JP3593732B2 - 自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置 - Google Patents
自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、エンジン制御系とダイナモ制御系の非干渉化を図った自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境汚染の問題に鑑みて、自動車における排出ガス規制が厳しくなって、自動車エンジンは高性能、高精度化が図られるようになって来た。それに伴い、エンジン性能を評価する試験装置が重要な役割を担うようになって来た。エンジン試験装置は、図７に示すように構成されている。図７において、１はエンジン、２はダイナモで、エンジン１とダイナモ（動力計）２はペラ・シャフト３で連結されている。ダイナモ２はダイナモ制御装置４からの電圧・電流により制御される。ダイナモ２の出力は制御操作盤５に入力される。制御操作盤５からダイナモ速度と速度指令がダイナモ制御装置４に入力される。また、制御操作盤５からはダイナモ速度とトルク値がアナログあるいはディジタルＰＩ制御装置６に入力される。この制御装置６に入力されたダイナモ速度とトルク値により、制御装置６からドライバ８にスロットルバルブ駆動用のアクチュエータ７を駆動するための位置指令値が与えられる。
【０００３】
上記のように構成されたエンジン試験装置において、エンジン試験はダイナモ２と直結されたエンジン１の速度またはトルクをある所定のパターンで運転し、排気ガス・燃費等を計測することによって、エンジンの性能を評価するものである。特に、エンジンの性能を評価する際に前述のエンジントルクを用いる手段があるけれども、エンジントルクは直接検出することが困難であるため、一般に軸トルク検出器出力か、ダイナモ出力トルクが代替えとして前述のようにＰＩ制御装置６に入力されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記エンジン試験を行う際に、エンジントルクを一定にしておき、ダイナモ２で速度変化を与えてエンジン特性を計測する手段がある。この場合、ダイナモ出力トルクや軸トルクを用いると、ダイナモの加減速トルク分がエンジントルクに干渉して、厳密なエンジントルク制御を行うことが困難になってしまう問題がある。
【０００５】
また、エンジントルクを一定にして上述のようにエンジン試験を行うとき、ダイナモ２の速度変動試験において、ダイナモトルクを図８Ａに示すように２０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍへ速度変化させたとき、ダイナモ２の加速トルク分を補償する場合に、図８Ｃに示すようにトルク指令値からダイナモトルクが数％ずれてしまう問題がある。なお、図８Ａ〜Ｅはダイナモトルクを用いたトルク制御を実行している状態で２０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍへ速度を変化させたときの応答結果である。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ダイナモ速度制御系の干渉を除去することによりエンジントルク制御系のトルク変動を抑制するようにした自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成するために、第１発明は、自動車エンジンをダイナモに連結してエンジン試験を行うようにしたものにおいて、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系を非干渉とする制御部を設けて、トルク制御を行う自動車エンジン試験装置であって、
前記制御部は、ダイナモトルクとダイナモ速度とが入力され、出力にエンジントルク推定値を得る最小次元オブザーバ部に、ダイナモトルクに代えて低周波数正弦波が供給される一慣性系モデル部と調整可能なモデル慣性部と、モデル部とモデル慣性部の出力の偏差信号に余弦波を乗算し、その乗算信号から直流分を発生する直流分発生部と、この発生部からの直流分が供給され、この直流分に応じて前記モデル慣性部を調整してエンジン慣性モーメントを同定させる同定機構部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
第２発明は、自動車エンジンをダイナモに連結してエンジン試験を行うようにしたものにおいて、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系を非干渉とする制御部を設けて、トルク制御を行う自動車エンジン試験装置であって、
前記制御部は、ダイナモトルクとダイナモ速度とが入力され、出力にエンジントルク推定値を得る最小次元オブザーバ部に、ダイナモトルクに代えて正弦波周波数とダイナモ慣性モーメント同定値との偏差出力が供給されるエンジン慣性モーメント同定値部と調整可能な軸バネ係数部と、エンジン慣性モーメント同定値部の出力とダイナモ速度との偏差を積分する積分部と、この積分部の出力と軸バネ係数部の出力との偏差信号に余弦波周波数を乗算し、その乗算信号から直流分を発生する直流分発生部と、この発生部からの直流分が供給され、この直流分に応じて前記軸バネ係数部を調整して軸バネ係数を同定させる同定機構部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
まず、エンジントルク制御系をオープンにして、ダイナモを一定速度で制御した状態で、スロットルアクチュエータ位置指令を変化させる。次に、トルク制御の目標応答を考慮して、オブザーバ応答速度がある値となるようにしたとき、エンジントルクは、吸気圧に対しほぼ比例関係にあるが、ダイナモトルクは速度制御系に起因する加減速トルク分が加わっている。これに対して、エンジン推定トルクは、吸気圧に対して推定遅れを有するがほぼ一致していて、定常状態においてはダイナモトルクと同じ値に収束している。この結果よりダイナモ制御系の影響を受けずにエンジントルクを推定でき、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系の非干渉化を図ってトルク制御を行うことがきるようになり、トルク変動を抑制することができる。
【００１２】
また、二慣性系は、反共振周波数より十分低い周波数領域においては一慣性系となるから、エンジントルクは同定中においては常に零とする。そこで、エンジン慣性モーメントの同定は、ダイナモトルクに低周波数正弦波を入力し、ダイナモ速度と一慣性系モデル速度の差が零となるように同定機構によりモデル慣性部を調整する。
【００１３】
さらに、軸バネ係数の同定は、外乱オブザーバを用いて検出した軸ねじれ角とモデル軸バネ係数部を用いて推定される推定軸ねじれ角の偏差が零となるようにモデル軸バネ係数部を調整して行う。
