JP5245519B2 - エンジンベンチシステム - Google Patents

Description

本発明は、試験車両の駆動源をダイナモメータに軸結合し、試験車両の動力伝達系を仮想車両モデルとしてもつコントローラによって仮想車両試験を行うエンジンベンチシステムに係り、特にＭ／Ｔ車でのクラッチとトランスミッションを仮想車両モデルに含めて試験を行うエンジンベンチシステムに関する。

仮想車両試験を行うエンジンベンチシステムでは、エンジンおよびダイナモメータを軸結合し、コントローラには仮想車両の動力伝達系の等価モデルを有してエンジン出力制御とダイナモメータの速度とトルク制御を行う。等価モデルには、車両の等価慣性、駆動系の等価ダンピング定数および等価バネ定数をモデル定数とし、ダイナモメータに発生させる負荷トルクを求めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−０３９３８１号公報

（課題１）
Ｍ／Ｔ車でのエンジンベンチ試験において、仮想のトランスミッションを変速操作する方式として、仮想のミッションのシフト位置を直接に選択する直接変速方式、車両速度Ｖにおける変速マップにより、仮想のミッションのシフト位置を間接指定するＶ変速方式、車両速度Ｖとスロットル開度θにおける変速マップにより、仮想のミッションのシフト位置を間接指定するＶ−θ変速方式がある。

上記のＶ変速方式またはＶ−θ変速方式は、仮想のトランスミッションがニュートラル（Ｎ）位置以外のシフトポジション（インギヤ状態）にあるときも変速が可能となっている。しかし、従来の試験では車両速度が停止（車両速度０ｋｍ／ｈ）状態など低速制御状態でもニュートラル位置以外のシフトポジション（インギヤ状態）が選択されているため、このままではエンスト（エンジン停止）を起こす。このエンスト防止対策としてオートクラッチ機能（強制クラッチ切り状態）が動作し、エンストを防止している。

このエンスト防止対策では、モード走行運転パターンを繰り返し運転する耐久試験では、エンスト寸前でオートクラッチ機能が動作する為、エンスト防止回転数設定が低すぎるとエンストしていまい、連続的な運転がでない場合がある。

また、オートクラッチ機能が一旦動作すると、車両速度指令が一度は発進車両速度設定以下にならないと、次の発進処理に移行できないため、連続的な運転がでない場合がある。なお、発進処理とは、ミッションのシフト位置をＮ（ニュートラル）からインギヤ（ニュートラル以外のシフト位置）にして車両速度制御に入ることである。

（課題２）
Ｍ／Ｔ車でのエンジンベンチ試験において、発進時のクラッチ動作制御としてクラッチＡＳＲ（クラッチ車両速度）機能にて発進を行っている。各規格のモード走行運転パターンでは、クラッチＡＳＲ発進機能で発進する事により、車両速度の追従性が向上している。この時のスロットル開度動作は、スロットル発進開度指令が一定、もしくは一定の傾斜にて増加する為、車両速度指令の傾斜が急激に立ち上がるとクラッチ動作（クラッチ切り状態からクラッチ接続状態）が速くなり、エンストしていまい、連続的な運転がでない場合がある。

なお、クラッチＡＳＲ発進機能とは、クラッチが設定された車両速度で接続状態になるように車両速度制御することである。

本発明の目的は、Ｍ／Ｔ車でのゼロ速度（停止状態）制御を含む試験にもエンストを確実に防止し、さらに発進時のエンストを確実に防止できるエンジンベンチシステムを提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、試験車両のエンジンにクラッチとマニュアルトランスミッションを結合し、これにダイナモメータを軸結合し、仮想のクラッチと仮想のトランスミッションを含んだ仮想車両モデルとして機能するコントローラによって前記ダイナモメータを制御することにより、前記試験車両の仮想車両試験を行うエンジンベンチシステム構成とする。そして、試験車両での発進処理の実行条件として、車両速度指令が加速指令出力（加速判別）、車両速度指令がニュートラル位置に戻し設定車両速度以上、車両速度指令が発進車両速度設定以上の何れかの場合とする。また、通常運転から前記仮想のクラッチの切りと前記仮想のトランスミッションのニュートラル位置戻しの実行条件として、Ｎ（ニュートラル）位置の選択指令があった場合、または車両速度指令が減速指令出力（減速判別）であり、かつ車両速度検出がニュートラル位置戻し設定車両速度以下であり、かつスロットル開度検出がゼロ％（全閉）の状態である場合とする。

