JP4019710B2 - エンジンベンチシステム - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにダイナモメータを直結してエンジンの各種性能試験を行うためのエンジンベンチシステムに係り、特にダイナモメータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のエンジンベンチシステムでは図3に示すようにエンジン1とトランスミッション(ATあるいMT、MTの場合はクラッチ付)2を組み合わせ、シャフト3を介してダイナモメータ4と結合している。
【0003】
エンジン側はスロットルアクチェータ(ACT)5によりスロットル開度をコントロールする。ダイナモ4側には回転検出器6、トルク検出器(ロードセル)7を設け、この検出によりダイナモ4の速度、トルクの制御を実施する。このシステムによりエンジン1の耐久性や性能(燃費、排ガス計測等)、ECU適合等の試験をしている。
【0004】
但し、このようなシステムでは、機械の共振点が低く、ダイナモ側からエンジン側へ高応答なトルク特性をもってトルク伝達ができない、あるいはエンジン側の高応答な挙動をダイナモ側へ伝達することができないため、エンジンや車両関連部品の過渡性能試験が完成車両を使用しないと実施できない問題があった。
【0005】
このような課題を解決する手段として、最近、図4に示すように、エンジン1とダイナモ4を高剛性のシャフト8で直結することで、ダイナモ4からエンジン1に対して高い周波数特性までのトルク加振を可能にし、実車に近い状態での過渡再現を実施することにより、車両レスでのエンジン試験を可能にするシステムが考えられている。
【0006】
図5は、エンジンベンチシステムのダイナモメータ制御装置の基本構成図を示す。エンジン1とダイナモ4をシャフト8で機械結合した機構に対して、軸トルクメータ9によるエンジン軸トルク検出と、図示省略する回転検出器によるダイナモ4の速度検出を行い、コントローラ10はダイナモ速度または軸トルクを指令値とし、軸トルク検出値またはダイナモ速度検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、この演算結果としてダイナモトルク指令を求める。インバータ11は、コントローラ10からのダイナモトルク指令に応じた電流出力でダイナモ4を駆動することでダイナモ4にダイナモトルク指令に一致したトルクを発生させる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンベンチシステムでは、供試体であるエンジンを各種のものに変更して試験を実施可能とした汎用性が要望される。しかし、エンジンが変われば、当然、機械的パラメータでありシステムの制御性能に大きく影響を与えるエンジン慣性が変化する。
【0008】
このとき、本発明で対象としているような高応答のエンジンベンチシステムでは、エンジン慣性が変わる毎に、同一の制御性能を得るためにコントローラの厳密な設計が必要であった。そのため、設計に時間を要し、かつどの程度の制御性能を得ることができるがが即座にわからなかった。
【0009】
本発明の目的は、エンジン−ダイナモ系を高応答にしたエンジンベンチシステムにおいて、エンジン等の機械系が変更された場合でも、簡易に同等の制御性能を得ることができるエンジンベンチシステムを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(発明の原理的な説明)
本発明では、まず、制御対象システムであるエンジン−ダイナモ制御系のモデル化を行う。ここでは図6に示す5慣性系のモデル化例を示す。このエンジン−ダイナモ系モデルにおいて、各パラメータは、以下の表に示す意味である。
【0011】
【表1】
【0012】
このモデル化は適用する制御対象で制御に大きく寄与する機械パラメータを利用してモデル化を行うもので、5慣性系に限ったものではなく、4慣性系、3慣性系でもよい。
【0013】
次にダイナモメータの制御装置の設計を行うために、前記モデルの運動方程式を次式のように展開する。なお、θxは機械要素xの回転位相角である。
【0014】
【数1】
【0015】
次に、今回対象としている制御対象でパラメータの変動を許容するパラメータを設定する。ここでは、以下の式に示すように、エンジン慣性Je、シャフトばね定数K3C、カップリング慣性J3、カップリングばね定数K4Cを変動許容対象と定義している。
【0016】
【数2】
【0017】
これらの定義を利用してμ設計法により設計したエンジン−ダイナモ制御系の等価ブロックを示したのが図7であり、図5のインバータも含めた5慣性系の等価ブロック構成の場合を示す。
【0018】
以上のことから、本発明は、エンジン−ダイナモ制御系をモデル化し、このモデルを使用してμ設計法によりダイナモメータ制御装置を設計し、このダイナモメータ制御装置として供試体の変更に応じてモデルに設定した機械パラメータをそれぞれ変更したものを用意しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータをもつダイナモメータ制御装置に切り替えることで簡易に高応答のエンジン試験ができるようにするものである。
