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CN105283749B - 发动机台架系统 - Google Patents

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CN105283749B
CN105283749B CN201480027333.1A CN201480027333A CN105283749B CN 105283749 B CN105283749 B CN 105283749B CN 201480027333 A CN201480027333 A CN 201480027333A CN 105283749 B CN105283749 B CN 105283749B
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Abstract

提供一种发动机台架系统，能够基于相比发动机设置在测功器附近的轴转矩计的输出值，高精度地进行空转试验。样品分为发动机主体、以及连接该发动机主体的曲轴和测功器的输出轴的中间结合体。发动机台架系统具有：轴转矩传感器，检测测功器和中间结合体的结合部的扭矩(T23)；轴转矩指令生成装置(61)，通过将对于中间结合体和发动机主体的结合部处的发动机侧轴转矩指令值(T12ref)加上与中间结合体的惯性矩(J2)成比例的转矩值，来计算对于轴转矩检测器的测功器侧轴转矩指令值(T23ref)；及轴转矩控制器(62)，基于测功器侧轴转矩指令值(T23ref)和轴转矩检测器的输出值(T23)，生成转矩控制信号(T3)。

Description

发动机台架系统
技术领域
本发明涉及发动机台架系统。更详细地说，涉及一种发动机台架系统，在具有发动机的样品上连接测功器作为动力吸收体，测定发动机的各种特性。
背景技术
图5是表示发动机台架系统100的构成的图。
发动机台架系统100具有：由发动机E及其输出轴SW构成的样品W；作为动力吸收体而与该样品W的输出轴SW的测功器DY；经由油门传动机构110控制发动机E的发动机控制器120；经由变换器130控制测功器DY的测功器控制器140；检测测功器DY的输出轴的转速的编码器150；及检测样品W的输出轴SW和测功器DY的输出轴的结合部处的轴转矩(扭矩)的轴转矩传感器160。另外，在图5中，离合器、变速器和驱动轴等机械要素统一简化为输出轴SW而示出。
发动机控制器120通过按每个试验项目预定的方式控制发动机E的输出，测功器控制器140基于编码器150、轴转矩传感器160的输出等，控制测功器DY的转速、转矩(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-133714号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，上述发动机台架系统100所进行的试验项目之一具有被称为空转试验的试验项目。所谓空转试验是指测定所谓空转时的发动机的特性的试验。更具体地说，测定从空载状态开始在短时间内将油门开度全开时的测功器DY的转速的变化(例如，转速的上升方式、最高值等)。
在上述图5所示的构成的发动机台架系统100中，在进行这种空转试验的情况下，向测功器控制器140输入的轴转矩指令值为0。即，在测功器控制器140中，以不会在轴转矩传感器160中产生扭矩的方式、即以不对发动机E施加负荷的方式，在测功器DY中产生转矩。
图6是表示现有的发动机台架系统100中的空转试验的结果的图。在图6中，利用细实线表示发动机台架系统100的测定结果即由编码器150测定的转速。并且，在图6中，利用粗虚线表示利用发动机单体测定的情况下的结果。在此，发动机单体是指发动机E和输出轴SW分离而使发动机E成为无负荷的状态。换言之，图6的粗虚线表示在离合器分离的状态下将油门全开的情况下的实际的发动机转速的变化。因此，图6的粗虚线是成为发动机台架系统100的测定结果的理想值的值。
