エンジン発生トルクの測定装置
【課題】エンジン発生トルクに含まれる任意の周波数成分の波形及びエンジン発生トルクの波形を高い精度で測定する。
【解決手段】エンジン１の軸トルク検出でダイナモメータ２をトルク制御するエンジン試験装置において、エンジン発生トルク推定部１０は、軸トルク検出信号を乗算器１６，１７で周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら信号を低域通過フィルタ１８．１９（または積分器）にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分のみを抜き出し、これらを乗算器２０，２１でそれぞれ逆ｓｉｎ変換および逆ｃｏｓ変換して加算器２４で合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得る。関数発生器２６は位相遅れとゲイン低下を補正する。推定部１０を周波数ｆ〜ｆ×Ｎ分設けることを含む。
【解決手段】エンジン１の軸トルク検出でダイナモメータ２をトルク制御するエンジン試験装置において、エンジン発生トルク推定部１０は、軸トルク検出信号を乗算器１６，１７で周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら信号を低域通過フィルタ１８．１９（または積分器）にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分のみを抜き出し、これらを乗算器２０，２１でそれぞれ逆ｓｉｎ変換および逆ｃｏｓ変換して加算器２４で合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得る。関数発生器２６は位相遅れとゲイン低下を補正する。推定部１０を周波数ｆ〜ｆ×Ｎ分設けることを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイナモメータを使用したエンジン試験装置に係り、特にエンジンが発生するトルクの測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイナモメータを使用したエンジン試験装置は、図９に機械系のみを示すように、エンジン１とダイナモメータ２を軸トルクメータ／エンジン速度計３及びシャフト４を介して結合し、エンジン１はそのスロットル開度制御によって出力を制御し、ダイナモメータ２はその電流制御によってトルクや速度を制御し、エンジントルク特性試験や出力試験を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９に示すエンジン試験装置において、エンジン１の発生トルクを推定する手法として、軸トルクメータ／エンジン速度計３による軸トルク検出値とエンジン速度検出値を利用し、図９の機械系の動特性を表現する以下の式（１）、（２）、（３）をＴeg，Ｔdy、ωdyについて解きくことによって得られるＴshの式（４）に適切な低域通過フィルタを通す（例えば、１／｛（ｓ／ωc）＋１｝を掛ける）ことにより得られる式（５）をエンジン発生トルク推定値としている。
【０００４】
Ｊdy・ｓ・ωdy＝−Ｔsh＋Ｔdy …（１）
Ｊeg・ｓ・ωeg＝Ｔsh＋Ｔeg …（２）
ｓ・Ｔsh＝Ｋsh（ωdy−ωeg） …（３）
Ｔｅｇ＝−Ｔｓｈ＋Ｊｅｇ・ｓ・ωｅｇ …（４）
Ｔegest＝（−Ｔsh＋Ｊeg・ｓ・ωeg）／｛（ｓ／ωc）＋１｝ …（５）
但し、Ｊdyはダイナモメータ慣性モーメント、ｓはラプラス演算子、ωdyはダイナモメータ回転速度、Ｔshはシャフト捩りトルク、Ｔdyはダイナモメークトルク、Ｊegはエンジン慣性モーメント、ωegはエンジン回転速度、Ｔegはエンジン発生トルク、Ｋshはシャフト捩り剛性、Ｔegestはエンジン発生トルク推定値である。
【特許文献１】特開平０８−２１９９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術において、実際のエンジン発生トルクを表現する式（４）とエンジン発生トルク推定値を表現する式（５）を比べると、
Ｔegest＝Ｔeg／｛（ｓ／ωc）＋１）｝ …（６）
となっていることがわかる。図１０に式（６）のＴegに対するＴegestの特性を示す。
【０００６】
図１０に示すように、エンジン発生トルク推定値Ｔegestは実際のエンジン発生トルクＴegから１／｛（ｓ／ωc）＋１｝の特性に依存した位相遅れとゲイン低下が発生する。図１０はωc＝０.２の場合のグラフである。この場合、周波数０.２ＨｚのＴegに対して、Ｔegestは約４ｄＢのゲイン低下と、約５０°の位相遅れをもって推定されることになる。
【０００７】
これらの位相遅れやゲイン低下により、エンジン発生トルクのピーク値が実際の値よりも小さく推定され、高い試験精度が得られない。
【０００８】
また、機械系の共振破壊を防ぐために、共振周波数成分のエンジン発生トルク波形を推定しようとする場合、エンジン出力特性から共振周波数成分のみを抜き出して推定することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、エンジン発生トルクに含まれる任意の周波数成分の波形及びエンジン発生トルクの波形を高い精度で測定できるエンジン発生トルクの測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）またはエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換および逆ｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るものである。
【００１１】
また、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）またはエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るものである。
【００１２】
さらに、抜き出した周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の各成分を、トルク制御系または速度制御系のエンジン発生トルクからの閉ループ特性を利用してエンジン発生トルクの周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）における位相遅れおよびゲイン低下をそれぞれ補正するものである。
【００１３】
以上のことから、本発明は以下の構成を特徴とする。
【００１４】
（１）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（２）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（３）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