【００１４】
【実施例】
以下この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１において、１１はエンジン制御系制御対象部で、このエンジン制御系制御対象部１１は、図７に示すエンジン１、ダイナモ２およびペラ・シャフト３をブロック構成にしたものである。このエンジン制御系制御対象部１１は次のように構成されている。
【００１５】
１２はスロットルアクチュエータ位置制御系で、このスロットルアクチュエータ位置制御系１２にスロットルアクチュエータ位置指令値が入力される。この位置制御系１２は偏差器１２ａ、Ｐアンプ１２ｂ、偏差器１２ｃ、ＰＩアンプ１２ｄ、電流制御部（ＡＣＲ）１２ｅおよび定数部（Ｋｍ）１２ｆと定数部（Ｋｘ）１２ｇから構成される。
【００１６】
上記位置制御系１２の出力は種々の機械的な定数（Ｋｃ），（Ｋｄ）およびスロットルバルブバネ係数（Ｋｂ）との偏差を取ったのち、その偏差出力はエンジン慣性部１３と定数部１４の（定数Ｋｘ／Ｓ）を加味してワイヤーヒステリシス部１５に入力される。このワイヤーヒステリシス部１５はアクチュエータとスロットルバルブとを連結するワイヤーから構成される。ワイヤーヒステリシス部１５の出力はエンジン特性部１６に入力されて、その出力にエンジントルクＴＥを得る。このエンジントルクＴＥはエンジンとダイナモが直結され二慣性系で構成された二慣性系モデルブロック１７に入力される。
【００１７】
二慣性系モデルブロック１７は偏差器１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、エンジン慣性部１７ｄ、バネ係数部１７ｅおよびダイナモ慣性部１７ｆから構成される。偏差器１７ａにはエンジントルクＴＥとバネ係数部１７ｅの出力である軸トルクＴＰが供給され、その偏差出力がエンジン慣性部１７ｄに入力される。エンジン慣性部１７ｄの出力にはエンジン速度ＮＥが送出される。偏差器１７ｂには軸トルクＴＰとダイナモトルクＴＬＣが供給され、その偏差出力がダイナモ慣性部１７ｆに入力される。ダイナモ慣性部１７ｆの出力にはダイナモ速度ＮＤが送出される。偏差器１７ｃにはエンジン速度ＮＥとダイナモ速度ＮＤが供給され、その偏差出力がバネ係数部１７ｅに入力され、その出力に軸トルクＴＰが得られる。この二慣性系モデルブロック１７のモデル状態・出力方程式を示すと、次の（１）、（２）式になる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
１８はダイナモ速度制御系で、この速度制御系１８はダイナモ速度指令とダイナモ速度ＮＤとの偏差を取る偏差器１８ａ、この偏差器１８ａの出力を増幅するＰＩアンプ１８ｂ、電流制御部（ＡＣＲ）１８ｃ、定数部（Ｋｔ）１８ｄおよび二慣性系モデルブロック１７の偏差器１７ｂとダイナモ慣性部１７ｆから構成される。
【００２０】
２１は制御部で、この制御部２１はエンジントルク指令値と後述する最小次元オブザーバ部の出力であるエンジントルク推定値∧ＴＥ（以下推定値には記号∧を用いる）との偏差を取る偏差器２２と、この偏差器２２の偏差出力が入力されるＰＩ制御器２３と、このＰＩ制御器２３の出力にリミッタをかけて前記エンジン制御系制御対象部１１にスロットルアクチュエータに位置指令値を与えるリミッタ部２４と、ダイナモ速度制御系１８からのダイナモトルクＴＬＣとダイナモ速度ＮＤがそれぞれ検出フィルタ２５、２６を介して入力される最小次元オブザーバ部２７から構成される。
【００２１】
最小次元オブザーバ部２７で推定するパラメータは、エンジントルクＴＥ、エンジン速度ＮＥ、軸トルクＴＰで、推定する状態量の状態方程式は次の（３）、（４）式になる。
【００２２】
【数２】
【００２３】
上記（３）、（４）式をＧｏｐｉｎａｔｈ設計法によりオブザーバを３重根となるように設計した。そのときの各パラメータＡ〜Ｄ，Ｇは次式のようになる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
図２は最小次元オブザーバ部２７のブロック構成図で、検出フィルタ２５の出力はパラメータＢを通して加算器２７ａに供給される。加算器２７ａには検出フィルタ２６の出力がパラメータＧを介して与えられるとともに、パラメータＡの出力も与えられる。加算器２７ａの加算出力は積分器２７ｂに供給され、その出力はパラメータＣを介して加算器２７ｃに与えられるとともにパラメータＡにも与えられる。加算器２７ｃには検出フィルタ２６の出力がパラメータＤを介して与えられる。
【００２６】
上記のように構成された実施例の動作を述べる。まず、エンジントルク制御系をオープンにして、ダイナモを例えば２０００ｒｐｍ、一定速度で制御した状態で、スロットルアクチュエータ位置指令を２０％ステップ上に変化させる。図３Ａ〜Ｅはダイナモトルク、速度、エンジン吸気圧とエンジントルク、速度、軸トルクの応答波形を示し、トルク制御の目標応答２〜５（ｒａｄ／ｓ）を考慮して、オブザーバ応答速度が５０（ｒａｄ／ｓ）となるようにしたとき、エンジントルクは、吸気圧に対しほぼ比例関係にあるが、ダイナモトルクは速度制御系に起因する加減速トルク分が加わっている。これに対して、エンジン推定トルクは、吸気圧に対して推定遅れを有するがほぼ一致していて、定常状態においてはダイナモトルクと同じ値に収束している。この結果よりダイナモ制御系の影響を受けずにエンジントルクを推定できる。
【００２７】
次に、エンジントルク推定値をエンジントルク制御に用いたときの効果を確認するため、エンジン推定トルク、また、ダイナモトルクを制御量としたときの比較を行った。このとき、トルク指令を１０％に固定した状態で、ダイナモにより２０００ｒｐｍと１８００ｒｐｍの間を加減速したとき、トルク制御系は応答速度が約３（ｒａｄ／ｓ）となるようにＰＩ制御を行った。このときの応答結果を図４Ａ〜Ｅに示す。この図４Ａ〜Ｅから速度変化に対するエンジン特性から多少トルク変動を生じるが、１％以内の変動に抑えられている。これに対して従来の場合には、図８Ａ〜Ｅに示したような応答結果であるから、速度変化時に加速トルク分の影響を受けて数％も変動してしまう。
【００２８】
上記の場合は、いずれも、ダイナモを制御量としたときのものであるが、この実施例を用いることにより、エンジントルクからダイナモトルクまでのダイナモ制御系を含めた高次系が介在しても、エンジントルクを直接推定し、制御量とすることにより、ダイナモ制御系の干渉を発生させない制御が可能となる。
【００２９】
図５と図６は従来例とこの発明の実施例における実験結果を示す周波数特性図であり、図５（ａ）は従来例のエンジン出力トルクに対するダイナモトルクと軸トルクの利得対周波数特性図、図５（ｂ）は同じく位相対周波数特性図であり、図６（ａ），（ｂ）はこの発明の実施例のエンジン出力トルクに対するエンジン推定トルクの利得対周波数特性図と位相対周波数特性図である。図５（ａ）において図中破線の丸印で囲んだ部分がダイナモ制御系の干渉があることを示している。しかし、図６（ａ）では干渉を示すような特性にはなっていない。また、位相特性においても、この発明の実施例のものが優れている。
