JP2008145354A - エンジン試験方法、及び、試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじれ共振を抑制することで、最適な試験状況を得ることができる技術を提供する。
【解決手段】エンジン２８と接続される動力計２７に入力するための動力計トルク指令値３７をねじれ抑制制御装置３２にて補正して補正後動力計トルク指令値４０を算出し、前記補正後動力計トルク指令値４０を前記動力計２７に出力することとするエンジン試験方法であって、エンジン側軸トルク測定値３８と、前記補正後動力計トルク指令値４０の差に基づいて、前記エンジン２８のエンジン角速度見込値を求め、前記エンジン角速度見込値と、動力計回転数測定値３９の差から、前記エンジン２８と前記動力計２７の回転数差（ねじれ量）を求め、前記回転数差を相殺するためのトルク指令値補正値を制御器にて算出し、前記トルク指令値補正値にて前記動力計トルク指令値３７を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン試験方法、及び、試験装置の技術に関し、より詳しくは、ねじれ共振を抑制するための技術に関する。

エンジンに動力計を連結し、その動力計からエンジンに対して負荷トルクを付与することにより、エンジンが車両に搭載された状態を擬似的に作り出すようにした試験装置が従来公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１では、エンジンの駆動軸に所定の負荷トルクを与え、擬似走行状態を作り出し、エンジンの試験をする装置であり、変速を行う際にモデルにより算出した制御値へと所定時間をかけて移行させる技術が開示されている。

ところで、上記のようなエンジン試験装置、試験方法のように、エンジンと動力計を接続してトルクを駆動・吸収する構成とする、いわゆるエンジン台上試験装置においては、２慣性系のねじれ共振が発生することが知られている。このねじれ共振の周波数は、概ね１０Ｈｚ〜１５Ｈｚの間に存在するものであり、この周波数は、エンジン始動時の回転数（例えば、４サイクル４気筒エンジンであれば３００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍ）と一致しており、このねじれ共振の周波数付近において、ねじれが顕著に現れることが確認されている。そして、このねじれにより、エンジンと動力計を接続した状態でエンジンを始動した場合には、エンジン回転数が振動的になるという問題がある。尚、試験において、エンジンと動力計を接続した状態でエンジン始動を行うことは、予め決められたパターン運転において、試験状態の定義の便宜・再現性や、装置の簡易化等の観点から一般的に行われるものである。

ここで、エンジン回転数が振動的になる理由は、軸トルクが大きな値で振動するためである。これは、２慣性系である以上ねじれ共振が発生するものであり、そして、ねじれ共振の周波数は、慣性、接続部のバネ定数、粘性係数で決定され、このねじれ共振の周波数周辺では、起震源からのトルクが増幅されることになる。この起震源には、エンジンと動力計の二つが存在するが、ねじれ共振の周波数のトルクを発生させるのは主にエンジンであると考えられる。

そして、従来の技術において、動力計のトルク制御は、目標トルクに対する追従性は考慮されているが（ＡＳＲによる一定回転数制御）、前述のねじれ共振の周波数に関連するエンジンのトルクは、動力計のトルク制御には考慮されていないものであった。

このため、従来の技術では、走行状態を再現して排気ガスや燃費性能を試験する際に、始動・発進・変速の過渡状態における動的な負荷を考慮した試験ができないものとなっている。例えば、エンジン始動を含む各種評価試験を行う場合、動力計と接続した状態でのエンジン始動を行うと、ねじれ共振が発生し、このねじれ共振の影響により、エンジン回転数が振動的になって、信頼性の高い所望のデータが得られないといったことである。
特開２０００−１０５１７２号公報