（４）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
（５）前記エンジン発生トルク推定部は、前記抜き出した周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の各成分を、トルク制御系または速度制御系のエンジン発生トルクからの閉ループ特性を利用してエンジン発生トルクの周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）における位相遅れおよびゲイン低下をそれぞれ補正する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のとおり、本発明によれば、トルク制御または速度制御における軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値のみを利用し、他に新たな信号を検出することなくエンジン発生トルクの任意の周波数ｆ成分を推定できる。
【００２０】
また、各周波数成分を合成したエンジン発生トルク波形を１回の測定で推定することができる。
【００２１】
また、ローパスフィルタまたはエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器を通すことによる位相遅れとゲイン低下を補正することで高い精度でエンジン発生トルクの周波数ｆ成分および各次数の周波数ｆ〜ｆ×Ｎ成分を推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
図１は本実施形態の装置構成を示し、図９に示す機械系をトルク制御部５とインバータ６によって軸トルク制御する構成とする。
【００２３】
図１において、軸トルクは軸トルクメータ３Ａにより検出され、これと軸トルク指令値との偏差をトルク制御部５で軸トルク制御（比例積分演算：ＰＩ演算）したものを電流指令として出力する。インバータ６は電流指令に従ってダイナモメータ２のモータ電流をフィードバック制御する。
【００２４】
破線ブロックで示すエンジン発生トルク推定部１０は、軸トルク検出信号を設定周波数成分ｆでｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、変換後の両信号を低域通過フィルタＬＰＦに通すことにより、軸トルク検出信号に含まれる周波数ｆのｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得、これらｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換する際にＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性を基に位相遅れとゲインの低下を補正することによりエンジン発生トルクの周波数ｆの波形を推定する。
【００２５】
この周波数ｆの推定を原理的に説明する。まず、基本周期ｎをもつある信号波形ｘ（ｎ）は、フーリエ級数として展開され、以下の式（７）で表せる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
ここで、信号波形ｘ（ｎ）から２次の成分（ｓｉｎ２ｎ）を抽出するために、式（７）の両辺にｓｉｎ２ｎを乗じると、式（８）になる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
この式（８）の左辺の信号を、適切な次数とカットオフ周波数をもつローパスフィルタ処理を行うと、高い周波数成分が削除され、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎをもつ項のみを抜き出すことができる。つまり、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎ成分を展開すると、式（９）になり、ローパスフィルタ処理により、ｂ2／２の定数項のみを得ることができる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
この定数項ｂ2／２に対して、式（１０）のようにｓｉｎ２ｎを掛ければ、ゲイン補正したｓｉｎ２ｎの波形を得ることができる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
同様に、二次の成分（ｃｏｓ２ｎ）の抽出には式（７）の両辺にｃｏｓ２ｎを乗じ、これをローパスフィルタ処理することでａ2／２の定数項のみを得ることができ、式（１０）と同様の演算でｃｏｓ２ｎの波形を得ることができ、これをｓｉｎ２ｎの成分と合成することで、信号ｘ（ｔ）に含まれる二次（２ｎ）の周波数成分を推定できる。
【００３４】
エンジン発生トルク推定部１０は、以上の演算に必要な要素で構成されるものであり、時計（ＣＬＯＣＫ）１１と抽出しようとする任意の周波数ｆに設定した設定器１２の出力を乗算器１３で乗じることで周波数ｆの信号を得、この信号についてｓｉｎ関数演算器１４でｓｉｎ（ｆ）成分を得る。同様に、周波数ｆの信号についてｃｏｓ関数演算器１５でｃｏｓ（ｆ）成分を得る。
【００３５】
次に、乗算器１６、１７では、軸トルクメータ３Ａで検出される軸トルク信号（上記の式７のｘ（ｎ）に相当する）にｓｉｎ（ｆ）成分およびｃｏｓ（ｆ）成分を乗じることでｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら信号からローパスフィルタ１８、１９を通すことでｓｉｎ（ｆ）成分とｃｏｓ（ｆ）成分のみの係数ａ／２，ｂ／２を抽出する。
【００３６】
次に、乗算器２０は、係数ｂ／２にｓｉｎ（ｆ）波形を乗じることで、係数ｂ／２をもつｓｉｎ（ｆ）波形を得る。同様に、乗算器２１は、係数ａ／２にｃｏｓ（ｆ）波形を乗じることで、係数ａ／２をもつｃｏｓ（ｆ）波形を得る。これらは上記のｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換になる。
【００３７】
次に、乗算器２２、２３は、係数ｂ／２をもつｓｉｎ（ｆ）波形と係数ａ／２をもつｃｏｓ（ｆ）波形に係数「２」を乗じることで係数ｂをもつｓｉｎ（ｆ）の波形と係数ａをもつｃｏｓ（ｆ）の波形を得る。加算器２４は（ａ・ｃｏｓ（ｆ）＋ｂ・ｓｉｎ（ｆ））の演算で周波数ｆ成分の波形を得る。乗算器２５は、周波数ｆ成分の波形にゲインを乗じ、これを周波数ｆ成分のエンジン発生トルク推定値として得る。
【００３８】
