JP2017535785A - 駆動トルクを特定する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

試験台で入手できる品質が部分的に劣った測定量を用いて、トルク発生装置の高品質の駆動トルクを簡単な方法で試運転に利用できるようにするために、トルク発生装置（Ｄ）の内部トルク（Ｍｉ）が測定され、当該測定された内部トルク（Ｍｉ）に基づいて、測定された内部トルク（Ｍｉ）、力学的トルク（Ｍｄｙｎ）およびトルク発生装置（Ｄ）の出力軸（８）上で測定された軸トルク（ＭＷ）を用いて運動方程式から補正トルク（Ｍ＾ｃｏｒ）が推定され、推定された補正トルク（Ｍ＾ｃｏｒ）および測定された内部トルク（Ｍｉ）から駆動トルク（ＭＶ）がＭＶ＝Ｍ＾ｃｏｒ＋Ｍｉにより計算されるものとされている。

Description

本発明は、試験台上に組み立てられているトルク発生装置の駆動トルクを特定するための方法及び装置に関する。

自動車用の試験台（例えばローラ式試験台といったもの）あるいは自動車部品用の試験台（例えばエンジン試験台、ドライブトレイン試験台等といったもの）では、試験対象の試運転が行われ、それにより試験対象の開発が行われたり或いは何らかの問題点についてテストが行われたりする。その際、試運転中に適切な計測センサを使用して所定の測定量が記録され、一般にはリアルタイムで解析される。試運転は、この場合、試験対象の状態（例えば試験台においてアクチュエータまたは制御要素によって設定されるトルクおよび／または回転数といった態様のもの）の時間的な変化である。さらに、試験台における試験対象には、通常、所定の媒体（例えば、水、空気、燃料、潤滑剤などといったようなもの）と情報（例えば、制御コマンド、組み込まれたセンサの測定値、シミュレートされた測定値などといったようなもの）とが同時に供給される。このとき、試験対象は、負荷装置（しばしばダイナモメータまたはダイノとも呼ばれる）に接続されており、この装置が、試運転に応じて負荷（例えば正ないし負の負荷トルク（Ｌａｓｔｍｏｍｅｎｔ））或いは回転数或いは一般に何らかの負荷状態を試験対象に課す。試験対象は、試運転の事前設定に従って、上記負荷或いは負荷状態に抗して駆動される。

試験対象は、一般に、複数の現実の構成要素（実体要素）と複数の仮想の構成要素（仮想要素）を組み合わせたものである。実体要素は試験台に現実に構成部材として組み立てられ、仮想要素はリアルタイムでのシミュレーションモデルとして存在し、それによってシミュレーションが行なわれて実体要素を補う。例えば、ダイノに機械的に接続されている内燃機関が試験台上に現実に組み立てられているようにできる。内燃機関および負荷装置は、試運転に応じて例えば内燃機関のスロットル弁を調整するとともに負荷装置の目標トルクないし目標回転数を設定することによって操作され、こうして試験対象の一状態が実現されるとともに一負荷状態が実現されることになる。できるだけ現実に近付けた試運転を行うため、或いはその他の理由から、試験台において不足している試験対象の構成要素、例えば変速機、パワートレイン、タイヤ、試験対象物の外部環境との相互作用（例えば、タイヤ道路間接触）等々は、適切なシミュレーションモデル（“仮想要素”）を用いて疑似的に構成される。これらの様々な実体要素と仮想要素との間のインターフェースでは、例えば、回転数やトルクといった様々な物理量がやりとりされ得る。そのため、試験対象の構成に合せて、試験対象の様々な構成要素に対し、一つの試運転に様々な回転数およびトルクが必要となり、それらが試運転に利用できなければならない。

通常、試験台上には、トルクを発生させるトルク発生装置が存在するものであり、それにより他の構成要素を駆動するかそれらの状態を変化させる（例えば加速する）。自動車では、トルク発生装置は内燃機関であるが、例えば電気的なスタータジェネレータもそうである。エレクトロモビリティの分野では、トルク発生装置は電気モータである。ハイブリッド車両の場合、トルク発生装置は、内燃機関と電動機との組み合わせとなり得る。この場合には、生成されたトルクは、正か負か或いはゼロに等しいこともあり得る。この種のトルク発生装置は、“内部トルク（ｉｎｎｅｒｅｓ Ｄｒｅｈｍｏｍｅｎｔ）”と呼ばれるトルクを発生させる。

内燃機関の場合、内部トルクは、熱力学的に誘起されたモーメント（トルク）（ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｓｃｈ ｉｎｄｉｚｉｅｒｔｅｓ Ｍｏｍｅｎｔ）として、シリンダ内の燃焼によって生成される。燃焼により、内燃機関に特徴的な周期的なトルク変動が生じる。しかしながら、熱力学的に誘起されたモーメントとしての内燃機関の内部トルクは、直接測定することができず、代わりに他の測定量から推定されるか或いは燃焼解析技術（指示計測技術）（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ）によって特定することができる。例えば、或る推定を行うことが非特許文献１に記載されているが、ここでは内部トルクは駆動トルクと等しいものとされている。燃焼解析技術では、内燃機関の熱力学的なパラメータ（図示量（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｇｒｏｅｓｓｅ））、特に内燃機関のシリンダ内に占める内部圧力は、クランク角について分解して（または等価的に時間について分解して）検出されるか、或いは一周期ないし一作業サイクルに亘って平均或いは他のメカニズムに関して平均される。そして、この図示量（指示量）（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｇｒｏｅｓｓｅ）から、熱力学的に誘起された内燃機関の内部トルクが公知の方法によって計算できる。内部トルクの計算は、必要であればクランク角に合せて分解して行なわれるか、或いは作業サイクル（例えば、４サイクルエンジンの場合は２回転）に亘って平均して若しくは他のフィルタないしメカニズムにより平均して行なわれるか、或いはその他に処理されて行なわれる。これらの図示量（指示量）は、内燃機関のエンジン制御ユニットにも部分的に把握されている又はエンジン制御ユニットにおいて特定される。そのため、図示量は、必要なときに実時間内に可能なら、エンジン制御ユニットからも読み出されて用いることができる。