本発明は以上の問題点に鑑み、ねじれ共振を抑制することで、最適な試験状況を得ることができる技術を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、
エンジンと接続される動力計に入力するための動力計トルク指令値をねじれ抑制制御装置にて補正して補正後動力計トルク指令値を算出し、前記補正後動力計トルク指令値を前記動力計に出力することとするエンジン試験方法であって、前記ねじれ抑制制御装置にて、エンジン側軸トルク測定値と、前記補正後動力計トルク指令値の差に基づいて、前記エンジンのエンジン角速度見込値を求め、前記エンジン角速度見込値と、動力計回転数測定値の差から、前記エンジンと前記動力計の回転数差を求め、前記回転数差を相殺するためのトルク指令値補正値を算出し、前記トルク指令値補正値にて前記動力計トルク指令値を補正するエンジン試験方法とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、
エンジンに動力伝達部を介して接続される動力計と、
前記エンジンの出力軸のトルクを測定するためのエンジン側軸トルク計と、
前記動力計の出力軸のトルクを測定するための動力計側軸トルク計と、
前記動力計の回転数を測定するための動力計回転数測定器と、
前記動力計を駆動制御するためのコントローラを具備し、
前記コントローラは、前記動力計に入力するための動力計トルク指令値を、前記エンジンの回転数に応じて設定される前記動力計の目標トルク値、及び、前記動力計側軸トルク計にて測定される動力計側軸トルク測定値から生成する第一の演算部と、
前記第一の演算部にて算出される前記動力計トルク指令値をトルク指令値補正値にて補正して前記動力計に入力するための補正後動力計トルク指令値を算出するものであって、前記トルク指令値補正値を、前記エンジン側軸トルク計にて測定されたエンジンの出力軸のトルクと、前記動力計回転数測定器にて測定された動力計の出力軸の回転数と、前記動力計に対して前回入力された補正後動力計トルク指令値と、から算出する第二の演算部と、
を具備する構成とするものである。

本発明によれば、ねじれ共振を抑制することが可能となり、最適な試験状況を得ることが可能となる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２に示すごとく、実施例では、エンジン２８と接続される動力計２７に入力するための動力計トルク指令値３７をねじれ抑制制御装置３２にて補正して補正後動力計トルク指令値４０を算出し、前記補正後動力計トルク指令値４０を前記動力計２７に出力することとするエンジン試験方法であって、前記ねじれ抑制制御装置３２にて、エンジン側軸トルク測定値３８と、前記補正後動力計トルク指令値４０の差に基づいて、前記エンジン２８のエンジン角速度見込値１５を求め、前記エンジン角速度見込値１５と、動力計回転数測定値３９の差から、前記エンジン２８と前記動力計２７の回転数差１６（ねじれ量）を求め、前記回転数差１６を相殺するためのトルク指令値補正値１７を算出し、前記トルク指令値補正値１７にて前記動力計トルク指令値３７を補正することとするものである。

また、図１及び図２に示すごとく、エンジン２８に動力伝達部（トランスミッション２４、プロペラシャフト２５）を介して接続される動力計２７と、前記エンジン２８の出力軸のトルクを測定するためのエンジン側軸トルク計２２と、前記動力計の回転数を測定するための動力計回転数測定器２９と、前記動力計２７の出力軸のトルクを測定するための動力計側軸トルク計２６と、前記動力計２７を駆動制御するためのコントローラ１０を具備し、前記コントローラ１０は、前記動力計２７に入力するための動力計トルク指令値３７を、前記エンジンの回転数に応じて設定される前記動力計２７の目標トルク値３３、及び、前記動力計側軸トルク計２６にて測定される動力計側軸トルク測定値３４から生成する第一の演算部（目標トルク生成器３０、トルク制御器３１）と、前記第一の演算部にて算出される前記動力計トルク指令値３７をトルク指令値補正値１７にて補正して前記動力計２７に入力するための補正後動力計トルク指令値４０を算出するものであって、前記トルク指令値補正値１７を、前記エンジン側軸トルク計にて測定されたエンジン２８の出力軸のトルク（エンジン側軸トルク測定値３８）と、前記動力計回転数測定器２９にて測定された動力計２７の出力軸の回転数（動力計回転数測定値３９）と、前記動力計２７に対して前回入力された補正後動力計トルク指令値４０と、から算出する第二の演算部（ねじれ抑制制御装置３２）と、を具備する構成とするものである。

図１は、エンジン試験装置の実施例について示すものであり、エンジン試験台２１上において、エンジン２８と動力計２７が、トランスミッション２４、プロペラシャフト２５を介して連結される構成としている。また、前記エンジン２８とトランスミッション２４の間には、エンジン２８の出力軸のトルクを測定するためのエンジン側軸トルク計２２が設けられる。また、前記プロペラシャフト２５と前記動力計２７の間には、前記動力計２７が駆動／吸収するトルクを測定するための動力計側軸トルク計２６が設けられている。