ここで、エンジン発生トルク推定値に対して、ＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性を基に位相遅れとゲイン低下を補正する。この補正手段は、エンジントルク−軸トルク特性発生器２６にはＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性のデータ（例えば図１０のデータ）をあらかじめ設定しておき、このデータのうち周波数ｆにおけるエンジントルク−軸トルク間のゲイン低下分と位相遅れ分のデータを発生させる。このうち、ゲインの低下分データは乗算器２５に係数として与えることでゲイン補正を行う。位相遅れ分データは減算器２７に移相分として与えることで周波数ｆ信号の位相を補正し、この位相補正した周波数ｆ信号をｓｉｎ関数演算器２８とｃｏｓ関数演算器２９の入力とすることで、乗算器２０、２１におけるｓｉｎ変換とｃｏｓ変換のための波形を得る。
【００３９】
したがって、本実施形態では、ＡＴＲ運転を行っているときにＡＴＲの検出信号である軸トルクのみを利用し、他に新たな信号を検出することなくエンジン発生トルクの任意の周波数ｆ成分を推定できる。このことにより、エンジンが機械系共振周波数のトルクを発生しているか否かが容易に判定でき、エンジントルク加振による機械系の共振破壊の防止に役立てることができる。また、従来技術ではある周波数成分のみを抜き出して推定することはできないが本実施形態ではそれが可能になる。また、ローパスフィルタを通すことによる位相遅れとゲイン低下を補正することで高い精度で周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定できる。
【００４０】
（実施形態２）
図２は本実施形態の装置構成を示す。同図が図１と異なる部分は、図１のエンジン発生トルク推定部１０における周波数設定器１２の設定周波数を整数倍（一次〜Ｎ次）の異なる周波数ｆ〜ｆ×Ｎにしたエンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nを設け、これらにより得られる各次数のエンジン発生トルク推定波形を合成器３０で合成することでエンジン発生トルク推定波形を得る点にある。この場合の周波数ｆ〜ｆ×Ｎは、軸トルクメータ／エンジン速度計３のエンジン速度検出信号を基本周波数ｆとしてその逓倍周波数として求める。
【００４１】
本実施形態では、一般に繰り返し波形はそのもっとも低い周波数（基本周波数）の整数倍の波形に分解（前記のフーリエ級数に展開）できることを応用し、エンジンの発生するトルクの波形はエンジン回転数を最も低い周波数とする繰り返し波形になっていることに着目し、ＡＴＲ運転中に軸トルク検出値からエンジン発生トルク波形を推定する。すなわち、エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nは、ＡＴＲ系において、検出信号をエンジン回転速度の整数倍（１〜Ｎ倍）でそれぞれｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得、これらｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換する際にＡＴＲ系のエンジントルクからの閉ループ特性を利用することにより、エンジン発生トルクのエンジン回転速度の１〜Ｎ倍の周波数成分をそれぞれ推定する回路を構成し、それぞれの回路の出力を足し合わせる（合成する）ことによりエンジン発生トルク波形を推定する。
【００４２】
本実施形態によれば、実施形態１が周波数ｆ成分のみのエンジン発生トルクを推定するのに対して、各周波数成分を合成したエンジン発生トルク波形を１回の測定で推定することができ、エンジン発生トルクのピーク周波数などを容易に検出することができ、シャフトの捩れがトルク許容値を超えることによるシャフト破断の防止に役立てることができる。
【００４３】
また、従来技術でエンジン発生トルク波形を推定すると高周波成分ほど位相遅れが大きくなり、そのことによりエンジン発生トルク波形のピーク値が実際のピーク値よりも小さく推定される可能性が高い。しかし、本実施形態によれば推定したエンジン発生トルク波形は位相遅れなしに推定されているため、本来のエンジン発生トルク波形をほぼ再現することが可能である。このことにより、エンジン発生トルクピーク値をより精度良く検出できる。
【００４４】
（実施形態３）
図３は本実施形態の装置構成を示す。同図が図１と異なる部分は、軸トルクメータ３Ａからの軸トルク検出に代えて、ＡＴＲ制御部５の出力になるダイナモトルク指令値を使用し、これに伴い特性発生器２６ではエンジントルク−軸トルク特性に代えてＡＴＲ系のエンジントル→ダイナモトルク指令値特性をもたせる。
【００４５】
本実施形態によれば、軸トルクの検出回路がハードウェア的に構成されているなどして、何らかの原因により軸トルク検出値をエンジン発生トルク推定部に入力するのが困難である場合においても、インバータ６に入力するダイナモトルク指令値から周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定できる。また、インバータ６はディジタル制御されていることが多いため、このインバータ制御プログラムに本実施形態のエンジン発生トルク推定部をプログラムとして追加することで済む。
【００４６】
（実施形態４）
図４は本実施形態の装置構成を示す。同図が図３と異なる部分は、図３のエンジン発生トルク推定部１０における周波数設定器１２の設定周波数を整数倍（一次〜Ｎ次）の異なる周波数ｆ〜ｆ×Ｎにしたエンジン発生トルク推定部１０1〜１０fを設け、これらにより得られる各次数のエンジン発生トルク推定波形を合成器３０で合成することでエンジン発生トルク推定波形を得る点にある。この場合の周波数ｆ〜ｆ×Ｎは、軸トルクメータ／エンジン速度計３のエンジン速度検出信号を基本周波数ｆとしてその逓倍周波数として求める。
【００４７】
本実施形態では、実施形態３と同様に、軸トルク検出値の替わりにダイナモトルク指令値を利用するものである。これに伴い、何らかの原因により軸トルク検出値をエンジン発生トルク推定部に入力するのが困難な場合にも、インバータに渡すダイナモトルク指令値のみからエンジン発生トルク波形を推定できる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、実施形態３が周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定するのに対して、各周波数成分を合成したエンジン発生トルク波形を１回の測定で推定することができ、エンジン発生トルクのピークなどを容易に検出することができ、シャフトの捩れがトルク許容値を超えることによるシャフト破断の防止に役立てることができる。
【００４９】
