JP2004233223A - Testing device of prime mover - Google Patents

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JP2004233223A
JP2004233223A JP2003022716A JP2003022716A JP2004233223A JP 2004233223 A JP2004233223 A JP 2004233223A JP 2003022716 A JP2003022716 A JP 2003022716A JP 2003022716 A JP2003022716 A JP 2003022716A JP 2004233223 A JP2004233223 A JP 2004233223A
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JP
Japan
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load torque
prime mover
dynamometer
engine
torque
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Pending
Application number
JP2003022716A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Suzuki
俊雄 鱸
Atsushi Takemura
厚 武村
Takashi Ebihara
崇 蛯原
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.)
Toyota Motor Corp
Ono Sokki Co Ltd
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Ono Sokki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for performing a highly accurate test by suppressing abnormality generation in a torque sensor, in a testing device for performing a test of a prime mover by realizing a state where the prime mover is loaded simulatively on a vehicle by connecting a dynamometer to the prime mover to apply a load torque. <P>SOLUTION: The dynamometer 20 is connected to an engine 10 through a shaft 30. The torque sensor 40 is provided on the output shaft of the dynamometer 20. The torque sensor 40 is protected from the heat or vibration of the engine 10 by providing the torque sensor 40 on the dynamometer 20 side. A control device 70 calculates a target load torque based on a dynamic characteristic model of the vehicle, models a control system as a three-mass inertial system when controlling the dynamometer 20 based on the load torque detected by the torque sensor 40 and the target load torque, and controls so that the load torque applied to the engine 10 becomes the target load torque. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の駆動源として用いられるエンジンや電動モータ等の原動機に対して負荷トルクを印加することにより、原動機を車両に搭載された状態に等価的に(あるいは擬似的に)おくことで試験を行う原動機の試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用原動機の出力特性や燃費特性、あるいは排出ガス特性についての各種試験は、原動機を実際に車両に搭載した状態で行うのが一般的である。しかしながら、このようにして得られる試験結果は、あくまでその原動機と原動機が搭載された車両との組み合わせにのみ対応するものであり、例えば車両の重量や駆動系の仕様が変更された場合には、変更後の車両に原動機を再度搭載して試験を行う必要がある。また、こうした試験方法では、車両のためのスペースを確保する必要もある。
【0003】
そこで、原動機を実際に車両に搭載するのではなく、原動機に動力計を連結し、動力計から原動機に対して負荷トルクを印加することにより、原動機があたかも実際に車両に搭載されているかのような状態を擬似的に作り出し、この状態で原動機を試験する試験装置が提案されている。
【0004】
図5には、従来の試験装置の構成が示されている。この試験装置は、エンジン10に対してダイナモメータ20が発生するトルクをシャフト30を介して伝達することにより、エンジン10を擬似的に車両に搭載した負荷状態にして各種試験を行うものである。
【0005】
エンジン10及びダイナモメータ20は、クランクシャフト11と入力軸21とが同軸上に位置するように隣接してベンチ上に固定される。クランクシャフト11及び入力軸21の端部はそれぞれカップリング31、32を介してそれぞれシャフト30の端部に連結される。