以上のことから、本発明は、以下のシステムを特徴とする。

（１）試験車両のエンジンにクラッチとマニュアルトランスミッションを結合し、これにダイナモメータを軸結合し、仮想のクラッチと仮想のトランスミッションを含んだ仮想車両モデルとして機能するコントローラによって前記ダイナモメータを制御することにより、前記試験車両の仮想車両試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記コントローラは、
前記仮想のクラッチが切り状態で、前記仮想のトランスミッションをニュートラル位置以外にする指令があり、車両速度指令が加速指令出力（加速判別）、車両速度指令がニュートラル位置戻し設定車両速度以上、車両速度指令が発進車両速度設定以上の何れかの場合に発進処理を実行する手段と、
通常運転状態で、前記仮想のトランスミッションをニュートラル位置にする指令があった場合、または車両速度指令が減速指令出力（減速判別）であり、かつ車両速度検出がニュートラル位置戻し設定車両速度以下であり、かつスロットル開度検出がゼロ％（全閉）の状態である場合に、前記仮想のクラッチの切りと前記仮想のトランスミッションのニュートラル位置戻しを実行する手段と、
を備えたことを特徴とする。

（２）前記コントローラは、
前記発進処理を実行する手段と前記仮想のクラッチの切りと前記仮想のトランスミッションのニュートラル位置戻しを実行する手段に代えて、
前記仮想のトランスミッションのニュートラル位置以外のシフト指令が成立し、車両速度指令が発進車両速度設定以上になると、発進処理を実行し、通常運転に入った後、前記ニュートラル位置にする指令を選択、またはエンジン回転数がエンスト防止回転数設定以下になると、強制的に前記仮想のクラッチを切り状態にするオートクラッチ手段に切り換え可能にしたことを特徴とする。

（３）前記発進処理を実行する手段は、車両速度指令と車両速度検出値との車両速度偏差を比例積分演算し、この演算結果を発進時のスロットル開度設定に加算もしくは減算してスロットル開度指令とする手段を備えたことを特徴とする。

（４）前記コントローラによる車両速度制御は、モード走行運転パターンなど、予め試験速度パターンが決められている場合には、現在速度よりも一定時間先の速度を読み出してそれを車両速度指令とする車両速度指令発生手段を備えたことを特徴とする。

（５）前記速度指令発生手段は、先出しの車速からファールしない範囲で、できるだけ長期の運転目標車速を作成し、目標車速と位相を合わせるようにした移動平均処理を用いた滑らかな運転目標車速を車両速度指令とすることを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、試験車両のエンジンにクラッチとマニュアルトランスミッションを結合し、これにダイナモメータを軸結合し、仮想のクラッチと仮想のトランスミッションを含んだ仮想車両モデルとして機能するコントローラによって前記ダイナモメータを制御することにより、前記試験車両の仮想車両試験を行うエンジンベンチシステム構成とし、Ｎ（ニュートラル）位置戻し機能を追加することにより、エンジンに負担なく、車両速度がゼロ速度（停止状態）になることが可能となるため、エンストをすることがなくなり、モード走行運転パターンを繰り返し運転する耐久試験では連続的な運転が可能になる。

また、Ｎ（ニュートラル）位置戻し機能の「有効・無効」の選択を設けることにより、従来の試験方法との互換性を持たせることが可能となる。

また、車両の発進時に、車両速度偏差を制御した出力を開度指令にすることにより、適度な発進開度になるためエンストをすることがなく、スムーズに発進できることが可能となり、車両速度制御の追従性能の向上が可能になる。