【0019】
(発明の構成)
(1)エンジンとダイナモメータを高剛性シャフトで結合し、ダイナモメータ制御装置によりエンジンの軸トルク制御またはダイナモメータの速度制御によってエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
エンジン−ダイナモ制御系の4慣性系がもつエンジン慣性Je、シャフトばね定数K 3C 、カップリング慣性J 3 、カップリングばね定数K 4C の機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法により前記ダイナモメータ制御装置を設計し、
前記ダイナモメータ制御装置は、エンジン等の機械系の変更に応じて前記機械パラメータをそれぞれ変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータをもつ制御装置に切り替える手段を備えたことを特徴とする。
【0020】
(2)前記ダイナモメータ制御装置は、
エンジンの軸トルク指令またはダイナモメータの速度指令に対して軸トルク検出値またはダイナモメータ速度検出値をフィードバック信号としてダイナモトルク指令を得るするコントローラと、
前記μ設計法により設計され、前記コントローラからのダイナモトルク指令とエンジンが発生するエンジントルクの検出値から前記エンジン−ダイナモ制御系の伝達特性K(S)を有して前記軸トルクまたはダイナモメータ速度を検出する伝達特性演算器とを備え、
前記伝達特性演算器またはコントローラは、前記機械パラメータを所定の区分単位で変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータに近い値をもつ前記区分の伝達特性演算器またはコントローラに切り替える手段を備えたことを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1を示す装置構成図であり、μ設計法で設計した軸トルク制御装置の場合である。
【0023】
コントローラ21は、エンジンの試験内容に応じてパターン設定される軸トルク指令に対して、軸トルク検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を図5のK(S)に与える。このコントローラ21は、従来のPID制御、またはH∞制御、μ設計法による制御特性をもつものにされる。
【0024】
伝達特性22は、コントローラ21からのダイナモトルク指令とエンジン1が発生するエンジントルクの検出値からエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性K(S)を有して軸トルクを検出し、コントローラ21へのフィードバック信号にする。この伝達特性22は、前記のμ設計法を利用してダイナモーエンジン制御系の厳密な制御特性が得られるように設計したものである。
【0025】
ここで、伝達特性22、さらにはコントローラ21は、エンジン慣性のある区分単位(例えばエンジン慣性Je=0.1 kgm2)で所望の軸トルク制御特性が得られるコントローラ21をあらかじめ設計したデータを上位マンマシン装置23に用意しておく。
【0026】
これにより、供試体であるエンジンが変更になった場合は、上位マンマシン装置23から試験対象となるエンジン慣性を与えて、その区分に該当するコントローラ21(例えばJe=0.15 kgm2であれば、Je=0.1〜0.2 kgm2用のもの)を選定し、この選定した演算器とコントローラによりエンジン試験を行うことで、高応答の軸トルク制御が可能となる。
【0027】
なお、本実施形態では、エンジン慣性を機械系の変更対象としたが、例えば、前記式2の例では、エンジン慣性Je、シャフトばね定数K3C、カップリング慣性J3、カップリングばね定数K4Cを変動許容対象にしているので、これらのパラメータのある区分単位で所望の軸トルク制御特性が得られる演算器さらにはコントローラをあらかじめ設計しておき、それらの中から適合するものを選択してもよい。さらに、エンジンとダイナモメータ間の結合機構の慣性、ばね定数、ダイナモメータ慣性など、複数の機械パラメータを組み合わせた設計をしておくこともできる。
【0028】
(実施形態2)
図2は、本発明の実施形態2を示す装置構成図であり、μ設計を利用したダイナモメータ速度制御装置の場合である。
【0029】
コントローラ24は、エンジンの試験内容に応じてパターン設定されるダイナモ速度指令に対して、ダイナモ速度検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を図5のK(S)に与える。
【0030】
