JP2006300684A - エンジン試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のエンジントルクマップを不要にしてエンジン試験精度を高める。
【解決手段】エンジントルクオブザーバ１１は、軸トルクメータ３で検出する軸トルクとダイナモメータ速度およびエンジン慣性モーメントからエンジン出力トルクを推定する。エンジン慣性モデル部１２は、オブザーバで推定するエンジン出力トルクと車両モデル部６のエンジン負荷トルク指令の差分トルクと、エンジン慣性とからエンジンモデル速度を求める。
エンジンモデル速度とダイナモメータ速度（エンジン速度）からエンジントルク推定値補正分を求め、この補正分でオブザーバの出力を加算補正することも含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン試験装置に係わり、特にダイナモメータのトルク制御系の応答性を補償する制御装置に関するものである。

図３はエンジン試験装置の構成を示したもので、エンジン１にシャフト２と軸トルクメータ３を介してダイナモメータ４を接続し、このダイナモメータ４はインバータ５によって駆動される。６は車両モデル部で、例えば４慣性系のばねモデルとサスベンションおよびタイヤばねによる上下振動モデルよりなり、検出されたダイナモメータの速度信号（又はエンジンの速度信号）を入力し、エンジンの負荷トルク指令（制御点トルク指令）としてトルク制御部７に出力する。

トルク制御部７は、入力されたトルク指令と検出された軸トルクメータ３よりの軸トルク信号及びダイナモメータ４よりの速度信号とを基にトルク電流指令値を演算し、その信号をインバータ５に出力する。インバータ５は、検出された軸トルク信号がトルク指令値に追従するようトルク電流制御されることで、エンジンの負荷特性の模擬動作を得る。

上記の構成において、制御装置のトルク制御系の制御遅れで、車両モデル部６から出力される負荷トルク指令値に対して実際にエンジン１にかける負荷トルクが遅れてしまい、結果として、エンジン速度にハンチング現象を引き起こし、高精度な模擬動作ができないことがある。

トルク制御系の応答性を補償する方式として、図４に示す構成の制御装置を本願出願人は既に提案している（例えば、特許文献１参照）。同図が図３と異なる部分は、車両モデル６の入力になるダイナモメータまたはエンジンの速度信号に代えて、エンジンモデル等を使用してエンジン速度変化を推定（予測）し、これを車両モデル６の速度信号とすることで、エンジン負荷トルクをフィードフォワード制御する。

図４において、エンジンモデル部８は、エンジンがもつ慣性モーメントＪｅを定数として設定され、エンジン出力トルクとダイナモメータによる負荷トルクの差分トルクＴｅに対する｛Ｔｅ／（Ｊｅ・ｓ）｝の演算によってエンジンモデル速度を求め、このエンジンモデル速度を車両モデル６の速度入力とする。ここで、ｓはラプラス演算子である。

エンジントルクマップ９は、予め測定して用意したエンジン回転数とスロットル開度、及びエンジントルク特性の関係をグラフ化した特性を有し、検出されたダイナモメータ速度又はエンジン速度と、スロットルアクチュエータにおけるスロットル開度信号とからエンジン出力トルクを推定する。このエンジン出力トルクと車両モデル６のエンジン負荷トルク指令（エンジン出力トルクとは逆極性のトルク）との加算により得る差分トルクＴｅをエンジンモデル部８に与える。

コントローラ１０は、エンジンモデル速度と実際のダイナモメータ速度との偏差を伝達関数Ｇ（ｓ）を有して比例積分（ＰＩ）演算し、その偏差に応じたトルク誤差を補正する。コントローラ１０に得るトルク誤差補正分は、エンジントルクマップ９で求めるエンジン出力トルクに加算または減算し、エンジンモデル部８の差分トルクＴｅに補正分として含ませる。なお、コントローラ１０の伝達関数Ｇ（ｓ）は、エンジンモデル部８が出力するモデルエンジン速度が実エンジン速度またはダイナモメータ速度に追従させる特性となる。