電気モータの場合、内部トルクは、ロータとステータとの間のエアギャップに作用する電気的に誘起されたモーメント、いわゆるエアギャップモーメント（Ｌｕｆｔｓｐａｌｔｍｏｍｅｎｔ）である。このエアギャップモーメントは、一例として、よく知られているように例えば電動機の電流及び電圧の測定から計算することができる。しかし、エアギャップモーメントは、市販で手に入る指示計測技術によって直接測定することもできる。同じく、エアギャップモーメントは、電動機の内部トルクとして電動機制御装置から読み出すこともできる。

試運転に関しては、通常、実体要素の駆動軸上で測定可能な軸トルクも従来通りに参照される。この軸トルクは、適切な計測センサを用いて試験台においてよく知られた方法で測定により検出してもよいし、ダイノの電気的なトルクおよび／または試験台に組み込まれたよく知られたリンケージロッド（Ｐｅｎｄｅｌｓｔｕｅｔｚｅ）のトルクから推定してもよい。トルクに加えて、試験台では標準的に回転角も測定される。

ところで、試運転、特に試験対象の仮想要素のシミュレーションには、駆動トルクがしばしば重要になる。この駆動トルクは、トルク発生装置が実際に負荷を駆動し、既存の質量慣性（Ｍａｓｓｅｎｔｒａｅｇｈｅｉｔ）の状態を変える（加速、減速する）ために調達できるトルクである。

試験対象の実体要素の質量慣性（例えば、内燃機関のクランク軸または電動機のモータ軸）には、通常、内部トルク及び軸トルクに加えて、さらに他のトルク、例えば、所定の周辺装置ユニット（例えば、冷却水ポンプ、冷媒圧縮器、オイルポンプ、スタータモータ／ジェネレータ）により課されるモーメント、摩擦モーメント、或いは内燃機関の振動による損失も作用する。したがって、試験台で測定により検出できる軸トルクは、通常は知りたいと思っているトルク発生装置のトルクに対応していない。こういったその他のトルクは、測定により（仮にそれができるとして）検出することが容易ではなく、その結果、試験対象の仮想要素のシミュレーションに使えることができそうな品質の高い駆動トルクを、測定された軸トルクから計算で求めることもできなくなることも多い。

その理由は、特に、試験対象の構成（実体要素と仮想要素との組み合わせ）が多いとき、軸トルクの測定信号に多くのノイズが入るという点にある。これは例えば二質量フライホイールのような回転ダンパがトルク発生装置の出力軸に現実に配置されている場合やクラッチに遊びが生じている場合に起きる。また、軸トルクに関する測定信号も、しばしば時間及び／又は測定範囲において十分な分解能がない。これとは別に、すべての試験台の構成において軸トルクが測定により検出されるわけではないため、軸トルクがいつでも利用可能でもない。この場合、例えば、ダイノまたは曲がり梁のトルクが自由に使えて利用できるものの、そのようなトルクは軸トルクに単に近似できるというに過ぎない。

似たような問題は、回転角、角速度及び角加速度の測定信号についても起こり得ることであり、これらの測定信号は、試験台においてやはり時間的ないし測定範囲において不十分にしか分解されない状態となる可能性がある。

さらに、試験台では、周辺装置（Ｎｅｂｅｎａｇｇｒｅｇａｔｅ）が現実には存在しない、或いは周辺装置が現実には全部は存在しないという問題がある。そのため、試験台で測定されたトルク（軸トルク、図示トルク（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｍｏｍｅｎｔ）等々）は、例えば車両シミュレーション環境における仮想車両の部分構成要素としての内燃機関のシミュレーションのために必要とされるであろう本来の知りたい駆動トルクではない。

以上によれば、測定により検出可能な誘起トルクであっても、それが熱力学的および／または電気的であるか否かにかかわらず（それらの合計を「内部トルク」と称する。）、それを駆動トルクとして考慮に入れることができないことも明らかである。さらにいえば、場合によっては、試験台で常に全てのシリンダが現実に存在するとは限らない（例えば、単気筒型試験エンジン）し、そうでなくても図示量（誘起量）（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｇｒｏｅｓｓｅ）を検出するのに全てのシリンダが燃焼解析技術によって図示（燃焼解析）されることはない。

Ｓ．Ｊａｋｕｂｅｋ他， 「Ｓｃｈａｅｔｚｕｎｇ ｄｅｓ ｉｎｎｅｒｅｎ Ｄｒｅｈｍｏｍｅｎｔｓ ｖｏｎ Ｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇｓｍｏｔｏｒｅｎ ｄｕｒｃｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｂａｓｉｅｒｔｅ Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｕｎｇ」， Ａｕｔｏｍａｔｉｓｉｅｒｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ， ５７ （２００９） ８， 第３９５ - ４０２頁

従って、本発明の目的は、試験台で入手できる品質が部分的に劣った測定量を用いる場合であっても、トルク発生装置の高品質の駆動トルクを容易に利用できる方法及び装置を提供することである。

この目的は、本発明により、トルク発生装置の内部トルクが測定され、当該測定された内部トルクに基づいて、測定された内部トルク、力学的トルク（ｄｙｎａｍｉｓｃｈｅｎ Ｄｒｅｈｍｏｍｅｎｔ）およびトルク発生装置の出力軸上で測定された軸トルクを用いて運動方程式から補正トルクが推定され、推定された補正トルクおよび測定された内部トルクから駆動トルクが計算されることにより解決される。トルク発生装置の内部トルクを測定することによって、高品質の測定量が得られ、この測定量により、回転角および／または軸トルクの品質の劣った測定量から（および／または場合によりダイノの電気的トルクおよび／またはリンケージロッドのトルクから）、中間ステップにおいて補正トルクを推定し、そこから第二のステップにおいて所望の駆動トルクを計算することが可能になる。この推定により、品質の劣った測定量の影響を低減することができ、補正トルクを良好に推定することが実現できるようになる。これは、補正トルクが時間に依存しない又は専ら極めて緩慢にしか時間に依存しないことによるものであるか或いは補正トルクのモデルがオンラインで構築され、継続的に修正されることによるものである。これが、他の構成要素において（特に試運転において）或いは仮想要素において利用できる質のよい（ｑｕａｌｉｔａｔｉｖ ｇｕｔ）駆動トルクをもたらす。ここで、“質のよい（Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖ ｇｕｔ）”とは、特に、計算された駆動トルクに十分高い時間的（角度的）および定量的な分解能があり、邪魔になる誤差信号（測定ノイズなど）が乗っていないことを意味する。

