JP4026482B2 - Control device for engine test equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの試験装置に係わり、特に試験装置における制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5はエンジン試験装置における制御装置の構成図を示したもので、エンジン1にシャフト2と軸トルクメータ3を介してダイナモメータ4を接続し、このダイナモメータ4はインバータ5によって駆動される。6は車両モデル部で、例えば4慣性系のばねモデルとサスベンションおよびタイヤばねによる上下振動モデルよりなり、検出されたダイナモメータの速度信号,又はエンジンの速度信号を入力し、エンジンの負荷トルク指令(制御点トルク指令)としてトルク制御部7に出力する。
【0003】
トルク制御部7は、入力されたトルク指令と検出された軸トルクメータ3よりの軸トルク信号及びダイナモメータ4よりの速度信号とを基にトルク電流指令値を演算し、その信号をインバータ5に出力する。インバータ5は、検出された軸トルク信号がトルク指令値に追従するようトルク電流制御されてエンジンの負荷特性の模擬動作が行われる。
なお、エンジンの負荷特性を模擬動作させるためのエンジン試験装置における制御装置としては、特許文献1等が知られている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002ー98617号公報(図1〜図4とその説明)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図5で示す制御装置においては、軸トルク検出値→トルク制御部7→インバータ5→ダイナモメータ4→軸トルクメータ3のトルク制御のための閉ループが形成されており、このトルク制御系の閉ループの外側に、ダイナモメータ4(又はエンジン1)の速度→車両モデル部6→トルク制御部7→ダイナモメータの速度検出器(又はエンジンの速度検出器)よりなる閉ループが形成されている。
【0006】
上記のように、制御装置が2つの閉ループにより構成された場合、内側に入っているトルク制御系の閉ループの制御応答が遅いと、車両モデル部6から出力される負荷トルク指令値に対して実際にエンジン1にかかる負荷トルクが遅れてしまい、結果として、エンジン速度が適切に動作せず、場合によっては図6で示すようにエンジン速度のハンチング現象や暴走を引き起こし、エンジン試験の実施が不可能となる。
【0007】
図6は、図5の制御装置において、そのトルク制御部の周波数応答が7Hzで、ゲインが−3dBの場合におけるシミュレーション結果を示したものである。それによると、時刻12秒程度までは適切なエンジン試験が実施されるが、12秒以降でダイナモメータトルクが不適切な振動現象を示し、結果として目的とするエンジン試験の実施が不可能となる問題を有している。
【0008】
なお、特許文献1には、エンジンが発生する脈動トルクの影響により、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が一致せずに誤差が発生し、その影響によって高精度な模擬動作が出来ないことに基づく解決手段は開示されているが、トルク制御系の応答遅れについては言及されてない。
【0009】
本発明が目的とするとこは、応答遅れに基づく制御の不具合を除去したエンジン試験装置の制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1は、エンジンとダイナモメータとを回転軸を介して直結し、エンジン又はダイナモメータの回転速度信号を検出して車両モデル部に導入し、この車両モデル部にてエンジン負荷トルク指令値を生成してトルク制御部に出力し、このトルク制御部にて導入された負荷トルク指令値と検出された軸トルク値と回転速度信号を用いてトルク電流指令値を求め、このトルク電流指令値に応じてインバータを介してダイナモメータを制御するものにおいて、
前記エンジンのモデル速度信号を生成して車両モデル部に出力するエンジンモデル部と、このエンジンのモデル速度信号と前記回転速度信号との偏差を入力してトルク信号に変換するコントローラとを設け、このコントローラの出力信号と車両モデル部よりのエンジンの負荷トルク指令値とを加算してエンジンモデル部に出力し、このエンジンモデル部でエンジンのモデル速度信号を演算するように構成したことを特徴としたものである。
【0011】
本発明の第2は、前記エンジンモデル部は、1/(Je・s)が演算するエンジンモデル速度信号を出力することを特徴としたものである。
ただし、Jeはエンジンの慣性モーメント。
【0012】
本発明の第3は、前記コントローラは、積分特性若しくは比例特性を持ったコントローラであることを特徴としたものである。
【0013】
本発明の第4は、予め測定して用意したエンジン回転数とスロットル開度及びエンジントルク特性の関係を表すエンジントルクマップを設け、スロットルアクチュエータのスロットル開度信号と前記回転速度信号をエンジントルクマップに導入してエンジントルク値を推定し、この推定値と前記コントローラの出力値とを加算し、この加算信号と前記エンジンの負荷トルク指令値とを加算してエンジンモデル部に出力するよう構成したことを特徴としたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態を示す構成図で、図5で示す従来の構成図と同一部分若しくは相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
11はコントローラで、このコントローラ11における伝達関数G(s)は、例えばPIコントローラ(Kp+Ki/s)のように積分特性、若しくは比例特性を持った任意のコントローラが使用される。12はエンジンモデル部で(1/(Je・s))が演算するエンジンモデル速度信号を出力される。
ここで、Kpは比例係数、Kiは積分係数、Jeはエンジンの慣性モーメントである。
13,14はそれぞれ加算部である。
【0015】
上記のように構成されたものにおいて、エンジン1は図示省略された制御回路により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制御される。
トルク制御部7においては、入力された車両モデル部6よりのエンジンの負荷トルク指令値と、検出された回転速度信号、及び軸トルク信号とを基にトルク電流指令を演算し、その出力に応じてインバータ5を介してダイナモメータ4を制御する。
【0016】
ダイナモメータ4(又はエンジン)の回転速度はエンコーダ等によって検出されて加算部13に印加される。この加算部13には、エンジンモデル部12よりエンジンのモデル速度信号が印加されており、両信号はこの加算部において極性を異にして加算され、その偏差信号がコントローラ11に入力されてトルク信号に変換し加算部14に出力する。
加算部14には、車両モデル部6よりエンジンの負荷トルク指令値が印加されており、したがって、加算部14においては両信号を同極性に加算された後にエンジンモデル部12に入力してエンジンのモデル速度信号を求める。モデル速度信号は加算部13に印加されると共に、車両モデル部6に速度信号として印加されてエンジンの負荷トルク指令値の演算に用いられる。
【0017】