【0006】
試験装置は、エンジン10の出力を制御するためのエンジン制御部50と、ダイナモメータ20に発生させるトルクを制御するためのダイナモメータ制御部60とを有した制御装置70を有している。
【0007】
エンジン制御部50は、ダイナモメータ制御部60において算出される車両の仮想的な速度が予め定められた所定の車速パターンに従って変化するようにエンジン10の出力を調節する。出力の調節は、エンジン10の吸気通路12に設けられたスロットルバルブ14の開度をスロットルモータ15により調節することにより行われる。
【0008】
ダイナモメータ制御部60にはエンジン10の運転状態を検出する各種センサからの検出信号が入力される。クランクシャフト11にはダイナモメータ20からエンジン10に伝達されるトルクを検出するトルクセンサ40が設けられる。また、クランクシャフト11の近傍にはクランクシャフト11の回転速度、すなわちエンジン10の回転速度を検出する回転速度センサ42が設けられる。また、スロットルバルブ14の近傍にはスロットル開度を検出するためのスロットルセンサ44が設けられる。
【0009】
ダイナモメータ制御部60は、これらセンサから入力される検出信号と、エンジン10が搭載される車両の動特性モデルとに基づいてダイナモメータ20に発生させる負荷トルク(目標負荷トルク)を算出する。そして、ダイナモメータ制御部60は、算出された目標負荷トルクとトルクセンサ40に検出された実際のトルクとが一致するようにダイナモメータ20をフィードバック制御する。
【0010】
図6には、車両の動特性モデルの概念図が示されている。車両は、トルクコンバータ及びトランスミッションからなる第1構成体M1、トランスミッション及びディファレンシャルギヤからなる第2構成体M2、ホイール、タイヤからなる第3構成体M3及びボディからなる第4構成体M4に区分してモデル化する。
【0011】
図において、「Je」はエンジン10の等価慣性、「J1」〜「J3」は各構成体M1〜M3の等価慣性、「K1」、「K2」は構成体M1、M2の等価バネ定数、「C1」、「C2」は構成体M1、M2の等価ダンピング定数であり、これらは実験や設計値等に基づき同定されるモデル定数である。
【0012】
また、「t」はトルクコンバータのトルク比、「nt」はトランスミッションの減速比であり、「nd」はディファレンシャルギヤの減速比であって予め設定された一定値である。これら各パラメータは動特性上において順に、エンジン10から第1構成体M1へ伝達される伝達トルク、第1構成体M1から第2構成体M2に伝達される伝達トルク、第2構成体M2から第3構成体M3に伝達される伝達トルクをそれぞれ設定するためのモデル定数である。
【0013】
さらに、「k」は動特性上において第1構成体M1から第2構成体M2へ伝達される伝達トルクの比であって、実際の車両においてはトランスミッションの入出力トルクの比に対応するもので、トランスミッションの変速時期における過渡的なトルク伝達特性を評価するためのモデル定数である。
【0014】
ダイナモメータ制御部60は、このような動特性モデルに基づく連立方程式にエンジン10の回転速度を入力し、各運動方程式を所定の演算周期で解くことで目標負荷トルクを算出する。動特性モデルに基づく運動方程式の構築及び演算処理は、制御シミュレーションソフトを用いて実行することができる。
【0015】
なお、トルクセンサ40をエンジン10のクランクシャフト11に設けるのではなく、動力計であるダイナモメータ20の作動軸に直結した構成も提案されている。
【0016】
【特許文献1】
特開2000−105172号公報
【特許文献2】
特開平7−333108号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
試験装置の制御対象、すなわち負荷トルクを印加する対象はエンジン10の駆動軸であるため、エンジン10のクランクシャフト11にトルクセンサ40を設けることで実際の負荷トルクを高精度に検出することが可能であるが、トルクセンサ40をクランクシャフト11に設けると、エンジン10のクーラントがトルクセンサ40に付着してトルクセンサ40に異常が生じる、あるいはエンジン10の試験装置への取付や取り外しの際に誤ってトルクセンサ40を落下させる、あるいはエンジン10からの発熱や振動によりトルクセンサ40の許容限界を超えるような物理的ダメージを受けてトルクセンサ40に異常が生じる等の問題が生じ得る。
【0018】
一方、トルクセンサ40をダイナモメータ20側に設けることで、このような問題を回避することが可能であるが、この場合のトルクセンサ40は、正確には制御対象であるエンジン10のクランクシャフト11での負荷トルクを検出するものではないので、高精度な制御ができない問題が生じる。
【0019】
本発明の目的は、トルクセンサをエンジン近傍に設けることにより生じる種々の問題を解消しつつ、高精度な制御を行って原動機を試験することができる原動機の試験装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両用原動機の駆動軸に連結された結合シャフトを介して前記車両用原動機の駆動軸に負荷トルクを印加する負荷トルク印加手段と、前記負荷トルク印加手段により印加される前記負荷トルクの大きさを検出する負荷トルク検出手段と、前記原動機に接続される変速機を含む駆動系の等価慣性や等価ダンピング定数及び等価バネ定数等のモデル定数を用いた動特性モデルに基づき印加されるべき所望の負荷トルクを演算し、前記負荷トルク検出手段により検出された実際の負荷トルクとの相違に基づき前記負荷トルク印加手段を制御する制御手段とを有する原動機の試験装置であって、前記負荷トルク検出手段は、前記結合シャフトと前記負荷トルク印加手段との間に設けられ、前記制御手段は、前記負荷トルク検出手段の位置に応じて前記原動機の駆動軸に前記所望の負荷トルクが印加されるように前記負荷トルク印加手段を制御する。負荷トルク検出手段を原動機近傍ではなく原動機から離間した位置、すなわち結合シャフトと負荷トルク印加手段との間、例えば負荷トルクの出力軸に設けることで、原動機近傍に設けた場合の問題を解消できる。但し、負荷トルク検出手段を結合シャフトと負荷トルク印加手段との間に設けることで、負荷トルク検出手段で検出される負荷トルクは、本来の制御対象である原動機に印加される負荷トルクと相違することになる。そこで、負荷トルク検出手段で検出される負荷トルクは原動機に印加される負荷トルクとは異なることを考慮にいれ、原動機に印加される負荷トルクが所望の負荷トルクとなるように負荷トルク印加手段を制御することで、負荷トルク検出手段の異常発生を抑制し、かつ、原動機の高精度な試験が可能となる。
