JPH0312534A - エンジン試験制御装置 - Google Patents

エンジン試験制御装置

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JPH0312534A
JPH0312534A JP1145458A JP14545889A JPH0312534A JP H0312534 A JPH0312534 A JP H0312534A JP 1145458 A JP1145458 A JP 1145458A JP 14545889 A JP14545889 A JP 14545889A JP H0312534 A JPH0312534 A JP H0312534A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、エンジン単体、或いはエンジンを搭載した車
両の運転試験を実験室内で行なうエンジン試験制御装置
に関する。
（従来の技術） エンジン騒音や、排ガス量等のエンジン性能試験は、エ
ンジンを搭載した車両を実際に走行させて試験データを
人手することが困難であるため、実験室内で行なわれる
ことが多い。
このため、実験室内において試験対象となるエンジンの
スロットル開度及び動力計電流を操作し、エンジントル
ク及び回転数が設定値となるように制御して試験データ
を人手する方法が採られている。
第４図は、このようなエンジン試験装置の従来例を示す
ものであり、運転指令発生器１においてオペレータが回
転数基準及びトルク基準をインプットすると、各基準信
号が出力され、それぞれ回転数基準信号は減算器４ａに
、又、トルク基準信号は減算器４ｂに供給される。
また、試験対象となるエンジン２には回転数検出器３が
取付けられており、ここで検出された回転数測定値は減
算器４ａに供給され、前記回転数基準との偏差が求めら
れる。そして、求められた回転数偏差はエンジン制御部
５に供給され、この回転数偏差を零とするための制御演
算を行ない、スロットル開度の操作信号を生成する。
その後、この操作信号はスロットル開度制御装置６に供
給されるので、この制御装置６は、実際にスロットルバ
ルブ（不図示）の開度を調節してエンジン２の回転数が
設定値となるように制御する。
一方、エンジン２にはトルク検出器７が取付けられてお
り、ここで検出された軸トルク測定値は減算器４ｂに供
給され、前記トルク基準との偏差が求められる。
そして、求められたトルク偏差は動力計制御部８に供給
され、このトルク偏差を零とするための制御演算を行な
い、動力計電流の操作信号を生成する。
その後、この操作信号は動力計電流制御装置９に供給さ
れ、この制御装置９によって実際に動力計電流が調節さ
れてエンジン２のトルクが設定値となるように制御され
る。
こうして、エンジン２の回転数、及びトルクを制御する
ことによって様々なエンジンの運転条件を想定し、各条
件のもとてのエンジン２の騒音や排ガス量など、各種エ
ンジン特性を入手している。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来装置では、スロットルバ
ルブの開度調節でエンジン２の回転数を制御する系統と
、動力計電流調節でエンジン２のトルクを制御する系統
とが分離しており、それぞれの制御系が１人力１出力系
として取扱われるので、各制御系間の相互干渉を抑制す
ることができない。
このため、エンジン２の回転数、及びトルクを同時に所
望する値に安定させることが困難となり、高精度なエン
ジンの特性試験を行なうことができないという課題があ
った。
この発明は、このような従来の課題を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、各制御系の相
