JP2013053978A

JP2013053978A - エンジンベンチシステムの制御装置

Info

Publication number: JP2013053978A
Application number: JP2011193490A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nagao; 慎也長尾; Gakuo Akiyama; 岳夫秋山; Masayasu Sugaya; 正康菅家; Yoshimasa Sawada; 喜正澤田; Zenji Kido; 善治城戸
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】エンジントルクオブザーバとエンジン慣性モデルを用いたエンジンベンチシステムで、エンジン単体、又は実車相当の実機を試験する場合、エンジン始動ができない場合がある。
【解決手段】エンジントルクオブザーバとエンジン慣性モデル部に、それぞれエンジン始動時のエンジン側回転損失を補償するためのエンジン損失の設定手段を設ける。エンジントルクオブザーバでは設定されたエンジン損失分を補償してエンジントルク推定値とする。エンジン慣性モデル部では、エンジントルク推定値からエンジン損失分を減算した値をダイナモメータの速度指令として出力するよう構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンベンチシステムの制御装置に係わり、特にエンジントルクオブザーバを用いてのエンジントルク推定方式のエンジン始動制御装置に関するものである。

図４は特許文献１により公知となっているエンジンベンチシステムの構成図で、ダイナモメータ１とエンジン２は回転軸３により連結される。エンジン２は、スロットルアクチュエータ４を介して制御される。ダイナモメータ１とエンジン２の連結体からは、図示省略された速度検出器、軸トルク検出器を介して速度と軸トルクが検出され、ダイナモメータの制御部５に設けられたエンジントルクオブザーバ６に入力される。エンジントルクオブザーバ６では入力された信号に基づき演算を実行してエンジントルクを推定し、さらに、負荷モデル７で推定値に基づいてダイナモメータに対するトルク指令値を生成し、インバータ８を介してダイナモメータ１を制御する。

特開２００２−９８６１７

図４で示すエンジンベンチシステムによって排ガス評価を行うとき、図示省略されたスタータを起動させることでエンジン２を始動させ、始動確認後にエンジン単体などの試験が行われるが、その際、エンジンの単体試験の他に、エンジンベンチシステムによる実車相当の試験を可能とすることが要望されている。

図５はエンジンスタータ始動波形を示したもので、線Aはエンジンとダイナモを直結し、トルクを０(Nm)として制御をした場合、線Ｂはエンジン単体時の場合である。線Bと比較して線Aは、追従遅れが発生しているため、○イの部分では回転数が低く、且つ○ロの部分では回転数が高くなっている。また、軸トルク検出も上下に大きく振れている。これは、エンジンに対するダイナモメータの慣性（負荷トルク）が大きく、更にクラッチが低剛性のためダイナモメータのトルク制御応答を高応答にすることもできない（エンジン速度の変化に追従することができない）。エンジンとダイナモが直結した状態でスタータによるエンジン単体の始動の再現ができなくなっている。

本発明が目的とするとこは、エンジンとダイナモが直結状態でもエンジン単体相当の試験を可能とするエンジンベンチシステムの制御装置を提供することにある。

本発明は、エンジンとダイナモメータを連結し、軸トルクメータ及び速度検出器によって検出された信号をエンジントルクオブザーバに入力してエンジントルクの推定値を算出し、算出された推定値をエンジン慣性モデル部、及び速度制御部を介してダイナモメータのトルク電流指令値を生成し、インバータを通してダイナモメータを制御するエンジンベンチシステムにおいて、
前記エンジントルクオブザーバとエンジン慣性モデル部に、それぞれエンジン始動時のエンジン側回転損失を補償するためのエンジン損失の設定手段を設け、前記エンジン慣性モデル部の出力信号と前記速度検出器によって検出された信号の差信号を前記速度制御部に入力してトルク電流指令値を生成するよう構成したことを特徴としたものである。

本発明は、請求項１のエンジントルクオブザーバは、設定されたエンジン損失分を減算した値をエンジントルク推定値として出力し、前記エンジン慣性モデル部はエンジントルク推定値からエンジン損失分を減算した値を出力するよう構成したことを特徴としたものである。

また、本発明は、請求項１又は２のエンジントルクオブザーバは、前記軸トルク検出を入力して軸トルク検出分推定トルクを演算する軸トルク差推定部と、前記ダイナモメータの速度検出を入力しエンジン慣性を乗算してエンジンの推定加速度信号を演算するエンジン加速度推定部と、前記ダイナモメータの速度検出を入力し推定エンジン速度に粘性摩擦係数を乗算してエンジン損失を演算するエンジン損失推定部を設けると共に、
前記エンジン慣性モデル部に、エンジンの慣性値を演算する慣性部と、演算された慣性値の積分量を入力してエンジンのトルク損失分を設定するトルク損失設定部を設けたことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明は、エンジントルクオブザーバとエンジン慣性モデル部にエンジンの回転損失項を追加したことで、エンジン始動直後の急激な回転数の変動が抑制され、エンジン単体、及び実車相当の実機試験時のエンジン始動の失敗は生じないものである。

本発明の実施形態を示す本発明の構成図。本発明によるエンジン単体と実機の検証比較図。従来の制御方式によるエンジン単体と実機の検証比較図。従来のエンジンベンチシステムの構成図。エンジンスタータ始動波形図。

