(57)【要約】【課題】エンジンベンチシステムにおいて、エンジンスタータによってエンジンを始動するとき、エンジンと一体的に取付けられているクラッチのバネ特性により、エンジンが発生するトルク周波数がクラッチの機械共振周波数近傍になったとき共振し軸トルク検出値がハンチングして始動不可能になる。【解決手段】トルク制御部に、エンジンに対するトルク電流指令の機械共振点近傍ゲインを下げるパラメータを設定する。下げるためのトルク電流指令時の軸トルクT12を、T12＝（K12／ｓ＋C12）×（w2 −w1）で求める。ただし、K12：結合シャフトばね特性、C12：ダンピング、w2：動力計角速度、w1：エンジン角速度、【選択図】  図１
2013015386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルアクチュエータによって開度制御されるエンジンとダイナモメータを連結し、軸トルク指令と検出された軸トルクをトルク制御部に入力し、トルク制御部で軸トルク指令と軸トルク検出に対する積分信号と、軸トルクに対する伝達関数の演算手段から得られる動力計トルクの差で動力計トルクを算出し、算出された動力計トルクからトルク電流指令を生成し、インバータを介して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、
前記エンジン始動時に、エンジントルクに対するトルク電流指令の機械共振点近傍ゲインを下げるようにトルク制御部のエンジンベンチシステムのモデル物理値を設定することを特徴としたエンジンベンチシステムの制御方法。
【請求項２】
前記トルク制御部における機械共振点近傍ゲインを下げるトルク電流指令の演算は、トルク電流指令生成時の軸トルクT12を、
T12＝（K12／ｓ＋C12）×（w2 −w1）
で求めることを特徴としたエンジンベンチシステムの制御方法。
ただし、K12：結合シャフトばね特性、C12：ダンピング係数、w2：動力計角速度、w1：エンジン角速度、
【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方法に係わり、特にエンジンスタート時の制御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５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ＭＴ、ＭＴの場合にはクラッチ付）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５で示すエンジンベンチシステムによってエンジンＥ／Ｇの試験を開始する場合、図示省略されたスタータを起動させることでエンジンＥ／Ｇを始動させ、始動確認後にエンジン単体試験が実行される。その際、トランスミッションＴ／Ｍでのクラッチは常時接合状態となっており、エンジンＥ／ＧからダイナモメータＤＹまでの連結体がスタータの起動負荷となり、以下の理由によってスタータによる始動ができない虞が生じる。
【０００７】
図６はエンジンスタータによる始動波形を示したものである。（ａ）は回転数で、線Ｅはエンジン単体の場合、線ＤはダイナモメータＤＹを直結した場合、（ｂ）は軸トルクメータによって検出された軸トルク検出値、（ｃ）はコントローラＣによって生成されるトルク電流指令で、ＵＬは上限値、ＬＬは下限値である。
【０００８】
エンジン始動時における機械の連結体には、エンジンＥ／ＧとダイナモメータＤＹとの間にクラッチが入っており、そのクラッチにはガタなどによるばね特性が存在して機械共振特性を有している。このため、ＩＰ制御による速度制御では、エンジンが発生するトルクの周波数がクラッチによる機械共振周波数近傍になったときに共振し、図６の（ｂ）で示すように軸トルクの検出値にハンチング現象が生じる。また、同時に（ｃ）図で示すようにトルク電流指令も飽和する。
【０００９】
トルク電流指令は、コントローラＣにおいて上限値ＵＬ（吸収トルクリミット）と下限値ＬＬ（駆動トルクリミット）として所定の大きさの加減速リミットが設定されており、そのリミットは、一般に減速（吸収）リミット側が大きく設定されている。このため、ハンチング現象が発生すると、エンジンの平均負荷トルクは吸収側に偏り、（ｂ）図で示すように共振領域を抜け出ることができずエンジン始動ができなくなる。
【００１０】
本発明が目的とするとこは、特許文献１で示すトルク制御装置を更に改良して