【0021】
本発明において、前記制御手段は、前記負荷トルク検出手段及び前記結合シャフトのモデル特性を用いて前記原動機の駆動軸に前記所望の負荷トルクが印加されるように前記負荷トルク印加手段を制御することが好適である。負荷トルク検出手段で検出される負荷トルクと、実際に原動機に印加される負荷トルクとの相違は、負荷トルク検出手段及び結合シャフトのモデル特性に基づき規定され、これらを用いて負荷トルク印加手段から発生させる負荷トルクの補正量が決定される。
【0022】
また、前記制御手段は、制御系を前記原動機、前記負荷トルク検出手段及び前記負荷トルク印加手段からなり前記原動機と前記負荷トルク検出手段は前記結合シャフトで弾性結合された3マス慣性系とモデル化して前記原動機の駆動軸に前記所望の負荷トルクが印加されるように前記負荷トルク印加手段を制御することが好適である。負荷トルク検出手段を原動機側に設けた場合、制御手段は、制御系を原動機と負荷トルク印加手段が結合シャフトで連結された2マス慣性系としてモデル化することができるが、負荷トルク検出手段を結合シャフトと付加トルク印加手段との間に設けた場合、2マス慣性系ではなく3マス慣性系としてモデル化することで、負荷トルク検出手段で検出される負荷トルクと原動機の負荷トルクとの相違を考慮して負荷トルク印加手段を制御できる。3マス慣性系のモデルにおいて、負荷トルク検出手段で検出される負荷トルクは、原動機の負荷トルクよりも高めに検出され、すなわち負荷トルクで検出される負荷トルクを所望の負荷トルクとなるように制御すると、原動機の負荷トルクは所望の負荷トルクよりも不足する。そこで、この不足分を解消するように負荷トルク印加手段を制御して負荷トルク印加手段から発生される負荷トルクを上方補正することで、原動機の負荷トルクを所望の負荷トルクに一致させる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、原動機としてエンジンを例にとり説明する。
【0024】
図1には、本実施形態に係る試験装置の構成図が示されている。基本的な構成は図5に示された試験装置と同様である。すなわち、エンジン10及びダイナモメータ20は、クランクシャフト11と入力軸21とが同軸上に位置するように隣接してベンチ1上に固定される。クランクシャフト11及び入力軸21の端部はそれぞれカップリング31、32を介してそれぞれシャフト30の端部に連結される。シャフト30は高剛性かつ低慣性であり、例えばカーボン材料で構成される。
【0025】
また、試験装置は、エンジン10の出力を制御するためのエンジン制御部と、ダイナモメータ20に発生させるトルクを制御するためのダイナモメータ制御部とを有する制御装置70を備える。
【0026】
エンジン制御部は、ダイナモメータ制御部において算出される車両の仮想的な速度が予め定められた所定の車速パターンに従って変化するようにエンジン10の出力を調節する。すなわち、図5に示された構成と同様に、エンジン10の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度をスロットルモータにより調節することで出力を調節する。
【0027】
一方、ダイナモメータ制御部にはエンジン10の運転状態を検出する各種センサからの検出信号が入力される。ダイナモメータ制御部は、これらセンサから入力される検出信号と、エンジン10が搭載される車両の動特性モデル(図6参照)とに基づいてダイナモメータ20に発生させる負荷トルク(目標負荷トルク)を算出する。すなわち、図6に示された車両の動特性モデルにおける各モデル定数(JeやJ1〜J3、M1〜M3等)及び回転速度センサから入力されるエンジン10の回転数を、エンジン10及び各構成体M1〜M3についての運動方程式に代入するとともに、これら各運動方程式を所定の演算周期で解くことにより、モデル化された車両の走行状態に応じた目標負荷トルクを算出する。そして、制御装置70のダイナモメータ制御部は、算出された目標負荷トルクとトルクセンサ40で検出されたトルクとに基づいてダイナモメータ20をフィードバック制御する。
【0028】
ここで、図5に示された試験装置では、ダイナモメータ20からエンジン10に伝達されるトルクを検出するためのトルクセンサ40はクランクシャフト11に設けられているが、本実施形態ではトルクセンサ40はダイナモメータ20の出力軸に設けられている。このように、トルクセンサ40をエンジン10側ではなくダイナモメータ20側に設けることで、エンジンクーラントの付着やエンジン10の取付/取り外し時の落下、あるいはエンジン10の熱や振動の影響による異常発生を回避できる。
【0029】
一方、トルクセンサ40をダイナモメータ20側に設けて負荷トルクを検出する場合、検出された負荷トルクは本来の制御対象であるエンジン10のクランクシャフトにおける負荷トルクではなく、あくまでダイナモメータ20の出力軸の負荷トルクであり、両者は厳密には一致しない。したがって、従来のようにトルクセンサ40で検出された負荷トルク値と車両の動特性モデルに基づき算出された目標負荷トルクとの相違に基づき、検出された負荷トルクが目標負荷トルクに一致するようにフィードバック制御する構成では正確な制御を行うことができない。このようなフィードバック制御では、トルクセンサ40の設置位置における負荷トルクは目標負荷トルクに一致するものの、本来的に制御の対象であるエンジン10のクランクシャフト(クランクシャフト端面)位置では目標負荷トルクとならないからである。