この方法はしかもさらに、試験台には現実には発生源が存在しない影響も補正トルクを介してトルク発生装置に反映させることを可能にする。例えば、トルク発生装置の質量慣性にトルクとして作用するはずだが現実には試験台に存在しない周辺装置ユニットを考慮することができる。同じく、トルク発生装置に特有の損失、例えば、摩擦によって引き起こされる損失を考慮することができる。これはまた、現実に試験台に組み立てられたトルク発生装置で他の摩擦損失（例えば、別の潤滑剤によるもの）を有するものを、現実に存在するものとして考慮する道を開く。

例えば、運動方程式を所定期間にわたって平均してその平均値を推定された補正トルクとして用いると、軸トルク及び／又は回転角の測定信号のノイズも相殺され、補正トルクの推定に与えるそれらの影響が大幅に低減される。

角速度に対する補正トルクの依存性をモデル化するために、有利な方法で、基本補正トルクと、角速度に依存する少なくとも一つの項とから補正トルクを形成し、基本補正トルク及びパラメータが運動方程式の少なくとも二つの平均から特定されるようにしてもよい。これにより、補正トルクの推定精度を向上させることができる。

また、このとき有利なのは、補正トルクの特性曲線場（Ｋｅｎｎｆｅｌｄ）を例えば角速度について作成することで補正トルクのモデルを作成する場合である。このモデルは、現実の測定によって容易に修正（または訓練）することができる。この種のモデルを用いることで、所望の駆動トルクは、さらに、補正トルクの実時間推定を必要としなくても簡単かつ迅速な方法で特定することができる。

さらなる有利な実施形態では、補正トルクは、状態観測器によって推定することができる。状態観測器は、推定への何某かの影響の重み付けを容易に行なうことができ、境界条件および運動の積分（Ｂｅｗｅｇｕｎｇｓｉｎｔｅｇｒａｌ）を考慮することもできる。

さらに、有利な方法では、推定された回転角又はその時間微分と、推定された補正トルクとを用いて運動方程式を立て、目標関数を定め、そこから目標関数の最適化により推定された補正トルクを特定することができるようになっている。これにより、補正トルクが特に良好に推定されることになる。この方法は、運動方程式から補正トルクの推定値を用いて回転角の推定値を繰り返し計算し、これにより目標関数を最適化することで補正トルクの新たな推定値を計算し、その際には、最初に補正トルクの初期値を設定し、設定された停止条件が満たされるまで反復を行えば容易に実行することができる。

基礎となる測定量の品質を補正トルクの推定の際に反映させるために、目標関数は、カルマンフィルタを用いて計算される重み付け係数を含むことができる。このようにして、推定の品質をさらに改善することができる。

状態観測器に基づいて特定された補正トルクから、補正トルクの数理モデルを例えばニューラルネットワークにより訓練することもでき、このニューラルネットワークも補正トルクの現在の推定に基づいて補正することができる。この種のモデルを用いて、所望の駆動トルクは、さらに、補正トルクを推定することを必要とせずとも、簡単かつ迅速な方法で特定することができる。

本発明による方法は、試験台上の試験対象のための試運転に特に有利に使用され、試験対象は、実体要素としてのトルク発生装置と、少なくとも一つのシミュレートされた仮想要素とを有し、試験対象の仮想要素が試験対象の実体要素を補い且つ仮想要素のシミュレーションが計算された駆動トルクを処理する。こうして、高品質の駆動トルク値だけでなく、高品質の補正トルク値も、試運転中にシミュレーションに利用可能にすることができ、その結果、より正確なシミュレーションも可能になる。また、これにより、個別の場合におけるトルク発生装置のどの部分構成要素が現実のものでありまた仮想のものであるかにかかわらず、後置されたシミュレーションユニットへのインターフェースは同じままにすることが可能になる。

トルク発生装置が例えばｎ気筒の内燃機関を有する場合、ｎ気筒の内燃機関の駆動トルクは、内燃機関の少なくとも一つのシリンダで測定された内部トルクから計算することができる。このとき、試験台上にはそのような内燃機関が組み立てられていないにもかかわらず、後置されたシミュレーションユニットは、常にｎ気筒の内燃機関を認識する。

さらに、本発明の課題は、最初に述べた装置を用いて、本発明により；
トルク発生装置の内部トルクを測定するように設けられている指示計測システムが試験台に配置されており、
補正トルク計算ユニットと駆動トルク計算ユニットとが備えられており、
補正トルク計算ユニットは、測定された内部トルクに基づいて、運動方程式から、測定された内部トルク、力学的トルク及びトルク発生装置の出力軸で測定された軸トルクを用いて補正トルクを推定するように設けられており、
駆動トルク計算ユニットは、推定された補正トルクと測定された内部トルクから、次の関係により駆動トルクを計算するように設けられていることで解決される：