また、エンジン１は図示省略されたスロットル開度制御回路によりスロットル開度指令と検出されたスロットル開度信号との偏差がなくなるようフィードバック制御される。

上記の方式の変形例として、特許文献１ではエンジントルクマップ９を使用しない制御方式も提案している。この場合、コントローラ１０にエンジン出力トルク分も含めた出力を得る。
特開２００４−１７７２５９号公報

従来の図４の制御装置では、エンジン試験前に、エンジントルクマップ９をあらかじめ求めておくこと、すなわち供試エンジンを使用してエンジン出力トルク特性を計測しておく必要がある。

また、エンジントルクマップ９は、エンジンを定速状態にした測定値（平均的な値）になるため、加速または減速等を含む試験では実トルクと推定したトルクをリアルタイムで合致させるのが難しく、コントローラ１０の伝達関数Ｇ（ｓ）が適切に調整されていない場合には、車両モデル６への入力エンジン速度が不適切になり、所望の試験精度が得られないという問題が起きる。

また、エンジントルクマップ９を使用しない場合、その測定が不要になるが、エンジントルクマップを使用する場合以上にコントローラ１０の伝達関数Ｇ（ｓ）を適切に調整する必要があり、試験精度の確保が一層難しくなる。

本発明の目的は、エンジントルクマップを不要にし、しかもコントローラを不要またはその伝達関数調整を簡易にして試験精度を高めることができるエンジン試験装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、軸トルクとダイナモメータ速度およびエンジン慣性モーメントからエンジン出力トルクを推定するエンジントルクオブザーバを設け、このエンジン出力トルクと車両モデル部のエンジン負荷トルク指令との差分トルクからエンジンモデル速度を求めるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）エンジンとダイナモメータとを回転軸を介して結合し、車両モデル部はエンジン速度信号からエンジン負荷トルク指令を求め、トルク制御部は前記負荷トルク指令と前記回転軸に発生する軸トルク信号およびダイナモメータ速度信号を基に該ダイナモメータのトルク制御を行うエンジン試験装置において、
前記軸トルクＴ_tmとダイナモメータ速度ω_dyを入力とし、下記式、
Ｔ_egＯ=（Ｊ_eg・ｓ（ω_dy）−Ｔ_tm）／Ｇｏ（ｓ）
ただし、Ｊ_egはエンジン慣性モーメント、Ｇｏ（ｓ）は１／Ｇｏ（ｓ）が一次以上のローパスフィルタ特性になる伝達関数、ｓはラプラス演算子である。
の演算によって、エンジン出力トルクＴ_egＯを推定するエンジントルクオブザーバと、
前記エンジン出力トルクＴ_egＯと前記エンジン負荷トルク指令Ｔ_egＬを入力とし、下記式、
ω_egＭ＝｛１／（Ｊ_eg・ｓ）｝＊（Ｔ_egＯ−Ｔ_egＬ）
の演算によって、エンジンモデル速度ω_egＭを求め、このエンジンモデル速度ω_egＭを前記車両モデル部のエンジン速度信号として入力するエンジン慣性モデル部とを備えたことを特徴とする。

（２）前記エンジンモデル速度ω_egＭと前記エンジン速度ω_dyを入力とし、下記式、
Ｔ_egＭ＝Ｇ_m（ｓ）＊（ω_dy−ω_egＭ）
ただし、Ｇ_m（ｓ）は比例積分特性の伝達関数、
の演算によってエンジントルク推定値補正分Ｔ_egＭを求め、この補正分Ｔ_egＭで前記オブザーバの出力に加算するエンジントルク推定値補正部を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、軸トルクとダイナモメータ速度およびエンジン慣性モーメントからエンジン出力トルクを推定するエンジントルクオブザーバを設け、このエンジン出力トルクと車両モデル部のエンジン負荷トルク指令との差分トルクからエンジンモデル速度を求めるようにしたため、従来のエンジントルクマップが不要になる。また、オブザーバは、軸トルクとエンジン速度という実測値を使用してエンジン出力トルクをリアルタイムで推定することができ、加速または減速等を含む試験にその精度を高めることができる。