互干渉を抑制し、高精度なエンジン試験を可能とするエ
ンジン試験制御装置を提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的達成するため、本発明は、試験対象のエンジン
における１以上の制御量測定値を取込み、これに基づい
て前記制御量を制御する各操作信号を生成するエンジン
試験制御装置において、前記各制御量測定値を所定の数
式モデルに代入して当該エンジンの制御定数を求める制
御定数演算手段と、 前記各制御量測定値と各設定値との偏差を算出する制御
量偏差演算手段と、 前記制御定数、及び前記制御量偏差を基に前記各操作信
号の積分項を求める積分項演算手段と、前記制御定数、
及び前記各制御量測定値を基に前記各操作信号の比例項
を求める比例項演算手段と、 前記積分項と前記比例項とから前記各操作量を求める操
作量演算手段とを有することが特徴である。
（作用） 本発明によるエンジン試験制御装置では、所定のサンプ
リング周期で試験対象となるエンジンにおける各制御項
目の測定値を取込んでおり、制御定数演算手段ではこの
測定値を予め設定された数式モデルに代入して該エンジ
ンの制御定数を演算する。
一方、制御量偏差演算手段では、前記サンプリング周期
で各制御項目の設定値と測定値との偏差を演算する。
そして、積分項演算手段では、前記制御定数と各制御項
目の偏差に基づいて、各制御項目の調節部へ供給する操
作量の積分項を演算する。また、比例項演算手段では、
前記制御定数と各制御項目の測定値に基づいて操作量の
比例項を演算する。
その後、操作量演算手段では、求められた積分項と比例
項から操作量を演算し、これを各調節部へ出力している
。そして、各調節部では供給された操作量によって各制
御項目の測定値が設定値と等しくなるように制御する。
したがって、制御対象となるエンジンは多入力多出力系
として制御されるので、各制御項目の操作信号間で相互
干渉を引起こすことはなくなる。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。
同図に示すように、試験対象となるエンジン２には回転
数検出器３ａ、及びトルク検出器７が取付けらられてお
り、該エンジン２と連結した動力計１０には回転数検出
器３ｂが取付けられている。
そして、各検出器３ａ、３ｂ、７の検出信号は試験制御
装置１１に供給されている。
また、エンジン２には、これに取付けられたスロットル
バルブ（不図示）の開度を調節するスロットル開度制御
装置６、およびこの開度を検出するスロットル開度検出
器１２が接続されており、スロットル開度検出器１２で
検出された開度信号は試験制御装置１１に供給されてい
る。
動力；１１１０には、これに流れる電流を調節する動力
計電流制御装置９が接続されており、エンジン２の軸ト
ルクが設定値となるように動力計電流が制御されている
。
試験制御装置１１は、エンジン２の回転数、及び輔トル
クを運転指令発生器１から与えられる回転数基準、及び
トルク基準と等しくするためにスロットル開度、及び動
力計電流の操作信号を生成するものであり、エンジン２
の回転数偏差、及びトルク偏差を演算する制御量偏差演
算部１′３と、エンジン２の回転数検出値、動力計１０
の回転数検出値、及びスロットル開度検出値を所定の数
式モデルに代入してエンジン２の制御定数を求める制御
定数演算部１４を有している。
また、試験制御装置１１は、制御定数演算部１４で求め
られた制御定数及び制御量偏差演算部１３で求められた
偏差に基づいてスロットル開度及び動力計電流の操作信
号の積分項を算出する積分項演算部１５を備えている。
更に、試験制御装置１１は、制御定数演算部１４で求め
られた制御定数、エンジン２の回転数検出値、輔トルク