本発明の変形例では、トルク発生装置は、ｎ気筒の内燃機関を有し、試験台において少なくとも一つのシリンダに指示計測システムが配置されている。

さらなる変形例では、トルク発生装置は、ｎ気筒の内燃機関を有し、試験台においてｎ気筒の内燃機関の少なくとも一つのシリンダが組み立てられている。

以下に、図１乃至２を参照して本発明を詳細に説明する。図は、例示的、概略的且つ非限定的に本発明の有利な実施形態を示す。

試験台上の典型的な試験対象構成を示す図である。 駆動トルクを特定するための本発明による構成を示す図である。

図１には、一例として試験台２上の試験台構成１が示されている。試験台２に、試験対象の現実の構成要素（実体要素）として現実のハイブリッドパワートレインが、現実の内燃機関３及び現実の電気モータ４とともに組み立てられている。“現実の（Ｒｅａｌ）”とは、これら現実の構成要素が真のハードウェアとして物理的に存在することを意味する。内燃機関３および電気モータ４は、本例では、クラッチ７を有する連結軸６によって互いに機械的に接続されている。ハイブリッドパワートレインの出力軸８には、軸トルクＭ_Ｗが作用する。出力軸８は、トルク発生装置Ｄにより、駆動トルクＭ_Ｖが印加される。負荷装置５（ダイノ）は、ダイノ軸９及びクラッチ１０を介して、機械的に出力軸８に接続されている。負荷装置５は、事前設定に従い、実行する試運転により負荷トルクＭ_Ｄを生成し、この負荷トルクから軸トルクＭ_Ｗも影響を受ける。

試験台制御ユニット１１には、実行する試運転が実装されている。このために、試験台制御ユニット１１には、試験対象の仮想要素をシミュレートするシミュレーションモデル１２（相互作用する多くの個々の部分モデルから構成することもできる）が実装されている。仮想要素は、ここでは例えば、手動変速機、差動歯車、クラッチ、仮想内燃機関の質量慣性、バッテリ、タイヤ、車両、車両の周囲、周囲との車両の相互作用等とすることができる。現実の構成要素と仮想の構成要素との組み合わせによって試験対象が出来上がっている。もちろん、試運転に応じて異なる試験対象構成（現実および仮想の構成要素）および試験台構成を用いることができる。例えば、四輪パワートレインが現実に組み立てられている場合には、四つの負荷装置５がパワートレインのアクスルシャフトに一つずつ設けられていてもよい。とはいえ、本発明において特定の試験対象構成および特定の試験装置構成が重要というわけではない。

また、試験台制御ユニット１１は、事前設定された試運転にしたがって試験台構成要素及び試験対象のための操作量Ｓｎを求め、図１に示されているように、これらを用いて特に試験対象構成の実体要素及び試験台２における負荷装置５も制御される。また、そのために試験台制御ユニット１１は、様々な測定量を試験台から或いは試験対象の実体要素から検出することができる。例えば、内燃機関３の回転数（回転速度）ｎ_Ｖ、電気モータ４の回転数（回転速度）ｎ_Ｅおよび負荷装置５の回転数（回転速度）ｎ_Ｄ、回転角φ並びに出力軸８に作用する軸トルクＭ_Ｗ（そのために適切なトルクセンサが設置されている場合）又は代替的に負荷トルクＭ_Ｄ若しくはリンケージロッドから特定されたトルク等である。

目的の駆動トルクＭ_Ｖを特定するのに、測定により検出された高品質の軸トルクＭ_Ｗといったものは前提にできない。冒頭で説明したように、そのような高品質の測定値は通常は存在しないからである。それどころか、軸トルクＭ_Ｗおよび／または回転角φは、品質の劣った測定信号、すなわち、時間的にも量的にも分解能がよくない及び／又は非常にノイズが多い状態にあることを前提にせざるを得ない。そこで、本発明では、トルク発生装置Ｄ（図１参照）の内部トルクＭ_ｉを前提にする。これについて、図２に基づいてより詳細に説明する。

図２では、ｎ気筒エンジン３がトルク発生装置Ｄ１として試験台１に配置されている。
この例では、内燃機関３は４気筒エンジンである。燃焼解析システム（指示計測システム）ＭＳ１．．．ＭＳｎが各シリンダＺ１．．．Ｚｎに配置されている。燃焼解析システム（指示計測システム）（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｍｅｓｓｓｙｓｔｅｍ）ＭＳは、周知のように、シリンダＺ１．．．Ｚｎ内における燃焼の熱力学的変数、特に各シリンダＺ１．．．Ｚｎ内に働く内圧の時間的な変化ないしは同等のクランク角による内圧の変化を検出し、これらから内燃機関３の内部トルクＭ_ｉＴが得られる。このようにして検出された燃焼解析測定量（指示計測量）（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｍｅｓｓｇｒｏｅｓｓｅ）Ｉ１．．．Ｉｎは、試験台制御ユニット１１に転送される。このとき、燃焼解析測定量Ｉ１．．．ｌｎは、すでに内燃機関３の内部トルクＭ_ｉＴを表したものである。代替的に、内部トルクＭ_ｉＴは、燃焼解析測定量Ｉ１．．．ｌｎから試験台制御ユニット１１において計算することもできる。さらにまた、内燃機関３の内部トルクＭ_ｉＴは、図２に示すように、十分速く且つ十分正確であれば、エンジンコントロールユニットＥＣＵから試験台制御ユニット１１に送ることもできる。

電気モータ４がトルク発生装置Ｄ２である場合、指示計測量Ｉ１…Ｉｎは、例えばモータ電流およびモータ電圧を含む。これらは、指示計測システムＭＳによって検出されて、次に電気モータ４の内部トルクＭ_ｉＥ（エアギャップモーメント）に変換することができる。

例えば図１におけるように複数のトルク発生装置Ｄ１，Ｄ２が互いに接続されている場合、個々のトルク発生装置Ｄ１，Ｄ２の個々の内部トルクＭ_ｉＴ，Ｍ_ｉＥは、符号含みで足し合わさって内部トルクＭ_ｉになる。従って、トルク発生装置Ｄの内部トルクＭ_ｉは、一般に次のようになる。

従って、試験台制御ユニット１１では、個々のトルク発生装置Ｄ１，Ｄ２の誘起された全てのトルクの和が、試験台２におけるトルク発生装置Ｄの内部トルクＭ_ｉとしてリアルタイムで把握されている。こうして、複数の個々のトルク発生装置Ｄ１，Ｄ２から構成することができる一般化された一つのトルク発生装置Ｄだけが扱われる。