また、従来技術でエンジン発生トルク波形を推定すると高周波成分ほど位相遅れが大きくなり、そのことによりエンジン発生トルク波形のピーク値が実際のピーク値よりも小さく推定される可能性が高い。しかし、本実施形態によれば推定したエンジン発生トルク波形は位相遅れなしに推定されているため、本来のエンジン発生トルク波形をほぼ再現することが可能である。このことにより、エンジン発生トルクピーク値がより精度良く検出される。
【００５０】
（実施形態５）
図５は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６でダイナモ速度制御するエンジン試験装置に適用する場合である。
【００５１】
これに伴い、本実施形態におけるエンジン発生トルク推定部１０は、図１のエンジントルク−軸トルク特性発生器２６に「ＡＳＲ系のエンジントルク−軸トルク特性」のデータをもたせ、設定された周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定する。
【００５２】
本実施形態では、ＡＳＲ系のエンジントルク−軸トルク特性を利用することにより、ＡＳＲ運転中に実施形態１と同様に、任意の周波数成分のエンジン発生トルクを推定することができる。
【００５３】
（実施形態６）
図６は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６でダイナモ速度制御するエンジン試験装置において、実施形態２や４と同様に、エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nを設け、これらにエンジン回転速度の整数倍（１〜Ｎ）の周波数を設定し、エンジン回転数の１倍からＮ倍までのエンジン発生トルク推定値を足し合わせることにより、エンジン発生トルク波形を推定する。各エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nは、それぞれの特性発生器２６にＡＳＲ系のエンジントルク−軸トルク特性をもたせる。
【００５４】
本実施形態では、ＡＳＲ運転中に実施形態２、４と同様に、１回の測定でエンジン発生トルク波形を推定することができる。
【００５５】
（実施形態７）
図７は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６でダイナモ速度制御するエンジン試験装置において、ＡＳＲ運転中にダイナモトルク指令値（ＡＳＲ出力）と「ＡＳＲ系のエンジントルク−ダイナモトルク指令値特性」を利用し、設定された周波数成分のエンジン発生トルクを推定する。エンジン発生トルク推定部１０は、特性発生器２６にＡＳＲ系のエンジントルク−ダイナモトルク指令値特性をもたせる。
【００５６】
本実施形態では、ＡＳＲ運転中に専用のシステムでは軸トルクを検出しない場合があるが、実施形態３，５と同様に、ＡＳＲコントローラの出力からエンジン発生トルクの任意の周波数成分を推定することができる。
【００５７】
（実施形態８）
図８は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６で速度制御するエンジン試験装置において、実施形態６と同様に、エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nを設け、これらにエンジン回転速度の整数倍（１〜Ｎ）の周波数を設定し、エンジン回転数の１倍からＮ倍までのエンジン発生トルク推定値を足し合わせることにより、エンジン発生トルクを推定する。周波数ｆ〜ｆ×Ｎはエンジン速度計３Ｃから得る。各エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nは、それぞれの特性発生器２６にＡＳＲ系のエンジントルク−ダイナモトルク指令値特性をもたせる。
【００５８】
本実施形態では、実施形態６と同様に、軸トルク検出を行わないＡＳＲ運転システムでエンジン発生トルク波形を推定することができる。
【００５９】
なお、以上までの各実施形態において、低域通過フィルタ１８、１９に代えて、エンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器とすることができる。例えば、式（８）の左辺の信号を、積分器によって適切な周期でｘ（ｎ）・ｓｉｎ２ｎを定積分すると、高い周波数成分が削除され、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎをもつ項の振幅を抜き出すことができる。同様に、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換した信号をそれぞれエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態１を示す装置構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す装置構成図。
【図３】本発明の実施形態３を示す装置構成図。
【図４】本発明の実施形態４を示す装置構成図。
【図５】本発明の実施形態５を示す装置構成図。
【図６】本発明の実施形態６を示す装置構成図。
【図７】本発明の実施形態７を示す装置構成図。
【図８】本発明の実施形態８を示す装置構成図。
【図９】エンジン試験装置の機械系構成図。
【図１０】エンジン発生トルクに対するエンジン発生トルク推定値のゲイン／位相特性例。
【符号の説明】
【００６１】
１ エンジン
２ ダイナモメータ
３ 軸トルクメータ／エンジン速度計
４ 結合シャフト
５ トルク制御部
６ インバータ
７ 速度制御部
１０、１０1〜１０N エンジン発生トルク推定部
２６ ＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性発生器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイナモメータを使用したエンジン試験装置に係り、特にエンジンが発生するトルクの測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイナモメータを使用したエンジン試験装置は、図９に機械系のみを示すように、エンジン１とダイナモメータ２を軸トルクメータ／エンジン速度計３及びシャフト４を介して結合し、エンジン１はそのスロットル開度制御によって出力を制御し、ダイナモメータ２はその電流制御によってトルクや速度を制御し、エンジントルク特性試験や出力試験を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９に示すエンジン試験装置において、エンジン１の発生トルクを推定する手法として、軸トルクメータ／エンジン速度計３による軸トルク検出値とエンジン速度検出値を利用し、図９の機械系の動特性を表現する以下の式（１）、（２）、（３）をＴeg，Ｔdy、ωdyについて解きくことによって得られるＴshの式（４）に適切な低域通過フィルタを通す（例えば、１／｛（ｓ／ωc）＋１｝を掛ける）ことにより得られる式（５）をエンジン発生トルク推定値としている。
