JP4026482B2 - エンジン試験装置の制御装置 - Google Patents

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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