如图6所示，发动机台架系统100的测定结果(细实线)始终被理想值(粗虚线)小。如上所述，在发动机台架系统100中，在进行空转试验时，想要通过使轴转矩指令值为0来再现不对发动机E施加负荷的状态。但是，在从轴转矩传感器160到发动机E的曲轴为止的部分即输出轴SW的惯性必须在发动机E侧负担，其结果是，测定结果在加速时和减速时都低于理想值。如上所述，在现有的发动机台架系统100中，在空转试验中，很难高精度地测定发动机单体的性能。
另外，理论上来说，使轴转矩传感器160的位置更靠近发动机E的曲轴侧的话，输出轴SW的惯性也可以由测功器DY负担。但是，轴转矩传感器160越靠近发动机E就越容易传递发动机E的热，因此温度漂移对测定值的变化的影响变大。并且，轴转矩传感器160越靠近发动机E就越容易传递发动机E的振动，测定精度降低。根据以上的理由，轴转矩传感器160的位置优选相比发动机E来说靠近测功器DY。
本发明的目的在于提供一种发动机台架系统，能够基于相比发动机设置在测功器附近的轴转矩计的输出值，高精度地进行空转试验。
用于解决课题的手段
(1)为了达成上述目的，本发明提供一种发动机台架系统(例如后述的发动机台架系统1)，具有：测功器(例如后述的测功器DY)，所述测功器的输出轴与样品(例如后述的样品W)连接；及轴转矩检测器(例如后述的轴转矩传感器7)，检测所述测功器的输出轴和所述样品的结合部处的扭矩(T23)，所述样品分为发动机主体(例如后述的发送机主体W1)、以及连接该发动机主体的曲轴和所述测功器的输出轴的中间结合体(例如后述的中间结合体W2)。所述发动机台架系统具有：轴转矩指令生成装置(例如后述的轴转矩指令生成装置61)，通过将发动机侧轴转矩指令值(T12ref)加上与所述中间结合体的惯性矩(J2)成比例的转矩值，来计算与对于所述轴转矩检测器中的扭矩的指令值相当的测功器侧轴转矩指令值(T23ref)，该发动机侧轴转矩指令值与对于所述中间结合体和所述发动机主体的结合部处的扭矩(T12)的指令值相当；及轴转矩控制器(例如后述的轴转矩控制器62)，基于所述测功器侧轴转矩指令值(T23ref)和所述轴转矩检测器的输出值(T23)，生成所述测功器的转矩控制信号(T3)。
(2)在这种情况下，优选所述发动机台架系统还具有转速检测器(例如后述的编码器8)，检测所述测功器的输出轴的转速，所述轴转矩指令生成装置通过将所述转速检测器的输出的微分值乘以所述中间结合体的惯性矩而得到的转矩值加上所述发动机侧轴转矩指令值，计算出测功器侧轴转矩指令值(T23ref)。
发明效果
(1)在本发明中，通过轴转矩检测器检测出由发动机主体和中间结合体构成的样品与测功器的结合部处的扭矩，通过轴转矩控制器，基于轴转矩检测器的输出值和预定的测功器侧轴转矩指令值生成转矩控制信号。另外，在本发明的轴转矩指令生成装置中，通过将预定的发动机侧轴转矩指令值加上与中间结合体的惯性矩成比例的转矩值，计算出测功器侧轴转矩指令值，输入到所述轴转矩控制器。在本发明中，通过这样将与中间结合体的惯性矩成比例的转矩值包括在内而决定测功器侧轴转矩指令值，能够在测功器侧负担中间结合体的至少一部分惯性。因此，根据本发明，与以往相比，能够降低施加到发动机主体的负担，因此在空转试验中能够仅仅对发动机主体的性能进行高精度的评价。
(2)在本发明中，通过将转速检测器的输出的微分值乘以中间结合体的惯性矩而得到的转矩值(即用于将中间结合体加减速的转矩值)加上预定的发动机侧轴转矩指令值，计算出测功器侧轴转矩指令值。本发明的发动机台架系统适于通过两个弹簧要素连结三个惯性体而构成的三惯性系模型进行的近似。这样一来，用于将中间结合体加减速的转矩值大致等于测功器侧轴转矩和发动机侧轴转矩的差，因此通过这样决定测功器侧轴转矩指令值，即使相比中间结合体设置于测功器侧的轴转矩检测器，也能够控制发动机侧轴转矩。因此，根据本发明，仅通过使发动机侧轴转矩指令值为0就能够实现发动机主体的大致无负荷状态，因此在空转试验中能够仅仅对发动机主体的性能进行高精度的评价。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的发动机台架系统的构成的图。