（実施形態１）
図５は、Ｍ／Ｔ車の仮想車両試験を行うエンジンベンチシステムの構成を示す。試験車両のエンジン１にはクラッチ２とマニュアルトランスミッション（Ｍ／Ｔ）３を結合し、これに誘導機構成のダイナモメータ４を軸結合する。ダイナモメータ４の速度制御やトルク制御は、インバータ５の出力周波数・電圧をフィードバック信号としてコントローラ６が行う。コントローラ６は、コンピュータ資源とこれを使用したソフトウェア構成とし、スロットルアクチェータ７も制御し、スロットルアクチェータ７によってエンジン１のスロットル開度を制御することで試験条件に合わせた出力制御を行う。

コントローラ６は、クラッチ２から車両のタイヤまでの動力伝達系の構成を仮想車両モデルとしてもち、このモデル定数として等価慣性やバネ定数を設定し、エンジン回転速度などからダイナモメータの負荷トルクや速度を求める。なお、トランスミッション３は変速比が１対１になる４速位置に固定し、速度制御中のシフト操作には仮想車両モデル側の変速比を切り換える。また、クラッチ２の入り／切りは仮想車両モデル側で入り／切りを行う。

図５中に示す仮想車両モデルは、クラッチ２の等価バネ定数と等価ダンピング定数、トランスミッション３の慣性Ｊａと変速位置による変速比定数、ファイナルギアの減速比と慣性Ｊｂ、タイヤと車体がもつ慣性Ｊｃ、車両の走行に伴い発生する走行抵抗を要素としてもつ。

以上のシステム構成において、本実施形態では、従来のエンスト（エンジン停止）防止対策のオートクラッチ機能（強制クラッチ切り状態）に、Ｍ／Ｔ車でのシフトをＮ（ニュートラル）に戻すＮ戻し機能を追加して仮想車両試験を可能とするものである。

図１は、発進処理を含む連続運転試験のためのコントローラの処理フローである。以下、機能別に詳細に説明する。

（１−１）試験の前処理
コントローラ６に試験内容に応じた車両速度制御パターンのセット、Ｍ／Ｔ車の仮想車両モデルのセット、Ｖ変速方式またはＶ−θ変速方式のセットを行う（Ｓ１〜Ｓ３）。次に、従来のエンスト（エンジン停止）防止対策のオートクラッチ機能（強制クラッチ切り状態）により試験を行うのか、Ｎ戻し機能により試験を行うのかを切り換える（Ｓ４）。

（１−２）オートクラッチ機能
オートクラッチ機能（Ｎ戻し無効）では、Ｎ（ニュートラル）以外のシフト指令（条件Ａ）が成立後、車両速度指令が発進車両速度設定以上（条件Ｄ）になると、発進処理を実行する（Ｓ５〜Ｓ８）。

この発進処理から通常運転に入った後、Ｎ（ニュートラル）指令を選択（条件Ｅ）、またはエンジン回転数がエンスト防止回転数設定以下（条件Ｉ）になると、オートクラッチ機能「強制的にクラッチ断（切り状態）」を実行する（Ｓ９〜Ｓ１２）。このとき、通常はニュートラル以外のシフトポジション（インギヤ状態）が選択されているため、オートクラッチ機能が動作する。

したがって、オートクラッチ機能は、オートクラッチ動作後の発進処理には、一度、車両速度指令が発進車両速度設定以下になり、その後、車両速度指令が発進車両速度設定以上（条件Ｄ）になることにより実行するため、前記のように、連続的な運転がでない場合がある。

（１−３）Ｎ（ニュートラル）位置戻し機能
（１−３ａ）＜Ｖ変速、Ｖ−θ変速時の車両の発進条件＞
（条件Ａ）：Ｎ（ニュートラル）以外の指令（インギヤ）⇒この状態ではクラッチ切り状態
（条件Ｂ）：車両速度指令が加速指令出力（加速判別）
（条件Ｃ）：車両速度指令がＮ戻し設定車両速度以上
（条件Ｄ）：車両速度指令が発進車両速度設定以上
以上の条件（Ａ）が成立後に、条件（Ｂ）または条件（Ｃ）または条件（Ｄ）が成立したとき、発進処理を実行する（Ｓ１３〜Ｓ１７）。