とはいえ、トルク発生装置Ｄの質量慣性には、さらに他のトルクも作用する。これらのトルクは、トルク発生装置Ｄによって内部トルクＭ_ｉから調達可能な駆動トルクＭ_Ｖに影響するもので、一つの補正トルクＭ_ｃｏｒにまとめられる。これらの他のトルクは、通常はトルク発生装置Ｄの駆動トルクＭ_Ｖを減らすように働く。こういったトルクでよく見られるのは、例えば、内燃機関３または電気モータ４における摩擦効果を考慮に入れた摩擦トルクＭ_ｆｒｉｃである。補正トルクＭ_ｃｏｒは、トルク発生装置Ｄの質量慣性に作用するさらに他のトルクによってさらに補うことができる。例えば、クランク軸またはモータ軸に接続されたｍ個の周辺装置ユニットに起因するトルクＭ_ａｕｘｍを考慮に入れることができる。そのような周辺装置ユニットは、例えば、送水ポンプ、オイルポンプ、冷媒圧縮器、スタータモータ／ジェネレーターなどである。このとき、補正トルクＭ_ｃｏｒは、次のようなものになろう：

ここで、トルクは、もちろん代数的に（したがって、正しい符号で）設定すべきものである。試験台制御ユニット１１内には、駆動トルクＭ_Ｖを特定する際に補正トルクＭ_ｃｏｒを考慮できるようにするために、補正トルクＭ_ｃｏｒを計算する補正トルク計算ユニット１４が設けられている。

一般化されたトルク発生装置Ｄの駆動トルクＭ_Ｖについては、簡単な定義式からＭ_Ｖ＝Ｍ_ｉ＋Ｍ_ｃｏｒが成り立たなければならない。ここで、トルクは代数的な量であり、したがって正しい符号で設定しなければならない。

同様にして、オイラーの運動方程式をＭ_ｄｙｎ＝Ｍ_Ｖ＋Ｍ_Ｗ（トルクのつりあい）の式で考慮しなければならない。力学的トルクＭ_ｄｙｎは、最も簡単な場合、周知のように、クランク軸に作用する内燃機関３の質量慣性モーメントＪ或いは電動モータ４の軸における質量慣性モーメントＪと、角加速度φ’’とにより、Ｊφ’’で与えられる。また、質量慣性モーメントＪは、典型的にはクランク軸におけるように、回転角φにも依存し得るであろう‐つまりＪ（φ）となる。同様に、力学的トルクＭ_ｄｙｎは、一般化された角加速度φ’’を考慮するだけでなく、さらに他の力学的モーメント分を、特に次の形の遠心モーメント分を考慮することができよう：

この遠心トルクは、通常、内燃機関３に現れる。質量慣性モーメントＪは、クランク軸が一周する間に一定ではないからである。こうして、力学的トルクＭ_ｄｙｎは、次のようになると考えられる：

同様に、このようなやり方で、力学的トルクＭ_ｄｙｎを用いて例えば内燃機関３と電動モータ４との間のクラッチ７が開閉されるときに質量慣性モーメントが変化することを考慮することができよう。

こうして、運動方程式は以下のようになる：

角括弧内には、上述したように、任意項として遠心トルクが入る。

回転角φ、角速度φ’または角加速度φ’’は、測定により検出することができるか、検出された回転数ｎ_{（Ｖ，Ｅ）}から導出することができる。

これから所望の駆動トルクＭ_Ｖを軸トルクＭ_Ｗの測定値を用いて運動方程式より直接導き出すことができる。しかしながら問題は、通常、軸トルクＭ_Ｗの測定値の質が非常に悪く、測定値がノイズに埋もれがちで、時間的にも量的にも分解能が低い状態にある点である。さらに、角度加速度φ’’も、非常にノイズの多い量である。これは、この量が、測定によって直接得られるのではなく、角速度φ’を時間で微分して或いは回転角φを時間で二階微分して得られるものだからである。したがって、そこから直接得られた駆動トルクＭ_Ｖは、例えばシミュレーションへの利用にも殆ど使いものにならない。そうでないにしても駆動トルクＭ_Ｖは適切に処理（例えば、フィルタリング）されなければならないが、これは情報の損失を伴う。

この問題を回避するために、本発明によれば、既知で品質が高くしかも多くの場合に高い周波数で分解されて略不感時間なしで提供される内部トルクＭ_ｉと、ノイズの入った軸トルクＭ_Ｗと、ノイズの入った加速度信号φ’’とから、先ず高品質の補正トルクＭ_ｃｏｒの推定値が特定されることによる別のやり方が行われる。こうして、高品質の（ノイズがなく周波数の高い）駆動トルクＭ_Ｖは、駆動トルクに関する上記の定義Ｍ_Ｖ＝Ｍ_ｉ＋Ｍ_ｃｏｒから特定することができる。このために、試験台制御ユニット１１には駆動トルク計算ユニット１３が設けられている。このユニットは、目的の駆動トルクＭ_Ｖを計算し、これを試験台１の他の構成要素に利用可能、特に、試験対象の仮想要素のシミュレーションモデル１２によるシミュレーションに利用可能にする。従って、測定から直接計算された内部トルクＭ_ｉは、二つの量、つまり補正トルクＭ_ｃｏｒと駆動トルクＭ_Ｖとを特定できるようにする付加的な測定量を提供する。

補正トルク計算ユニット１４および駆動トルク計算ユニット１３は、独立したハードウェアとして構成されてももちろん構わないし、一つのハードウェアに組み込まれていてもよいし、ソフトウェアモジュールとして試験台制御ユニット１１に実装されていてもよい。

本発明によれば、補正トルクＭ_ｃｏｒの特定は、高品質の内部トルクＭ_ｉと、軸トルクＭ_Ｗおよび／または回転角φに関する品質の劣った測定値とに基づいた推定に基づいている。ここで、この推定は、有利な実施形態により以下に例として説明するように、別の方法で行うことができる。

上記の運動方程式から、補正トルクＭ_ｃｏｒは、Ｍ_ｃｏｒ＝Ｍ_ｄｙｎ-Ｍ_ｉ-Ｍ_Ｗの関係から計算することができる。ここで、補正トルクＭ_ｃｏｒが、通常は時間の経過と共に非常にゆっくりとしか変化しないという状況を利用する。つまり、補正トルクＭ_ｃｏｒは、或る一定期間にわたって準静的変数とみなすことができる。すなわち；

