JP4026310B2 - エンジンベンチシステムのエンジントルク推定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイナモメータによるエンジン試験装置に係わり、特に試験装置におけるエンジントルク推定値の推定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車部品の試験装置として、エンジン駆動とダイナモメータ吸収システムとの組み合わせによるエンジンベンチシステムがある。
図4はエンジンベンチシステムの概略図を示したもので、このエンジンベンチシステムは、ダイナモメータDYとエンジンE/Gとをシャフトによって直結し、ダイナモメータDYにてエンジンE/Gの負荷特性を模擬動作させるものである。この試験装置は、エンジンベンチシステム動作中にエンジントルクを直接測定するものではなく、予め測定して用意したたエンジン回転数とスロットル開度およびエンジントルク特性を表すエンジントルクマップTMを使用し、エンジンベンチシステム動作中に回転計によって検出されたエンジンE/Gの回転数信号と、スロットルアクチュエータACTのスロットル開度信号とを制御装置のエンジントルクマップTMに導入し、これら入力された各信号からエンジントルクマップによりエンジントルクを推定して負荷モデルLMに出力する。負荷モデルLMは、入力されたエンジントルク推定値よりダイナモメータのトルク指令値をインバータIVを介してダイナモメータDYに出力してエンジンの負荷特性を模擬動作させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図4で示す試験装置では、エンジントルクマップTMが出力するエンジントルク推定値は、エンジン回転数とスロットル開度およびエンジン出力トルクの直流成分の関係として表されるが、実際にはエンジンが発生するトルクには直流成分のみではなく脈動トルクも含まれている。したがって、エンジンベンチシステムの動作中における実際のエンジントルクとトルクマップが出力する推定値とは完全に一致することなく誤差が存在する。このエンジントルク推定値の誤差が負荷モデルLMが出力するダイナモメータに対するトルク指令値に大きく影響し、より高精度な模擬を実施することができなくなる。また、負荷モデル内で演算しているエンジン速度と、実エンジン速度に大きな偏差が生じて精確なエンジンベンチを行うことができない問題を有している。
【0004】
本発明の目的は、エンジンベンチシステムにおける精確なるエンジントルク推定方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1は、ダイナモメータとエンジンとを回転軸を介して直結し、軸トルクとエンジン又はダイナモメータの回転速度を検出し、検出信号をエンジントルクオブザーバに導入してエンジントルク推定値を演算し、この推定値を負荷モデルに導入してダイナモメータのトルク指令値を演算し、算出されたトルク指令値をもとにインバータを介して前記ダイナモメータを制御するものにおいて、
前記エンジントルクオブザーバは、検出された軸トルク信号Tedとエンジンの回転速度信号ωeを導入して次式でエンジントルク推定値Teoを演算してエンジンベンチシステムのエンジントルクを推定するようにしたものである。
【0006】
Teo(s)=GTed(s)Ted(s)+Gωe(s)ωe(s)
GTed(s):=−1/(s/ωo+1)2
Gωo(s):=(Jeos+Deo)/(s/ωo+1)2
ただし、Jeoはオブザーバでのエンジンの慣性モーメント、Deoはオブザーバでのエンジンの粘性摩擦係数設定値,ωoはオブザーバの応答速度設定値。
【0007】
本発明の第2は、ダイナモメータとエンジンとを回転軸を介して直結し、軸トルクとエンジン又はダイナモメータの回転速度を検出し、検出信号をエンジントルクオブザーバに導入してエンジントルク推定値を演算し、この推定値を負荷モデルに導入してダイナモメータのトルク指令値を演算し、算出されたトルク指令値をもとにインバータを介して前記ダイナモメータを制御するものにおいて、
前記エンジントルクオブザーバは、検出された軸トルク信号Tedとダイナモメータの回転速度信号ωdを導入して次式でエンジントルク推定値Teoを演算してエンジンベンチシステムのエンジントルクを推定するようにしたものである。