【０００４】
Ｊdy・ｓ・ωdy＝−Ｔsh＋Ｔdy …（１）
Ｊeg・ｓ・ωeg＝Ｔsh＋Ｔeg …（２）
ｓ・Ｔsh＝Ｋsh（ωdy−ωeg） …（３）
Ｔｅｇ＝−Ｔｓｈ＋Ｊｅｇ・ｓ・ωｅｇ …（４）
Ｔegest＝（−Ｔsh＋Ｊeg・ｓ・ωeg）／｛（ｓ／ωc）＋１｝ …（５）
但し、Ｊdyはダイナモメータ慣性モーメント、ｓはラプラス演算子、ωdyはダイナモメータ回転速度、Ｔshはシャフト捩りトルク、Ｔdyはダイナモメークトルク、Ｊegはエンジン慣性モーメント、ωegはエンジン回転速度、Ｔegはエンジン発生トルク、Ｋshはシャフト捩り剛性、Ｔegestはエンジン発生トルク推定値である。
【特許文献１】特開平０８−２１９９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術において、実際のエンジン発生トルクを表現する式（４）とエンジン発生トルク推定値を表現する式（５）を比べると、
Ｔegest＝Ｔeg／｛（ｓ／ωc）＋１）｝ …（６）
となっていることがわかる。図１０に式（６）のＴegに対するＴegestの特性を示す。
【０００６】
図１０に示すように、エンジン発生トルク推定値Ｔegestは実際のエンジン発生トルクＴegから１／｛（ｓ／ωc）＋１｝の特性に依存した位相遅れとゲイン低下が発生する。図１０はωc＝０.２の場合のグラフである。この場合、周波数０.２ＨｚのＴegに対して、Ｔegestは約４ｄＢのゲイン低下と、約５０°の位相遅れをもって推定されることになる。
【０００７】
これらの位相遅れやゲイン低下により、エンジン発生トルクのピーク値が実際の値よりも小さく推定され、高い試験精度が得られない。
【０００８】
また、機械系の共振破壊を防ぐために、共振周波数成分のエンジン発生トルク波形を推定しようとする場合、エンジン出力特性から共振周波数成分のみを抜き出して推定することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、エンジン発生トルクに含まれる任意の周波数成分の波形及びエンジン発生トルクの波形を高い精度で測定できるエンジン発生トルクの測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）またはエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換および逆ｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るものである。
【００１１】
また、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）またはエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るものである。
【００１２】
さらに、抜き出した周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の各成分を、トルク制御系または速度制御系のエンジン発生トルクからの閉ループ特性を利用してエンジン発生トルクの周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）における位相遅れおよびゲイン低下をそれぞれ補正するものである。
【００１３】
以上のことから、本発明は以下の構成を特徴とする。
【００１４】
（１）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（２）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（３）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
（４）エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
（５）前記エンジン発生トルク推定部は、前記抜き出した周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の各成分を、トルク制御系または速度制御系のエンジン発生トルクからの閉ループ特性を利用してエンジン発生トルクの周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）における位相遅れおよびゲイン低下をそれぞれ補正する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のとおり、本発明によれば、トルク制御または速度制御における軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値のみを利用し、他に新たな信号を検出することなくエンジン発生トルクの任意の周波数ｆ成分を推定できる。
【００２０】
また、各周波数成分を合成したエンジン発生トルク波形を１回の測定で推定することができる。
【００２１】
また、ローパスフィルタまたはエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器を通すことによる位相遅れとゲイン低下を補正することで高い精度でエンジン発生トルクの周波数ｆ成分および各次数の周波数ｆ〜ｆ×Ｎ成分を推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
図１は本実施形態の装置構成を示し、図９に示す機械系をトルク制御部５とインバータ６によって軸トルク制御する構成とする。
【００２３】
図１において、軸トルクは軸トルクメータ３Ａにより検出され、これと軸トルク指令値との偏差をトルク制御部５で軸トルク制御（比例積分演算：ＰＩ演算）したものを電流指令として出力する。インバータ６は電流指令に従ってダイナモメータ２のモータ電流をフィードバック制御する。
【００２４】
破線ブロックで示すエンジン発生トルク推定部１０は、軸トルク検出信号を設定周波数成分ｆでｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、変換後の両信号を低域通過フィルタＬＰＦに通すことにより、軸トルク検出信号に含まれる周波数ｆのｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得、これらｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換する際にＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性を基に位相遅れとゲインの低下を補正することによりエンジン発生トルクの周波数ｆの波形を推定する。