【００３０】
上記実施例は、最小次元オブザーバ部によりエンジントルクを推定し、これをエンジントルク制御系にフィードバックし、ダイナモ速度制御系の干渉をキャンセルするものであるが、オブザーバにはエンジンとペラ・シャフトで直結したダイナモで構成される二慣性系モデルを使用しているため、エンジン慣性モーメント、軸バネ係数が既知であることが条件である。しかし、エンジン慣性モーメント、軸バネ係数が未知であると、オブザーバを構成できなく、ダイナモ速度制御系の干渉を受けてしまう。また、オブザーバに用いるエンジン慣性モーメント、軸バネ係数のモデル化誤差が存在する場合にも干渉の影響を受けてしまう。
【００３１】
ここで、二慣性系のパラメータ誤差がオブザーバの推定応答に及ぼす影響について述べる。エンジントルクからエンジン推定トルクまでの伝達関数を導出し、パラメータ誤差の影響は次のようになる。エンジン推定トルク∧ＴＥは、前記状態方程式（３）、（４）式よりダイナモトルクとダイナモ速度を用いて表すと次の（５）式となる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
速度指令一定状態において、エンジントルクに対するダイナモ速度とダイナモトルクは、ダイナモ速度制御系パラメータＫＤＩ，ＫＤＰを用いると次の（６）、（７）式となる。なお、ＴＥ＊はエンジントルク入力値である。
【００３４】
【数５】
【００３５】
二慣性系モデルパラメータをＪＥ’，ＪＤ’，Ｋ’，Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’で示し、真値をＪＥ，ＪＤ，Ｋとすると、エンジン推定トルクは（６）、（７）式を（５）式に代入することによって、次の（８）式が得られる。
【００３６】
【数６】
【００３７】
二慣性系モデルと真値が等しい場合に（８）式右辺第２項が「１」となり、エンジントルクの推定応答は、応答周波数ωｇの３重根を持つ３次系となり、ダイナモ速度制御系の影響なく推定することができる。推定応答がパラメータ誤差により受ける影響は、（８）式右辺第２項に示される。エンジン慣性モーメントＪＥ、軸バネ係数Ｋのそれぞれのモデル値ＪＥ’、Ｋ’と真値に誤差が存在する場合に、推定応答に及ぼす影響をシミュレーションにより確認した。なお、このとき、エンジントルク制御系はオープンである。
【００３８】
また、エンジン慣性モーメントＪＥ、軸バネ係数Ｋは、モデル値ＪＥ’、Ｋ’と変数ｍＪ、ｍを用いてＪＥ＝ｍＪ・ＪＥ’、Ｋ＝ｍ・Ｋ’により表される。図９、図１０は変数ｍＪ，ｍそれぞれを任意に変化させ、エンジントルクをステップ的に変化させた場合のエンジン推定トルクの応答波形である。オブザーバの応答周波数ωｇは、５０（ｒａｄ／ｓ）に設定した。エンジン推定トルクは、パラメータ誤差の影響により振動、オーバーシュートが発生する。パラメータモデル値と真値に誤差が存在するとエンジントルク推定量に、ダイナモ速度制御系や二慣性系の共振の影響を受ける。エンジン推定トルクのオーバーシュートが１％未満であるためには、パラメータは少なくとも１０％以内の誤差が望ましいことが知られている。
【００３９】
このため、オブザーバの内部パラメータであるエンジン慣性と軸バネ係数は試験されるエンジン個々に差があるため、これらの同定方法の確立が重要な要素となる。以下二慣性系パラメータの同定方法について述べる。二慣性系のダイナモトルクとダイナモ速度までの伝達関数は、粘性項は微小であるため無視すると、次の（９）式となる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
図１１は（９）式で表される伝達関数の周波数特性である。この図１１の周波数特性から制御対象は、低周波数領域において一慣性系として、また、高周波数領域において共振系として区別できる。図１１のＡは一慣性系モデルにおけるダイナモトルク−ダイナモ速度の伝達特性、同じくＢは二慣性系モデルにおけるダイナモトルク−ダイナモ速度の伝達特性である。この性質を利用してエンジン慣性モーメントと軸バネ係数の同定方法を述べる。
【００４２】
まず、エンジン慣性モーメント同定装置について述べる。二慣性系は、反共振周波数ω１より十分低い周波数領域においては一慣性系となる。図１２は一慣性系ブロック図で、エンジントルクＴＥは同定中においては常に零とする。図１３に示すように、エンジン慣性モーメントの同定は、ダイナモトルクＴＬＣに低周波数正弦波を入力し、ダイナモ速度と一慣性系モデル速度の差が零となるように同定機構によりモデル慣性を調整して行う。図１３において、３１は一慣性系モデル部で、このモデル部３１に低周波数正弦波ｓｉｎ（ωｘｔ）が供給される。低周波数正弦波は調整が可能なモデル慣性部３２にも供給される。モデル部３１とモデル慣性部３２の出力は偏差部３３に入力されて偏差が取られ、その偏差信号は前記正弦波と９０°位相がずれた信号ｃｏｓ（ωｘｔ）と乗算されて直流分発生部３４に入力される。この直流分発生部３４の直流分が同定機構部３５に供給される。同定機構部３５は直流分に従ってモデル慣性部３２を調整してエンジン慣性モーメントを同定する。
【００４３】
次に、図１３のように構成されたエンジン慣性モーメント同定装置の動作を述べる。まず、（１０）式で示す同定信号をモデル部３１とモデル慣性部３２に入力すると、ダイナモ速度ＮＤとモデル速度は、両者の慣性モーメント差による速度差が発生する。
【００４４】
ＴＬＣ＝ｓｉｎ（ωｘ・ｔ） ωｘ＜＜ω１ ……（１０）
この速度差は次式の（１１）式となる。
【００４５】
【数８】
【００４６】
（１１）式をフーリエ級数展開し、同定信号の周波数成分ωｘについて解くと（１２）式が得られる。
【００４７】
【数９】
【００４８】
（１２）式と同定信号に対して９０°位相のずれた信号ｃｏｓ（ωｘ・ｔ）を積和演算する。（１３）式は慣性モーメント差による速度差の直流分ｍ（ｔ）を示す。
【００４９】
【数１０】
【００５０】
エンジン慣性モーメントは、得られた直流分ｍ（ｔ）が零であるとき、モデルと真値の慣性モーメントが等しくなり、ダイナモ慣性も既知であることから真値に同定される。このように、（１３）式に示す直流分ｍ（ｔ）によってモデル慣性モーメントを同定すると、一周期Ｔ（秒）毎の調整となり、収束性が悪いため、次の（１４）式に示す信号ｎ（ｔ）に３次ローパスフィルタを介すことにより、直流分ｍ（ｔ）を出力する。この直流分ｍ（ｔ）を用いて、慣性モーメントを（１５）式の調整則に従って同定する。
【００５１】
【数１１】
【００５２】
Ｊｍ［Ｎ］＝Ｊｍ［Ｎ−１］＋ＫＪ・ｍ［Ｎ］・ＴＳ ……（１５）
ＫＪ：同定ゲイン、ＴＳ：サンプリング時間