图2是表示与所述实施方式涉及的发动机台架系统的机械系统相当的三惯性系模型的图。
图3是示出所述实施方式涉及的轴转矩控制的控制电路的构成的框图。
图4是表示所述实施方式涉及的发动机台架系统的空转试验的结果的图。
图5是表示现有的发动机台架系统的构成的图。
图6是表示现有的发动机台架系统的空转试验的结果的图。
具体实施方式
下面，参考附图对本发明的一个实施方式详细地进行说明。
图1是表示本实施方式涉及的发动机台架系统1的构成的图。
发动机台架系统1具有：具有发动机E和输出轴SW的样品W；作为动力吸收体而与样品W连接的测功器DY；经由油门传动机构2控制发动机E的发动机控制器5；经由变换器3控制测功器DY的测功器控制器6；检测样品W的轴SW和测功器DY的输出轴SD的结合部处的扭矩的轴转矩传感器7；及检测测功器DY的输出轴SD的转速的编码器8。
作为发动机台架系统1的试验对象的样品W通过将发动机E、离合器C、变速器TM、轴SW如图1所示那样地组合而构成。即，该样品W能够在离合器C处将包括发动机E及其曲轴在内的发动机主体W1和包括变速器TM和轴S在内的中间结合体W2的机械性的连接切断。另外，样品W如上所述包括离合器C和变速器TM，因此整体的刚性低于轴转矩传感器7的刚性。
发动机控制器5以按照每个试验项目确定的方式来控制发动机E的输出。
测功器控制器6以按照每个试验项目确定的方式来吸收发动机E的动力的方式，基于轴转矩传感器7和编码器8的输出来生成与应当在测功器DY产生的转矩值相当的转矩控制信号，向变换器3输入。
接着，对测功器控制器6的构成进行说明。在本实施方式中，通过利用两个弹簧要素连结图2所示的具有各自固有的惯性矩的三个惯性体而构成的三惯性系模型，来近似发动机台架系统1的机械系统的构成。如上所述，样品整体是刚性的，因此基于图2所示的三惯性系模型的近似是适当的。
在图2中，“J1”相当于发动机主体的惯性矩。“J3”相当于测功器的惯性矩。“J2”相当于中间结合体的惯性矩。另外，所述三个惯性矩J1～J3的具体值可以通过预先进行实验来确定。
“T12”相当于发动机主体和中间结合体的结合部处的扭矩。“T23”相当于中间结合体和测功器的结合部处的扭矩。在下文中，将扭矩T12称为发动机侧轴转矩，将扭矩T23称为测功器侧轴转矩。另外，测功器侧轴转矩T23相当于轴转矩传感器的输出值。“T3”相当于测功器的产生转矩。即，产生转矩T3相当于在测功器控制器6生成的转矩控制信号的值。“w3”相当于测功器的输出轴的转速。即，转速w3相当于编码器的输出值。
图3是示出测功器控制器6的轴转矩控制的控制电路的构成的框图。
测功器控制器6具有：生成对于测功器侧轴转矩的指令值T23ref的轴转矩指令值生成装置61；基于测功器侧轴转矩指令值T23ref和轴转矩传感器的输出值T23生成转矩控制信号T3的轴转矩控制器62；及逐个识别在轴转矩控制器62中使用的控制参数的参数识别器63。
轴转矩指令值生成装置61基于对于发动机侧轴转矩T12的指令值T12ref和编码器的输出值w3，生成对于测功器侧轴转矩T23的指令值。更具体地说，轴转矩指令生成装置61如下述式(1)所示，将从外部输入的发动机侧轴转矩指令值T12ref和用于将中间结合体加减速的转矩值相加得到的值作为测功器侧轴转矩指令值T23ref，其中用于将中间结合体加减速的转矩值亦即将对编码器的输出值w3进行伪微分之后乘以中间结合体的惯性矩J2而得到的转矩值。另外，对伪微分施加特征的截止频率f1使用预定的值。
[数学式1]
轴转矩控制器62基于测功器侧轴转矩指令值T23ref和轴转矩传感器输出T23生成转矩控制信号T3。更具体地说，轴转矩控制器62通过下述式(2)所示的运算来生成转矩控制信号T3，其中所述式(2)将轴转矩指令值T23ref和轴转矩传感器输出T23作为输入。