検出値、及び動力計１０の回転数検出値に基づいてスロ
ットル開度及び動力Ｊ１の操作信号の比例項を算出する
比例項演算部１６と、求められた積分項、比例項からス
ロットル開度。
及び、動力計７１！流の操作信号を算出する操作量演算
部１７を備えている。
次に本実施例の作用について説明する。
まず、制御定数演算部１４にて演算される制御定数ＫＤ
の演算式を導く手順を説明する。
エンジン２と動力計１０で構成される制御対象の数学モ
デルは、次に示す（１）〜（８）式で表わされる。
ｄＸ／ｄｔ−Ａ−Ｘ＋Ｂ−Ｕ　　　　　・・・（１）−
Ｃ−Ｘ ・・・（２） ただし、 Ｘ＝　　（Ｔｓｎ　　　　ＮＥ　　　　　Ｎｏ　　）”
　　　・・・（６）Ｕ　＝　　（Ｓ　＋ｒ　　　　　Ｉ
　Ｒ）　　”　　　　　　　　　・・（ア）Ｙ＝　　（
ＴＳＩＩ　　　　Ｎｏ　　）　　”　　　　　　　　　
＝−（８）ここで、Ｔ　Ｓ１１は軸トルク、ＮＥはエノ
ジン回転数、ＮＤは動力計回転数、ｓ、Ｉはスロットル
開度操作口、ＫＲは動力計電流操作量、ＫＳＩ＋は連結
軸のねじり剛性係数、Ｊｐはエンジンの完成モーメント
、ＫＮはエンジン回転数変化に対するエンジン発生トル
ク変化を示す係数、ＫＥはスロットル開度変化に対する
エンジン発生トルク変化を示す係数、φは動力計の逆起
電力係数、Ｊｏは動力計の慣性モーメントである。
また、（７）式に示した入力ベクトルＵは、制御定数Ｋ
［）を用いて次のり９）式で表わされる。
ｄ　Ｕ／　ｄ　ｔ　−−Ｋ□　ΦＸｏ　　　　　　・・
１９）ただし、 Ｘｏ　＝　（ｄＸ”　／　ｄ　ｔ　　（Ｙ−Ｒ）　”　
）　Ｔ・・・（１０） ここで、Ｒは基準を表わす。
一方、線形最適制御の逆問題は、制御対象となるエンジ
ン２の応答を評価する関数を最小化する状態フィードバ
ックを求めることであり、この結果は文献（例えばＩＬ
Ｑ最適サーボ系設計法の一般化：システム制御情報学会
論文、１９８８）に記載されている。
これによると、（９）式に示された制御定数ＫＤは適当
な正則行列Ｖと圧定対角行列Σ−ｄｉａｇ（σ１　　σ
２）、および適当な行列Ｆを用いて、次の（１１）式で
表わされる。
Ｋ　　ｏ　　ａｍ　　Ｖ　　−１＊　　　Σ　　−Ｖ　
　−（Ｆ　　　　　Ｉ　　）　　　−ｒ’−１・　　（
Ｉ＋）たたし、 そして、前述した（＋１．　（２１式にこの理論を適用
すると、制御係数ＫＤは次の（１３）、（１４ａ）　〜
（１４１’）式％式％ （１１） ） （１４） （１４） ） （１４） （１４） （３） （１４） ここで、ｗ　ｃ、　ｔｃはトルク制御の目標応答。
Ｔ　Ｃ，ＳＣは回転数制御の目標応答である。
こうして求められた制御定数ＫＯは、線形特性を有する
制御対象にのみ適用できるものであり、実際にはエンジ
ンの応答特性は非線形であるので、このままではエンジ
ン制御に適用することができない。
そこで、エンジン２、及び動力計１０の非線形特性によ
って変化する係数ＫＥ　（スロットル開度変化に対する
エンジン発生トルク変化を示す係数）と、係数φ（動力
系の逆起電力係数）を求めれば、制御定数に＋）を確定
することができる。
本実施例では、係数に８をエンジンの静特性から求める
。即ち、エンジン発生トルクＴ８はスロットル開度Ｓ、
と回転数Ｎ＋＋の関数として次の（１５）式で表わされ
、この関数はエンジン設計値、或いは実測定を用いて決
定することができる。
ＴＢ　−ｆ　（ＮＥ　、　　Ｓｐ　）　　　　　　　・
・・（１５）そして、このエンジン発生トルクＴ８を用
いて次のく１６）式で係数に８を求める。
ＫＩ！　−Ｉｆ　　（Ｎ２　　、　　Ｓｐ　　＋ａ）−
ｆ　　（ＮＥ　　、　　ＳＦ　　−ａ）　　ｌ　　／　
２　　・ａ・・・（１６） ここで、ａは定数である。
（１６）式から明らかなように、エンジン回転数Ｎ、と