次に、軸バネ係数同定装置について述べる。軸バネ係数の同定は、外乱オブザーバを用いて検出した軸ねじれ角θとモデル軸バネ係数を用いて推定される推定軸ねじれ角θｍの偏差が零となるようにモデル軸バネ係数を調整して行う。軸バネ係数同定装置のブロック図を図１４に示す。この図１４に示す図示破線で囲んだ部分は、図１の制御部２１内の最小次元オブザーバ部２７に代えて構成したものであり、その他の箇所は図１と同様であるので、同一符号を付して示す。
【００５３】
図１４において、４１は軸バネ係数同定部で、この同定部４１は次のように構成されている。検出フィルタ２５の出力は偏差部４２のプラス端に供給され、そのマイナス端にはダイナモ慣性モーメント同定値ＪＤ部４３からの出力が供給される。検出フィルタ２６の出力はＪＤ部４３と偏差部４４のプラス端に供給される。前記偏差部４２の偏差出力はエンジン慣性モーメント同定値ＪＥ部４５を介して偏差部４４のマイナス端に供給されるとともに、軸バネ係数部４６に供給される。軸バネ係数部４６は後述の同定機構部により調整されるように構成されている。前記偏差部４４の偏差出力は積分部４７を介して偏差部４８のプラス端に供給され、マイナス端には軸バネ係数部４６の出力が供給される。偏差部４８の偏差出力には、ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）の信号が乗算されて直流分発生部４９に供給される。直流分発生部４９の出力は同定機構部５０に入力され、ここで演算された後、前記軸バネ係数部４６が調整されて、軸バネ係数は同定される。
【００５４】
次に上記軸バネ係数同定装置の動作を述べる。軸ねじれ角θは、エンジン慣性モーメント同定値ＪＥと外乱オブザーバによる推定軸トルク∧ＴＰにより（１６）式となる。
【００５５】
【数１２】
【００５６】
推定軸ねじれ角θｍは、外乱オブザーバ出力とモデル軸バネ係数Ｋｍを用いると次の（１７）式で表される。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
軸ねじり角θと推定軸ねじれ角θｍとの偏差は、モデル軸バネ係数と真値の差により発生する。従って、軸バネ係数部４６はこの偏差が零となるように同定機構部５０からの出力により同定される。軸ねじれ角θと推定軸ねじれ角θｍとの偏差ｑは次の（１８）式となる。
【００５９】
【数１４】
【００６０】
偏差ｑは軸トルクのダイナモトルクに対する伝達関数を用いて表すと、次の（１９）式となる。
【００６１】
【数１５】
【００６２】
上記（１９）式をフーリエ級数展開すると、次の（２０）式が得られる。
【００６３】
【数１６】
【００６４】
同定信号としてダイナモトルクＴＬＣに周波数ωｎの正弦波ｓｉｎ（ωｎ・ｔ）を入力すると、前記偏差は（２１）式で表される。
【００６５】
ｑ（ｔ）＝Ｑ１・ｓｉｎ（ωｎｔ）−Ｑ２・ｃｏｓ（ωｎｔ） ……（２１）
軸バネ係数部４６の同定は、上記偏差と９０°位相のずれたｃｏｓ（ωｎｔ）との相関関係がなくなるように調整して行われる。軸バネ係数部４６の誤差により発生する直流分は、これらを積和演算することにより（２２）式となる。
【００６６】
【数１７】
【００６７】
上記のことから次の関係が得られる。Ｖ（ｔ）＝０ → Ｋｍ＝Ｋ あるいは
ωｎ＝√｛（Ｋ／ＪＥ）＋（Ｋ／ＪＤ）｝＝ω０（ω０：共振周波数）
すなわち、同定信号の周波数は、ωｎ≠ω０の制約条件が存在するが、軸バネ係数は以下の方式によって同定される。
【００６８】
直流分Ｖ（ｔ）は、エンジン慣性同定方法と同様に偏差ｑ（ｔ）に３次ローパスフィルタを介すことにより検出することができる。
【００６９】
ωｎ＜ω０の時
ＪＤＪＥωｎ ２＜Ｋ（ＪＤ＋ＪＥ）より
Ｋｍ［Ｎ］＝Ｋｍ［Ｎ−１］＋Ｇ・Ｖ［Ｎ］・ＴＳ
また、ωｎ＞ω０の時
ＪＤＪＥωｎ ２＞Ｋ（ＪＤ＋ＪＥ）より
Ｋｍ［Ｎ］＝Ｋｍ［Ｎ−１］−Ｇ・Ｖ［Ｎ］・ＴＳ
なお，ＴＳはサンプリング時間、Ｇは同定ゲインである。
【００７０】
次に、軸バネ係数同定方法を検証するために、エンジン慣性モーメントが同定された後、軸バネ係数のモデル初期値を真値の１．５倍に設定し、同定シミュレーションを行った。図１５は軸バネ係数同定のシミュレーション結果を示す。次の表１はエンジン試験装置およびシミュレーションに用いた各パラメータ値を示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、ダイナモ速度制御系の干渉をキャンセルした制御を行うようにしたので、エンジントルク制御系のトルク変動を抑制することができるようになる利点がある。また、エンジントルク制御系にエンジン慣性モーメントと軸バネ係数同定方法を組み込むことにより、未知な試験エンジンに対しても非干渉化を図ることができるようになり、さらに、エンジン慣性モーメントを知ることができるようになるので、トルク制御系のＰＩ制御器のオートチューニングが可能となる。この他、エンジン慣性モーメント、軸バネ係数の各値を知ることに加えて既知のダイナモ慣性の値を用いることにより、共振周波数が分かるために、制御応答の限界を判断できるようになる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック構成図。
【図２】最小次元オブザーバ部の詳細な構成図。
【図３】実施例の動作を述べるための波形図。
【図４】実施例の動作を述べるための波形図。
【図５】従来例の実験結果を示す周波数特性図。
【図６】この発明の実施例の実験結果を示す周波数特性図。
【図７】従来例の自動車エンジン試験装置を示す構成図。
【図８】従来例の自動車エンジン試験装置の動作を述べるための波形図。
【図９】エンジン慣性モーメントの変数を変化させたときの応答波形図。
【図１０】軸バネ係数の変数を変化させたときの応答波形図。
【図１１】伝達関数の周波数特性図。
【図１２】一慣性系を示すブロック図。
【図１３】エンジン慣性モーメント同定装置を示すブロック図。
【図１４】軸バネ係数同定装置を示すブロック図。
【図１５】軸バネ係数同定のシミュレーション結果を示す特性図。
【符号の説明】
１１…エンジン制御系制御対象部
１２…スロットルアクチュエータ位置制御系
１５…ワイヤーヒステリシス部
１６…エンジン特性部
１７…二慣性系モデルブロック
１８…ダイナモ速度制御系
２１…制御部
２２…偏差器
２３…ＰＩ制御器
２４…リミッタ部
２５、２６…検出フィルタ
２７…最小次元オブザーバ部
【産業上の利用分野】