また、エンジンモデル速度とダイナモメータ速度（エンジン速度）の偏差からエンジントルク推定値を補正するため、何らかの理由でエンジン出力トルクの推定値に誤差が含まれる場合にも補正でき、エンジンモデル速度を実際のダイナモメータ速度（エンジン速度）にほぼ一致させ、試験精度を一層高めることができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示すエンジン試験装置の構成図を示す。同図が図４と異なる部分は、エンジントルクマップ９およびコントローラ１０に代えてエンジントルクオブザーバ１１を設ける点にある。

エンジントルクオブザーバ１１は、軸トルクメータ３で検出する軸トルクと、ダイナモメータ速度を入力とし、下記式（１）の演算によって、エンジン出力トルクＴ_egＯをリアルタイムで推定する。
［数１］
Ｔ_egＯ=（Ｊ_eg・ｓ（ω_dy）−Ｔ_tm）／Ｇｏ（ｓ） …（１）
ただし、Ｊ_egは軸トルクメータ３よりもエンジン側の慣性モーメント値であり、エンジン慣性モーメントとして予め測定される。また、ω_dyはダイナモメータ速度（またはエンジン速度）、Ｔ_tmは軸トルクメータが検出した軸トルク値、Ｇｏ（ｓ）は１／Ｇｏ（ｓ）が一次以上のローパスフィルタ特性になる伝達関数、ｓはラプラス演算子である。

この演算は、軸トルクメータ３よりもエンジン側の慣性モーメント値に加えられるトルク分｛Ｊ_eg＊ｓ（ω_dy）｝と軸トルク値を加える（軸トルクが負の値になりその減算になる）ことでエンジン出力トルクＴ_egＯを推定することになる。

エンジン慣性モデル部１２は、下記式（２）の演算によって、エンジンモデル速度ωｅｇＭを求める。
［数２］
ω_egＭ＝｛１／（Ｊ_eg・ｓ）｝＊（Ｔ_egＯ−Ｔ_egＬ）…（２）
ただし、Ｔ_egＬは車両モデル６に得るエンジン負荷トルク指令である。

この演算は、エンジン出力トルクＴ_egＯとエンジン負荷トルク指令Ｔ_egＬとの差分トルクに対する｛１／（Ｊ_eg・ｓ）｝の演算によってエンジンモデル速度ω_egＭを求めることになる。

以上のことより、本実施形態では、軸トルクとダイナモメータ速度（エンジン速度）からエンジントルクオブザーバ１１がエンジン出力トルクＴ_egＯを推定するため、従来のエンジントルクマップが不要になる。

また、従来のエンジントルクマップがエンジンを定速状態にした測定値（平均的な値）になるのに対し、軸トルクとエンジン速度という実測値を使用してエンジン出力トルクをリアルタイムで推定することができ、これを使用したエンジンモデル速度の演算によって、加速または減速等を含む試験の精度を高めることができる。また、コントローラによる補正が不要になる。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態を示すエンジン試験装置の構成図を示す。同図が図１と異なる部分は、エンジントルク推定値補正部１３を追加した点にある。

