(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとダイナモメータを高剛性シャフトで結合し、
エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法により設計したダイナモメータ制御装置によりダイナモメータの速度制御をするエンジンベンチシステムにおいて、
前記ダイナモメータ制御装置は、
前記ダイナモメータの速度指令に対して、ダイナモ速度検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を得るコントローラと、
前記ダイナモメータの速度制御時のエンジントルクおよび前記コントローラに得るダイナモトルク指令を入力とし、少なくとも３慣性系のエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有して軸トルク検出値および前記ダイナモ速度検出値を得る伝達特性演算器と、
前記伝達特性演算器に得る軸トルク検出値を入力とし、前記伝達特性Ｋ（Ｓ）とは逆の伝達特性を有してエンジントルク推定値を得るエンジントルクオブザーバを備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。
【請求項２】
エンジンとダイナモメータを高剛性シャフトで結合し、
エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法により設計したダイナモメータ制御装置によりエンジンの軸トルク制御をするエンジンベンチシステムにおいて、
前記ダイナモメータ制御装置は、
前記エンジンの軸トルク指令に対して、エンジンの軸トルク検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を得るコントローラと、
前記エンジンの軸トルク制御時のエンジントルクおよび前記コントローラに得るダイナモトルク指令を入力とし、少なくとも３慣性系のエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有して前記軸トルク検出値を得る伝達特性演算器と、
前記伝達特性演算器に得る軸トルク検出値を入力とし、前記伝達特性Ｋ（Ｓ）とは逆の伝達特性を有してエンジントルク推定値を得るエンジントルクオブザーバを備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにダイナモメータを直結してエンジンの各種性能試験を行うためのエンジンベンチシステムに係り、特にダイナモメータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジンベンチシステムでは図５に示すようにエンジン１とトランスミッション（ＡＴあるいＭＴ、ＭＴの場合はクラッチ付）２を組み合わせ、シャフト３を介してダイナモメータ４と結合している。
【０００３】
エンジン側はスロットルアクチェータ（ＡＣＴ）５によりスロットル開度をコントロールする。ダイナモ４側には回転検出器６、トルク検出器（ロードセル）７を設け、この検出によりダイナモ４の速度、トルクの制御を実施する。このシステムによりエンジン１の耐久性や性能（燃費、排ガス計測等）、ＥＣＵ適合等の試験をしている。
【０００４】
但し、このようなシステムでは、機械の共振点が低く、ダイナモ側からエンジン側へ高応答なトルク特性をもってトルク伝達ができない、あるいはエンジン側の高応答な挙動をダイナモ側へ伝達することができないため、エンジンや車両関連部品の過渡性能試験が完成車両を使用しないと実施できない問題があった。
【０００５】
このような課題を解決する手段として、最近、図６に示すように、エンジン１とダイナモ４を高剛性のシャフト８で直結することで、ダイナモ４からエンジン１に対して高い周波数特性までのトルク加振を可能にし、実車に近い状態での過渡再現を実施することにより、車両レスでのエンジン試験を可能にするシステムが考えられている。
【０００６】
図７は、エンジンベンチシステムのダイナモメータ制御装置の基本構成図を示す。エンジン１とダイナモ４をシャフト８で機械結合した機構に対して、軸トルクメータ９によるエンジン軸トルク検出と、図示省略する回転検出器によるダイナモ４の速度検出を行い、コントローラ１０はダイナモ速度または軸トルクを指令値とし、軸トルク検出値またはダイナモ速度検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、この演算結果としてダイナモトルク指令を求める。インバータ１１は、コントローラ１０からのダイナモトルク指令に応じた電流出力でダイナモ４を駆動することでダイナモ４にダイナモトルク指令に一致したトルクを発生させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシステムでは、エンジン−ダイナモ間のトルク伝達性能が良いため、エンジンが発生するトルク脈動がダイナモの制御性能に大きく影響を与えることになる。
【０００８】
例えば、エンジン−ダイナモ間のトルク伝達性能が振動数１００Ｈｚ程度まであるとすると、４気筒のエンジンでは、３０００回転（ｒｐｍ）までエンジン脈動の影響を受けるため、実際の運転領域が影響範囲になってしまう。
【０００９】