この発明は、エンジン制御系とダイナモ制御系の非干渉化を図った自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境汚染の問題に鑑みて、自動車における排出ガス規制が厳しくなって、自動車エンジンは高性能、高精度化が図られるようになって来た。それに伴い、エンジン性能を評価する試験装置が重要な役割を担うようになって来た。エンジン試験装置は、図７に示すように構成されている。図７において、１はエンジン、２はダイナモで、エンジン１とダイナモ（動力計）２はペラ・シャフト３で連結されている。ダイナモ２はダイナモ制御装置４からの電圧・電流により制御される。ダイナモ２の出力は制御操作盤５に入力される。制御操作盤５からダイナモ速度と速度指令がダイナモ制御装置４に入力される。また、制御操作盤５からはダイナモ速度とトルク値がアナログあるいはディジタルＰＩ制御装置６に入力される。この制御装置６に入力されたダイナモ速度とトルク値により、制御装置６からドライバ８にスロットルバルブ駆動用のアクチュエータ７を駆動するための位置指令値が与えられる。
【０００３】
上記のように構成されたエンジン試験装置において、エンジン試験はダイナモ２と直結されたエンジン１の速度またはトルクをある所定のパターンで運転し、排気ガス・燃費等を計測することによって、エンジンの性能を評価するものである。特に、エンジンの性能を評価する際に前述のエンジントルクを用いる手段があるけれども、エンジントルクは直接検出することが困難であるため、一般に軸トルク検出器出力か、ダイナモ出力トルクが代替えとして前述のようにＰＩ制御装置６に入力されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記エンジン試験を行う際に、エンジントルクを一定にしておき、ダイナモ２で速度変化を与えてエンジン特性を計測する手段がある。この場合、ダイナモ出力トルクや軸トルクを用いると、ダイナモの加減速トルク分がエンジントルクに干渉して、厳密なエンジントルク制御を行うことが困難になってしまう問題がある。
【０００５】
また、エンジントルクを一定にして上述のようにエンジン試験を行うとき、ダイナモ２の速度変動試験において、ダイナモトルクを図８Ａに示すように２０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍへ速度変化させたとき、ダイナモ２の加速トルク分を補償する場合に、図８Ｃに示すようにトルク指令値からダイナモトルクが数％ずれてしまう問題がある。なお、図８Ａ〜Ｅはダイナモトルクを用いたトルク制御を実行している状態で２０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍへ速度を変化させたときの応答結果である。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ダイナモ速度制御系の干渉を除去することによりエンジントルク制御系のトルク変動を抑制するようにした自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成するために、第１発明は、自動車エンジンをダイナモに連結してエンジン試験を行うようにしたものにおいて、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系を非干渉とする制御部を設けて、トルク制御を行う自動車エンジン試験装置であって、
前記制御部は、ダイナモトルクとダイナモ速度とが入力され、出力にエンジントルク推定値を得る最小次元オブザーバ部に、ダイナモトルクに代えて低周波数正弦波が供給される一慣性系モデル部と調整可能なモデル慣性部と、モデル部とモデル慣性部の出力の偏差信号に余弦波を乗算し、その乗算信号から直流分を発生する直流分発生部と、この発生部からの直流分が供給され、この直流分に応じて前記モデル慣性部を調整してエンジン慣性モーメントを同定させる同定機構部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
第２発明は、自動車エンジンをダイナモに連結してエンジン試験を行うようにしたものにおいて、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系を非干渉とする制御部を設けて、トルク制御を行う自動車エンジン試験装置であって、
前記制御部は、ダイナモトルクとダイナモ速度とが入力され、出力にエンジントルク推定値を得る最小次元オブザーバ部に、ダイナモトルクに代えて正弦波周波数とダイナモ慣性モーメント同定値との偏差出力が供給されるエンジン慣性モーメント同定値部と調整可能な軸バネ係数部と、エンジン慣性モーメント同定値部の出力とダイナモ速度との偏差を積分する積分部と、この積分部の出力と軸バネ係数部の出力との偏差信号に余弦波周波数を乗算し、その乗算信号から直流分を発生する直流分発生部と、この発生部からの直流分が供給され、この直流分に応じて前記軸バネ係数部を調整して軸バネ係数を同定させる同定機構部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
まず、エンジントルク制御系をオープンにして、ダイナモを一定速度で制御した状態で、スロットルアクチュエータ位置指令を変化させる。次に、トルク制御の目標応答を考慮して、オブザーバ応答速度がある値となるようにしたとき、エンジントルクは、吸気圧に対しほぼ比例関係にあるが、ダイナモトルクは速度制御系に起因する加減速トルク分が加わっている。これに対して、エンジン推定トルクは、吸気圧に対して推定遅れを有するがほぼ一致していて、定常状態においてはダイナモトルクと同じ値に収束している。この結果よりダイナモ制御系の影響を受けずにエンジントルクを推定でき、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系の非干渉化を図ってトルク制御を行うことがきるようになり、トルク変動を抑制することができる。
【００１２】
また、二慣性系は、反共振周波数より十分低い周波数領域においては一慣性系となるから、エンジントルクは同定中においては常に零とする。そこで、エンジン慣性モーメントの同定は、ダイナモトルクに低周波数正弦波を入力し、ダイナモ速度と一慣性系モデル速度の差が零となるように同定機構によりモデル慣性部を調整する。
【００１３】
さらに、軸バネ係数の同定は、外乱オブザーバを用いて検出した軸ねじれ角とモデル軸バネ係数部を用いて推定される推定軸ねじれ角の偏差が零となるようにモデル軸バネ係数部を調整して行う。
【００１４】
【実施例】
以下この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１において、１１はエンジン制御系制御対象部で、このエンジン制御系制御対象部１１は、図７に示すエンジン１、ダイナモ２およびペラ・シャフト３をブロック構成にしたものである。このエンジン制御系制御対象部１１は次のように構成されている。
【００１５】
１２はスロットルアクチュエータ位置制御系で、このスロットルアクチュエータ位置制御系１２にスロットルアクチュエータ位置指令値が入力される。この位置制御系１２は偏差器１２ａ、Ｐアンプ１２ｂ、偏差器１２ｃ、ＰＩアンプ１２ｄ、電流制御部（ＡＣＲ）１２ｅおよび定数部（Ｋｍ）１２ｆと定数部（Ｋｘ）１２ｇから構成される。
【００１６】