【００２５】
この周波数ｆの推定を原理的に説明する。まず、基本周期ｎをもつある信号波形ｘ（ｎ）は、フーリエ級数として展開され、以下の式（７）で表せる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
ここで、信号波形ｘ（ｎ）から２次の成分（ｓｉｎ２ｎ）を抽出するために、式（７）の両辺にｓｉｎ２ｎを乗じると、式（８）になる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
この式（８）の左辺の信号を、適切な次数とカットオフ周波数をもつローパスフィルタ処理を行うと、高い周波数成分が削除され、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎをもつ項のみを抜き出すことができる。つまり、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎ成分を展開すると、式（９）になり、ローパスフィルタ処理により、ｂ2／２の定数項のみを得ることができる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
この定数項ｂ2／２に対して、式（１０）のようにｓｉｎ２ｎを掛ければ、ゲイン補正したｓｉｎ２ｎの波形を得ることができる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
同様に、二次の成分（ｃｏｓ２ｎ）の抽出には式（７）の両辺にｃｏｓ２ｎを乗じ、これをローパスフィルタ処理することでａ2／２の定数項のみを得ることができ、式（１０）と同様の演算でｃｏｓ２ｎの波形を得ることができ、これをｓｉｎ２ｎの成分と合成することで、信号ｘ（ｔ）に含まれる二次（２ｎ）の周波数成分を推定できる。
【００３４】
エンジン発生トルク推定部１０は、以上の演算に必要な要素で構成されるものであり、時計（ＣＬＯＣＫ）１１と抽出しようとする任意の周波数ｆに設定した設定器１２の出力を乗算器１３で乗じることで周波数ｆの信号を得、この信号についてｓｉｎ関数演算器１４でｓｉｎ（ｆ）成分を得る。同様に、周波数ｆの信号についてｃｏｓ関数演算器１５でｃｏｓ（ｆ）成分を得る。
【００３５】
次に、乗算器１６、１７では、軸トルクメータ３Ａで検出される軸トルク信号（上記の式７のｘ（ｎ）に相当する）にｓｉｎ（ｆ）成分およびｃｏｓ（ｆ）成分を乗じることでｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら信号からローパスフィルタ１８、１９を通すことでｓｉｎ（ｆ）成分とｃｏｓ（ｆ）成分のみの係数ａ／２，ｂ／２を抽出する。
【００３６】
次に、乗算器２０は、係数ｂ／２にｓｉｎ（ｆ）波形を乗じることで、係数ｂ／２をもつｓｉｎ（ｆ）波形を得る。同様に、乗算器２１は、係数ａ／２にｃｏｓ（ｆ）波形を乗じることで、係数ａ／２をもつｃｏｓ（ｆ）波形を得る。これらは上記のｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換になる。
【００３７】
次に、乗算器２２、２３は、係数ｂ／２をもつｓｉｎ（ｆ）波形と係数ａ／２をもつｃｏｓ（ｆ）波形に係数「２」を乗じることで係数ｂをもつｓｉｎ（ｆ）の波形と係数ａをもつｃｏｓ（ｆ）の波形を得る。加算器２４は（ａ・ｃｏｓ（ｆ）＋ｂ・ｓｉｎ（ｆ））の演算で周波数ｆ成分の波形を得る。乗算器２５は、周波数ｆ成分の波形にゲインを乗じ、これを周波数ｆ成分のエンジン発生トルク推定値として得る。
【００３８】
ここで、エンジン発生トルク推定値に対して、ＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性を基に位相遅れとゲイン低下を補正する。この補正手段は、エンジントルク−軸トルク特性発生器２６にはＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性のデータ（例えば図１０のデータ）をあらかじめ設定しておき、このデータのうち周波数ｆにおけるエンジントルク−軸トルク間のゲイン低下分と位相遅れ分のデータを発生させる。このうち、ゲインの低下分データは乗算器２５に係数として与えることでゲイン補正を行う。位相遅れ分データは減算器２７に移相分として与えることで周波数ｆ信号の位相を補正し、この位相補正した周波数ｆ信号をｓｉｎ関数演算器２８とｃｏｓ関数演算器２９の入力とすることで、乗算器２０、２１におけるｓｉｎ変換とｃｏｓ変換のための波形を得る。
【００３９】
したがって、本実施形態では、ＡＴＲ運転を行っているときにＡＴＲの検出信号である軸トルクのみを利用し、他に新たな信号を検出することなくエンジン発生トルクの任意の周波数ｆ成分を推定できる。このことにより、エンジンが機械系共振周波数のトルクを発生しているか否かが容易に判定でき、エンジントルク加振による機械系の共振破壊の防止に役立てることができる。また、従来技術ではある周波数成分のみを抜き出して推定することはできないが本実施形態ではそれが可能になる。また、ローパスフィルタを通すことによる位相遅れとゲイン低下を補正することで高い精度で周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定できる。
【００４０】
（実施形態２）
図２は本実施形態の装置構成を示す。同図が図１と異なる部分は、図１のエンジン発生トルク推定部１０における周波数設定器１２の設定周波数を整数倍（一次〜Ｎ次）の異なる周波数ｆ〜ｆ×Ｎにしたエンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nを設け、これらにより得られる各次数のエンジン発生トルク推定波形を合成器３０で合成することでエンジン発生トルク推定波形を得る点にある。この場合の周波数ｆ〜ｆ×Ｎは、軸トルクメータ／エンジン速度計３のエンジン速度検出信号を基本周波数ｆとしてその逓倍周波数として求める。
【００４１】
本実施形態では、一般に繰り返し波形はそのもっとも低い周波数（基本周波数）の整数倍の波形に分解（前記のフーリエ級数に展開）できることを応用し、エンジンの発生するトルクの波形はエンジン回転数を最も低い周波数とする繰り返し波形になっていることに着目し、ＡＴＲ運転中に軸トルク検出値からエンジン発生トルク波形を推定する。すなわち、エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nは、ＡＴＲ系において、検出信号をエンジン回転速度の整数倍（１〜Ｎ倍）でそれぞれｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得、これらｓｉｎ変換、ｃｏｓ変換する際にＡＴＲ系のエンジントルクからの閉ループ特性を利用することにより、エンジン発生トルクのエンジン回転速度の１〜Ｎ倍の周波数成分をそれぞれ推定する回路を構成し、それぞれの回路の出力を足し合わせる（合成する）ことによりエンジン発生トルク波形を推定する。