【0030】
そこで、本実施形態では、トルクセンサ40で検出された負荷トルクは、制御対象であるエンジン10のクランクシャフトに印加された負荷トルクとは異なることを前提とし、この相違を補正するようにダイナモメータ20を制御する。
【0031】
図2には、本実施形態の制御系が示されている。図2(A)は図1の試験装置からエンジン10、シャフト30、トルクセンサ40及びダイナモメータ20を抜き出した図であり、図2(B)は図2(A)のモデル図である。図5に示された試験装置では、トルクセンサ40はエンジン10のクランクシャフトに設けられているため、エンジン10とダイナモメータ20がシャフト30で連結された2マス慣性系としてモデル化されるが、本実施形態ではトルクセンサ40がダイナモメータ20側に設けられているため、図2(B)に示されるようにマスとしてエンジン10、トルクセンサ40及びダイナモメータ20が存在する3マス慣性系としてモデル化される。図2(B)において、本来の制御対象位置と実際に負荷トルクが検出される計測位置が黒丸で示されている。制御装置70は、3マス慣性系のモデルを用いて両位置の相違を補正し、ダイナモメータ20から発生される負荷トルクが本来の制御対象位置において目標負荷トルクとなるようにダイナモメータ20を制御する。具体的には、3マス慣性系モデルにおいて、エンジン10の等価慣性をJeg、トルクセンサ40の等価慣性をJtm、ダイナモメータ20の等価慣性をJdyとすると、エンジン10のゲインはJeg/(Jeg+Jtm+Jdy)、トルクセンサ40のゲインは(Jeg+Jtm)/(Jeg+Jtm+Jdy)であり、ボード線図上では計測位置と制御対象位置とでは20log{(Jeg+Jtm)/Jeg}のずれとなる。制御装置70は、この振幅ずれを解消するようにダイナモメータ20の発生する負荷トルクを上方補正する。制御装置70は、上記ずれを解消するために所定のオフセット分を付加してダイナモメータ20を制御すると云うこともできる。
【0032】
図3には、3マス慣性系モデルにおいてダイナモメータ20側から加振したときの機械特性が示されている。また、比較のため、図4には、2マス慣性系モデルを用いた場合の機械特性が示されている。両図において、(A)は振幅の周波数特性であり、(B)は位相の周波数特性である。「DYside」はダイナモメータ20側の機械特性で、「EGside」はエンジン10側の機械特性である。振幅=0dBがダイナモメータ20側から伝えたいトルクがエンジン10に100%伝達されていることを示す。
【0033】
図4(A)に示されるように、トルクセンサ40がダイナモメータ20側に設けられているにもかかわらず2マス慣性系モデルを用いると、ダイナモメータ20側で0dBとなり、エンジン10側では0dBより低めの振幅となってしまう。すなわち、エンジン側10では本来の目標負荷トルクよりも低い負荷トルクしか印加されないことを意味する。これは、トルクセンサ40で検出された負荷トルクはエンジン10側の負荷トルクではなくダイナモメータ20側の負荷トルクだからである。一方、図3(A)に示されるように3マス慣性系モデルを用いると、3マス慣性系でのゲインを考慮して、トルクセンサ40で検出された負荷トルクに対して、目標負荷トルクを上方補正(多めに補正)するため、エンジン10側において0dBの振幅を得ることができる。
【0034】
このように、本実施形態では、トルクセンサ40をダイナモメータ20側に設けることでエンジン10側に設けたことに起因して生じる種々の問題を解決するとともに、トルクセンサ40で検出された負荷トルクが本来の制御の対象であるエンジン10のクランクシャフトにおける負荷トルクと異なることを考慮し、エンジン10とトルクセンサ40とが高剛性かつ低慣性のシャフト30により接続されるマス系も考慮した3マス慣性系を用いてダイナモメータ20からエンジン10に付加する付加トルクを上方補正することで、エンジン10のクランクシャフトにおいて目標負荷トルクを確実に印加し、エンジン10を試験することができる。
【0035】
なお、本実施形態における制御装置70は、シミュレーションプログラムを実行するDSPの他、VMEやPCでも構成することができる。
【0036】
また、本実施形態では、エンジン10とダイナモメータ20とを連結するシャフト30としてカーボンシャフトを用いているが、高剛性かつ低慣性であれば任意の材料を用いることができる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば負荷トルク検出手段の異常発生を抑制できるとともに、原動機に対して所望の負荷トルクを高精度に印加して原動機を試験することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態における試験装置の構成図である。
【図2】3マス慣性系のモデル説明図である。
【図3】実施形態における3マス慣性系の機械特性グラフ図である。
【図4】2マス慣性系の機械特性グラフ図である。
【図5】従来の試験装置の構成図である。
【図6】車両動特性モデルの概念図である。
【符号の説明】
10 エンジン、20 ダイナモメータ、30 シャフト、40 トルクセンサ、70 制御装置。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, a load torque is applied to a prime mover such as an engine or an electric motor used as a drive source of a vehicle, so that the prime mover is equivalently (or simulated) in a state of being mounted on the vehicle. The present invention relates to a test device of a motor for performing a test.