上記位置制御系１２の出力は種々の機械的な定数（Ｋｃ），（Ｋｄ）およびスロットルバルブバネ係数（Ｋｂ）との偏差を取ったのち、その偏差出力はエンジン慣性部１３と定数部１４の（定数Ｋｘ／Ｓ）を加味してワイヤーヒステリシス部１５に入力される。このワイヤーヒステリシス部１５はアクチュエータとスロットルバルブとを連結するワイヤーから構成される。ワイヤーヒステリシス部１５の出力はエンジン特性部１６に入力されて、その出力にエンジントルクＴＥを得る。このエンジントルクＴＥはエンジンとダイナモが直結され二慣性系で構成された二慣性系モデルブロック１７に入力される。
【００１７】
二慣性系モデルブロック１７は偏差器１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、エンジン慣性部１７ｄ、バネ係数部１７ｅおよびダイナモ慣性部１７ｆから構成される。偏差器１７ａにはエンジントルクＴＥとバネ係数部１７ｅの出力である軸トルクＴＰが供給され、その偏差出力がエンジン慣性部１７ｄに入力される。エンジン慣性部１７ｄの出力にはエンジン速度ＮＥが送出される。偏差器１７ｂには軸トルクＴＰとダイナモトルクＴＬＣが供給され、その偏差出力がダイナモ慣性部１７ｆに入力される。ダイナモ慣性部１７ｆの出力にはダイナモ速度ＮＤが送出される。偏差器１７ｃにはエンジン速度ＮＥとダイナモ速度ＮＤが供給され、その偏差出力がバネ係数部１７ｅに入力され、その出力に軸トルクＴＰが得られる。この二慣性系モデルブロック１７のモデル状態・出力方程式を示すと、次の（１）、（２）式になる。
【００１８】
【数１】
１８はダイナモ速度制御系で、この速度制御系１８はダイナモ速度指令とダイナモ速度ＮＤとの偏差を取る偏差器１８ａ、この偏差器１８ａの出力を増幅するＰＩアンプ１８ｂ、電流制御部（ＡＣＲ）１８ｃ、定数部（Ｋｔ）１８ｄおよび二慣性系モデルブロック１７の偏差器１７ｂとダイナモ慣性部１７ｆから構成される。
【００２０】
２１は制御部で、この制御部２１はエンジントルク指令値と後述する最小次元オブザーバ部の出力であるエンジントルク推定値∧ＴＥ（以下推定値には記号∧を用いる）との偏差を取る偏差器２２と、この偏差器２２の偏差出力が入力されるＰＩ制御器２３と、このＰＩ制御器２３の出力にリミッタをかけて前記エンジン制御系制御対象部１１にスロットルアクチュエータに位置指令値を与えるリミッタ部２４と、ダイナモ速度制御系１８からのダイナモトルクＴＬＣとダイナモ速度ＮＤがそれぞれ検出フィルタ２５、２６を介して入力される最小次元オブザーバ部２７から構成される。
【００２１】
最小次元オブザーバ部２７で推定するパラメータは、エンジントルクＴＥ、エンジン速度ＮＥ、軸トルクＴＰで、推定する状態量の状態方程式は次の（３）、（４）式になる。
【００２２】
【数２】
上記（３）、（４）式をＧｏｐｉｎａｔｈ設計法によりオブザーバを３重根となるように設計した。そのときの各パラメータＡ〜Ｄ，Ｇは次式のようになる。
【００２４】
【数３】
図２は最小次元オブザーバ部２７のブロック構成図で、検出フィルタ２５の出力はパラメータＢを通して加算器２７ａに供給される。加算器２７ａには検出フィルタ２６の出力がパラメータＧを介して与えられるとともに、パラメータＡの出力も与えられる。加算器２７ａの加算出力は積分器２７ｂに供給され、その出力はパラメータＣを介して加算器２７ｃに与えられるとともにパラメータＡにも与えられる。加算器２７ｃには検出フィルタ２６の出力がパラメータＤを介して与えられる。
【００２６】
上記のように構成された実施例の動作を述べる。まず、エンジントルク制御系をオープンにして、ダイナモを例えば２０００ｒｐｍ、一定速度で制御した状態で、スロットルアクチュエータ位置指令を２０％ステップ上に変化させる。図３Ａ〜Ｅはダイナモトルク、速度、エンジン吸気圧とエンジントルク、速度、軸トルクの応答波形を示し、トルク制御の目標応答２〜５（ｒａｄ／ｓ）を考慮して、オブザーバ応答速度が５０（ｒａｄ／ｓ）となるようにしたとき、エンジントルクは、吸気圧に対しほぼ比例関係にあるが、ダイナモトルクは速度制御系に起因する加減速トルク分が加わっている。これに対して、エンジン推定トルクは、吸気圧に対して推定遅れを有するがほぼ一致していて、定常状態においてはダイナモトルクと同じ値に収束している。この結果よりダイナモ制御系の影響を受けずにエンジントルクを推定できる。
【００２７】
次に、エンジントルク推定値をエンジントルク制御に用いたときの効果を確認するため、エンジン推定トルク、また、ダイナモトルクを制御量としたときの比較を行った。このとき、トルク指令を１０％に固定した状態で、ダイナモにより２０００ｒｐｍと１８００ｒｐｍの間を加減速したとき、トルク制御系は応答速度が約３（ｒａｄ／ｓ）となるようにＰＩ制御を行った。このときの応答結果を図４Ａ〜Ｅに示す。この図４Ａ〜Ｅから速度変化に対するエンジン特性から多少トルク変動を生じるが、１％以内の変動に抑えられている。これに対して従来の場合には、図８Ａ〜Ｅに示したような応答結果であるから、速度変化時に加速トルク分の影響を受けて数％も変動してしまう。
【００２８】
上記の場合は、いずれも、ダイナモを制御量としたときのものであるが、この実施例を用いることにより、エンジントルクからダイナモトルクまでのダイナモ制御系を含めた高次系が介在しても、エンジントルクを直接推定し、制御量とすることにより、ダイナモ制御系の干渉を発生させない制御が可能となる。
【００２９】
図５と図６は従来例とこの発明の実施例における実験結果を示す周波数特性図であり、図５（ａ）は従来例のエンジン出力トルクに対するダイナモトルクと軸トルクの利得対周波数特性図、図５（ｂ）は同じく位相対周波数特性図であり、図６（ａ），（ｂ）はこの発明の実施例のエンジン出力トルクに対するエンジン推定トルクの利得対周波数特性図と位相対周波数特性図である。図５（ａ）において図中破線の丸印で囲んだ部分がダイナモ制御系の干渉があることを示している。しかし、図６（ａ）では干渉を示すような特性にはなっていない。また、位相特性においても、この発明の実施例のものが優れている。
【００３０】
上記実施例は、最小次元オブザーバ部によりエンジントルクを推定し、これをエンジントルク制御系にフィードバックし、ダイナモ速度制御系の干渉をキャンセルするものであるが、オブザーバにはエンジンとペラ・シャフトで直結したダイナモで構成される二慣性系モデルを使用しているため、エンジン慣性モーメント、軸バネ係数が既知であることが条件である。しかし、エンジン慣性モーメント、軸バネ係数が未知であると、オブザーバを構成できなく、ダイナモ速度制御系の干渉を受けてしまう。また、オブザーバに用いるエンジン慣性モーメント、軸バネ係数のモデル化誤差が存在する場合にも干渉の影響を受けてしまう。
【００３１】
ここで、二慣性系のパラメータ誤差がオブザーバの推定応答に及ぼす影響について述べる。エンジントルクからエンジン推定トルクまでの伝達関数を導出し、パラメータ誤差の影響は次のようになる。エンジン推定トルク∧ＴＥは、前記状態方程式（３）、（４）式よりダイナモトルクとダイナモ速度を用いて表すと次の（５）式となる。