図2は、図1の制御装置のシミュレーション結果を示したもので、(a)はダイナモメータのトルク線図、(b)はエンジンの速度線図である。図2で明らかなように、図6で示す従来のようなダイナモメータトルクやエンジン速度における不適切な振動は発生せず、制御系全体の閉ループ特性が改善されている。このため、軸トルク制御系の閉ループの応答が遅い場合においても、その外側に車両モデル部を持つ閉ループによるエンジン試験が可能となる。
【0018】
図3は他の実施形態の構成図を示したものである。同図は、図1で示す実施形態にエンジントルクマップ20を設け、その出力とコントローラ11との出力が加算部21において同極性に加算される。加算された信号は、加算部14において負荷トルク指令値と加算されてエンジンモデル部12に入力される。
エンジントルクマップ20は、エンジン試験装置の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エンジン回転数とスロットル開度、及びエンジントルク特性の関係をグラフ化して表したもので、エンジン試験装置の動作中は、検出されたダイナモメータ速度又はエンジン速度と、スロットルアクチュエータにおけるスロットル開度信号とをエンジントルクマップ20に入力し、これら入力された信号からエンジントルクを推定して加算部21に出力し、コントローラ11の出力G(s)と加算される。他は図1と同様である。
【0019】
図3で示す実施形態によると、エンジントルクマップを加えたことにより、積分特性を持つコントローラ11の出力G(s)の応答が遅い場合においても、速やかにエンジンモデル1/(Je・s)よりの出力が、ダイナモメータ4若しくはエンジン1の速度に追従することが可能となる。その結果、車両モデル6へのエンジン速度入力が速くなって実エンジン速度に近づき、より適切なエンジン試験が可能となる。
【0020】
図4は、図5で示す従来と図3で示す本発明とを比較するためのボード線図で、実線Aが本発明、鎖線Bが従来のものである。
エンジン試験装置において、図6で示しようなハンチング現象が発生するか否かは、軸トルク制御系の閉ループ特性や、車両モデル部の特性のそれぞれ単一での特性にて決定されるものではなく、両者の適合した組み合わせによって決定されることが解る。
【0021】
すなわち、図4における位相特性で、同位相で信号が帰還する周波数F(位相−360)点に着目すると、従来を表す線Bのゲインは0dBを越えているが、本発明を示す線Aでは0dB未満となっている。
このことは、車両モデル部6に入力されるダイナモメータ4の速度信号が、従来においては車両モデルを含む外側の閉ループを回る毎に振幅が増大して発散(不安定現象)することを示している。
これに対して本発明では、閉ループを回る毎に振幅がちいさくなる(安定)ことを示している。
【0022】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、エンジン又はダイナモメータの速度信号を直接車両モデル部に入力するものではなく、エンジン慣性モーメントのモデル部が出力するエンジンモデル速度信号を車両モデル部に入力するよう構成したものである。これによって本発明は、車両モデル部を含む全体の閉ループ特性が改善されて制御の安定性が向上するものである。
また、更にエンジントルクマップによる制御を追加することにより、車両モデル部の応答の遅れにも対応することが可能となり、より適切なエンジン試験が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す構成図。
【図2】説明のための特性図で、(a)はダイナモメータのトルク図、(b)はエンジン速度図。
【図3】本発明の実施形態を示す構成図。
【図4】説明のためのボード線図。
【図5】従来のエンジン試験装置の構成図。
【図6】説明のための特性図で、(a)はダイナモメータのトルク図、(b)はエンジン速度図。
【符号の説明】
1…エンジン
2…シャフト
3…軸トルクメータ
4…ダイナモメータ
5…インバータ
6…車両モデル部
7…トルク制御部
11…コントローラ
12…エンジンモデル部
20…エンジントルクマップ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine test apparatus, and more particularly to a control apparatus in a test apparatus.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 shows a configuration diagram of a control device in the engine test apparatus. A dynamometer 4 is connected to the engine 1 via a shaft 2 and a shaft torque meter 3, and the dynamometer 4 is driven by an inverter 5. 6 is a vehicle model section, which is composed of, for example, a 4-inertia spring model and a vertical vibration model with a suspension and a tire spring. The detected dynamometer speed signal or engine speed signal is inputted to the engine load torque command. It outputs to the torque control part 7 as (control point torque command).
[0003]
The torque control unit 7 calculates a torque current command value based on the input torque command, the detected shaft torque signal from the shaft torque meter 3 and the speed signal from the dynamometer 4, and sends the signal to the inverter 5. Output. The inverter 5 is subjected to torque current control so that the detected shaft torque signal follows the torque command value, and the engine load characteristics are simulated.