スロットル開度Ｓ、とがわかれば、スロットル開度変化
に対すエンジン発生トルク変化を示す係数に８を求める
ことができる。
一方、動力計の逆起電力係数φは動力計１０の回転数か
ら求める。即ち、逆起電力係数φは次の（１７）式で与
えられる。
φ−ｆ　（Ｎｏ、Ｐ、ＩＩＩ）　　　　　　　・・・（
１７）ここで、Ｎｐは動力計１０の回転数、Ｐは定格容
量、■８は定格電流である。
（１７）式において、定格容量Ｐと定格電流Ｉ８は定数
であるから、動力計１０の回転数Ｎ。がわかれば逆起電
力係数φを求めることができる。
以上の結果から、スロットル開度Ｓ　Ｐ　＋　エンジン
回転数Ｎ　Ｂ　％及び動力計回転数ＮＤが得られれば制
御定数ＫＤを求めることができる。
いま、第１図におけるエンジン２の性能試験が開始され
ると、エンジン２の回転数検出器３ａで検出されたエン
ジン回転数検出値Ｎ６．スロットル開度検出器１２で検
出されたスロットル開度検出値Ｓ１．トルク検出器７で
検出された軸トルク検出値ＴＰ＋　及び動力計１０の回
転数検出器３ｂで検出された動力計回転数Ｎｏが試験制
御装置１１に供給される。
そして、試験制御装置１１には供給された各検出信号Ｎ
＋シ、ＳＦ、Ｔｒ、ＮＩ）が所定のサンプリング周期で
取込まれる。以下、ｉ番目のサンプリング時に取込まれ
る検出信号、及び出力される操作信号には、サフィック
スの１を付して説明する。
第２図は、制御定数演算部１４で制御定数Ｋ　Ｄ、　ｌ
を求める手順を示すフローチャートであり、該制御定数
演算部１４に供給されるスロットル開度検出値をＳＦ、
＋＋　エンジン回転数検出値をＮ８１．そして、動力計
回転数検出値をＮ。１として取込む（ステップ５Ｔ２１
）。
次いで、これらの各検出値Ｓｐｉ　　Ｎ。
ＮＤ、ｌを前述した（１．６）、　（１７）式に代入し
て、スロッＩ・小開度変化に対するエンジン発生トルク
変化を示す係数ＫＥ、、、及び動力計１０の逆起電力係
数φ、を求める（ステップ５Ｔ２２，５Ｔ２３）。
そして、これらの各係数に、、、、　　φＩを前述した
（口ａ）〜（１４Ｆ）に代入して、制御定数ＫＤＩの各
要素Ｋ１１．＋＋　　Ｋ、２．、、　Ｋ１４．１＋　Ｋ
１５．＋＋　Ｋ２３Ｋ　２．、　、を求める（ステップ
５Ｔ２４）。
こうＩ−で求められた制御定数に、１は、積分項演算部
１５、及び比例項演算部１６に供給される。
一方、第３図にはこの制御定数に＋）、ｌを用いてスロ
ットル開度ＳＲ，ｌ、及び、動力計電流Ｉ　＋＋を求め
るフローチャートが示されている。このフローチャート
に従って演算の流れを説明すると、試験制御装置１１に
よる制御開始時（ステップ５Ｔ３１でＹＥＳ）には、各
検出値及び各データの初期設定が行なわれる（ステップ
５Ｔ３２）。
ｉ＝１．Ｘ（１−＋−０，Ｘ２２鴫−４−ＯＸ　ｌｌ−
＋−０、Ｘ　１．　＝＋−ＯＸ　２３．１−１＝　Ｏ、
Ｔ　Ｆ、　ｌ−１−Ｔ　ｐＮ２１〜１−ＮＥ、＋、Ｎｒ
）曇−１＝”ＮＤこコテ、Ｘ　１４＋　　Ｘ　２２．　
　Ｘ　Ｉｌｌ　　Ｘ　１６．　Ｘ　ｚｔハソｔ’Ｌぞれ
演算に用いられるパラメータである。
また、ｉ−１以降（ステップ５Ｔ３１でＮｏ）では初期
値の設定は行なわれない。
次いで、制御量偏差演算部１３では、運転指令発生器１
か、ら与えられた回転数基準Ｎ　＋＋、　、とトルク基
ｉ％７□、１．及び動力計１０の回転数検出ｅＮ０．１
　と輔トルク検出値■ＦＩから、次の（１８）　、　（
１９）式によってトルク偏差ΔＴｌ１回転数偏差ΔＮが
求められる（ステップ５Ｔ３３）。
Δ”ｌ’、　ｓｍＴ、、、　−ＴＦ、、　　　　　　　
・・・（１８）ΔＮｌ　ｍＮＲ，ｌ　−ＮＤ、ｌ　　　
　　　　・・・（１９）そして、求められた偏差へＴ２
．ΔＮ１は積分項演算部に供給され、次のく２０）〜（
２３）式によってパラメータＸ、、、ｌ、Ｘ、□ｌ＋　