【００３２】
【数４】
速度指令一定状態において、エンジントルクに対するダイナモ速度とダイナモトルクは、ダイナモ速度制御系パラメータＫＤＩ，ＫＤＰを用いると次の（６）、（７）式となる。なお、ＴＥ＊はエンジントルク入力値である。
【００３４】
【数５】
二慣性系モデルパラメータをＪＥ’，ＪＤ’，Ｋ’，Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’で示し、真値をＪＥ，ＪＤ，Ｋとすると、エンジン推定トルクは（６）、（７）式を（５）式に代入することによって、次の（８）式が得られる。
【００３６】
【数６】
二慣性系モデルと真値が等しい場合に（８）式右辺第２項が「１」となり、エンジントルクの推定応答は、応答周波数ωｇの３重根を持つ３次系となり、ダイナモ速度制御系の影響なく推定することができる。推定応答がパラメータ誤差により受ける影響は、（８）式右辺第２項に示される。エンジン慣性モーメントＪＥ、軸バネ係数Ｋのそれぞれのモデル値ＪＥ’、Ｋ’と真値に誤差が存在する場合に、推定応答に及ぼす影響をシミュレーションにより確認した。なお、このとき、エンジントルク制御系はオープンである。
【００３８】
また、エンジン慣性モーメントＪＥ、軸バネ係数Ｋは、モデル値ＪＥ’、Ｋ’と変数ｍＪ、ｍを用いてＪＥ＝ｍＪ・ＪＥ’、Ｋ＝ｍ・Ｋ’により表される。図９、図１０は変数ｍＪ，ｍそれぞれを任意に変化させ、エンジントルクをステップ的に変化させた場合のエンジン推定トルクの応答波形である。オブザーバの応答周波数ωｇは、５０（ｒａｄ／ｓ）に設定した。エンジン推定トルクは、パラメータ誤差の影響により振動、オーバーシュートが発生する。パラメータモデル値と真値に誤差が存在するとエンジントルク推定量に、ダイナモ速度制御系や二慣性系の共振の影響を受ける。エンジン推定トルクのオーバーシュートが１％未満であるためには、パラメータは少なくとも１０％以内の誤差が望ましいことが知られている。
【００３９】
このため、オブザーバの内部パラメータであるエンジン慣性と軸バネ係数は試験されるエンジン個々に差があるため、これらの同定方法の確立が重要な要素となる。以下二慣性系パラメータの同定方法について述べる。二慣性系のダイナモトルクとダイナモ速度までの伝達関数は、粘性項は微小であるため無視すると、次の（９）式となる。
【００４０】
【数７】
図１１は（９）式で表される伝達関数の周波数特性である。この図１１の周波数特性から制御対象は、低周波数領域において一慣性系として、また、高周波数領域において共振系として区別できる。図１１のＡは一慣性系モデルにおけるダイナモトルク−ダイナモ速度の伝達特性、同じくＢは二慣性系モデルにおけるダイナモトルク−ダイナモ速度の伝達特性である。この性質を利用してエンジン慣性モーメントと軸バネ係数の同定方法を述べる。
【００４２】
まず、エンジン慣性モーメント同定装置について述べる。二慣性系は、反共振周波数ω１より十分低い周波数領域においては一慣性系となる。図１２は一慣性系ブロック図で、エンジントルクＴＥは同定中においては常に零とする。図１３に示すように、エンジン慣性モーメントの同定は、ダイナモトルクＴＬＣに低周波数正弦波を入力し、ダイナモ速度と一慣性系モデル速度の差が零となるように同定機構によりモデル慣性を調整して行う。図１３において、３１は一慣性系モデル部で、このモデル部３１に低周波数正弦波ｓｉｎ（ωｘｔ）が供給される。低周波数正弦波は調整が可能なモデル慣性部３２にも供給される。モデル部３１とモデル慣性部３２の出力は偏差部３３に入力されて偏差が取られ、その偏差信号は前記正弦波と９０°位相がずれた信号ｃｏｓ（ωｘｔ）と乗算されて直流分発生部３４に入力される。この直流分発生部３４の直流分が同定機構部３５に供給される。同定機構部３５は直流分に従ってモデル慣性部３２を調整してエンジン慣性モーメントを同定する。
【００４３】
次に、図１３のように構成されたエンジン慣性モーメント同定装置の動作を述べる。まず、（１０）式で示す同定信号をモデル部３１とモデル慣性部３２に入力すると、ダイナモ速度ＮＤとモデル速度は、両者の慣性モーメント差による速度差が発生する。
【００４４】
ＴＬＣ＝ｓｉｎ（ωｘ・ｔ） ωｘ＜＜ω１ ……（１０）
この速度差は次式の（１１）式となる。
【００４５】
【数８】
（１１）式をフーリエ級数展開し、同定信号の周波数成分ωｘについて解くと（１２）式が得られる。
【００４７】
【数９】
（１２）式と同定信号に対して９０°位相のずれた信号ｃｏｓ（ωｘ・ｔ）を積和演算する。（１３）式は慣性モーメント差による速度差の直流分ｍ（ｔ）を示す。
【００４９】
【数１０】
エンジン慣性モーメントは、得られた直流分ｍ（ｔ）が零であるとき、モデルと真値の慣性モーメントが等しくなり、ダイナモ慣性も既知であることから真値に同定される。このように、（１３）式に示す直流分ｍ（ｔ）によってモデル慣性モーメントを同定すると、一周期Ｔ（秒）毎の調整となり、収束性が悪いため、次の（１４）式に示す信号ｎ（ｔ）に３次ローパスフィルタを介すことにより、直流分ｍ（ｔ）を出力する。この直流分ｍ（ｔ）を用いて、慣性モーメントを（１５）式の調整則に従って同定する。
【００５１】
【数１１】
Ｊｍ［Ｎ］＝Ｊｍ［Ｎ−１］＋ＫＪ・ｍ［Ｎ］・ＴＳ ……（１５）
ＫＪ：同定ゲイン、ＴＳ：サンプリング時間
次に、軸バネ係数同定装置について述べる。軸バネ係数の同定は、外乱オブザーバを用いて検出した軸ねじれ角θとモデル軸バネ係数を用いて推定される推定軸ねじれ角θｍの偏差が零となるようにモデル軸バネ係数を調整して行う。軸バネ係数同定装置のブロック図を図１４に示す。この図１４に示す図示破線で囲んだ部分は、図１の制御部２１内の最小次元オブザーバ部２７に代えて構成したものであり、その他の箇所は図１と同様であるので、同一符号を付して示す。
【００５３】
図１４において、４１は軸バネ係数同定部で、この同定部４１は次のように構成されている。検出フィルタ２５の出力は偏差部４２のプラス端に供給され、そのマイナス端にはダイナモ慣性モーメント同定値ＪＤ部４３からの出力が供給される。検出フィルタ２６の出力はＪＤ部４３と偏差部４４のプラス端に供給される。前記偏差部４２の偏差出力はエンジン慣性モーメント同定値ＪＥ部４５を介して偏差部４４のマイナス端に供給されるとともに、軸バネ係数部４６に供給される。軸バネ係数部４６は後述の同定機構部により調整されるように構成されている。前記偏差部４４の偏差出力は積分部４７を介して偏差部４８のプラス端に供給され、マイナス端には軸バネ係数部４６の出力が供給される。偏差部４８の偏差出力には、ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）の信号が乗算されて直流分発生部４９に供給される。直流分発生部４９の出力は同定機構部５０に入力され、ここで演算された後、前記軸バネ係数部４６が調整されて、軸バネ係数は同定される。