Patent Document 1 and the like are known as a control device in an engine test apparatus for simulating an engine load characteristic.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-98617 (FIGS. 1 to 4 and explanation thereof)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the control device shown in FIG. 5, a closed loop for torque control of shaft torque detection value → torque control unit 7 → inverter 5 → dynamometer 4 → shaft torque meter 3 is formed. On the outside, a closed loop is formed which is composed of the speed of the dynamometer 4 (or engine 1) → the vehicle model section 6 → the torque control section 7 → the speed detector (or engine speed detector) of the dynamometer.
[0006]
As described above, when the control device is configured by two closed loops, if the control response of the closed loop of the torque control system inside is slow, the load torque command value output from the vehicle model unit 6 is actually As a result, the load torque applied to the engine 1 is delayed, and as a result, the engine speed does not operate properly. In some cases, the engine speed hunting phenomenon or runaway occurs as shown in FIG. It becomes.
[0007]
FIG. 6 shows a simulation result when the frequency response of the torque control unit is 7 Hz and the gain is −3 dB in the control device of FIG. 5. According to this, an appropriate engine test is carried out until about 12 seconds, but the dynamometer torque shows an inappropriate vibration phenomenon after 12 seconds, and as a result, the intended engine test cannot be carried out. Have a problem.
[0008]
In Patent Document 1, due to the influence of the pulsating torque generated by the engine, the actual engine torque during operation of the engine bench system does not match the estimated value output by the torque map, and an error occurs. Although a solution based on the fact that a highly accurate simulated operation cannot be performed due to the influence is disclosed, the response delay of the torque control system is not mentioned.
[0009]
An object of the present invention is to provide a control device for an engine test apparatus that eliminates a control defect based on response delay.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the first aspect of the present invention, an engine and a dynamometer are directly connected via a rotating shaft, and a rotational speed signal of the engine or dynamometer is detected and introduced into a vehicle model unit. Value is generated and output to the torque control unit, and the torque current command value is obtained using the load torque command value introduced by the torque control unit, the detected shaft torque value and the rotational speed signal, and the torque current command In what controls the dynamometer via an inverter according to the value,
An engine model unit that generates a model speed signal of the engine and outputs the model speed signal to a vehicle model unit, and a controller that inputs a deviation between the model speed signal of the engine and the rotation speed signal and converts it into a torque signal, The controller output signal and the engine load torque command value from the vehicle model part are added and output to the engine model part, and the engine model speed signal is calculated by the engine model part. Is.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, the engine model section outputs an engine model speed signal calculated by 1 / (Je · s).
However, Je is the moment of inertia of the engine.