伝達特性25は、コントローラ24からのダイナモトルク指令とエンジン1が発生するエンジントルクの検出値からエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性K(S)を有してダイナモ速度を検出し、コントローラ24へのフィードバック信号にする。
【0031】
これら伝達特性25、さらにはコントローラ24は、前記のμ設計法を利用してダイナモーエンジン系の厳密な制御特性が得られるように設計しておく。
【0032】
ここで、コントローラ24は、エンジン慣性のある区分単位(例えばJe=0.1kgm2)で所望のダイナモ速度制御特性が得られるコントローラ24をあらかじめ設計したデータを上位マンマシン装置26に用意しておく。
【0033】
これにより、供試体であるエンジンが変更になった場合は、上位マンマシン装置26から試験対象となるエンジン慣性を与えて、その区分に該当するコントローラ24(例えばJe=0.15 kgm2であれば、Je=0.1〜0.2 kgm2用)を選定し、この選定したコントローラと演算器によりエンジン試験を行うことで、高応答の軸トルク制御が可能となる。
【0034】
なお、本実施形態では、エンジン慣性を供試体の変更対象としたが、例えば、前記式2の例では、エンジン慣性Je、シャフトばね定数K3C、カップリング慣性J3、カップリングばね定数K4Cを変動許容対象にしているので、これらのパラメータのある区分単位で所望のダイナモ速度制御特性が得られる演算器およびコントローラをあらかじめ設計しておき、それらの中から適合するものを選択してもよい。さらに、エンジンとダイナモメータ間の結合機構の慣性、ばね定数、ダイナモメータ慣性など、複数の機械パラメータを組み合わせた設計をしておくこともできる。
【0035】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、高応答にしたエンジンベンチシステムで、エンジン慣性もしくは結合機構が変わる毎に、同一の制御性能を得るために厳密な制御装置を設計することなく、簡易に制御装置を組むことができ、かつどの程度の制御性能を得ることができるかをあらかじめ予測することができるので、試験工数を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示す軸トルク制御装置の構成図。
【図2】本発明の実施形態2を示すダイナモメータ速度制御装置の構成図。
【図3】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【図4】従来の他のエンジンベンチシステムの構成図。
【図5】ダイナモメータ制御装置の構成図。
【図6】エンジン−ダイナモ制御系のモデル化例。
【図7】エンジン−ダイナモ制御系のブロック図。
【符号の説明】
1…エンジン
4…ダイナモメータ
8…シャフト
10、21、24…コントローラ
11…インバータ
22、25…伝達特性
23、26…上位マンマシン装置
Claims (2)
- エンジンとダイナモメータを高剛性シャフトで結合し、ダイナモメータ制御装置によりエンジンの軸トルク制御またはダイナモメータの速度制御によってエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
エンジン−ダイナモ制御系の4慣性系がもつエンジン慣性Je、シャフトばね定数K 3C 、カップリング慣性J 3 、カップリングばね定数K 4C の機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法により前記ダイナモメータ制御装置を設計し、
前記ダイナモメータ制御装置は、エンジン等の機械系の変更に応じて前記機械パラメータをそれぞれ変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータをもつ制御装置に切り替える手段を備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。 - 前記ダイナモメータ制御装置は、
エンジンの軸トルク指令またはダイナモメータの速度指令に対して軸トルク検出値またはダイナモメータ速度検出値をフィードバック信号としてダイナモトルク指令を得るするコントローラと、
前記μ設計法により設計され、前記コントローラからのダイナモトルク指令とエンジンが発生するエンジントルクの検出値から前記エンジン−ダイナモ制御系の伝達特性K(S)を有して前記軸トルクまたはダイナモメータ速度を検出する伝達特性演算器とを備え、
前記伝達特性演算器またはコントローラは、前記機械パラメータを所定の区分単位で変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータに近い値をもつ前記区分の伝達特性演算器またはコントローラに切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載のエンジンベンチシステム。
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