(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータモータ（２）を試験する試験台であって、このスタータモータ（２）と接続された、燃焼エンジンをシミュレーションする電気負荷機械（３）と、この電気負荷機械（３）を制御するコントローラ（２１）とを備えた試験台において、
燃焼エンジンの数学モデルを実装したシミュレーションユニット（２０）が配備されており、このシミュレーションユニット（２０）が、この数学モデルを用いて、制御の各サンプリング時点で電気負荷機械（３）の動作時に測定された実際値（φｉ，ｎｉ，Ｔｉ）から、コントローラ（２１）に提供される新しい負荷目標値（ｎｓ，Ｔｓ）を計算することを特徴とする試験台。
【請求項２】
電気負荷機械（３）の慣性モーメントが燃焼エンジンの慣性モーメントとほぼ一致することを特徴とする請求項１に記載の試験台。
【請求項３】
スタータモータ（２）と接続された、燃焼エンジンをシミュレーションする電気負荷機械（３）と、電気負荷機械（３）を制御するコントローラ（２１）とを備えた試験台（１）でスタータモータ（２）を試験する方法において、
燃焼エンジンの数学モデルにより、制御の各サンプリング時点で電気負荷機械（３）の動作時に測定された実際値（φｉ，ｎｉ，Ｔｉ）から、電気負荷機械（３）を制御するコントローラ（２１）に提供される新しい負荷目標値（ｎｓ，Ｔｓ）を計算することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタータモータを試験する方法及び試験台に関し、この試験台は、スタータモータと接続された、燃焼エンジンをシミュレーションする電気負荷機械と、この電気負荷機械を制御するコントローラとを備えている。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のスタータモータは、例えば、スタート・ストップ技術などの新しい技術のために、益々より高い要求を受けており、特に、そのことは、スタートプロセスの必要数と関連している。５年前でも、３０，０００個のスタートプロセスを必要としていたが、今日ではスタータモータは、既に３００，０００個のスタートプロセスを必要としている。それは、必然的にスタータモータの試験に対する要求も高めている。従って、実際の燃焼エンジンでの従来の一般的な試験は殆ど実行されていない。その理由は、一方では、新しい燃焼エンジン又は新しい駆動系統に関してスタータモータを試験する時点では、多くの場合それが全く入手不可能であるからであり、他方では、例えば、冷却水、燃料、排ガス、オイルなどのための燃焼エンジンの媒体接続部及び供給配管が必要なために、コスト及び時間的な理由からそのような試験台に関する負担が大き過ぎるからである。
【０００３】
そのような理由から、燃焼エンジンを電気機械に置き換えてシミュレーションする、燃焼エンジンのスタータモータ用の試験台が既に構想されている。特許文献１は、そのような試験台を記載している。そこでは、プリセット可能な試験特性曲線に基づき電気機械を制御している。その場合、試験特性曲線は、実際の燃焼エンジンでの測定又は仮想的なエンジンモデルから作成できる。しかし、その場合、試験特性曲線は、その時々の試験フローに対して規定され、例えば、５０，０００回繰り返される各試験フロー時に使い捨てされる。
【０００４】
その場合に起こる問題は、スタータモータと燃焼エンジンから成るシステムが厳密に決まった時間的な挙動を持っていないことである。むしろ、そのような電気機械システムは、或る程度の限界内で、ミリ秒のオーダーで変化する可能性の有る時間的にランダムな挙動を示す。例えば、スタート信号の時点からスタータピニオンの係合及びスタータモータの始動までの経過時間が変化した場合、機械機構及び電気機械部品（例えば、リレー）のために、必要な回転トルクが増大する。同様に、回転トルク発生時に時間変動が起こる可能性が有る。それによって、理論的な試験特性曲線と実際の動作が完全には保証されず、時間的なずれを生じさせる可能性が有る。スタータモータが、例えば、試験特性曲線に応じて、既に始動している、即ち、回転数ｎ≠０を示す必要がある場合に、負荷機械が未だ回転数ｎ＝０に設定されていることが起こる可能性が有り、それは、エンジンの停止などを引き起こす。それによって、スタータ電流が大きく上昇して、それが、スタータモータ又はスタータピニオン及びスタータリムでの非現実的な負荷を生じさせる可能性が有る。そのような試験フローは、代表的なフローではなく、試験においても考慮できない。更に、実際の研究も、それによって、そのような試験台を用いた動作時に、実際には起こらないスタータモータでの損傷事象が発生することを示している。そのため、そのような試験台はスタータモータの実際の試験には使用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ特許公開第１０２００６０４５９７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のことから、本発明の課題は、電気負荷機械を備えた試験台でのスタータモータの試験時の前述した問題を取り除くことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本課題は、本発明により、燃焼エンジンの数学モデルを実装したシミュレーションユニットにおいて、この数学モデルを用いて、制御の各サンプリング時点で電気負荷機械の動作時に測定された実際値から、コントローラに提供される新しい負荷目標値を計算することによって解決される。時間に基づく試験特性曲線を規定するのではなく、制御の各サンプリング時点で燃焼エンジンのその時々に期待される状態を算定することによって、各時点において、その時々の状態に基づき制御を行ない、それにより、実際の状態と目標基準状態の時間的なずれを防止することを保証している。そのため、そのような制御は、燃焼エンジンとスタータモータから成る電気機械システムにおける避けがたいランダムな時間的変動に対して影響されなくなる。
【０００８】
電気負荷機械の慣性モーメントが実際の燃焼エンジンの慣性モーメントとほぼ一致する場合、試験台又は試験方法の精度を向上することができる。