[0002]
[Prior art]
Various tests on the output characteristics, fuel consumption characteristics, or exhaust gas characteristics of a vehicle prime mover are generally performed with the prime mover actually mounted on a vehicle. However, the test results obtained in this way only correspond to the combination of the prime mover and the vehicle equipped with the prime mover.For example, when the weight of the vehicle or the specifications of the drive system are changed, It is necessary to mount the prime mover on the new vehicle again and conduct the test. In addition, such a test method also requires a space for the vehicle.
[0003]
Therefore, instead of actually mounting the prime mover on the vehicle, a dynamometer is connected to the prime mover, and a load torque is applied from the dynamometer to the prime mover, so that the prime mover is actually mounted on the vehicle. A test apparatus has been proposed which simulates a simple state and tests the prime mover in this state.
[0004]
FIG. 5 shows a configuration of a conventional test apparatus. This test apparatus performs various tests by transmitting the torque generated by the dynamometer 20 to the engine 10 via the shaft 30 to put the engine 10 in a load state simulated on a vehicle.
[0005]
The engine 10 and the dynamometer 20 are fixed on a bench adjacent to each other so that the crankshaft 11 and the input shaft 21 are located coaxially. The ends of the crankshaft 11 and the input shaft 21 are connected to ends of the shaft 30 via couplings 31 and 32, respectively.
[0006]
The test device has a control device 70 having an engine control unit 50 for controlling the output of the engine 10 and a dynamometer control unit 60 for controlling the torque generated in the dynamometer 20.
[0007]
The engine control unit 50 adjusts the output of the engine 10 so that the virtual speed of the vehicle calculated by the dynamometer control unit 60 changes according to a predetermined vehicle speed pattern. The output is adjusted by adjusting the opening of a throttle valve 14 provided in the intake passage 12 of the engine 10 by a throttle motor 15.
[0008]
Detection signals from various sensors that detect the operating state of the engine 10 are input to the dynamometer control unit 60. The crankshaft 11 is provided with a torque sensor 40 for detecting a torque transmitted from the dynamometer 20 to the engine 10. In the vicinity of the crankshaft 11, a rotation speed sensor 42 for detecting the rotation speed of the crankshaft 11, that is, the rotation speed of the engine 10, is provided. Further, a throttle sensor 44 for detecting the throttle opening is provided near the throttle valve 14.
[0009]
The dynamometer control unit 60 calculates a load torque (target load torque) to be generated on the dynamometer 20 based on the detection signals input from these sensors and a dynamic characteristic model of the vehicle on which the engine 10 is mounted. Then, the dynamometer control unit 60 performs feedback control of the dynamometer 20 so that the calculated target load torque matches the actual torque detected by the torque sensor 40.
[0010]
FIG. 6 shows a conceptual diagram of a dynamic characteristic model of a vehicle. The vehicle is divided into a first component M1 including a torque converter and a transmission, a second component M2 including a transmission and a differential gear, a third component M3 including wheels and tires, and a fourth component M4 including a body. Model.
[0011]
In the figure, "Je" is the equivalent inertia of the engine 10, "J1" to "J3" are the equivalent inertia of each of the components M1 to M3, "K1" and "K2" are the equivalent spring constants of the components M1 and M2, " “C1” and “C2” are equivalent damping constants of the constituents M1 and M2, and are model constants identified based on experiments, design values, and the like.
[0012]
“T” is the torque ratio of the torque converter, “nt” is the reduction ratio of the transmission, and “nd” is the reduction ratio of the differential gear, which is a preset constant value. These parameters are, in terms of dynamic characteristics, sequentially, the transmission torque transmitted from the engine 10 to the first component M1, the transmission torque transmitted from the first component M1 to the second component M2, and the second component M2 from the second component M2. These are model constants for setting the transmission torque transmitted to the three components M3.
[0013]
Further, “k” is the ratio of the transmission torque transmitted from the first component M1 to the second component M2 in terms of dynamic characteristics, and corresponds to the ratio of the input / output torque of the transmission in an actual vehicle. , Are model constants for evaluating the transient torque transmission characteristics during the shift timing of the transmission.
[0014]
The dynamometer control unit 60 calculates the target load torque by inputting the rotational speed of the engine 10 into the simultaneous equations based on such a dynamic characteristic model and solving each equation of motion at a predetermined calculation cycle. The construction and calculation of the equation of motion based on the dynamic characteristic model can be executed using control simulation software.
[0015]
Note that a configuration has also been proposed in which the torque sensor 40 is not provided on the crankshaft 11 of the engine 10 but is directly connected to the operating shaft of the dynamometer 20 as a dynamometer.