　Ｘ　１３．１＋　　Ｘ　２１．１が求められる（ステ
ップ５Ｔ３４）。
Ｘ、、、１ｍＫ、、ｌ・ΔＴ、　　　　　　　・・・（
２０）ＸＩ□＋　−Ｋ　ｔ　ｓ　、　＋・ΔＮ、　　　
　　　　　・・・（２１）Ｘ、、、、箇Ｘ　ｚｌ＋　Ｘ
　１２．　Ｉ　　　　　　−（２２）Ｘ　２＋、　ｌ−
Ｋ　２１１．　ｌ　”　　ΔＮ　、　　　　　　　　　
　　−（２３）そして、（２２）、　　（２３）で求め
られたパラメータＸｔ　、＋＋　　Ｘ２＋、１が積分さ
れ、パラメータＸＸ２゜ｌｈ’求められる。即ち、次の
（２４）、　　（２５）式である。
Ｘ　１４．　＋−Ｘ　１４．１−１　＋　Ｘ　１３．１
・Δｔ　　　・（２４）Ｘ　２２．　ｌ−Ｘ　２２．　
ｌ−１＋　Ｘ　２１　１・Δ（、・・（２５）ここで、
Δｔは制御周期である。
（２４）式で求められたパラメータＸ１　、はスロット
ル開度操作ｙｎ　Ｓ　Ｒ，、の積分項、　　（２５）式
で求められたパラメータＸ２２１は動力計電流操作Ｈ！
　Ｉ　ｎの積分項として操作量演算部１７に供給される
。
一方、比例項演算部１６では、エンジン２のｆｉ１転数
検出値ＮＥ、及び軸トルク検出値Ｔ、ｌと、動力計１０
の回転数検出値ＮＤ、ｌ　と、制御定数に１３．１　と
から次の（２６）〜（２９）式によってパラメータＸ　
１　、　＋１　　Ｘ　１６．１．　　Ｘ　２３．　ｌが
求められる（ステップ５Ｔ３６）。
Ｘ　１１−　Ｘ　＋ｑ、　＋−＋＋　Ｋ（ＴＰ、ｌ　　
ＴＦ、ｌ−１）　　　　　・・・（２６）Ｘ　Ｈ６，１
＝　Ｘ　１６１−１＋　Ｋ　１２（Ｎｐ、＋　　　ＮＥ
　　、−１）　　　　　　・・・（２７）Ｘ　２３．ｌ
−Ｘ　２３．Ｉ−１＋　Ｋ　２３（ＮＯ，ｌ　　　ＮＤ
、ｌ−１）　　　　　　・・・（２８）（２ｆｔ）、　
　（２７＞式で求められたパラメータＸ１５及びＸ、６
．、はスロットル開度操作量Ｓ　Ｒ，ｌの比例項、　　
（２ｇ）式で求められたパラメータＸ２３．は動力計電
流操作量■Ｒ１の比例項として操作量演算部１７に供給
される。
また、（２Ｂ）〜（２８）式では、各検出値はＴ、、、
Ｎ１！、Ｎｒｌの今回データと前回データとの差分デー
タから各操作量Ｓ　Ｒ，ｉ　＋　　■Ｒ，ｌの比例項を
演算しているので非線形特性を有するエンジン２におい
て、最適な比例項の算出が可能となる。
その後、操作量演算部１７では、求められた積分項と比
例項から次の（２９）、　（３０）式によってスロット
ル開度の操作量ＳＲ，！、及び動力計電流の操作量Ｉ　
Ｒ，ｌが求められる（ステップ５Ｔ３７）。
ＳＲ，ｌ　−ＸＩ４．ｌ　　ＸＭ５醤−Ｘ　＋６．　ｌ
　　　・・・（２９）Ｉ　Ｒ，１−Ｘ２２１Ｘ２３．１
　　　　　　−（８０）そして、求められた各操作ｆｆ
１ｓＲ，＋　　　［＋＋１は試験制御装置１１から出力
され、操作量Ｓ　Ｒ，ｌはスロットル開度制御装置６、
操作量ＩＲ，ｌは動力計電流制御装置９にそれぞれ供給
される（ステップ５Ｔ３８）。
その後、試験制御装置１１の各演算部はサフィックスの
ｉをインクリメントさせ、次のサンプリング時以降同様
の手順でスロットル開度操作ｆｆ１Ｓ□、及び動力計電
流操作量■３を演算する（ステップ５Ｔ３９）。
そして、スロットル開度制御装置６は操作量ＳＲを基に
エンジン２のスロットル開度を調節し、一方、動力計電
流制御装置９は操作２工、を基に動力計電流を調節する
。
その結果、エンジン２の回転数、及びトルクが運転指令
発生器１において設定した回転数７１、及びトルク基準
し等しくなるように制御される。
このようにして、本実施例では動力計回転数とエンジン
トルクを入力とし、スロットル開度と動力計電流を出力
とした２人力２出力系と１７で、エンジン２と動力計１
０で構成される制御対象を制御している。このため、ス
ロットル開度と動力計電流の両制御量による相互干渉を