図１は、本発明の実施例を示すダイナモメータ制御部の構成図である。
１０はエンジントルクオブザーバで、軸トルク差推定部１１、エンジン加速度推定部１２、及びエンジン損失推定部１３を有している。軸トルク差推定部１１は、軸トルク検出器により検出されたダイナモメータとエンジンの差からなる軸トルクを入力し、（１）式に基づいて軸トルク検出分推定トルクＧted(s)を算出する。
Ｇted(s)＝１／（２πｆｃ）^-1＊ｓ＋１ ……（１）
エンジン加速度推定部１２は、ダイナモメータの速度検出を入力微分してエンジンの推定加速度信号とし、予め設定されたエンジン慣性ゲインを乗算することでエンジンの加速度に使用されるトルクを算出する。エンジン損失推定部１３は、ダイナモメータの速度検出を入力して速度検出に対応したエンジン速度を算出し、予め設定されたエンジン損失を乗算することでエンジン損失トルクとする。

エンジン加速度推定部１２とエンジン損失推定部１３の出力は（２）式により差が求められてダイナモメータの速度検出分推定トルクGωe(s)となり、減算部１４から（３）式に基づいてエンジントルク推定値Ｔeo(ｓ)が算出されてエンジントルクオブザーバ１０の出力となる。

Gωe(s)= （ENG.J＊ｓ）／(（２πｆｃ）^-1＊ｓ＋１)−ENG.C／
（２πｆｃ）^-1＊ｓ＋１
＝ENG.J＊ｓ−ENG.C／（２πｆｃ）^-1＊ｓ＋１…… （２）
Ｔeo(ｓ)＝Ｇted(s)＊Ｔed(ｓ)＋Gωe(s)＊ωe(s) …… （３）
ただし、Ｔedは軸トルク、ωeはエンジンの回転速度
２０はエンジン慣性モデル部（負荷モデル）で慣性部２１、積分要素２２、及びトルク損失設定部２３を備えている。慣性部２１では、エンジン慣性制御の慣性量をENG．Ｊと設定してその値を積分要素２２に入力する。エンジンのトルク損失設定部２３は、積分要素２２を経て得られたエンジン慣性制御値に０．２〜１の範囲から任意の係数を乗算することでトルク損失値を設定する。トルク損失分は減算部２４でエンジントルク推定値から減算され、慣性部２１で慣性量が算出されて積分要素２２を通りダイナモメータの速度信号として減算部３１に入力される。

減算部３１では、エンジン慣性モデル部２０の出力信号とダイナモメータの速度検出との偏差が算出され、その速度偏差はダイナモメータの速度制御部３０に入力されてトルク電流指令が生成されてインバータの制御部に入力され、インバータを介してダイナモメータが制御される。

図２と図３は本発明によるエンジン単体と実車相当の実機による検証比較図である。図３はエンジンの回転損失を考慮してない従来方式の場合、図２は本発明による結果を示したもので、各図において線Ａはエンジン単体、線Ｂは実機である。

図３で示す速度制御にエンジン損失を補償してない従来方式では、実機の回転数（線Ｂ）とエンジン単体（線Ａ）の回転数では、エンジン始動初期での低回転数域での特性が大幅に異なり、そのために実機では軸電流指令（ＤＹトルク指令）も負方向に偏り大きく振れてエンジンの始動失敗が生じる。低回転数域での実機回転数が大きく立ち上がる理由は、エンジン側での回転損失に基づく影響によるものである。

これに対して、図２で示す本発明では、エンジン損失推定部１３とトルク損失設定部２３でエンジン損失ENG.C分を補償したことで、図２で示すようにエンジン単体の回転数と実機での回転数差は小さくなり、トルク電流指令の振れも小さくなっている。なお、図２はエンジン損失係数を０．９とした例である。

したがって、本発明によれば、エンジントルクオブザーバとエンジン慣性モデル部にエンジンの回転損失項を追加したことで、ダイナモメータとエンジン直結状態でエンジン単体相当のエンジンスタータによる始動が可能となるものである。

１… ダイナモメータ
２… エンジン
３… 回転軸
１０… エンジントルクオブザーバ
１１… 軸トルク差推定部
１２… エンジン加速度推定部
１３… エンジン損失推定部１３
２０… エンジン慣性モデル部
２１… 慣性部
２２… 積分要素
２３… トルク損失設定部
３０… 速度制御部

Claims

エンジンとダイナモメータを連結し、軸トルクメータ及び速度検出器によって検出された信号をエンジントルクオブザーバに入力してエンジントルクの推定値を算出し、算出された推定値をエンジン慣性モデル部、及び速度制御部を介してダイナモメータのトルク電流指令値を生成し、インバータを通してダイナモメータを制御するエンジンベンチシステムにおいて、
前記エンジントルクオブザーバとエンジン慣性モデル部に、それぞれエンジン始動時のエンジン側回転損失を補償するためのエンジン損失の設定手段を設け、前記エンジン慣性モデル部の出力信号と前記速度検出器によって検出された信号の差信号を前記速度制御部に入力してトルク電流指令値を生成するよう構成したことを特徴としたエンジンベンチシステムの制御装置。
前記エンジントルクオブザーバは、設定されたエンジン損失分を減算した値をエンジントルク推定値として出力し、前記エンジン慣性モデル部はエンジントルク推定値からエンジン損失分を減算した値を出力するよう構成したことを特徴とした請求項１記載のエンジンベンチシステムの制御装置。
前記エンジントルクオブザーバは、前記軸トルク検出を入力して軸トルク検出分推定トルクを演算する軸トルク差推定部と、前記ダイナモメータの速度検出を入力しエンジン慣性を乗算してエンジンの推定加速度信号を演算するエンジン加速度推定部と、前記ダイナモメータの速度検出を入力し推定エンジン速度に粘性摩擦係数を乗算してエンジン損失を演算するエンジン損失推定部を設けると共に、
前記エンジン慣性モデル部に、エンジンの慣性値を演算する慣性部と、演算された慣性値の積分量を入力してエンジンのトルク損失分を設定するトルク損失設定部を設けたことを特徴とした請求項１又は２記載のエンジンベンチシステムの制御装置。