【0008】
Teo(s)=GTed(s)Ted(s)+Gωd(s)ωd(s)
GTed(s):=−(Jeos2+(Deo+Kdo)s+Kco)/((Kdos+Kco)(s/ωo+1)2)
Gωd(s):=(Jeos+Deo)/(s/ωo+1)2
ただし、Jeoはオブザーバでのエンジンの慣性モーメント、Deoはオブザーバでのエンジンの粘性摩擦係数設定値、Kdoはオブザーバでの軸の粘性摩擦係数設定値、Kcoはオブザーバでの軸のばね係数設定値、ωoはオブザーバの応答速度設定値。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態を示すダイナモメータの制御部の構成を示したものである。1はダイナモメータ、2はエンジンで両者は回転軸3によって連結されている。4はスロットルアクチュエーで、図示省略されたエンジン制御部よりのスロットル開度指令と、検出されたスロットル開度信号との偏差がなくなるようにエンジンを制御する。10はダイナモメータの制御部を示したもので、エンジントルクオブザーバ11と、このオブザーバ11より出力されたエンジントルク推定値等をもとにダイナモメータのトルク指令値を発生する負荷モデル12、およびこの負荷モデル12よりの信号に基づいてダイナモメータ1を制御するインバータ13を有している。エンジントルクオブザーバ11には、トルク検出器によって検出された軸トルクと、パルスエンコーダによって検出されたエンジン回転数信号が入力される。
【0010】
図3はダイナモメータとエンジン間の動特性モデルを示したものである。ただし、各記号の意味は次の通りである。Jdはダイナモの慣性モーメント、Ddはダイナモの粘性摩擦係数、Tdはダイナモのトルク、ωdはダイナモ回転速度、Jeはエンジンの慣性モーメント、Deはエンジン粘性摩擦係数、Teはエンジントルク、ωeはエンジン回転速度、Tedは軸トルク、Kcは軸のバネ係数、Kdは軸の粘性摩擦係数で、これらの記号によって、ダイナモ(ダイナモメータ)とエンジンのトルク、速度との関係は1(1a,1b,1c)式によって表わせる。
【0011】
【数1】
【0012】
本発明におけるエンジントルクオブザーバ11は、検出された軸トルク信号 Tedとエンジンの回転速度信号ωeよりエンジントルクTeを推定するものである。1式を初期値0でラプラス変換してTe,Td,ωdを解くと2(2a,2b,2c)式となる。
【0013】
【数2】
【0014】
エンジントルクTeは2a式より求めることができる。しかし、2a式のままでオブザーバ11を構成すると微分要素が必要になり、検出される軸トルク信号やエンジン回転速度信号にノイズ(脈動分)が乗ることを考慮すると、このままではエンジントルクオブザーバとして利用すると不都合が生ずるので、本発明においては2次のローパス特性を持たせた3(3a,3b,3c)式のようにオブザーバを構成したものである。
【0015】
【数3】
【0016】
3式のように構成することによって、Jeo=Je,Deo=De,Kco=Kc,Kdo=Kdの理想的なときには、オブザーバによるエンジントルク推定値Teoは、
Teo(s)=1/(s/ωo+1)2・Te(s)
となり、オブザーバのカットオフ周波数ωoによってオブザーバの周波数特性を指定することができ、脈動分を含むエンジントルク推定値Teoとしてエンジントルクオブザーバ11は負荷モデル12にその推定値を出力する。ここで、 Jeoはオブザーバでのエンジンの慣性モーメント設定値、Deoはオブザーバでのエンジンの粘性摩擦係数設定値、Kcoはオブザーバでの軸バネ係数設定値、Kdoはオブザーバでの軸の粘性摩擦係数設定値である。
【0017】
図2は、他の実施態様を示す構成図で、図1と異なるところは、エンジントルクオブザーバ14に、検出されたダイナモメータの回転数信号ωdと軸トルク信号Tedとを入力してエンジントルク推定値を推定したもので、他は図1と同様である。
前記1式を初期値0でラプラス変換してエンジントルクTe,ダイナモメータトルクTdおよびエンジン回転速度ωeを解くと4式のようになる。
【0018】
【数4】
【0019】