[0016]
[Patent Document 1]
JP 2000-105172 A [Patent Document 2]
JP-A-7-333108
[Problems to be solved by the invention]
Since the control target of the test apparatus, that is, the target to which the load torque is applied is the drive shaft of the engine 10, the provision of the torque sensor 40 on the crankshaft 11 of the engine 10 enables the actual load torque to be detected with high accuracy. However, if the torque sensor 40 is provided on the crankshaft 11, the coolant of the engine 10 adheres to the torque sensor 40 and causes an abnormality in the torque sensor 40, or an error occurs when the engine 10 is attached to or detached from a test device. The torque sensor 40 may fall, or the torque sensor 40 may be subjected to physical damage exceeding the permissible limit of the torque sensor 40 due to heat or vibration from the engine 10 to cause problems in the torque sensor 40.
[0018]
On the other hand, by providing the torque sensor 40 on the dynamometer 20 side, such a problem can be avoided. However, in this case, the torque sensor 40 is precisely the crankshaft 11 of the engine 10 to be controlled. However, since it does not detect the load torque at the time, there arises a problem that highly accurate control cannot be performed.
[0019]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a test apparatus for a prime mover capable of performing a highly accurate control to test a prime mover while solving various problems caused by providing a torque sensor near an engine.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a load torque applying means for applying a load torque to a drive shaft of the vehicle prime mover via a coupling shaft connected to a drive shaft of the vehicle prime mover, and the load torque applied by the load torque apply means. Is applied based on a dynamic characteristic model using model constants such as an equivalent inertia, an equivalent damping constant, and an equivalent spring constant of a drive system including a transmission connected to the prime mover, and load torque detecting means for detecting the magnitude of And a control means for calculating a desired load torque to be applied and controlling the load torque application means based on a difference from the actual load torque detected by the load torque detection means, The torque detecting means is provided between the coupling shaft and the load torque applying means, and the control means is provided at a position of the load torque detecting means. Flip the desired load torque to control the load torque applying means to be applied to the drive shaft of the prime mover. By providing the load torque detecting means not in the vicinity of the prime mover but in a position separated from the prime mover, that is, between the coupling shaft and the load torque applying means, for example, on the output shaft of the load torque, it is possible to solve the problem in the case where it is provided in the vicinity of the prime mover. However, by providing the load torque detecting means between the coupling shaft and the load torque applying means, the load torque detected by the load torque detecting means is different from the load torque applied to the prime mover which is the original control target. Will be. Therefore, taking into account that the load torque detected by the load torque detecting means is different from the load torque applied to the prime mover, the load torque applying means is set so that the load torque applied to the prime mover becomes a desired load torque. By performing the control, it is possible to suppress the occurrence of an abnormality in the load torque detecting means and to perform a highly accurate test of the prime mover.
[0021]
In the present invention, the control means controls the load torque application means such that the desired load torque is applied to a drive shaft of the prime mover using the load torque detection means and model characteristics of the coupling shaft. Is preferred. The difference between the load torque detected by the load torque detecting means and the load torque actually applied to the prime mover is defined based on the model characteristics of the load torque detecting means and the coupling shaft. The correction amount of the load torque to be generated is determined.
[0022]
Further, the control means models a control system including the prime mover, the load torque detecting means and the load torque applying means, wherein the prime mover and the load torque detecting means are modeled as a three-mass inertial system elastically coupled by the coupling shaft. Preferably, the load torque applying means is controlled so that the desired load torque is applied to the drive shaft of the prime mover. When the load torque detecting means is provided on the prime mover side, the control means can model the control system as a two-mass inertial system in which the prime mover and the load torque applying means are connected by a coupling shaft. When provided between the coupling shaft and the additional torque applying means, the difference between the load torque detected by the load torque detecting means and the load torque of the prime mover is modeled as a three-mass inertial system instead of a two-mass inertial system. In consideration of the above, the load torque applying means can be controlled. In the three-mass inertial model, the load torque detected by the load torque detecting means is detected to be higher than the load torque of the prime mover, that is, the load torque detected by the load torque is controlled to be a desired load torque. Then, the load torque of the prime mover is less than the desired load torque. Accordingly, the load torque of the prime mover is made to coincide with a desired load torque by controlling the load torque applying means so as to eliminate the shortage and correcting the load torque generated from the load torque applying means upward.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an engine as an example of a prime mover.
[0024]
FIG. 1 shows a configuration diagram of a test apparatus according to the present embodiment. The basic configuration is the same as that of the test apparatus shown in FIG. That is, the engine 10 and the dynamometer 20 are fixed on the bench 1 adjacent to each other so that the crankshaft 11 and the input shaft 21 are located coaxially. The ends of the crankshaft 11 and the input shaft 21 are connected to ends of the shaft 30 via couplings 31 and 32, respectively. The shaft 30 has high rigidity and low inertia, and is made of, for example, a carbon material.
[0025]
In addition, the test device includes a control device 70 having an engine control unit for controlling the output of the engine 10 and a dynamometer control unit for controlling the torque generated by the dynamometer 20.
[0026]
The engine control unit adjusts the output of the engine 10 so that the virtual speed of the vehicle calculated by the dynamometer control unit changes according to a predetermined vehicle speed pattern. That is, similarly to the configuration shown in FIG. 5, the output is adjusted by adjusting the opening degree of the throttle valve provided in the intake passage of the engine 10 by the throttle motor.