そのため、エンジンが発生する脈動トルクの把握が重要となるが、従来はエンジン脈動を直接測定する手段がなく、定格上の理論値を使用していた。但し、脈動トルクはエンジンのスロットル開度や回転数により大きく変動するため、過渡的な脈動トルクの把握はできていなかった。
【００１０】
本発明の目的は、エンジン−ダイナモ間が高剛性シャフトで結合された高応答なエンジンベンチシステムにおいて、エンジンが発生する過渡的な脈動トルクを高い精度で検出および検出した脈動トルクの影響を取り除いたダイナモメータ制御を可能にし、ひいては高精度のエンジン試験ができるようにしたエンジンベンチシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（発明の原理的な説明）
エンジンベンチシステムのダイナモメータ制御装置として、μ設計法により設計したものを、本願出願人は既に提案している。
【００１２】
この提案は、まず、制御対象システムであるエンジン−ダイナモ制御系のモデル化を行う。ここでは図８に示す５慣性系のモデル化例を示す。このエンジン−ダイナモ系モデルにおいて、各パラメータは、以下の表に示す意味である。
【００１３】
【表１】
0004019709.tif 000002
【００１４】
このモデル化は適用する制御対象で制御に大きく寄与する機械パラメータを利用してモデル化を行うもので、５慣性系に限ったものではなく、４慣性系、３慣性系でもよい。
【００１５】
次に、ダイナモメータの制御装置の設計には、前記モデルの運動方程式を次式のように展開する。なお、θｘは機械要素ｘの回転位相角である。
【００１６】
【数１】
0004019709.tif 000003
【００１７】
この運動方程式を基にしたエンジン−ダイナモ制御系の等価ブロックを示したのが図９であり、図７のインバータも含めた５慣性系の等価ブロック構成の場合を示す。
【００１８】
この図９の等価ブロックによれば、エンジン−ダイナモ制御系の伝達特性を厳密に定義でき、この伝達特性を基に軸トルクＴpfやダイナモ速度ωdを検出信号として図７のコントローラにフィードバックすることで高応答を得ることができる。
【００１９】
ここで、図９の等価ブロックの１つの入力になるエンジントルクＴｅにはエンジン１の定格上の理論値を使用すると、前記のようにエンジンが発生する脈動トルクの影響を受け、広い回転数範囲で高応答が得られなくなる。
【００２０】
そこで、本発明では、図９の等価ブロックにおいて、エンジントルクから軸トルクまでの伝達特性とは逆の伝達特性をもつエンジントルクオブザーバを用意し、このオブザーバには図９の等価ブロックに得られる軸トルクを入力として出力にエンジントルク推定値を求め、これをエンジン脈動計測情報として利用したり、図９の等価ブロックのエンジントルクＴｅとして与えることにより、過渡的なエンジンの脈動による影響を取り除くものである。
【００２１】
（１）エンジンとダイナモメータを高剛性シャフトで結合し、
エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法により設計したダイナモメータ制御装置によりダイナモメータの速度制御をするエンジンベンチシステムにおいて、
前記ダイナモメータ制御装置は、
前記ダイナモメータの速度指令に対して、ダイナモ速度検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を得るコントローラと、
前記ダイナモメータの速度制御時のエンジントルクおよび前記コントローラに得るダイナモトルク指令を入力とし、少なくとも３慣性系のエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有して軸トルク検出値および前記ダイナモ速度検出値を得る伝達特性演算器と、
前記伝達特性演算器に得る軸トルク検出値を入力とし、前記伝達特性Ｋ（Ｓ）とは逆の伝達特性を有してエンジントルク推定値を得るエンジントルクオブザーバを備えたことを特徴とする。
【００２２】
（２）エンジンとダイナモメータを高剛性シャフトで結合し、
エンジン−ダイナモ制御系の慣性系がもつ機械パラメータを使用して該制御系のモデル化を行い、このモデルを基にした運動方程式からμ設計法により設計したダイナモメータ制御装置によりエンジンの軸トルク制御をするエンジンベンチシステムにおいて、
前記ダイナモメータ制御装置は、
前記エンジンの軸トルク指令に対して、エンジンの軸トルク検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を得るコントローラと、
前記エンジンの軸トルク制御時のエンジントルクおよび前記コントローラに得るダイナモトルク指令を入力とし、少なくとも３慣性系のエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有して前記軸トルク検出値を得る伝達特性演算器と、
前記伝達特性演算器に得る軸トルク検出値を入力とし、前記伝達特性Ｋ（Ｓ）とは逆の伝達特性を有してエンジントルク推定値を得るエンジントルクオブザーバを備えたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１を示す装置構成図であり、μ設計法で設計したダイナモ速度制御装置の場合である。
【００２４】