例えば、摩擦トルクＭ_ｆｒｉｃは、温度、湿度、経年変化といったパラメータに依存するが、これらのパラメータは時間の経過と共に非常にゆっくりとしか変化しない。周辺装置ユニットは、通常、同じように時間とは無関係のトルクＭ_ａｕｘｍを発生させる。これにより、（求められる実時間計算に比べて）比較的長い時間にわたって平均することによって補正トルクＭ_ｃｏｒを推定することが可能になる。この時間平均によって、（例えば、回転角φのノイズの多い測定に基づいた）軸トルクＭ_Ｗおよび力学的モーメント（トルク）Ｍ_ｄｙｎの不正確さが同時に平均化され、この種の不正確さの影響が低減される。例えば、４気筒エンジンの運転サイクルにわたって平均化された場合、運動方程式から；

が得られ、これから補正トルクＭ＾_ｃｏｒを平均補正トルクＭ^￣ _ｃｏｒとして推定することができる。角括弧内には、上述したように、任意項として遠心トルクが入る。ここで、例えば、平均補正トルクＭ^￣ _ｃｏｒは、一旦推定し、その後、次の運転サイクル、または次の数回の運転サイクルの間保持するので十分である。あるいは、平均補正トルクＭ^￣ _ｃｏｒに関して異なる角速度に関するモデルが構築され、これが連続的に推定および修正されるようにしてもよい。同様にして、平均補正トルクＭ^￣ _ｃｏｒは、移動平均（ｇｌｅｉｔｅｎｄｅｎ Ｍｉｔｔｅｌｗｅｒｔ）の形で連続的に計算することもできる。運転サイクルの代わりに、任意の他の期間（時間または角度）で平均することもできる。

積分値；

は、燃焼解析技術においては図示平均有効圧（ＩＭＥＰ（Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ））とも呼ばれる変数、つまり燃焼解析技術において一般に直接的に与えられる変数或いはエンジン制御ＥＣＵ内に存在する変数に等しいとおくことができる。

補正トルクＭ_ｃｏｒのモデルは、通常、時間に依存しないか、または非常にゆっくりとしか時間に依存しない。ただし、その点について、補正トルクＭ_ｃｏｒは角速度φ’に依存する‐つまり、Ｍ_ｃｏｒ（φ’）であるとしてもよい。この場合も、推定された補正トルクＭ＾_ｃｏｒ（φ’）が、例えば基本補正トルクＭ_{ｃｏｒ，０}と、角速度φ’に依存する項κφ’との和、すなわちＭ＾_ｃｏｒ（φ’）＝Ｍ_{ｃｏｒ，０}＋κφ’で記述されていれば、運動方程式から補正トルクＭ_ｃｏｒを容易に推定することができる。Ｍ_{ｃｏｒ，０}の項およびパラメータκは、時間的に非常にゆっくりしか変化しない。このとき、運動方程式から再び；

となり、これから二つの量Ｍ_{ｃｏｒ，０}およびパラメータκを計算することができる。このために、積分限界θまたは角速度φ’のいずれかを変更することができ、その場合、二つの変数を計算で求められるようにするには、それぞれ少なくとも二つの変更が必要である。

運動方程式の上述の平均によって、角速度φ’に依存する、補正トルクＭ＾_ｃｏｒの特性曲線場（モデル）も推定することができ、これを駆動トルクＭ_Ｖの計算に参照することができることは直ぐに分かる。

このようにして、推定された補正トルクＭ＾_ｃｏｒを次の或いは他の項に拡張することによって、補正トルクＭ_ｃｏｒの他の依存性ももちろん考慮することができる。例えば、上記の線形関係Ｍ_{ｃｏｒ，０}＋κφ’の代わりに、クランク角φ及び／又は角速度φ’或いは角加速度φ’’にさえ依存する、補正トルクＭ_ｃｏｒのより複雑で特に非線形のモデルをオンラインで特定することもでき、これをオンラインで継続して修正してもよい。

もちろん、既知の変数Ｍ_ｄｙｎ，Ｍ_ｉ，Ｍ_Ｗから、クランク角φ及び／又は角速度φ’若しくは回転数ｎに依存した補正トルクＭ＾_ｃｏｒを推定するための数理モデルを例えばニューラルネットワークの形で訓練することもできる。推定された補正トルクＭ＾_ｃｏｒの物理モデルのパラメータも、例えばパラメータ推定の公知の方法を用いて、測定量に応じて特定することができる。

補正トルクＭ＾_ｃｏｒの推定値はまた、本発明により、既知の内部トルクＭ_ｉから状態観測器によっても推定することができる。この一般的なアプローチは、この場合も既に挙げた次の運動方程式に基づいている：

“＾”によって推定値を表すときには、運動方程式は以下の式で書くことができる：

さらに、任意の目標関数Ｚが、推定された回転角φ＾またはその時間微分φ＾’およびφ＾’’と、推定された補正トルクＭ＾_ｃｏｒとの関数として定義され、これが最小化（Ｚ→ｍｉｎ）される。

目標関数Ｚとして、例えば次の積分形；

或いは次の積分形が用いられる：

重み付け係数λ_φ，λ_φ’，λ_Ｍは手動で決定されるか、または既知の数学的方法によって特定することができる。この場合、例えば非特許文献１（Ｓ．Ｊａｋｕｂｅｋ他， ?Ｓｃｈａｅｔｚｕｎｇ ｄｅｓ ｉｎｎｅｒｅｎ Ｄｒｅｈｍｏｍｅｎｔｓ ｖｏｎ Ｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇｓｍｏｔｏｒｅｎ ｄｕｒｃｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｂａｓｉｅｒｔｅ Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｕｎｇ“， Ａｕｔｏｍａｔｉｓｉｅｒｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ， ５７ （２００９） ８， 第３９５ - ４０２頁）の論文に記載されているような、よく知られたカルマンフィルタリングによる重み付け係数λ_φ，λ_φ’，λ_Ｍの特定が参考になろう。カルマンフィルタリングは、これを用いると、測定値の品質の効果が重み付け係数λ_φ，λ_φ’，λ_Ｍの特定に反映されるという利点があるが、これは、非常にノイズの多い或いは分解能の低い測定値が存在し得るような本発明の用途においては、特に有利である。