また、図１に示すごとく、コントローラ１０により、前記動力計２７が駆動制御されることとしている。このコントローラ１０においては、目標トルク生成器３０により、前記エンジン２８の回転数に応じて前記動力計２７の目標トルク値３３を算出し、前記動力計側軸トルク計２６からの出力（動力計側軸トルク測定値３４）との偏差３５を算出し、前記偏差３５をトルク制御器３１に入力し、このトルク制御器３１から動力計トルク指令値３７が算出されることとしている。尚、前記目標トルク生成器３０には、図示せぬエンジン制御器からエンジン２８の回転数等の運転パターンの情報が入力され、これに応じて、前記動力計２７の目標トルク値３３が算出されるものとしている。

また、図１に示すごとく、前記動力計トルク指令値３７は、ねじれ抑制制御装置３２に入力される。また、このねじれ抑制制御装置３２には、前記エンジン側軸トルク計２２からの出力（エンジン側軸トルク測定値３８）と、前記動力計２７の回転数（動力計回転数測定値３９）が入力される。この動力計回転数測定値３９は、動力計２７に付設される動力計回転数測定器２９により測定される。

以上のようにして、図１に示すごとく、ねじれ抑制制御装置３２においては、動力計トルク指令値３７、エンジン側軸トルク測定値３８、及び、動力計回転数測定値３９の３つの値が入力され、これらの３入力から、ねじれ補正が行なわれた結果である補正後動力計トルク指令値４０が算出されることとしている。

次に、図２は、前記ねじれ抑制制御装置３２の制御ブロック図について示すものであり、前記動力計トルク指令値３７、エンジン側軸トルク測定値３８、及び、動力計回転数測定値３９の３つの入力値から、補正後動力計トルク指令値４０が出力される構成となっている。

また、図２に示す構成において、前記補正後動力計トルク指令値４０は、フィードバックされて、次回の補正後動力計トルク指令値４０の算出に用いられる。このフィードバックの際には、演算器４の伝達関数Ｆ（Ｓ）にてエンジン側のトルクに対応するように換算が行われ、換算トルク２０が出力される。ここで、前記伝達関数Ｆ（Ｓ）は、次の数式にて定義される。

Ｆ（Ｓ）
＝（Ｃｓ／Ｊｄｙ＋Ｋｓ＾２／Ｊｄｙ）／（ｓ＾２＋Ｃｓ／Ｊｅｇ＋Ｋ／Ｊｅｇ）
Ｊｄｙ：動力計２７の慣性
Ｋｓ：トランスミッション２４及びプロペラシャフト２５（動力伝達部）の総合のねじれバネ定数
Ｃｓ；トランスミッション２４及びプロペラシャフト２５（動力伝達部）の総合のねじれ粘性定数
Ｊｅｇ：エンジン２８の慣性
ｓ；ラプラス演算子

また、図２に示す構成において、加減算器５には、前記エンジン側軸トルク測定値３８と前記換算トルク２０入力され、前記エンジン側軸トルク測定値３８から前記換算トルク２０が引かれる。また、この減算の結果が前記加減算器５から出力され、この出力をエンジン慣性公称値１にて除算することでエンジン角加速度１４が算出される。そして、このエンジン角加速度１４を積分器２にて積分して、エンジン角速度見込値１５が算出される。このエンジン角速度見込値１５はエンジン慣性ずれ補償用のフィードバック１９として、前記加減算器５に入力され、前記エンジン側軸トルク測定値３８に加算される。

また、図２に示すごとく、加減算器６において、前記エンジン角速度見込値１５から、前記動力計回転数測定値３９を引くことで回転数差１６が算出される。この回転数差１６は、エンジン角速度見込値１５と、動力計回転数測定値３９の偏差であり、ねじれ量となる。

また、図２に示すごとく、前記回転数差１６は制御器３に入力され、該制御器３において、ＰＩＤ制御や位相遅れ制御等により、前記回転数差１６（ねじれ量）を相殺するためのトルク指令値補正値１７が算出される。このトルク指令値補正値１７は、この回転数差１６を前記動力計２７によって相殺しようとする場合に、該動力計２７に対して追加、又は、減少が必要となるトルク指令値、というように説明できる。

そして、図２に示すごとく、加減算器７において、このトルク指令値補正値１７を、前記動力計トルク指令値３７に加算することで、ねじれ補正がされた補正後動力計トルク指令値４０が算出される。

また、図２に示すごとく、以上のようにして算出された補正後動力計トルク指令値４０は、動力計トルク指令値３７を補正するための次回の演算に利用されるためにフィードバックされることとなっている。