[0012]
A third aspect of the present invention is characterized in that the controller is a controller having integral characteristics or proportional characteristics.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, an engine torque map representing the relationship between engine speed, throttle opening, and engine torque characteristics prepared in advance by measurement is provided, and the throttle opening signal of the throttle actuator and the rotation speed signal are stored in the engine torque map. And the engine torque value is estimated, the estimated value and the output value of the controller are added, and the addition signal and the load torque command value of the engine are added and output to the engine model unit. It is characterized by that.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the conventional block diagram shown in FIG.
Reference numeral 11 denotes a controller, and a transfer function G (s) in the controller 11 is an arbitrary controller having integral characteristics or proportional characteristics such as a PI controller (Kp + Ki / s). An engine model unit 12 outputs an engine model speed signal calculated by (1 / (Je · s)).
Here, Kp is a proportional coefficient, Ki is an integral coefficient, and Je is the moment of inertia of the engine.
Reference numerals 13 and 14 denote adders.
[0015]
In the configuration as described above, the engine 1 is controlled by a control circuit (not shown) so that there is no deviation between the throttle opening command and the detected throttle opening signal.
The torque control unit 7 calculates a torque current command based on the engine load torque command value input from the vehicle model unit 6 and the detected rotational speed signal and shaft torque signal, and according to the output. The dynamometer 4 is controlled through the inverter 5.
[0016]
The rotational speed of the dynamometer 4 (or engine) is detected by an encoder or the like and applied to the adding unit 13. An engine model speed signal is applied to the adding unit 13 from the engine model unit 12, and both signals are added with different polarities in the adding unit, and the deviation signal is input to the controller 11 to generate a torque signal. And output to the adder 14.
The engine load torque command value is applied to the adding unit 14 from the vehicle model unit 6. Therefore, the adding unit 14 adds both signals to the same polarity and then inputs them to the engine model unit 12 to input the engine. Find the model velocity signal. The model speed signal is applied to the adding unit 13 and is also applied to the vehicle model unit 6 as a speed signal and used for calculating the engine load torque command value.
[0017]
2A and 2B show simulation results of the control device of FIG. 1, where FIG. 2A is a torque diagram of a dynamometer and FIG. 2B is a speed diagram of an engine. As apparent from FIG. 2, the conventional dynamometer torque shown in FIG. 6 and inappropriate vibration in the engine speed do not occur, and the closed loop characteristic of the entire control system is improved. For this reason, even when the response of the closed loop of the shaft torque control system is slow, it is possible to perform an engine test by a closed loop having the vehicle model part on the outside thereof.
[0018]
FIG. 3 shows a configuration diagram of another embodiment. In the figure, an engine torque map 20 is provided in the embodiment shown in FIG. 1, and the output of the engine torque map and the output of the controller 11 are added to the same polarity in the adder 21. The added signal is added to the load torque command value in the adding unit 14 and input to the engine model unit 12.
The engine torque map 20 does not directly measure the engine torque during operation of the engine test apparatus, but is a graph representing the relationship between the engine speed, the throttle opening, and the engine torque characteristics prepared in advance by measurement. During operation of the engine test apparatus, the detected dynamometer speed or engine speed and the throttle opening signal of the throttle actuator are input to the engine torque map 20, and the engine torque is estimated from these input signals. The result is output to the adding unit 21 and added to the output G (s) of the controller 11. Others are the same as in FIG.
[0019]
According to the embodiment shown in FIG. 3, by adding an engine torque map, even when the response of the output G (s) of the controller 11 having an integral characteristic is slow, the engine model 1 / (Je · s) is quickly obtained. Can follow the speed of the dynamometer 4 or the engine 1. As a result, the engine speed input to the vehicle model 6 becomes faster, approaches the actual engine speed, and a more appropriate engine test is possible.
[0020]
FIG. 4 is a Bode diagram for comparing the prior art shown in FIG. 5 with the present invention shown in FIG. 3, where the solid line A is the present invention and the chain line B is the conventional one.
In the engine test apparatus, whether or not the hunting phenomenon as shown in FIG. 6 occurs is not determined by a single characteristic of the closed loop characteristic of the shaft torque control system or the characteristic of the vehicle model part. It can be seen that it is determined by a suitable combination of both.
[0021]
That is, when attention is paid to the frequency F (phase-360) point at which the signal is fed back in the same phase in the phase characteristics in FIG. 4, the gain of the line B representing the prior art exceeds 0 dB, but in the line A representing the present invention, It is less than 0 dB.