上記の目的関数は単に一例として挙げられており、他の任意の目標関数Ｚも同じように用いることができることは、強調して指摘しておかなければならない。特に、目標関数Ｚには補正トルクＭ＾_ｃｏｒの時間微分が含まれていてもよいであろう。

次に、目標関数Ｚを最小化（最適化）することによって、補正トルクＭ＾_ｃｏｒの所望の推定値が特定される。周知の方法が多数存在するが、ここではその全てを説明することはできない。この一例としては、線形目標関数Ｚ（リカッチ方程式）といった場合に導くことができる最適化問題の解析的な解があげられよう。以下に説明するように、反復法も使用することができる。

これに関しては、最初に補正トルクＭ＾_ｃｏｒの初期値が設定される。運動方程式から、各反復ステップにおいて、推定された回転角φ＾またはその時間微分φ＾’およびφ＾’’が計算される。これは代数的方法でも行うことができる。推定された回転角φ＾またはその時間微分φ＾’およびφ＾’’を用いて目標関数Ｚ（ｔ）の最適化から補正トルクＭ＾_ｃｏｒの新しい推定値が計算され、最適化のための所定の停止条件が満たされるまで上記のステップが繰り返される。補正トルクＭ＾_ｃｏｒの推定は、試運転中にオンラインで継続的に行うことができる。

また、補正トルクＭ＾_ｃｏｒの推定を用いて、補正トルクＭ＾_ｃｏｒのモデルが例えばニューラルネットワークの形で訓練されるのでもよい。そのようなモデルを用いることで、例えば角速度φ’といった特定の変数に応じて、試運転のための補正トルクＭ＾_ｃｏｒを特定することができる。このモデルはもちろん、現在の測定値と上記の方法で継続的に更新することもできる。

これに関連して、最適化では、最適化の際に考慮される目標関数の変数に関する境界条件が定義されていてもよいことはよく知られている。

上述の方法の一つによって特定されてその結果既知とされた補正トルクＭ＾_ｃｏｒの推定値を用いて、次に上記のつりあいの式からトルク発生装置Ｄの駆動トルクＭ_ＶをＭ_Ｖ＝Ｍ＾_ｃｏｒ＋Ｍ_ｉの式で特定することができる。

これにより、駆動トルクＭ_Ｖが試運転に利用できるようになるが、他の目的、特にシミュレーションモデル１２におけるシミュレーション目的にも利用できる。この計算は、試運転のために予め定められた時間間隔で実行され、例えば毎ミリ秒または回転角φの１°毎に、つまりはリアルタイムで実行される。つまり、駆動トルクＭ_Ｖは、任意の所望の時間間隔で利用することができ、例えばシミュレーションモデル１２において試験対象の仮想要素について処理が行なわれるようにするために利用することができる。

駆動トルクＭ_Ｖに加えて、測定された軸トルクＭ_Ｗもまた信憑性のあるものにすることができる。駆動トルクＭ_Ｖと力学的トルクＭ_ｄｙｎの知識から、上記の運動方程式から直接的に推定された／計算された軸トルクＭ＾_Ｗを特定することができる。このようにして、試験台２での軸折れを識別する等のために軸トルクＭ_Ｗの測定の信憑性を高めることができる。従って、測定された（ノイズの多いおよび／または不正確な）軸トルクＭ_Ｗもまた、計算された推定された軸トルクＭ＾_Ｗによって修正または置き換えることができる。こうして、シミュレーションモデル１２におけるシミュレーションに或いは試験台２の他の構成要素に、さらに質の優れた軸トルクＭ_Ｗが利用できる。

補正トルクＭ_ｃｏｒ（厳密には補正トルクの推定値Ｍ＾_ｃｏｒ）を知ることにより、試験台２において駆動トルクＭ_Ｖに対する様々な影響も調べることができる。したがって、特に、補正トルクＭ_ｃｏｒに入り込む様々なトルクの影響を調べることができる。

一例として、試運転の設定に基づいて内燃機関３を運転し、そのときの排気ガスを測定する所定の試運転が挙げられよう。例えば、さらに別の冷媒圧縮器（試験体の仮想要素としてシミュレートされる）が使用される場合、或いは別の潤滑油が（例えば、補正トルクＭ_ｃｏｒを特定する際の補正係数について）使用される場合、排気ガスがどのように変化するかを調べることができるであろう。これらの調査は、それぞれの構成要素（この場合、冷媒圧縮機または潤滑油）が現実に存在せずとも実行することができる。これらは仮想的に存在すれば十分であり、これは試験対象の開発のかなりの負担軽減になる。というのも、特にトルク発生装置Ｄによって駆動される構成要素が最初の試運転の時点ではまだ全て揃っていないことが多いからである。

或いはまた、本発明による方法によれば別の試験シナリオも考えることができる。シミュレーションモデル１２において、多気筒エンジンを搭載した仮想の車両全体をシミュレートすると、計算ユニット１３とシミュレーションモデル１２との間のインターフェースでは、多気筒エンジンの駆動トルクＭ_Ｖが見込まれる。そのための試運転を、試験台１上に現実には一気筒エンジンしか組み立てられていないのに実施することができる。不足のシリンダは、計算ユニット１３で付け加えてシミュレートされる。これは、最も簡単には、現実に組み立てられたシリンダの全ての測定量を然るべき係数を使って掛け算して、必要であれば然るべき位相シフト及び力学的トルクＭ_ｄｙｎの補正（特に内燃機関の場合）も使って行われる。これは、シリンダの数が多い船舶エンジン等の大型エンジンの開発では特に重要で、これにより大型エンジンを完全に組み立てる前に最初の試運転が可能になる。