以上のように、本実施例では、図１及び図２に示すごとく、動力計２７に入力するための動力計トルク指令値３７をねじれ抑制制御装置３２にて補正して補正後動力計トルク指令値４０を算出し、前記補正後動力計トルク指令値４０を前記動力計２７に出力するものであり、エンジン側軸トルク測定値３８と、前記補正後動力計トルク指令値４０の差に基づいて、前記エンジン２８のエンジン角速度見込値１５を求め、前記エンジン角速度見込値１５と、動力計回転数測定値３９の差から、前記エンジン２８（予測回転数）と前記動力計２７の回転数差１６（ねじれ量）を求め、前記回転数差１６を相殺するためのトルク指令値補正値１７を制御器３にて算出し、前記トルク指令値補正値１７にて前記動力計トルク指令値３７を補正することとするものである。

また、本実施例では、図１及び図２に示すごとく、前回入力された補正後動力計トルク指令値４０と、エンジン側軸トルク測定値３８とから、今回のエンジンの回転数、即ち、エンジン角速度見込値１５を予測し、該エンジン角速度見込値１５と前記動力計回転数測定値３９との差（回転数差１６）をＰＩＤなどの制御器を通し、前記差（回転数差１６）を抑制するためのトルク指令値補正値１７を制御器３にて算出し、前記トルク指令値補正値１７にて前記動力計トルク指令値３７を補正することとするものである。

そして、以上のように算出される補正後動力計トルク指令値４０は、２慣性系の回転数差１６、即ち、エンジン２８の出力軸と、動力計２７の入力軸の間において、慣性により発生するねじれを相殺するように計算されているため、この補正後動力計トルク指令値４０にて前記動力計２７を駆動することにより、ねじれ共振を抑制することが可能となる。

図３は、２慣性系となるエンジン側軸トルクと動力計側軸トルクのボード線図について示すものであり、１０Ｈｚから１５Ｈｚ近傍にねじれ共振点が発生することが確認されている。また、図４は、図１のような試験装置の構成において、トランスミッション２４をニュートラルの状態でエンジン２８を指導した場合のエンジン回転数の挙動を示すものである。この場合、時間Ｔ１において、或る回転数Ｒ１に到達するものとされている。

また、図５は、本実施例のねじれ抑制制御装置３２による補正を行わない場合において、ねじれ共振が発生する状況を示している。上の線図はエンジン回転数、下の線図はエンジン側軸トルクについて示している。これらの線図から解るように、エンジン回転数は振動的となりハンチングが発生し、また、エンジン側軸トルクについてもハンチングは発生することがシュミレーションできる。また、エンジン回転数については、図４においてトランスミッション２４をニュートラルとした場合と比較して、或る回転数Ｒ１に到達し安定する時期が、図４における時間Ｔ１よりも遅れた時間Ｔ２となることがシュミレーションできる。

そして、図６は、本実施例のねじれ抑制制御装置３２による補正を行った場合におけるエンジン回転数、エンジン側軸トルクについて示すものであり、この場合、回転数、トルクの双方においてハンチングが減少し、また、回転数については、前記或る回転数Ｒ１に到達する時間Ｔ３が、図４における時間Ｔ１と略同一となる。補正のない図５における時間Ｔ２と比較すると、大幅に、早い時期に安定することがシュミレーションできる。このようにして、本実施例によりねじれ共振の改善をシュミレーションできる。

また、図７は、図５の線図についてのＦＦＴ解析の結果について示すものであり、この例では、周波数ｆ１（約１４Ｈｚ付近）に回転数ピーク、トルクピークが発生することがシュミレーションできる（横軸はともに周波数Ｈｚ）。一方、図８では、図６に示す線図についてのＦＦＴ解析の結果について示すものであり、回転数、トルクにおいてピークが略発生しないことがシュミレーションできる。

また、図９は、エンジン回転数について、本実施例のねじれ抑制制御無しの場合（図９（ａ）；図５、図７に対応）と、本実施例のねじれ抑制制御有り（図９（ｂ）；図６、図８に対応）の回転数の挙動について、図３に示されるトランスミッション２４をニュートラルとして始動した場合の回転数との相関を示すグラフであり、本実施例のねじれ抑制制御有り（ｂ）の場合の方が、近い相関が得られることがシュミレーションできることを示している。例えば、図９（ａ）においては、相関係数＝０．９６４３、回帰式ｙ＝０．９６０３ｘ−４．８５９というものが、図９（ｂ）においては、相関係数＝０．９９８１、回帰式ｙ＝１．０２１８ｘ−１．５７４８というように改善できることがシュミレーションされる。