【０００９】
以下において、本発明を制限しない、実施例を模式的に図示した図１及び２と関連して、本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による試験台の斜視図
【図２】本発明による制御方式のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によるスタータモータ２を試験する試験台１は、図１に図示されている通り、電気負荷機械３、例えば、永久磁石励起式同期機械と、スタータモータ２を正しい位置に固定するための支持機器５と、試験台１の個別部分を設置するための台架４とを備えている。更に、電気供給ユニット１１、例えば、１２Ｖの車両バッテリ又はバッテリシミュレータが配備されている（図２を参照）。バッテリシミュレータを使用した場合、異なるバッテリ充電状態による試験フローも実現できる。
【００１２】
この支持機器５は、スタータモータ２を固定するための収容機器６を備えることができる。スタータモータ２を電気負荷機械３に対する正しい位置に容易に調整して正しい位置に固定するために、この収容機器６を支持機器５に対して相対的に移動することが可能であるか、支持機器５を台架４に対して相対的に移動することが可能であるか、或いはその両方が可能である。同様に、図１に図示されている通り、一つの試験台で複数のスタータモータ２を同時に試験できるように、第二のスタータモータ２を試験台１に配置できる。そのために、別のスタータモータ２を同じく支持機器５に配置するものと規定できる。それに代わって、そのモータを収容機器６と共に直に台架４に配置することもできる。
【００１３】
被動側では、電気負荷機械３にスタータリム７が配備されている。この場合、スタータリム７は、有利には、車両にも組み込まれている実際のスタータリムと同じものである。スタータモータ２には、始動プロセスのためにスタータリム７と係合する、ここでは図示されていない周知のスタータピニオン８が配置されている（図２を参照）。この係合・開始プロセス自体は、明らかに周知であり、そのため、ここでは、詳しく言及しない。この場合、電気負荷機械３は、スタータモータ２により始動すべき燃焼エンジンをシミュレーションする。試験フローの開始前にスタータリム７をパラメータで設定可能な位置に持って行くものと規定することもできる。
【００１４】
図２に図示されている通り、電気負荷機械３には、例えば、回転角φｉ及び／又は回転数ｎｉを検出する角度計１０及び／又は電気負荷機械３の回転トルクＴｉを検出する測定フランジ９などの測定機器が配置されている。当然のことならが、回転数ｎｉを回転角φｉから導き出すこともできる。
【００１５】
シミュレーションユニット２０には、燃焼エンジンをシミュレーションする、燃焼エンジンの数学モデルが実装されている。この場合、このモデルは、有利には、それが始動以降、即ち、回転数ｎ＝０から開始する形で燃焼エンジンをシミュレーションできるように構成されている。この関連において、シミュレーションするとは、このモデルが始動以降のその時々の実際の回転角φｉ又はその経過時間と、例えば、実際の回転数ｎｉ及び／又は実際の回転トルクＴｉの形の電気負荷機械３のその時々の動作状態に基づき燃焼エンジンの実際の動作状態を計算して、負荷目標値の形で、例えば、回転数制御の場合の目標回転数ｎｓ又は回転トルク制御の場合の目標回転トルクＴｓの形で出力できることを意味する。そのようにして計算した負荷目標値は、コントローラ２１に提供され、コントローラは、回転トルク設定値Ｔｓｔｅｌｌ又は回転数設定値ｎｓｔｅｌｌを計算して、それにより電気負荷機械３を制御する。そのために、このコントローラ２１は、その時々の実際値、例えば、実際の回転角φｉ、実際の回転数ｎｉ及び／又は実際の回転トルクＴｉを取得することもできる。
【００１６】
試験フローは、試験台制御ユニット２２によって制御、監視及び評価される。この場合、試験台制御ユニット２２は、シミュレーションユニット２０、コントローラ２１、スタータモータ２及び／又は電気負荷機械３と接続されて、それらとデータを交換できる。特に、試験台制御ユニット２２の試験フローは、スタート信号によって開始される。
【００１７】
試験フローの開始後、シミュレーションユニット２０は、数学モデルから制御の各サンプリング時点で、例えば、１００μ秒毎に、開始以降のその時々の回転角φ又は開始以降のその時々の時間に関して、燃焼エンジンのその時々の正しい動作状態を計算して、例えば、目標回転数ｎｓ及び／又は目標回転トルクＴｓの形の負荷目標値をコントローラ２１に提供し、コントローラは、この目標基準値を、例えば、電気負荷機械３の実際の回転トルク（回転トルク設定値Ｔｓｔｅｌｌ）に変換する、即ち、スタータモータ２に関して計算した負荷状態を電気負荷機械３に設定するように、電気負荷機械３を制御する。
【００１８】
燃焼エンジン又は燃焼エンジンをシミュレーションする電気負荷機械３の挙動の高い動特性のために、コントローラ２１での基本となる制御が、小さい、有利には、１ｍ秒以内の無効時間を有するのが有利であり、それによって、実際値の変化に対する速い反応と、例えば、この場合１０ｋＨｚなどの制御の速いサンプリング周波数とが可能となる。当然のことながら、制御ループでの無効時間を少なくとも部分的に補償するための周知の制御アルゴリズムを用いることもできる。
【００１９】
同様に、電気負荷機械３の慣性モーメントが実際の燃焼エンジンの慣性モーメントとほぼ一致するのが有利である。この場合、これらの慣性モーメントの差は、有利には、最大２０％、特に有利には、最大１０％、全く特に有利には、最大５％である。燃焼エンジンの慣性モーメントは、電気負荷機械３によってシミュレーションされる。この慣性のシミュレーションは、システムの無効時間とシステムの非線形性の理由から理想的には動作しない。しかし、シミュレーションする慣性が電気負荷機械の実際の慣性に近付く程、燃焼エンジン又はスタータモータ２を試験する試験台１のシミュレーションが、より正確に動作することとなる。
【図１】
0005782570.tif 000002
【図２】
0005782570.tif 000003