試験台２上で、内燃機関３の全てのシリンダに燃焼解析システムＭが設けられているわけではない場合（この場合、指示計測システムＭなしでシリンダがシミュレートされるであろう）も、不足のシリンダのシミュレーションが必要となることがあろう。したがって、シミュレーションモデル１２は、予想される多気筒エンジン（場合によっては全ての周辺装置ユニットも合わせて）の駆動トルクＭ_Ｖを常に受け取ることになろう。

これには、予想を上回るメリットがあり、試験対象のどの部分が現実のものとして存在し、どの部分が仮想のものとして存在するかとは関係なく、シミュレーションモデル１２の構成要素等に対するインターフェースを試験台２において変わらないままにできる。

同様にして、本発明による方法は、他の移動の自由度に関して拡張することができる。この場合、一つの運動の自由度における（本例では回転角φ）一つの運動方程式から出発するのではなく、運動の自由度の数に応じた方程式系から出発することになろう。これは、例えば、懸架装置の剛性がないトルク発生装置Ｄがモデル化される場合（これは例えば、車両内の内燃機関４の場合が該当する。）に重要である。作用する力ないしモーメントは、機械の動力学により、車両に対するトルク発生装置Ｄの相応の運動を生じさせる。このようにして、本発明の意図するところでは、上述した運動方程式とみなされる多次元の運動方程式が得られることになろう。上述の本発明による基本的なやり方はこれにより変わることはない。

Claims (15)

1. 試験台（２）上に組み立てられているトルク発生装置（Ｄ）の駆動トルク（Ｍ_Ｖ）を特定する方法であって、
   トルク発生装置（Ｄ）の内部トルク（Ｍ_ｉ）が測定され、当該測定された内部トルク（Ｍ_ｉ）に基づいて、測定された内部トルク（Ｍ_ｉ）、力学的トルク（Ｍ_ｄｙｎ）およびトルク発生装置（Ｄ）の出力軸（８）上で測定された軸トルク（Ｍ_Ｗ）を用いて運動方程式から補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）が推定され、
   推定された補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）および測定された内部トルク（Ｍ_ｉ）から駆動トルク（Ｍ_Ｖ）がＭ_Ｖ＝Ｍ＾_ｃｏｒ＋Ｍ_ｉにより計算される方法。
2. 運動方程式は所定期間にわたって平均され、その平均値が推定された補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）として用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）は、基本補正トルク（Ｍ_{ｃｏｒ，０}）と、角速度（φ’）に依存する少なくとも一つの項κφ’とから形成され、基本補正トルク（Ｍ_{ｃｏｒ，０}）及びパラメータ（κ）が運動方程式の少なくとも二つの平均から特定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 角速度（φ’）についての補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）の特性曲線場が作成されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
5. 運動方程式から状態観測器が作成され、状態観測器を用いて補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）が推定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 推定された回転角（φ＾）又はその時間微分（φ＾’）及び（φ＾’’）と、推定された補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）とにより運動方程式が立てられ、目標関数（Ｚ）が定められ、当該目標関数（Ｚ）は、推定された回転転角（φ＾）及び測定された回転角（φ_ｍ）並びに推定された補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）を含み、推定された補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）が目標関数（Ｚ）の最適化から特定されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 反復法において運動方程式から補正トルクの推定値（Ｍ＾_ｃｏｒ）を用いて回転角の推定値（φ＾）が計算され、これにより、目標関数（Ｚ）が最適化されることで補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）の新たな推定値が計算され、最初に補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）の初期値が設定され、設定された停止条件が満たされるまで反復が行なわれることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 目標関数（Ｚ）は、重み付け係数（λ_φ，λ_φ’，λ_Ｍ）を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. 状態観測器に基づいて特定された補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）を用いて、補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）の数理モデルが訓練されることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の方法。
10. 補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）の現在の推定に基づいて数理モデルが修正されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 試験台（２）上の試験対象のための試運転における、請求項１から１０のいずれかに記載の方法の使用であって、試験対象は、実体要素としてのトルク発生装置（Ｄ）と、少なくとも一つのシミュレートされた仮想要素とを有し、試験対象の仮想要素が試験対象の実体要素を補い且つ計算された駆動トルク（Ｍ_Ｖ）を仮想要素のシミュレーションが処理する使用。
12. トルク発生装置（Ｄ）がｎ気筒の内燃機関（３）を有し、ｎ気筒の内燃機関（３）の駆動トルク（Ｍ_Ｖ）を、内燃機関（３）の少なくとも一つのシリンダ（Ｚｎ）で測定された内部トルク（Ｍ_ｉ）から計算することを特徴とする請求項１１に記載の使用。
13. 試験台上（２）に組み立てられているトルク発生装置（Ｄ）の駆動トルク（Ｍ_Ｖ）を特定する装置であって、
    トルク発生装置（Ｄ）の内部トルク（Ｍ_ｉ）を測定する指示計測システムが試験台（２）に配置されており、
    補正トルク計算ユニット（１４）と駆動トルク計算ユニット（１３）とが備えられており、
    補正トルク計算ユニット（１４）は、測定された内部トルク（Ｍ_ｉ）に基づいて、運動方程式から、測定された内部トルク（Ｍ_ｉ）、力学的トルク（Ｍ_ｄｙｎ）及びトルク発生装置（Ｄ）の出力軸（８）で測定された軸トルク（Ｍ_Ｗ）を用いて補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）を推定するように設けられており、
    駆動トルク計算ユニット（１３）は、推定された補正トルク（Ｍ＾_ｃｏｒ）と測定された内部トルク（Ｍ_ｉ）から、Ｍ_Ｖ＝Ｍ＾_ｃｏｒ＋Ｍ_ｉの関係により駆動トルク（Ｍ_Ｖ）を計算する装置。
14. トルク発生装置（Ｄ）は、ｎ気筒の内燃機関（３）を有し、試験台（２）において少なくとも一つのシリンダ（Ｚｎ）に指示計測システム（ＭＳｎ）が配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. トルク発生装置（Ｄ）は、ｎ気筒の内燃機関（３）を有し、試験台（２）においてｎ気筒の内燃機関の少なくとも一つのシリンダが組み立てられていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。

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