（１−３ｂ）＜Ｖ変速、Ｖ−θ変速時のシフトＮ（ニュートラル）戻し条件＞
（条件Ｅ）：Ｎ（ニュートラル）指令を選択
（条件Ｆ）：車両速度指令が減速指令出力（減速判別）
（条件Ｇ）：車両速度検出がＮ戻し設定車両速度以下
（条件Ｈ）：スロットル開度検出がゼロ％（全閉）の状態
発進処理後の通常運転状態で、以上の条件（Ｅ）が成立したとき、または条件（Ｆ・Ｇ・Ｈ）の全ての条件が成立したとき、クラッチ断（切り）を行い、シフトＮ（ニュートラル）戻しを実行する（Ｓ１８〜Ｓ２４）。

なお、条件（Ｅ）は、条件（Ｆ・Ｇ・Ｈ）に関わらず、単独で条件（Ｅ）が成立にて、Ｎ戻し処理を実行するためのものである。

（１−３ｃ）＜Ｖ変速、Ｖ−θ変速時のＮ戻し後の発進条件＞
再度（１−３ａ）＜Ｖ変速、Ｖ−θ変速時の車両の発進条件＞から実行する。

したがって、Ｎ戻し機能を設けることにより、クラッチ２を入り操作、かつミッションを４速位置からニュートラル位置にシフトすることなく試験を行うも、ダイナモメータ４が発生する負荷トルクは、クラッチが仮想の「切り」となると共に、ミッションのシフト位置が仮想のＮ（ニュートラル）位置になり、車両速度がゼロ速度（停止状態）になってもエンジン１に負担（トルク負荷）を与えることなく、エンストをするのを防止できる。

これに伴って、モード走行運転パターンを繰り返し運転する耐久試験では連続的な運転が可能になる。また、Ｎ（ニュートラル）戻し機能の「有効・無効」の選択を設けることにより、従来のオートクラッチ機能による試験方法との互換性を持たせることができる。

なお、コントローラ６による車両速度制御方式として、モード走行運転パターンなど、予め試験速度パターンが決められている場合には、現在速度よりも一定時間先の速度を読み出してそれを車両速度指令とすることにより、制御のレスポンス遅れや機構のガタ、ヒステリシスの影響による速度追従性の低下を補償することができる（例えば、特開２００５−２９７８７２号公報参照）。

さらに、この先出し車速による車両速度指令の発生において、先出しの車速からファールしない範囲で、できるだけ長期の運転目標車速を作成し、目標車速と位相を合わせるようにした移動平均処理を用いた滑らかな運転目標車速を車両速度指令とすることができる。この場合、先出しの車速指令から、車両速度指令の加速判別（条件Ｂ）、減速判別（条件Ｆ）をする。先出しの車速指令がない場合は、目標車速と位相をあわせるようにした移動平均処理を用いた車両速度指令にて加速判別（条件Ｂ）、減速判別（条件Ｆ）をする。

この手法は、図２に車速指令の生成説明図で示すように、現時点ＡからＰ秒先のＢ点の速度を目標速度としてその間の移動平均処理で運転目標とすると、許容誤差下限を下回る速度（ファール）になる場合がある。これを避けるため、Ｃ点の速度を目標速度としてその間の移動平均処理を行う。

（実施形態２）
本実施形態は、コントローラ６による発進時のアクセル開度制御方式を提案するものである。

従来の発進処理では、スロットル開度指令が一定、もしくは一定の傾斜で増加していた。これに対し、本実施形態では、図３にアクセル開度の発進処理回路を示すように、車両速度指令値Ｖｓｅｔと車両速度検出値Ｖｄｅｔとの車両速度偏差を少なくするために比例積分（ＰＩ）制御アンプを設け、この演算結果ＯＵＴを発進時のスロットル開度設定に加算もしくは減算してスロットル開度指令とすることで、エンスト防止を図る。