コントローラ２１は、エンジンの試験内容に応じてパターン設定されるダイナモ速度指令に対して、ダイナモ速度検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を図７のエンジン−ダイナモ制御系がもつ伝達特性Ｋ（Ｓ）に与える。このコントローラ２１は、従来のＰＩＤ制御、またはＨ∞制御、μ設計法による制御特性をもつものにされる。
【００２５】
伝達特性演算器２２は、コントローラ２１からのダイナモトルク指令とエンジン１が発生するエンジントルクの検出値からエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有してダイナモ速度を検出し、コントローラ２１へのフィードバック信号にする。この伝達特性演算器２２は、前記のμ設計法を利用してダイナモーエンジン制御系の厳密な制御特性が得られるように設計したものである。
【００２６】
エンジントルクオブザーバ２３は、図９の等価ブロックにおいて、エンジントルクから軸トルクまでの伝達特性とは逆の伝達特性をもち、伝達特性演算器２２に得られる軸トルクを入力として出力にエンジントルク推定値を求める。
【００２７】
図２は、ダイナモメータ速度制御で、エンジントルクから伝達特性検出までの伝達特性（ゲイン特性）を示す。この例では１００Ｈｚ近傍までほぼフラットに推移してその後減衰している。この特性の逆特性を図１のエンジントルクオプサーバ２３に適用することにより、軸トルク検出からエンジントルクを推定することができる。
【００２８】
このエンジントルク推定値は、エンジン脈動計測情報として利用することができる。
【００２９】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２を示す装置構成図であり、μ設計法で設計した軸トルク制御装置の場合である。
【００３０】
コントローラ２４は、エンジンの試験内容に応じてパターン設定される軸トルク指令に対して、軸トルク検出値をフィードバック信号として自動制御演算を行い、ダイナモトルク指令を図５のエンジン−ダイナモ制御系がもつ伝達特性Ｋ（Ｓ）に与える。
【００３１】
伝達特性演算器２５は、コントローラ２１からのダイナモトルク指令とエンジン１が発生するエンジントルクの検出値からエンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有して軸トルクを検出し、コントローラ２１へのフィードバック信号にする。この伝達特性演算器２５は、前記のμ設計法を利用してダイナモーエンジン制御系の厳密な制御特性が得られるように設計したものである。
【００３２】
エンジントルクオブザーバ２６は、図９の等価ブロックにおいて、エンジントルクから軸トルクまでの伝達特性とは逆の伝達特性をもち、伝達特性演算器２５に得られる軸トルクを入力として出力にエンジントルク推定値を求める。
【００３３】
図４は、軸トルク制御で、エンジントルクから軸トルク検出までの伝達特性（ゲイン特性）を示す。この例では１００Ｈｚ近傍まで２０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが増加している。この特性の逆特性を図３のエンジントルクオプサーバ２６に適用することにより、軸トルク検出からエンジントルクを推定することができる。
【００３４】
このエンジントルク推定値は、エンジン脈動計測情報として利用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、ダイナモ速度制御時および軸トルク制御時にエンジントルクから軸トルク検出の特性を利用して過渡的なエンジン脈動トルクを推定できる。μ設計法により演算器の軸トルク検出から直接的に推定するため誤差が少なく、リアルタイムで把握できる。そのため、本発明で対象としているようなエンジンベンチシステムでの良好なダイナモ制御の設計に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示すダイナモメータ速度制御装置の構成図。
【図２】実施形態１におけるダイナモメータ速度制御時の軸トルク伝達特性の例。
【図３】本発明の実施形態２を示す軸トルク制御装置の構成図。
【図４】実施形態２におけるエンジンの軸トルク制御時の軸トルク伝達特性の例。
【図５】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【図６】従来の他のエンジンベンチシステムの構成図。
【図７】ダイナモメータ制御装置の構成図。
【図８】エンジン−ダイナモ制御系のモデル化例。
【図９】エンジン−ダイナモ制御系のブロック図。
【符号の説明】
１…エンジン
４…ダイナモメータ
８…シャフト
１０、２１、２４…コントローラ
１１…インバータ
２２、２５…伝達特性演算器
２３、２６…上位マンマシン装置
【図１】
0004019709.tif 000004
【図２】
0004019709.tif 000005
【図３】
0004019709.tif 000006
【図４】
0004019709.tif 000007
【図５】
0004019709.tif 000008
【図６】
0004019709.tif 000009
【図７】
0004019709.tif 000010
【図８】
0004019709.tif 000011
【図９】
0004019709.tif 000012