【００４２】
本実施形態によれば、実施形態１が周波数ｆ成分のみのエンジン発生トルクを推定するのに対して、各周波数成分を合成したエンジン発生トルク波形を１回の測定で推定することができ、エンジン発生トルクのピーク周波数などを容易に検出することができ、シャフトの捩れがトルク許容値を超えることによるシャフト破断の防止に役立てることができる。
【００４３】
また、従来技術でエンジン発生トルク波形を推定すると高周波成分ほど位相遅れが大きくなり、そのことによりエンジン発生トルク波形のピーク値が実際のピーク値よりも小さく推定される可能性が高い。しかし、本実施形態によれば推定したエンジン発生トルク波形は位相遅れなしに推定されているため、本来のエンジン発生トルク波形をほぼ再現することが可能である。このことにより、エンジン発生トルクピーク値をより精度良く検出できる。
【００４４】
（実施形態３）
図３は本実施形態の装置構成を示す。同図が図１と異なる部分は、軸トルクメータ３Ａからの軸トルク検出に代えて、ＡＴＲ制御部５の出力になるダイナモトルク指令値を使用し、これに伴い特性発生器２６ではエンジントルク−軸トルク特性に代えてＡＴＲ系のエンジントル→ダイナモトルク指令値特性をもたせる。
【００４５】
本実施形態によれば、軸トルクの検出回路がハードウェア的に構成されているなどして、何らかの原因により軸トルク検出値をエンジン発生トルク推定部に入力するのが困難である場合においても、インバータ６に入力するダイナモトルク指令値から周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定できる。また、インバータ６はディジタル制御されていることが多いため、このインバータ制御プログラムに本実施形態のエンジン発生トルク推定部をプログラムとして追加することで済む。
【００４６】
（実施形態４）
図４は本実施形態の装置構成を示す。同図が図３と異なる部分は、図３のエンジン発生トルク推定部１０における周波数設定器１２の設定周波数を整数倍（一次〜Ｎ次）の異なる周波数ｆ〜ｆ×Ｎにしたエンジン発生トルク推定部１０1〜１０fを設け、これらにより得られる各次数のエンジン発生トルク推定波形を合成器３０で合成することでエンジン発生トルク推定波形を得る点にある。この場合の周波数ｆ〜ｆ×Ｎは、軸トルクメータ／エンジン速度計３のエンジン速度検出信号を基本周波数ｆとしてその逓倍周波数として求める。
【００４７】
本実施形態では、実施形態３と同様に、軸トルク検出値の替わりにダイナモトルク指令値を利用するものである。これに伴い、何らかの原因により軸トルク検出値をエンジン発生トルク推定部に入力するのが困難な場合にも、インバータに渡すダイナモトルク指令値のみからエンジン発生トルク波形を推定できる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、実施形態３が周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定するのに対して、各周波数成分を合成したエンジン発生トルク波形を１回の測定で推定することができ、エンジン発生トルクのピークなどを容易に検出することができ、シャフトの捩れがトルク許容値を超えることによるシャフト破断の防止に役立てることができる。
【００４９】
また、従来技術でエンジン発生トルク波形を推定すると高周波成分ほど位相遅れが大きくなり、そのことによりエンジン発生トルク波形のピーク値が実際のピーク値よりも小さく推定される可能性が高い。しかし、本実施形態によれば推定したエンジン発生トルク波形は位相遅れなしに推定されているため、本来のエンジン発生トルク波形をほぼ再現することが可能である。このことにより、エンジン発生トルクピーク値がより精度良く検出される。
【００５０】
（実施形態５）
図５は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６でダイナモ速度制御するエンジン試験装置に適用する場合である。
【００５１】
これに伴い、本実施形態におけるエンジン発生トルク推定部１０は、図１のエンジントルク−軸トルク特性発生器２６に「ＡＳＲ系のエンジントルク−軸トルク特性」のデータをもたせ、設定された周波数ｆ成分のエンジン発生トルクを推定する。
【００５２】
本実施形態では、ＡＳＲ系のエンジントルク−軸トルク特性を利用することにより、ＡＳＲ運転中に実施形態１と同様に、任意の周波数成分のエンジン発生トルクを推定することができる。
【００５３】
（実施形態６）
図６は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６でダイナモ速度制御するエンジン試験装置において、実施形態２や４と同様に、エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nを設け、これらにエンジン回転速度の整数倍（１〜Ｎ）の周波数を設定し、エンジン回転数の１倍からＮ倍までのエンジン発生トルク推定値を足し合わせることにより、エンジン発生トルク波形を推定する。各エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nは、それぞれの特性発生器２６にＡＳＲ系のエンジントルク−軸トルク特性をもたせる。
【００５４】
本実施形態では、ＡＳＲ運転中に実施形態２、４と同様に、１回の測定でエンジン発生トルク波形を推定することができる。
【００５５】
（実施形態７）
図７は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６でダイナモ速度制御するエンジン試験装置において、ＡＳＲ運転中にダイナモトルク指令値（ＡＳＲ出力）と「ＡＳＲ系のエンジントルク−ダイナモトルク指令値特性」を利用し、設定された周波数成分のエンジン発生トルクを推定する。エンジン発生トルク推定部１０は、特性発生器２６にＡＳＲ系のエンジントルク−ダイナモトルク指令値特性をもたせる。
【００５６】
本実施形態では、ＡＳＲ運転中に専用のシステムでは軸トルクを検出しない場合があるが、実施形態３，５と同様に、ＡＳＲコントローラの出力からエンジン発生トルクの任意の周波数成分を推定することができる。
【００５７】
（実施形態８）