エンジントルク推定値補正部１３は、エンジン慣性モデル部１２により得るエンジンモデル速度と実際のダイナモメータ速度（エンジン速度）との偏差を伝達関数Ｇｍ（ｓ）を有して比例積分（ＰＩ）演算し、これをエンジントルク推定値補正分として出力する。すなわち、下記式（３）によりエンジントルク推定値補正分Ｔ_egＭを求め、ω_dy＝ω_egＭとなるような補正を行う。
［数３］
Ｔ_egＭ＝Ｇｍ（ｓ）＊（ω_dy−ω_egＭ） …（３）
エンジントルク推定値補正部１３の出力は、エンジントルクオブザーバ１１が推定するエンジントルクＴ_egＯに加える。すなわち、エンジン慣性モデル部１２は、下記式（４）によりエンジンモデル速度ω_egＭを計算する。
［数４］
ω_egＭ＝｛１／（Ｊ_eg・ｓ）｝＊（Ｔ_egＯ＋Ｔ_egＭ−Ｔ_egＬ）
…（４）
したがって、本実施形態によれば、実施形態１の作用効果に加えて、オブザーバ１１で想定しているエンジン慣性モーメント値に誤差がある場合など、何らかの理由でエンジン出力トルクＴ_egＯの推定値に誤差が含まれる場合に、これをエンジントルク推定値補正部１３により補正し、エンジンモデル速度を実際のダイナモメータ速度（エンジン速度）にほぼ一致させ、試験精度を一層高めることができる。

また、エンジントルク推定値補正部１３の伝達関数Ｇｍ（ｓ）は、オブザーバによる精度よいエンジントルク推定により、速度偏差（ω_dy−ω_egＭ）が極めて小さくなることが期待でき、適当な値に設定することで済み、その調整が簡易になる。

本発明の実施形態１を示すエンジン試験装置の構成図。 本発明の実施形態２を示すエンジン試験装置の構成図。 従来のエンジン試験装置の構成図。 従来の他のエンジン試験装置の構成図。

符号の説明

１ エンジン
２ 結合軸
３ 軸トルクメータ
４ ダイナモメータ
５ インバータ
６ 車両モデル部
７ トルク制御部
８ エンジンモデル部
９ エンジントルクマップ
１０ コントローラ
１１ エンジントルクオブザーバ
１２ エンジン慣性モデル部
１３ エンジントルク推定値補正部

Claims (2)

1. エンジンとダイナモメータとを回転軸を介して結合し、車両モデル部はエンジン速度信号からエンジン負荷トルク指令を求め、トルク制御部は前記負荷トルク指令と前記回転軸に発生する軸トルク信号およびダイナモメータ速度信号を基に該ダイナモメータのトルク制御を行うエンジン試験装置において、
   前記軸トルクＴ_tmとダイナモメータ速度ω_dyを入力とし、下記式、
   Ｔ_egＯ=（Ｊ_eg・ｓ（ω_dy）−Ｔ_tm）／Ｇｏ（ｓ）
   ただし、Ｊ_egはエンジン慣性モーメント、Ｇｏ（ｓ）は１／Ｇｏ（ｓ）が一次以上のローパスフィルタ特性になる伝達関数、ｓはラプラス演算子である。
   の演算によって、エンジン出力トルクＴ_egＯを推定するエンジントルクオブザーバと、
   前記エンジン出力トルクＴ_egＯと前記エンジン負荷トルク指令Ｔ_egＬを入力とし、下記式、
   ω_egＭ＝｛１／（Ｊ_eg・ｓ）｝＊（Ｔ_egＯ−Ｔ_egＬ）
   の演算によって、エンジンモデル速度ω_egＭを求め、このエンジンモデル速度ω_egＭを前記車両モデル部のエンジン速度信号として入力するエンジン慣性モデル部とを備えたことを特徴とするエンジン試験装置。
2. 前記エンジンモデル速度ω_egＭと前記エンジン速度ω_dyを入力とし、下記式、
   Ｔ_egＭ＝Ｇ_m（ｓ）＊（ω_dy−ω_egＭ）
   ただし、Ｇ_m（ｓ）は比例積分特性の伝達関数、
   の演算によってエンジントルク推定値補正分Ｔ_egＭを求め、この補正分Ｔ_egＭで前記オブザーバの出力に加算するエンジントルク推定値補正部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン試験装置。
   

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