This indicates that the speed signal of the dynamometer 4 input to the vehicle model unit 6 diverges (instability phenomenon) with an increase in amplitude each time it goes around the outer closed loop including the vehicle model. Yes.
On the other hand, the present invention shows that the amplitude becomes small (stable) every time the closed loop is turned.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the engine or dynamometer speed signal is not directly input to the vehicle model section, but the engine model speed signal output from the engine inertia moment model section is input to the vehicle model section. It is composed. As a result, the present invention improves the overall closed-loop characteristics including the vehicle model portion and improves the control stability.
Further, by adding control based on an engine torque map, it is possible to cope with a delay in response of the vehicle model unit, and it is possible to perform a more appropriate engine test.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram for explanation, where (a) is a torque diagram of a dynamometer and (b) is an engine speed diagram.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a Bode diagram for explanation.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional engine test apparatus.
FIG. 6 is a characteristic diagram for explanation, where (a) is a torque diagram of a dynamometer, and (b) is an engine speed diagram.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 2 ... Shaft 3 ... Shaft torque meter 4 ... Dynamometer 5 ... Inverter 6 ... Vehicle model part 7 ... Torque control part 11 ... Controller 12 ... Engine model part 20 ... Engine torque map

Claims (4)

エンジンとダイナモメータとを回転軸を介して直結し、エンジン又はダイナモメータの回転速度信号を検出して車両モデル部に導入し、この車両モデル部にてエンジン負荷トルク指令値を生成してトルク制御部に出力し、このトルク制御部にて導入された負荷トルク指令値と検出された軸トルク値と回転速度信号を用いてトルク電流指令値を求め、このトルク電流指令値に応じてインバータを介してダイナモメータを制御するものにおいて、
前記エンジンのモデル速度信号を生成して車両モデル部に出力するエンジンモデル部と、このエンジンのモデル速度信号と前記回転速度信号との偏差を入力してトルク信号に変換するコントローラとを設け、このコントローラの出力信号と車両モデル部よりのエンジンの負荷トルク指令値とを加算してエンジンモデル部に出力し、このエンジンモデル部でエンジンのモデル速度信号を演算するように構成したことを特徴としたエンジン試験装置の制御装置。
The engine and dynamometer are directly connected to each other through a rotating shaft, and the rotational speed signal of the engine or dynamometer is detected and introduced into the vehicle model portion. The vehicle model portion generates an engine load torque command value to control the torque. The torque current command value is obtained using the load torque command value introduced by the torque control unit, the detected shaft torque value, and the rotational speed signal, and an inverter is passed through the torque current command value. To control the dynamometer
An engine model unit that generates a model speed signal of the engine and outputs the model speed signal to a vehicle model unit, and a controller that inputs a deviation between the model speed signal of the engine and the rotation speed signal and converts it into a torque signal, The controller output signal and the engine load torque command value from the vehicle model part are added and output to the engine model part, and the engine model speed signal is calculated by the engine model part. Control device for engine test equipment.
前記エンジンモデル部は、1/(Je・s)が演算するエンジンモデル速度信号を出力することを特徴とした請求項1記載のエンジン試験装置の制御装置。
ただし、Jeはエンジンの慣性モーメント。
2. The engine test apparatus control device according to claim 1, wherein the engine model section outputs an engine model speed signal calculated by 1 / (Je · s).
However, Je is the moment of inertia of the engine.
前記コントローラは、積分特性若しくは比例特性を持ったコントローラであることを特徴とした請求項1又は2記載のエンジン試験装置の制御装置。3. The control device for an engine test apparatus according to claim 1, wherein the controller is a controller having integral characteristics or proportional characteristics. 予め測定して用意したエンジン回転数とスロットル開度及びエンジントルク特性の関係を表すエンジントルクマップを設け、スロットルアクチュエータのスロットル開度信号と前記回転速度信号をエンジントルクマップに導入してエンジントルク値を推定し、この推定値と前記コントローラの出力値とを加算し、この加算信号と前記エンジンの負荷トルク指令値とを加算してエンジンモデル部に出力するよう構成したことを特徴とした請求項1乃至3記載のエンジン試験装置の制御装置。An engine torque map representing the relationship between engine speed, throttle opening, and engine torque characteristics prepared in advance by measurement is provided, and the engine torque value is calculated by introducing the throttle opening signal of the throttle actuator and the rotational speed signal into the engine torque map. The estimated value and the output value of the controller are added, and the addition signal and the load torque command value of the engine are added and output to the engine model unit. A control device for an engine test apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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