[数学式2]
所述式(2)的运算由测功器侧轴转矩指令值T23ref和轴转矩传感器输出T23的滤值(フィルタ値)的偏差的积分运算、轴转矩传感器输出T23的微分运算、以及轴转矩传感器输出T23的比例运算构成。
在轴转矩控制器62中，通过功能块621中的积分运算，控制成使得测功器侧轴转矩指令值T23ref和轴转矩传感器输出T23的偏差变小。另外，在图2所示的三惯性系模型的运动方程式中，如果假定中间结合体的转速w2和测功器的转速w3相等，则能够导出下述式(3)。
J2(dw3/dt)≈T23－T12 (3)
因此，在所述轴转矩指令生成装置61中，如上述式(1)所示，由于测功器侧轴转矩指令值中包含用于将中间结合体加减速的转矩值(J2(dw3/dt))，能够导出下述式(4)。即，根据轴转矩控制器62的积分运算来控制测功器以使测功器侧轴转矩指令值T23ref和轴转矩传感器输出T23的偏差变小，从而从外部输入的发动机侧轴转矩指令值T12ref和发动机侧轴转矩T12的偏差也能够同时变小。
T12ref－T12＝T23ref－T23 (4)
另外，对于轴转矩传感器输出T23，经过功能块622中的滤波运算，能够抑制高频带的振动的影响。另外，在轴转矩控制器62中，通过功能块623中的微分运算和比例运算，能够抑制样品的低刚性弹簧的振动。
参数识别器63基于惯性矩J1～J3、发动机主体和中间结合体之间的弹簧刚性K12、以及中间结合体和测功器之间的弹簧刚性K23等的值，逐个识别轴转矩控制器62中的控制参数Ki、Kd、Kp的具体的值。另外，对于识别这些控制参数Ki、Kd、Kp的具体的值的详细顺序，在例如本申请人提出的日本特开2009-133714号公报中已经公开，因此在此省略进一步的详细说明。
接着，对如上构成的发动机台架系统1中的空转试验的结果进行说明。
图4是表示本实施方式的发动机台架系统1的空转试验的结果的图。在图4中，利用细实线表示发动机台架系统1的测定结果即由编码器8测定的转速。在该空转试验中，为了减小施加到发动机的负担，使发动机侧轴转矩指令值T12ref为0。另外，在图4中，与图6同样地，利用粗虚线表示成为发动机台架系统1的测定结果的理想值的值。
如图4所示，虽然在时刻t＝0.1，在刚刚进行加速之后有稍稍的延迟，但在时刻t＝0.1～0.6的加速时和时刻t＝0.6以后的减速时都与理想值大致一致。即，在本实施方式的发动机台架系统中验证出，通过图3所示的控制电路以使发动机侧轴转矩为0的方式在测功器使中间结合体加减速，从而在离合器连接的状态下也能够仅对发动机主体的性能进行高精度的测定。
符号说明
1：发动机台架系统；
61：轴转矩指令生成装置；
62：轴转矩控制器；
7：轴转矩传感器(轴转矩检测器)；
8：编码器(转速检测器)；
DY：测功器；
W：样品；
W1：发动机主体；
W2：中间结合体。

Claims (1)

1.一种发动机台架系统，具有：
测功器，所述测功器的输出轴与样品连接；
轴转矩检测器，检测所述测功器的输出轴和所述样品的结合部处的扭矩；及
转速检测器，检测所述测功器的输出轴的转速，
所述样品分为发动机主体、以及连接该发动机主体的曲轴和所述测功器的输出轴的中间结合体，
其特征在于，
所述发动机台架系统具有：
轴转矩指令生成装置，通过将发动机侧轴转矩指令值加上所述转速检测器的输出的微分值乘以所述中间结合体的惯性矩得到的转矩值，来计算与对所述轴转矩检测器中的扭矩的指令值相当的测功器侧轴转矩指令值，该发动机侧轴转矩指令值与对所述中间结合体和所述发动机主体的结合部处的扭矩的指令值相当；及
轴转矩控制器，基于所述测功器侧轴转矩指令值和所述轴转矩检测器的输出值，生成所述测功器的转矩控制信号。
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