[0027]
On the other hand, detection signals from various sensors that detect the operating state of the engine 10 are input to the dynamometer control unit. The dynamometer control unit generates a load torque (target load torque) to be generated by the dynamometer 20 based on the detection signals input from these sensors and a dynamic characteristic model (see FIG. 6) of the vehicle on which the engine 10 is mounted. calculate. That is, the model constants (Je, J1 to J3, M1 to M3, and the like) in the dynamic characteristic model of the vehicle shown in FIG. By substituting the equations of motion for M1 to M3 and solving each of the equations of motion at a predetermined calculation cycle, a target load torque according to the modeled running state of the vehicle is calculated. Then, the dynamometer control unit of the control device 70 performs feedback control of the dynamometer 20 based on the calculated target load torque and the torque detected by the torque sensor 40.
[0028]
Here, in the test apparatus shown in FIG. 5, the torque sensor 40 for detecting the torque transmitted from the dynamometer 20 to the engine 10 is provided on the crankshaft 11, but in the present embodiment, the torque sensor 40 Is provided on the output shaft of the dynamometer 20. Thus, by providing the torque sensor 40 on the dynamometer 20 side instead of the engine 10 side, it is possible to prevent the engine coolant from adhering, dropping when the engine 10 is attached / detached, or generating an abnormality due to the influence of heat or vibration of the engine 10. Can be avoided.
[0029]
On the other hand, when the torque sensor 40 is provided on the dynamometer 20 to detect the load torque, the detected load torque is not the load torque on the crankshaft of the engine 10 to be controlled, but the output shaft of the dynamometer 20. And the two do not exactly match. Therefore, based on the difference between the load torque value detected by the torque sensor 40 and the target load torque calculated based on the dynamic characteristic model of the vehicle, the detected load torque matches the target load torque as in the related art. In a configuration in which feedback control is performed, accurate control cannot be performed. In such feedback control, although the load torque at the installation position of the torque sensor 40 matches the target load torque, the load torque does not become the target load torque at the position of the crankshaft (crankshaft end face) of the engine 10, which is the target of control. Because.
[0030]
Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the load torque detected by the torque sensor 40 is different from the load torque applied to the crankshaft of the engine 10 to be controlled, and the dynamometer is corrected so as to correct this difference. 20 is controlled.
[0031]
FIG. 2 shows a control system of the present embodiment. FIG. 2A is a diagram in which the engine 10, the shaft 30, the torque sensor 40, and the dynamometer 20 are extracted from the test device of FIG. 1, and FIG. 2B is a model diagram of FIG. 2A. In the test device shown in FIG. 5, since the torque sensor 40 is provided on the crankshaft of the engine 10, the torque sensor 40 is modeled as a two-mass inertial system in which the engine 10 and the dynamometer 20 are connected by the shaft 30. In the present embodiment, since the torque sensor 40 is provided on the dynamometer 20 side, as shown in FIG. 2B, the model is a three-mass inertial system in which the engine 10, the torque sensor 40, and the dynamometer 20 exist as masses. Be converted to In FIG. 2B, the original control target position and the measurement position where the load torque is actually detected are indicated by black circles. The control device 70 corrects the difference between the two positions using the model of the three-mass inertial system, and controls the dynamometer 20 so that the load torque generated from the dynamometer 20 becomes the target load torque at the original control target position. I do. Specifically, in the three-mass inertial system model, assuming that the equivalent inertia of the engine 10 is Jeg, the equivalent inertia of the torque sensor 40 is Jtm, and the equivalent inertia of the dynamometer 20 is Jdy, the gain of the engine 10 is Jeg / (Jeg + Jtm + Jdy). The gain of the torque sensor 40 is (Jeg + Jtm) / (Jeg + Jtm + Jdy), and the difference between the measurement position and the control target position is 20 log {(Jeg + Jtm) / Jeg} on the Bode diagram. The control device 70 corrects the load torque generated by the dynamometer 20 upward so as to eliminate the amplitude deviation. The control device 70 may control the dynamometer 20 by adding a predetermined offset in order to eliminate the above-mentioned deviation.
[0032]
FIG. 3 shows mechanical characteristics when a vibration is applied from the dynamometer 20 side in the three-mass inertial system model. For comparison, FIG. 4 shows mechanical characteristics when a two-mass inertial model is used. In both figures, (A) shows the frequency characteristics of the amplitude, and (B) shows the frequency characteristics of the phase. “DYside” is a mechanical characteristic on the dynamometer 20 side, and “EGside” is a mechanical characteristic on the engine 10 side. The amplitude = 0 dB indicates that 100% of the torque desired to be transmitted from the dynamometer 20 is transmitted to the engine 10.
