

【図４】実施形態１における上位装置の計測フロー。

【図５】実施形態２における上位装置の計測フロー。

【図６】実施形態２における軸トルク−軸トルク検出の
周波数特性例。

【図７】本発明の実施形態３を示すエンジンベンチシス
テムの構成図。

【図８】実施形態３における上位装置の計測フロー。

【図９】実施形態３におけるダイナモ速度指令−ダイナ
モ速度検出の周波数特性例。

【図１０】従来のエンジンベンチシステムの構成図。

【図１１】従来の他のシステム構成図。

【図１２】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 １０…コントローラ １１…インバータ １２…上位装置

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、 エンジン−ダイナモ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指令に
   対する軸トルク検出の理論伝達特性を求め、この理論伝
   達特性からエンジン−ダイナモ系の理論共振周波数を算
   出しておく手段と、 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
   る軸トルク検出値からエンジン−ダイナモ系の伝達関数
   を算出し、この伝達関数の実測共振周波数を探索し、前
   記理論共振周波数と実測共振周波数の比較でそれらが許
   容値内にあるか否かによって、エンジン−ダイナモ系に
   所望の制御特性が得られるか否かを判定する手段とを備
   えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。
2. 【請求項２】 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軸トルク指令に対する
   軸トルク検出の理論伝達特性を求めておく手段と、 前記コントローラにランダム波または正弦波の軸トルク
   指令を与えたときの該軸トルク指令に対する軸トルク検
   出値からエンジン−ダイナモ系の伝達関数を算出し、前
   記理論伝達関数と実測伝達関数の比較でそれらが許容値
   内にあるか否かによって、エンジン−ダイナモ系に所望
   の制御特性が得られるか否かを判定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。
3. 【請求項３】 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ダイナモ速度制
   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速度指令に対
   するダイナモ速度検出の理論伝達特性を求めておく手段
   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
   速度指令を与えたときの該ダイナモ速度指令に対するダ
   イナモ速度検出値からエンジン−ダイナモ系の伝達関数
   を算出し、前記理論伝達関数と実測伝達関数の比較でそ
   れらが許容値内にあるか否かによって、エンジン−ダイ
   ナモ系に所望の制御特性が得られるか否かを判定する手
   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。