4式のうち、エンジントルクTeは4a式より求めることが出来る。この4a式には、2a式同様にそのままエンジントルクオブザーバ14を構成すると微分要素が必要となる。したがって、検出されたダイナモメータの回転速度信号や軸トルク信号にノイズが乗ることを考慮すると、エンジントルクオブザーバとして構成すると不都合が生ずる。
【0020】
【数5】
【0021】
不都合を解消するために、5式で示すようにエンジントルク推定値に2次のローパスフィルターの特性を持たせ、5a式に基づきエンジントルクオブザーバ14を構成することにより、Jeo=Je,Deo=De,Kco=Kc,Kdo=Kdの理想的状態時には、
Teo(s)=1/(s/ωo+1)2・Te(s)
となり、ωoでオブザーバの周波数特性を指定することによって、エンジントルクオブザーバ14において脈動分に対応したエンジントルク推定値を出力することができる。
【0022】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、検出された軸トルクとダイナモメータの速度信号又はエンジンの速度信号をオブザーバに導入してエンジントルク値を演算し、その演算時にはエンジンに発生しているエンジン脈動分を考慮した演算を施すようにしたものであるから、そのトルク推定値はエンジン脈動分に対応した脈動分を含むため、エンジンベンチシステムとしてはエンジン脈動に対する負荷応答をも模擬することが可能となり、より高精度のエンジンベンチシステムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すエンジンベンチシステムの概略構成図。
【図2】本発明の他の実施形態を示すエンジンベンチシステムの概略構成図。
【図3】本発明の説明のために用いたダイナモメータとエンジン間の動特性モデル図。
【図4】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【符号の説明】
1…ダイナモメータ
2…エンジン
3…回転軸
4…スロットルアクチュエータ
10…制御部
11,14…エンジントルクオブザーバ
12…負荷モデル
13…インバータ
Claims (2)
- ダイナモメータとエンジンとを回転軸を介して直結し、この軸トルクとエンジン又はダイナモメータの回転速度を検出し、検出信号をエンジントルクオブザーバに導入してエンジントルク推定値を演算し、この推定値を負荷モデルに導入してダイナモメータのトルク指令値を演算し、算出されたトルク指令値をもとにインバータを介して前記ダイナモメータを制御するものにおいて、前記エンジントルクオブザーバは、検出された軸トルク信号Tedとエンジンの回転速度信号ωeを導入して次式でエンジントルク推定値Teoを演算することを特徴としたエンジンベンチシステムのエンジントルク推定方法。
Teo(s)=GTed(s)Ted(s)+Gωe(s)ωe(s)
GTed(s):=−1/(s/ωo+1)2
Gωe(s):=(Jeos+Deo)/(s/ωo+1)2
ただし、Jeoはオブザーバでのエンジンの慣性モーメント設定値、Deoはオブザーバでのエンジンの粘性摩擦係数設定値、ωoはオブザーバの応答速度設定値。 - ダイナモメータとエンジンとを回転軸を介して直結し、この軸トルクとエンジン又はダイナモメータの回転速度を検出し、検出信号をエンジントルクオブザーバに導入してエンジントルク推定値を演算し、この推定値を負荷モデルに導入してダイナモメータのトルク指令値を演算し、算出されたトルク指令値をもとにインバータを介して前記ダイナモメータを制御するものにおいて、前記エンジントルクオブザーバは、検出された軸トルク信号Tedとダイナモメータの回転速度信号ωdを導入して次式でエンジントルク推定値Teoを演算することを特徴としたエンジンベンチシステムのエンジントルク推定方法。
Teo(s)=GTed(s)Ted(s)+Gωd(s)ωd(s)
GTed(s):=−(Jeos2+(Deo+Kdo)s+Kco)/((Kdos+Kco)(s/ωo+1)2)
Gωd(s):=(Jeos+Deo)/(s/ωo+1)2
ただし、Jeoはオブザーバでのエンジンの慣性モーメント設定値、Deoはオブザーバでのエンジンの粘性摩擦係数設定値、Kdoはオブザーバでの軸の粘性摩擦係数設定値、Kcoはオブザーバでの軸のばね係数設定値、ωoはオブザーバの応答速度設定値。
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