エンジンベンチシステムの制御装置
【課題】エンジンベンチシステムでエンジンスタータによってエンジンを始動するとき、エンジン単体、又は実車相当の実機を試験する場合、エンジン始動ができない場合がある。
【解決手段】ダイナモメータのコントローラに、ダイナモメータの速度検出信号を入力して加速度フィードバック信号とする加速度調整部と、軸トルク検出を入力して積分値をフィードバック信号とする積分手段と、軸トルク検出を入力して比例・微分信号をフィードバック信号とする比例・微分演算部を設ける。
加速度フィードバック信号から積分値フィードバック信号と比例・微分フィードバック信号の和を減算してトルク電流指令とするよう構成した。
【解決手段】ダイナモメータのコントローラに、ダイナモメータの速度検出信号を入力して加速度フィードバック信号とする加速度調整部と、軸トルク検出を入力して積分値をフィードバック信号とする積分手段と、軸トルク検出を入力して比例・微分信号をフィードバック信号とする比例・微分演算部を設ける。
加速度フィードバック信号から積分値フィードバック信号と比例・微分フィードバック信号の和を減算してトルク電流指令とするよう構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７１７７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、エンジンとダイナモメータを連結し、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、ダイナモメータの速度検出信号を入力して加速度フィードバックを行うトルク演算部と、前記軸トルクメータにより検出された軸トルク検出を入力して積分した演算値を出力する積分演算部と、軸トルク検出を入力して比例・微分した演算値を出力する比例・微分演算部を設け、
前記トルク演算部の演算値から、前記積分演算部と比例・微分演算部の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。
【００１０】
また、本発明は、コントローラによるトルク電流指令T２を、次式で算出することを特徴としたものである。
【００１１】
T２＝−(Ki/ｓ＋(Kp＋ｓ×Kd)／（ｆ1＊ｓ＋１））T12＋（（J2−Jｓ）＊ｓ）／（ｄ1＊ｓ＊１）＊ｗ２
ただし、w2は動力計角速度、T12は軸トルク検出、Ki、Kp 、Kd 、ｆ１は制御パラメータ、ｓはラプラス演算子、ｄ１は（時定数）
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】エンジンヘンチシステムのモデル図。
【図３】本発明の検証結果図。
【図４】エンジンヘンチシステムの概略構成図。
【図５】エンジンスタータによる始動波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般に、エンジンヘ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、エンジンヘ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＋１ …… （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−Jｓ）＊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（ＫP）・微分（ＫD）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。
【００１５】
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−Jｓ）＊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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【符号の説明】
【００１８】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７１７７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、エンジンとダイナモメータを連結し、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、ダイナモメータの速度検出信号を入力して加速度フィードバックを行うトルク演算部と、前記軸トルクメータにより検出された軸トルク検出を入力して積分した演算値を出力する積分演算部と、軸トルク検出を入力して比例・微分した演算値を出力する比例・微分演算部を設け、
前記トルク演算部の演算値から、前記積分演算部と比例・微分演算部の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。
【００１０】
また、本発明は、コントローラによるトルク電流指令T２を、次式で算出することを特徴としたものである。
【００１１】
T２＝−(Ki/ｓ＋(Kp＋ｓ×Kd)／（ｆ1＊ｓ＋１））T12＋（（J2−Jｓ）＊ｓ）／（ｄ1＊ｓ＊１）＊ｗ２
ただし、w2は動力計角速度、T12は軸トルク検出、Ki、Kp 、Kd 、ｆ１は制御パラメータ、ｓはラプラス演算子、ｄ１は（時定数）
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】エンジンヘンチシステムのモデル図。
【図３】本発明の検証結果図。
【図４】エンジンヘンチシステムの概略構成図。
【図５】エンジンスタータによる始動波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般に、エンジンヘ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、エンジンヘ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＋１ …… （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−Jｓ）＊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（ＫP）・微分（ＫD）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。
【００１５】
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−Jｓ）＊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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【符号の説明】
【００１８】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとダイナモメータを連結し、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、ダイナモメータの速度検出信号を入力して加速度フィードバックを行うトルク演算部と、前記軸トルクメータにより検出された軸トルク検出を入力して積分した演算値を出力する積分演算部と、軸トルク検出を入力して比例・微分した演算値を出力する比例・微分演算部を設け、
前記トルク演算部の演算値から、前記積分演算部と比例・微分演算部の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。
【請求項２】
前記コントローラによるトルク電流指令T２を、次式で算出することを特徴とした請求項１記載のエンジンベンチシステムの制御装置。
T２＝−(Ki/ｓ＋(Kp＋ｓ×Kd)／（ａ1＊ｓ＋１））T12＋（（J2−Jｓ）＊ｓ）／
（ｄ1＊ｓ＊１）＊ｗ２
ただし、w2は動力計角速度、T12は軸トルク検出、Ki、Kp 、Kd 、ｆ１は制御パラメータ、ｓはラプラス演算子、ｄ１は時定数
【請求項１】
エンジンとダイナモメータを連結し、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、ダイナモメータの速度検出信号を入力して加速度フィードバックを行うトルク演算部と、前記軸トルクメータにより検出された軸トルク検出を入力して積分した演算値を出力する積分演算部と、軸トルク検出を入力して比例・微分した演算値を出力する比例・微分演算部を設け、
前記トルク演算部の演算値から、前記積分演算部と比例・微分演算部の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。
【請求項２】
前記コントローラによるトルク電流指令T２を、次式で算出することを特徴とした請求項１記載のエンジンベンチシステムの制御装置。
T２＝−(Ki/ｓ＋(Kp＋ｓ×Kd)／（ａ1＊ｓ＋１））T12＋（（J2−Jｓ）＊ｓ）／
（ｄ1＊ｓ＊１）＊ｗ２
ただし、w2は動力計角速度、T12は軸トルク検出、Ki、Kp 、Kd 、ｆ１は制御パラメータ、ｓはラプラス演算子、ｄ１は時定数
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５３９７７（Ｐ２０１３−５３９７７Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３４８９（Ｐ２０１１−１９３４８９）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
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