JP5895405B2

JP5895405B2 - エンジンベンチシステムの制御装置

Info

Publication number: JP5895405B2
Application number: JP2011193489A
Authority: JP
Inventors: 慎也長尾; 岳夫秋山; 正康菅家; 喜正澤田; 城戸　善治; 善治城戸
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: JP2013053977A

Description

本発明は、エンジンベンチシステムの制御装置に係わり、特にエンジン始動時にエンジン加速とダイナモメータ加速度が同じになるようにした制御装置に関するものである。

エンジンの各種特性を測定するエンジンベンチシステムは、概略図４のように構成されている。同図において、エンジンＥ／ＧはトランスミッションＴ／Ｍ（ＡＴあるいはクラッチ付ＭＴ）と組み合わされ、シャフト及び軸トルクメータＳＴを介してダイナモメータ（動力計）ＤＹと直結される。エンジンＥ／ＧにはスロットルアクチュエータＡＣＴが接続され、スロットル開度を調節することでエンジンが制御される。

また、ダイナモメータＤＹには速度検出器ＰＰや軸トルクメータＳＴなどの検出器が取付けられ、検出信号はトルク指令との差演算が実行されてコントローラＣに入力される。コントローラＣは差信号に基づくトルク電流指令を生成し、インバータＩＶを介して動力吸収体としてダイナモメータＤＹを制御する。なお、直結するシャフトは、供試体が異なるエンジンとなった場合でも、一般には設備として設置された共通のものが使用される。

上記のようなエンジンベンチシステムの制御は特許文献１などによって公知となっている。

特開２０１０−７１７７２

図４で示すエンジンベンチシステムによって排ガス評価を行うとき、図示省略されたスタータを起動させることでエンジンを始動させ、始動確認後にエンジン単体などの試験が行われるが、その際、エンジンの単体試験の他に、エンジンベンチシステムによる実車相当の試験を可能とすることが要望されている。

図５はエンジンスタータ始動波形を示したもので、線Aはエンジンとダイナモメータを直結してトルク制御０(Nm)とした場合、線Ｂはエンジン単体時の場合である。線Ｂと比較して線Ａは追従遅れが発生しているため、○イの部分では回転数が低く、且つ○ロの部分では回転数が高くなっている。また、軸トルク検出も上下に大きく振れている。これは、エンジンに対するダイナモメータの慣性（負荷トルク）が大きく、更にクラッチが低剛性のためダイナモメータのトルク制御応答を高応答にすることもできない（エンジン速度の変化に追従することができない）。したがって、エンジンとダイナモを直結した状態でスタータによるエンジン単体の始動の再現ができなくなっている。

本発明が目的とするとこは、エンジンとダイナモメータが直結状態でもエンジン単体相当の試験が可能となる制御装置を提供することにある。

本発明は、エンジンとダイナモメータを連結し、前記ダイナモメータに取付けられた軸トルクメータ及び速度検出器により検出された信号をコントローラに入力してトルク電流指令を生成し、トルク電流指令に基づいてインバータを介して前記ダイナモメータを制御するエンジンベンチシステムにおいて、
前記コントローラに、始動時におけるエンジンの加速度とダイナモメータの加速度が同じになるよう補償する補償回路を設け、
前記補償回路は、前記速度検出器により検出されたダイナモメータの速度検出信号ω２を入力し、前記ダイナモメータ慣性モーメントＪ2およびエンジン慣性モーメントＪ1の差と、ダイナモメータの加速度によって、{（J2−J1）＊ｓ／（ｄ1＊ｓ＋１）}＊ω２（ｓはラプラス演算子、ｄ1は時定数）を演算し、加速度フィードバックを行うためのダイナモメータの駆動トルクを求めるトルク演算部と、
前記軸トルクメータにより検出された軸トルク検出信号Ｔ12を入力して（Ki/ｓ）＊Ｔ12（Kiは制御パラメータ）を演算することによって、軸トルクの積分値をフィードバックするための積分演算値を求める積分演算部と、
前記軸トルク検出信号Ｔ12を入力して{(Kd＊ｓ＋Kp)／（f1＊ｓ＋１）}＊Ｔ12（f1は制御パラメータ、Kpは比例の制御パラメータ、Kdは微分の制御パラメータ）を演算することによって、軸トルクの比例・微分（Kp，Kd）をフィードバックするための比例・微分演算値を求める比例・微分演算部と、を備え、
前記トルク演算部の演算値から、前記積分演算部と比例・微分演算部で求められた各演算値の和を減算してトルク電流指令とするよう構成したことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、トルク演算部の演算値から軸トルク検出の積分値と比例・微分演算値の和を減算することで、始動時におけるエンジン加速度とダイナモ加速度が同じになるよう補償したものである。これにより、ダイナモメータとエンジン直結状態でエンジン単体相当のエンジンスタータによる始動が可能となるものである。