以上の図３から図９を用いた説明からも解るように、本実施例によるねじれ抑制制御によるエンジン回転数のハンチングや、トルク変動に対する改善の影響は大きく、これにより、燃費、ドラビリ、排ガス評価に多大な影響が与えられることになる。換言すれば、ねじれ共振制御が無い従来の試験では、パターン運転における各種評価において信頼性の高いデータを得ることができないものであったが、本実施例によるねじれ共振制御を適用することにより、より信頼性の高いデータを得られることが可能となる。

また、以上の実施例の技術は、エンジン試験装置を作成する設備メーカー、適合試験を行う試験機関、さらには、自動車メーカーにおいて実施可能であり、その適用範囲は広いものとなる。そして、以上の実施例は、特に、エンジン試験台上において、エンジンとトランスミッションを接続した状態でエンジンを起動し、パターン運転を行い各種評価試験を行う場合において、ねじれ抑制を行うことができ、好適なものとなる。

エンジン試験装置の構成の実施例について示す図。 ねじれ抑制制御装置の実施例について示す図。 エンジン側トルクから動力計側軸トルクのボード線図。 ニュートラルでのエンジン始動の場合のエンジン回転数の挙動について示す図。 ねじれ抑制制御無しの場合におけるエンジン回転数、トルクの挙動について示す図。 ねじれ抑制制御有りの場合におけるエンジン回転数、トルクの挙動について示す図。 ねじれ抑制制御無しの場合におけるエンジン回転数、トルクの挙動のＦＦＴ解析の結果について示す図。 ねじれ抑制制御有りの場合におけるエンジン回転数、トルクの挙動のＦＦＴ解析の結果について示す図。 （ａ）は、ねじれ抑制制御無しの場合のエンジン回転数と、ニュートラル始動の場合のエンジン回転数の相関について示す図。（ｂ）は、ねじれ抑制制御無しの場合のエンジン回転数と、ニュートラル始動の場合のエンジン回転数の相関について示す図。

符号の説明

２１ エンジン試験台
２２ エンジン側軸トルク計
２４ トランスミッション
２５ プロペラシャフト
２６ 動力計側軸トルク計
２７ 動力計
２８ エンジン
３０ 目標トルク生成器
３１ トルク制御器
３２ 抑制制御装置
３３ 目標トルク値
３４ 動力計側軸トルク測定値
３５ 偏差
３７ 動力計トルク指令値
３８ エンジン側軸トルク測定値
３９ 動力計回転数測定値
４０ 補正後動力計トルク指令値

Claims (2)

1. エンジンと接続される動力計に入力するための動力計トルク指令値をねじれ抑制制御装置にて補正して補正後動力計トルク指令値を算出し、前記補正後動力計トルク指令値を前記動力計に出力することとするエンジン試験方法であって、
   前記ねじれ抑制制御装置にて、
   エンジン側軸トルク測定値と、前記補正後動力計トルク指令値の差に基づいて、前記エンジンのエンジン角速度見込値を求め、前記エンジン角速度見込値と、動力計回転数測定値の差から、前記エンジンと前記動力計の回転数差を求め、前記回転数差を相殺するためのトルク指令値補正値を算出し、前記トルク指令値補正値にて前記動力計トルク指令値を補正する、エンジン試験方法。
2. エンジンに動力伝達部を介して接続される動力計と、
   前記エンジンの出力軸のトルクを測定するためのエンジン側軸トルク計と、
   前記動力計の出力軸のトルクを測定するための動力計側軸トルク計と、
   前記動力計の回転数を測定するための動力計回転数測定器と、
   前記動力計を駆動制御するためのコントローラを具備し、
   前記コントローラは、前記動力計に入力するための動力計トルク指令値を、前記エンジンの回転数に応じて設定される前記動力計の目標トルク値、及び、前記動力計側軸トルク計にて測定される動力計側軸トルク測定値から生成する第一の演算部と、
   前記第一の演算部にて算出される前記動力計トルク指令値をトルク指令値補正値にて補正して前記動力計に入力するための補正後動力計トルク指令値を算出するものであって、前記トルク指令値補正値を、前記エンジン側軸トルク計にて測定されたエンジンの出力軸のトルクと、前記動力計回転数測定器にて測定された動力計の出力軸の回転数と、前記動力計に対して前回入力された補正後動力計トルク指令値と、から算出する第二の演算部と、
   を具備するエンジン試験装置。
   
   
   
   

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