引起こすことはなくなり、安定な制御が可能となる。
また、エンジン２が有する非線形特性に対応できるよう
に各操作量が演算されるので、エンジン試験に必要な軸
トルク及び回転数を高精度に制御することが可能となり
、エンジン試験の精度を向上させることかできる。
更に、本実施例では、制御定数をエンジン２と動力計１
０の特性値から求めることができるので、試験対象とな
るエンジン２を取換える際の初期調節等、人手による労
力が軽減される。
また、本実施例では、試験制御装置１１がエンジン回転
数Ｎ８．軸トルクＴ２．及び動力計回転数Ｎ　Ｉ）を人
力する構成と１７たが、このうちエンジン回転数Ｎ８を
人力しなくても、次の（３１）式で推定することができ
る。
Ｎｌ！、Ｅ　−（ｄＴｐ　／ｄ　ｔ）　　　（１／Ｋｓ
ｕ）＋Ｎ、　　　　　　　　　　　・・・（３１）そし
て、このエンジン回転数推定値Ｎ８．をエンジン回転数
ＮＥとして用いることにより、エンジン回転数を入力し
ないで本発明を適用することができるようになる。従っ
て、構成が簡単、容易となるとともに、コストの低減が
図れる。
更に、エンジン２と動力計１０間の連結軸のねじり剛性
は非常にに大きいので、エンジン回転数をそのまま動力
計回転数として取扱うことも可能である。
なお、本実施例では、エンジン２と動力３１’　１０で
構成された制御対象を、２人力２出力系として取扱った
が、更に入力数及び出力数を増加させ、多入力多出力系
として構成できることは勿論である。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、試験対象となるエン
ジンを多入力多出力系として制御１７ているので、従来
のように各調節部の操作信号間で相互干渉を引起すこと
はなくなり、安定な制御が１Ｍ能となる。
また、エンジンが有する非線形特性に対応できるの最適
制御が実現できるので、エンジン試験に必要な各調節部
を高精度に制御することができるようになる。これによ
って、精度の高いエンジンの性能を人手することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は制御
定数を演算する手順を示すフローチャート、第３図はス
ロットル開度、及び動力計電流の操作量を演算する手順
を示すフローチャー１−１第４図は従来例を示す構成図
である。 ２・・・エンジン　　　３ａ、３ｂ・・・回転数検出器
６・・・スロットル開度制御装置 ９・・・動力計電流制御装置 １０・・・動力計　　　］］−・・・試験制御装置］２
・・・スロットル開度検出器 １３・・・制御量（−差演算部 １４・・・制御定数演算部 １５・・・積分項演算部　　１６・・・比例項演算部１
７・・・操作量演算部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 試験対象のエンジンにおける１以上の制御量測定値を取
    込み、これに基づいて前記制御量を制御する各操作信号
    を生成するエンジン試験制御装置において、 前記各制御量測定値を所定の数式モデルに代入して当該
    エンジンの制御定数を求める制御定数演算手段と、 前記各制御量測定値と各設定値との偏差を算出する制御
    量偏差演算手段と、 前記制御定数、及び前記制御量偏差を基に前記各操作信
    号の積分項を求める積分項演算手段と、前記制御定数、
    及び前記各制御量測定値を基に前記各操作信号の比例項
    を求める比例項演算手段と、 前記積分項と前記比例項とから前記各操作量を求める操
    作量演算手段と、 を有することを特徴とするエンジン試験制御装置。
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