[0033]
As shown in FIG. 4A, when the two-mass inertial system model is used despite the fact that the torque sensor 40 is provided on the dynamometer 20 side, it becomes 0 dB on the dynamometer 20 side and 0 dB on the engine 10 side. The amplitude will be lower. That is, it means that only load torque lower than the original target load torque is applied to the engine side 10. This is because the load torque detected by the torque sensor 40 is not the load torque on the engine 10 side but the load torque on the dynamometer 20 side. On the other hand, when the three-mass inertial system model is used as shown in FIG. 3A, the target load torque is calculated with respect to the load torque detected by the torque sensor 40 in consideration of the gain in the three-mass inertial system. Because of the upward correction (more correction), an amplitude of 0 dB can be obtained on the engine 10 side.
[0034]
As described above, in the present embodiment, by providing the torque sensor 40 on the dynamometer 20 side, various problems caused by providing the torque sensor 40 on the engine 10 side can be solved, and the load torque detected by the torque sensor 40 can be solved. Is different from the load torque on the crankshaft of the engine 10 which is the target of the original control, and a three-mass system in which the engine 10 and the torque sensor 40 are connected by the high rigidity and low inertia shaft 30 is also considered. By upwardly correcting the additional torque applied from the dynamometer 20 to the engine 10 using the inertial system, the target load torque can be reliably applied to the crankshaft of the engine 10 and the engine 10 can be tested.
[0035]
The control device 70 according to the present embodiment can be configured by a VME or a PC in addition to the DSP that executes the simulation program.
[0036]
In this embodiment, a carbon shaft is used as the shaft 30 connecting the engine 10 and the dynamometer 20, but any material can be used as long as it has high rigidity and low inertia.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of abnormality in the load torque detecting means, and to test the prime mover by applying a desired load torque to the prime mover with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a test apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a model of a three-mass inertial system.
FIG. 3 is a graph showing mechanical characteristics of a three-mass inertial system according to the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing mechanical characteristics of a two-mass inertial system.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional test apparatus.
FIG. 6 is a conceptual diagram of a vehicle dynamic characteristic model.
[Explanation of symbols]
10 engine, 20 dynamometer, 30 shaft, 40 torque sensor, 70 control device.

Claims (3)

車両用原動機の駆動軸に連結された結合シャフトを介して前記車両用原動機の駆動軸に負荷トルクを印加する負荷トルク印加手段と、
前記負荷トルク印加手段により印加される前記負荷トルクの大きさを検出する負荷トルク検出手段と、
前記原動機に接続される変速機を含む駆動系の等価慣性や等価ダンピング定数及び等価バネ定数等のモデル定数を用いた動特性モデルに基づき印加されるべき所望の負荷トルクを演算し、前記負荷トルク検出手段により検出された実際の負荷トルクとの相違に基づき前記負荷トルク印加手段を制御する制御手段と、
を有する原動機の試験装置であって、
前記負荷トルク検出手段は、前記結合シャフトと前記負荷トルク印加手段との間に設けられ、
前記制御手段は、前記負荷トルク検出手段の位置に応じて前記原動機の駆動軸に前記所望の負荷トルクが印加されるように前記負荷トルク印加手段を制御することを特徴とする原動機の試験装置。
Load torque applying means for applying load torque to the drive shaft of the vehicle prime mover via a coupling shaft connected to the drive shaft of the vehicle prime mover;
Load torque detecting means for detecting the magnitude of the load torque applied by the load torque applying means,
Calculating a desired load torque to be applied based on a dynamic characteristic model using model constants such as an equivalent inertia, an equivalent damping constant, and an equivalent spring constant of a drive system including a transmission connected to the prime mover; Control means for controlling the load torque application means based on a difference from the actual load torque detected by the detection means,
A motor testing device having
The load torque detecting means is provided between the coupling shaft and the load torque applying means,
An apparatus for testing a prime mover, wherein the control means controls the load torque applying means so that the desired load torque is applied to a drive shaft of the prime mover according to a position of the load torque detecting means.
請求項1記載の装置において、
前記制御手段は、前記負荷トルク検出手段及び前記結合シャフトのモデル特性を用いて前記原動機の駆動軸に前記所望の負荷トルクが印加されるように前記負荷トルク印加手段を制御することを特徴とする原動機の試験装置。
The device of claim 1,
The control means controls the load torque application means such that the desired load torque is applied to the drive shaft of the prime mover using the load torque detection means and model characteristics of the coupling shaft. Motor testing equipment.
請求項1記載の装置において、
前記制御手段は、制御系を前記原動機、前記負荷トルク検出手段及び前記負荷トルク印加手段からなり前記原動機と前記負荷トルク検出手段は前記結合シャフトで弾性結合された3マス慣性系とモデル化して前記原動機の駆動軸に前記所望の負荷トルクが印加されるように前記負荷トルク印加手段を制御することを特徴とする原動機の試験装置。
The device of claim 1,
The control means models a control system including the prime mover, the load torque detecting means and the load torque applying means, wherein the prime mover and the load torque detecting means are modeled as a three-mass inertial system elastically coupled by the coupling shaft. A test apparatus for a motor, wherein the load torque applying means is controlled so that the desired load torque is applied to a drive shaft of the motor.
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