本発明の実施形態を示す構成図。エンジンヘンチシステムのモデル図。本発明の検証結果図。エンジンヘンチシステムの概略構成図。エンジンスタータによる始動波形図。

一般に、エンジンべンチシステムの機械系構成は２慣性以上の多慣性系機械系モデルとして表現される。多慣性系機械系モデルを２慣性系に近似すると、エンジンベンチシステムのモデルは図２で示す機械系モデルとなる。
そのエンジンベンチシステムのモデル物理値を、
J1 ：エンジン慣性モーメント
J2 ：動力計慣性モーメント
K12：結合シャフトばね剛性
T12：結合シャフト捩れトルク（軸トルク）
w1 ：エンジン角速度
w2 ：動力計角速度
T2 ：動力計トルク
とすると、ラプラス演算子をｓとして、エンジンベンチの運動方程式は（１）〜（３）式となる。
J1×ｓ×w1＝T12＋T1 …… （１）
T12＝K12／ｓ×（w2 −w1） …… （２）
J2×ｓ×w2＝−T12＋ T2 …… （３）
図１は、本発明の実施例を示したもので、ダイナモメータのコントローラＣに設けられる、始動時におけるエンジン加速度とダイナモ加速度が同じになるよう補償する補償回路の構成図である。１はトルク演算部で、図４で示す速度検出器ＰＰにより検出されたダイナモメータＤＹの速度検出を入力し、加速度フィードバック（J2−J1）＊ｓ／（（２πｆc）^-1 ＊ｓ＋１）のトルク演算を行う。
２は積分手段で、軸トルクメータＳＴにより検出された軸トルク検出を入力して積分する。３は比例・微分演算部で、軸トルク検出を入力して比例（Ｋ_P）・微分（Ｋ_D）演算することで０慣性制御及び共振抑制する。積分手段２の演算値（０慣性制御指令値）と比例・微分演算部３による演算値（共振抑制指令値）は加算部４で加算され、その加算値は減算部５でトルク演算部１の出力値から減算されてトルク電流指令Ｔ2が生成され、インバータＩＶを介してダイナモメータＤＹを制御する。

このときのトルク電流指令Ｔ2は、（４）式で得られる。
T２＝−(Ki/ｓ＋(Kp＋ｓ×Kd)／（ｆ1＊ｓ＋１））T12＋（（J2−J1）＊ｓ）／（ｄ1＊ｓ＋１）＊ｗ２ …… （４）
ただし、Ki、Kp 、Kd、ｆ１は制御パラメータ、ｄ1＝（２πｆc）^-1（時定数）である。

算出に用いられるトルク制御パラメータ、Ki、Kp 、Kd は以下のようにして決定する。
（１）〜（３）式、及び（４）式の閉ループ特性多項式を求めると、（５）式の５次多項式になる。
Ｐ(s)＝ａ５＊（ｓ／ｗｒ）⁵＋ａ４＊（ｓ／ｗｒ）⁴＋ａ３＊（ｓ／ｗｒ）³＋ａ２（ｓ／ｗｒ）²＋ａ１＊（ｓ／ｗｒ）＋１ ……（５）
ただし、ｗｒは機械共振周波数で、ｗｒ＝√(K12(1/J1+1/J2))によって求められる。また、ａ５、ａ４、ａ３、ａ２、ａ１は５次低域通過フィルタの特性多項式の係数で、実施例として特性根が必ず負の実数になるようａ５＝１、ａ４＝５、
ａ３＝１０、ａ２＝１０、ａ１＝５と設定した。また、パラメータ算出する際のダイナモメータ検出速度から電気慣性応答を４［Ｈｚ］とし、ｄ１をｄ１＝１／（２＊ｐｉ＊４）とした。

図３はエンジンスタート時の波形図を示したもので、エンジン単体と、エンジンとダイナモメータ直結状態での検証結果である。線Ａは本発明に基づく電気慣性制御を実施した場合、線Ｂはエンジン単体の場合で、実機（エンジンとダイナモメータ直結状態）の場合でも電気慣性制御を施したことでエンジン単体と略同様なエンジン回転の特性となっている。したがって、従来のように、エンジン速度の変化に追従できないという問題が解決でき、エンジンスタータによる始動が可能となるものである。

１… 加速度調整部
２… 積分手段
３… 比例・微分演算部
４… 加算部
５… 減算部

Claims

エンジンとダイナモメータを連結し、前記ダイナモメータに取付けられた軸トルクメータ及び速度検出器により検出された信号をコントローラに入力してトルク電流指令を生成し、トルク電流指令に基づいてインバータを介して前記ダイナモメータを制御するエンジンベンチシステムにおいて、
前記コントローラに、始動時におけるエンジンの加速度とダイナモメータの加速度が同じになるよう補償する補償回路を設け、
前記補償回路は、前記速度検出器により検出されたダイナモメータの速度検出信号ω２を入力し、前記ダイナモメータ慣性モーメントＪ2およびエンジン慣性モーメントＪ1の差と、ダイナモメータの加速度によって、{（J2−J1）＊ｓ／（ｄ1＊ｓ＋１）}＊ω２（ｓはラプラス演算子、ｄ1は時定数）を演算し、加速度フィードバックを行うためのダイナモメータの駆動トルクを求めるトルク演算部と、
前記軸トルクメータにより検出された軸トルク検出信号Ｔ12を入力して（Ki/ｓ）＊Ｔ12（Kiは制御パラメータ）を演算することによって、軸トルクの積分値をフィードバックするための積分演算値を求める積分演算部と、
前記軸トルク検出信号Ｔ12を入力して{(Kd＊ｓ＋Kp)／（f1＊ｓ＋１）}＊Ｔ12（f1は制御パラメータ、Kpは比例の制御パラメータ、Kdは微分の制御パラメータ）を演算することによって、軸トルクの比例・微分（Kp，Kd）をフィードバックするための比例・微分演算値を求める比例・微分演算部と、を備え、
前記トルク演算部の演算値から、前記積分演算部と比例・微分演算部で求められた各演算値の和を減算してトルク電流指令とするよう構成したことを特徴としたエンジンベンチシステムの制御装置。