エンジンスタート時の始動制御が容易となるエンジンベンチシステムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、スロットルアクチュエータによって開度制御されるエンジンとダイナモメータを連結し、軸トルク指令と検出された軸トルクをトルク制御部に入力し、トルク制御部で軸トルク指令と軸トルク検出に対する積分信号と、軸トルクに対する伝達関数の演算手段から得られる動力計トルクの差で動力計トルクを算出し、算出された動力計トルクからトルク電流指令を生成し、インバータを介して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、
前記エンジン始動時に、エンジンに対するトルク電流指令の機械共振点近傍ゲインを下げるようにトルク制御部の演算パラメータを設定することを特徴としたものである。
【００１２】
また、本発明は、前記トルク制御部における機械共振点近傍ゲインを下げるトルク電流指令の演算は、トルク電流指令生成時の軸トルクT12を、
T12＝（K12／ｓ＋C12）×（w2 −w1）
で求めることを特徴としたものである。
ただし、K12：結合シャフトばね特性、C12：ダンピング係数、w2：動力計角速度、w1：エンジン角速度、
【発明の効果】
【００１３】
以上のとおり、本発明によれば、エンジントルクに対するトルク電流指令の機械共振点近傍のゲインを下がるように、トルク制御パラメータを最適な値にエンジンベンチのモデル物理値を設定する。これにより、エンジン始動時のトルク電流指令の飽和が抑制され、エンジンスタータによる始動が失敗することなく容易に可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】軸トルク制御によるエンジントルクートルク電流指令のゲイン特性図。
【図３】機械系モデル図。
【図４】説明のための波形図で、（ａ）は回転数、（ｂ）は軸トルク検出、（ｃ）はトルク電流指令。
【図５】エンジンベンチシステムの概略構成図。
【図６】エンジンスタータによる始動波形図で、（ａ）は回転数、（ｂ）は軸トルク検出、（ｃ）はトルク電流指令。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。本発明は多慣性系機械系モデルを２慣性系に近似できるようなエンジンヘンチシステムを対象とするもので、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 ：ダイナモメータ慣性モーメント
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 ：ダイナモメータ角速度
T2 ： ダイナモメータトルク（トルク電流指令）
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）
T12＝K12／ｓ×（w2 −w1）  ……   （２）
J2×ｓ×w2＝−T12＋ T2    ……   （３）
図２は、エンジントルクに対するトルク電流指令のゲイン特性を示したもので、線イは一般的な特性図であり、線ロは後述する本発明によるゲイン特性である。
線イで示す一般的なエンジンベンチシステムの機械系では、約９Ｈｚ近辺に共振点を有してエンジン始動時の阻害要因となっている。
【００１６】
図１は本発明の実施例を示したもので、このようなトルク制御回路とすることで、共振点を図２の実線ロで示すように移動させながら共振点付近のゲインを下げるようトルク制御パラメータを設定するものである。
図１において、１はコントローラ内のトルク制御部（DYATR）で、軸トルク指令T12rと軸トルクメータＳＴによって検出された軸トルク検出T12を入力して（４）式により軸ダイナモメータトルクT２を求め、トルク電流指令としてインバータ２を介してダイナモメータ（エンジンダイナモメータの機械系）３を制御する。
T２＝(Ki/ｓ)×(T12r−T12)−(Kp＋ｓ×Kd)／(f1×ｓ＋1)×T12    ……（４）
ただし、Ki、Kp 、Kd 、f1はトルク制御パラメータである。
【００１７】
図３は、本発明に使用されるダイナモメータ３の機械特性を伝達関数で表現したもので、２慣性機械系モデルである。この機械系モデルは、J1.TとJ2.Tを入力として持ち、J1.w、K12T、およびJ2.wを出力として持つ。３１はローラ慣性モーメント要素で、その出力はローラ角速度J1.wとして一般化プラントへ出力すると共に、減算手段３６に出力する。３２はばね剛性要素で、減算手段３６により算出されたダイナモの角速度とローラ角速度の差信号が入力されてシャフト捩れトルクK12.T信号として一般化プラントへ出力すると共に、加算手段３４と減算手段３５に出力する。加算手段３４では、ローラ表面にかかる車両駆動力によるローラの回転モーメントJ1.Tとシャフト捩れトルクK12.Tが加算されてローラ慣性モーメント要素３１に入力する。また、減算手段３５では、入力されたダイナモトルク信号J2.Tとシャフト捩れトルクK12.Tの差信号を求めダイナモ慣性モーメント要素３３に出力する。ダイナモ慣性モーメント要素３３では、入力された信号に基づいてダイナモ角速度J2.wを演算して一般化プラントへ出力すると共に、減算手段３６に出力する。