【００５４】
次に上記軸バネ係数同定装置の動作を述べる。軸ねじれ角θは、エンジン慣性モーメント同定値ＪＥと外乱オブザーバによる推定軸トルク∧ＴＰにより（１６）式となる。
【００５５】
【数１２】
推定軸ねじれ角θｍは、外乱オブザーバ出力とモデル軸バネ係数Ｋｍを用いると次の（１７）式で表される。
【００５７】
【数１３】
軸ねじり角θと推定軸ねじれ角θｍとの偏差は、モデル軸バネ係数と真値の差により発生する。従って、軸バネ係数部４６はこの偏差が零となるように同定機構部５０からの出力により同定される。軸ねじれ角θと推定軸ねじれ角θｍとの偏差ｑは次の（１８）式となる。
【００５９】
【数１４】
偏差ｑは軸トルクのダイナモトルクに対する伝達関数を用いて表すと、次の（１９）式となる。
【００６１】
【数１５】
上記（１９）式をフーリエ級数展開すると、次の（２０）式が得られる。
【００６３】
【数１６】
同定信号としてダイナモトルクＴＬＣに周波数ωｎの正弦波ｓｉｎ（ωｎ・ｔ）を入力すると、前記偏差は（２１）式で表される。
【００６５】
ｑ（ｔ）＝Ｑ１・ｓｉｎ（ωｎｔ）−Ｑ２・ｃｏｓ（ωｎｔ） ……（２１）
軸バネ係数部４６の同定は、上記偏差と９０°位相のずれたｃｏｓ（ωｎｔ）との相関関係がなくなるように調整して行われる。軸バネ係数部４６の誤差により発生する直流分は、これらを積和演算することにより（２２）式となる。
【００６６】
【数１７】
上記のことから次の関係が得られる。Ｖ（ｔ）＝０ → Ｋｍ＝Ｋ あるいは
ωｎ＝√｛（Ｋ／ＪＥ）＋（Ｋ／ＪＤ）｝＝ω０（ω０：共振周波数）
すなわち、同定信号の周波数は、ωｎ≠ω０の制約条件が存在するが、軸バネ係数は以下の方式によって同定される。
【００６８】
直流分Ｖ（ｔ）は、エンジン慣性同定方法と同様に偏差ｑ（ｔ）に３次ローパスフィルタを介すことにより検出することができる。
【００６９】
ωｎ＜ω０の時
ＪＤＪＥωｎ ２＜Ｋ（ＪＤ＋ＪＥ）より
Ｋｍ［Ｎ］＝Ｋｍ［Ｎ−１］＋Ｇ・Ｖ［Ｎ］・ＴＳ
また、ωｎ＞ω０の時
ＪＤＪＥωｎ ２＞Ｋ（ＪＤ＋ＪＥ）より
Ｋｍ［Ｎ］＝Ｋｍ［Ｎ−１］−Ｇ・Ｖ［Ｎ］・ＴＳ
なお，ＴＳはサンプリング時間、Ｇは同定ゲインである。
【００７０】
次に、軸バネ係数同定方法を検証するために、エンジン慣性モーメントが同定された後、軸バネ係数のモデル初期値を真値の１．５倍に設定し、同定シミュレーションを行った。図１５は軸バネ係数同定のシミュレーション結果を示す。次の表１はエンジン試験装置およびシミュレーションに用いた各パラメータ値を示す。
【００７１】
【表１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、ダイナモ速度制御系の干渉をキャンセルした制御を行うようにしたので、エンジントルク制御系のトルク変動を抑制することができるようになる利点がある。また、エンジントルク制御系にエンジン慣性モーメントと軸バネ係数同定方法を組み込むことにより、未知な試験エンジンに対しても非干渉化を図ることができるようになり、さらに、エンジン慣性モーメントを知ることができるようになるので、トルク制御系のＰＩ制御器のオートチューニングが可能となる。この他、エンジン慣性モーメント、軸バネ係数の各値を知ることに加えて既知のダイナモ慣性の値を用いることにより、共振周波数が分かるために、制御応答の限界を判断できるようになる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック構成図。
【図２】最小次元オブザーバ部の詳細な構成図。
【図３】実施例の動作を述べるための波形図。
【図４】実施例の動作を述べるための波形図。
【図５】従来例の実験結果を示す周波数特性図。
【図６】この発明の実施例の実験結果を示す周波数特性図。
【図７】従来例の自動車エンジン試験装置を示す構成図。
【図８】従来例の自動車エンジン試験装置の動作を述べるための波形図。
【図９】エンジン慣性モーメントの変数を変化させたときの応答波形図。
【図１０】軸バネ係数の変数を変化させたときの応答波形図。
【図１１】伝達関数の周波数特性図。
【図１２】一慣性系を示すブロック図。
【図１３】エンジン慣性モーメント同定装置を示すブロック図。
【図１４】軸バネ係数同定装置を示すブロック図。
【図１５】軸バネ係数同定のシミュレーション結果を示す特性図。
【符号の説明】
１１…エンジン制御系制御対象部
１２…スロットルアクチュエータ位置制御系
１５…ワイヤーヒステリシス部
１６…エンジン特性部
１７…二慣性系モデルブロック
１８…ダイナモ速度制御系
２１…制御部
２２…偏差器
２３…ＰＩ制御器
２４…リミッタ部
２５、２６…検出フィルタ
２７…最小次元オブザーバ部
Claims (2)
- 自動車エンジンをダイナモに連結してエンジン試験を行うようにしたものにおいて、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系を非干渉とする制御部を設けて、トルク制御を行う自動車エンジン試験装置であって、
前記制御部は、ダイナモトルクとダイナモ速度とが入力され、出力にエンジントルク推定値を得る最小次元オブザーバ部に、ダイナモトルクに代えて低周波数正弦波が供給される一慣性系モデル部と調整可能なモデル慣性部と、モデル部とモデル慣性部の出力の偏差信号に余弦波を乗算し、その乗算信号から直流分を発生する直流分発生部と、この発生部からの直流分が供給され、この直流分に応じて前記モデル慣性部を調整してエンジン慣性モーメントを同定させる同定機構部とを備えたことを特徴とする自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置。 - 自動車エンジンをダイナモに連結してエンジン試験を行うようにしたものにおいて、ダイナモ制御系とエンジントルク制御系を非干渉とする制御部を設けて、トルク制御を行う自動車エンジン試験装置であって、
前記制御部は、ダイナモトルクとダイナモ速度とが入力され、出力にエンジントルク推定値を得る最小次元オブザーバ部に、ダイナモトルクに代えて正弦波周波数とダイナモ慣性モーメント同定値との偏差出力が供給されるエンジン慣性モーメント同定値部と調整可能な軸バネ係数部と、エンジン慣性モーメント同定値部の出力とダイナモ速度との偏差を積分する積分部と、この積分部の出力と軸バネ係数部の出力との偏差信号に余弦波周波数を乗算し、その乗算信号から直流分を発生する直流分発生部と、この発生部からの直流分が供給され、この直流分に応じて前記軸バネ係数部を調整して軸バネ係数を同定させる同定機構部とを備えたことを特徴とする自動車エンジン試験装置に使用する二慣性系パラメータ同定装置。
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