車両速度偏差を少なくするためのＰＩ制御回路の構成を図４に示す。同図中、比例要素ＡＭＰ１のＫｐは車両速度偏差に乗算する比例ゲイン、積分要素ＡＭＰ２のＴｉは積分の時定数であり、車両速度偏差に比例ゲインＫｐを乗算し、その出力信号を時定数Ｔｉを有して積分し、両出力信号を加算した信号ＯＵＴを発進開度設定に加算する。

したがって、本実施形態では、車両が発進制御時に、車両速度偏差を制御した出力を開度指令にすることにより、適度な発進開度を得ることができ、エンストをすることがなく、スムーズに発進できることが可能となり、車両速度制御の追従性能の向上が可能になる。

なお、本実施形態におけるアクセル開度の設定は、車速指令を基に求められることから、実施形態１と同様に、先出しの車速を基にアクセル開度を求めることで、追従性を高めることができる。

本発明の実施形態を示すコントローラの処理フロー。 車速指令の生成説明図。 アクセル開度の発進処理回路。 ＰＩ制御回路の構成図。 エンジンベンチシステムの構成図。

符号の説明

１ エンジン
２ クラッチ
３ トランスミッション
４ ダイナモメータ
５ インバータ
６ コントローラ
７ スロットルアクチェータ

Claims (5)

1. 試験車両のエンジンにクラッチとマニュアルトランスミッションを結合し、これにダイナモメータを軸結合し、仮想のクラッチと仮想のトランスミッションを含んだ仮想車両モデルとして機能するコントローラによって前記ダイナモメータを制御することにより、前記試験車両の仮想車両試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
   前記コントローラは、
   前記仮想のクラッチが切り状態で、前記仮想のトランスミッションをニュートラル位置以外にする指令があり、車両速度指令が加速指令出力（加速判別）、車両速度指令がニュートラル位置戻し設定車両速度以上、車両速度指令が発進車両速度設定以上の何れかの場合に発進処理を実行する手段と、
   通常運転状態で、前記仮想のトランスミッションをニュートラル位置にする指令があった場合、または車両速度指令が減速指令出力（減速判別）であり、かつ車両速度検出がニュートラル位置戻し設定車両速度以下であり、かつスロットル開度検出がゼロ％（全閉）の状態である場合に、前記仮想のクラッチの切りと前記仮想のトランスミッションのニュートラル位置戻しを実行する手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。
2. 前記コントローラは、
   前記発進処理を実行する手段と前記仮想のクラッチの切りと前記仮想のトランスミッションのニュートラル位置戻しを実行する手段に代えて、
   前記仮想のトランスミッションのニュートラル位置以外のシフト指令が成立し、車両速度指令が発進車両速度設定以上になると、発進処理を実行し、通常運転に入った後、前記ニュートラル位置にする指令を選択、またはエンジン回転数がエンスト防止回転数設定以下になると、強制的に前記仮想のクラッチを切り状態にするオートクラッチ手段に切り換え可能にし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。
3. 前記発進処理を実行する手段は、車両速度指令と車両速度検出値との車両速度偏差を比例積分演算し、この演算結果を発進時のスロットル開度設定に加算もしくは減算してスロットル開度指令とす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。
4. 前記コントローラによる車両速度制御は、モード走行運転パターンなど、予め試験速度パターンが決められている場合には、現在速度よりも一定時間先の速度を読み出してそれを車両速度指令とする車両速度指令発生手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンベンチシステム。
5. 前記速度指令発生手段は、先出しの車速からファールしない範囲で、できるだけ長期の運転目標車速を作成し、目標車速と位相を合わせるようにした移動平均処理を用いた滑らかな運転目標車速を車両速度指令とすることを特徴とする請求項４に記載のエンジンベンチシステム。

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