【００１８】
すなわち、図３は（４）式と等価な回路で、ダイナモメータのトルク指令値T12r と軸トルク検出T12とのトルク偏差を積分手段を介して出力し、その出力と(Kp＋ｓ×Kd)／(f1×ｓ＋1)を演算する演算手段の出力との差に軸トルク検出T12を掛けたもが軸トルクT２となってトルク電流指令になる。
算出に用いられるトルク制御パラメータ、Ki、Kp 、Kd 、f1は以下のようにして決定する。
【００１９】
（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４次多項式になる。
Ｐ(s)＝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、ａ４、ａ３、ａ２、ａ１は４次低域通過フィルタの特性多項式の係数で、例えば、Butterworth型にするには次のように設定される。
ａ4＝１
ａ３＝2.61312592975275
ａ２＝3.41421356237309
ａ１＝2.61312592975275
パラメータKi、Kp 、Kd 、f1は機械共振周波数ｗｒを
ｗｒ＝√(K12(1/J1+1/J2))として次のようにして求める。
Ki＝f Ki（ａ4、ａ3、ａ2、ａ1、 J1、K12 、J2）                （６）
Kp＝f Kp（ａ4、ａ3、ａ2、ａ1、 J1、K12 、J2）                （７）
Kd＝f Kd （ａ4、ａ3、ａ2、ａ1、 J1、K12 、J2）              （８）
f1＝ff1（ａ4、ａ3、ａ2、ａ1、 J1、K12 、J2）                  （９）
本発明では、（６）〜（９）に基づいてパラメータを決定し、最もエンジントルクに対するトルク電流指令の機械共振点付近のゲインが下がるパラメータを求めるものである。パラメータは次の組み合わせとした。
J1          ：×０．５ 〜 ２
J2          ：×０．５ 〜 ２
K12        ：×０．５ 〜 ２
Poly        ：butter, bessel, binomial
C12        ：０．１ 〜 １．０
また、ダンピングに任意の係数を加えることで、（２）式で得られる軸トルクT12を（１０）式として求めた。
T12＝（K12／ｓ＋C12）×（w2 −w1）  ……   （１０）
すなわち、慣性J1，J2、剛性K12に所定の係数を乗算し、閉ループ特性（２フィルタ）及び閉ループ特性のダンピングの係数を変えてゲインが最も下がるパラメータを組み合わせて、図２の実線ロで示すゲイン特性を得た。
【００２０】
図３は本発明による始動特性で、（ａ）は回転数を示したもので線Ａはダイナモメータ、線Ｂはエンジン、（ｂ）は軸トルク検出、（ｃ）トルク電流指令で、ＵＬは吸収トルクリミット、ＬＬは駆動トルクリミットである。
エンジントルクに対するトルク電流指令の機械共振点付近のゲインを下げるようにトルク制御パラメータを設定することで、（ｃ）図で示すようにトルク電流指令がリミット値によって制限される飽和現象が無くなる。図３（ｂ）で示すよう軸トルク検出の平均値がゼロに近づく。これにより、（a）図に示すようにエンジンスタータによる始動失敗が防止されるものである。
【符号の説明】
【００２１】
１…  コントローラ（トルク制御部）
２…  インバータ
３…  エンジンベンチシステムの機械系
Ｅ／Ｇ…  エンジン
Ｔ／Ｍ…  トランスミッション
ＳＴ…  軸トルクメータ
ＤＹ…  ダイナモメータ（動力計）
ＰＰ…  速度検出
Ｃ…  コントローラ
ＩＶ…  インバータ
【図１】
2013015386.tif 000003
【図２】
2013015386.tif 000004
【図３】
2013015386.tif 000005
【図４】
2013015386.tif 000006
【図５】
2013015386.tif 000007
【図６】
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