図８は本実施形態の装置構成を示し、ダイナモメータをダイナモ速度計３ＢとＡＳＲ制御部７とインバータ６で速度制御するエンジン試験装置において、実施形態６と同様に、エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nを設け、これらにエンジン回転速度の整数倍（１〜Ｎ）の周波数を設定し、エンジン回転数の１倍からＮ倍までのエンジン発生トルク推定値を足し合わせることにより、エンジン発生トルクを推定する。周波数ｆ〜ｆ×Ｎはエンジン速度計３Ｃから得る。各エンジン発生トルク推定部１０1〜１０Nは、それぞれの特性発生器２６にＡＳＲ系のエンジントルク−ダイナモトルク指令値特性をもたせる。
【００５８】
本実施形態では、実施形態６と同様に、軸トルク検出を行わないＡＳＲ運転システムでエンジン発生トルク波形を推定することができる。
【００５９】
なお、以上までの各実施形態において、低域通過フィルタ１８、１９に代えて、エンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器とすることができる。例えば、式（８）の左辺の信号を、積分器によって適切な周期でｘ（ｎ）・ｓｉｎ２ｎを定積分すると、高い周波数成分が削除され、ｂ2・ｓｉｎ2２ｎをもつ項の振幅を抜き出すことができる。同様に、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換した信号をそれぞれエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態１を示す装置構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す装置構成図。
【図３】本発明の実施形態３を示す装置構成図。
【図４】本発明の実施形態４を示す装置構成図。
【図５】本発明の実施形態５を示す装置構成図。
【図６】本発明の実施形態６を示す装置構成図。
【図７】本発明の実施形態７を示す装置構成図。
【図８】本発明の実施形態８を示す装置構成図。
【図９】エンジン試験装置の機械系構成図。
【図１０】エンジン発生トルクに対するエンジン発生トルク推定値のゲイン／位相特性例。
【符号の説明】
【００６１】
１ エンジン
２ ダイナモメータ
３ 軸トルクメータ／エンジン速度計
４ 結合シャフト
５ トルク制御部
６ インバータ
７ 速度制御部
１０、１０1〜１０N エンジン発生トルク推定部
２６ ＡＴＲ系のエンジントルク−軸トルク特性発生器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項２】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項３】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項４】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項５】
前記エンジン発生トルク推定部は、前記抜き出した周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の各成分を、トルク制御系または速度制御系のエンジン発生トルクからの閉ループ特性を利用してエンジン発生トルクの周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）における位相遅れおよびゲイン低下をそれぞれ補正する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項１】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項２】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項３】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、任意に設定された周波数（ｆ）でｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器にそれぞれ通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅を抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換して合成することによりエンジン発生トルクがもつ周波数（ｆ）成分の波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項４】
エンジンとダイナモメータを軸結合し、エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモメータトルク速度検出値を基にトルク制御系または速度制御系によってダイナモメータをトルク制御または速度制御するエンジン試験装置において、
エンジンの軸トルク検出信号またはダイナモトルク指令値を、エンジン回転速度の周波数ｆ〜整数Ｎ倍の周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）でそれぞれｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換し、これら変換後の信号をそれぞれエンジンの１回転周期毎に積分動作する積分器に通すことにより、エンジン発生トルクに含まれる周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）のｓｉｎ成分およびｃｏｓ成分の振幅をそれぞれ抜き出し、これら振幅値をそれぞれ同周期のｓｉｎ変換およびｃｏｓ変換したものを合成することによりエンジン発生トルクの波形を得るエンジン発生トルク推定部を備えたことを特徴とするエンジン発生トルクの測定装置。
【請求項５】
前記エンジン発生トルク推定部は、前記抜き出した周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）の各成分を、トルク制御系または速度制御系のエンジン発生トルクからの閉ループ特性を利用してエンジン発生トルクの周波数（ｆ）または周波数（ｆ）〜（ｆ×Ｎ）における位相遅れおよびゲイン低下をそれぞれ補正する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン発生トルクの測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−３２２９１４（Ｐ２００６−３２２９１４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４５３４４（Ｐ２００５−３４５３４４）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
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