(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、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またはダイナモメータの速度制御によってエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
エンジン−ダイナモ制御系の４慣性系がもつエンジン慣性Ｊｅ、シャフトばね定数Ｋ3C、カップリング慣性Ｊ3、カップリングばね定数Ｋ4Cの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設計法により前記ダイナモメータ制御装置を設計し、
前記ダイナモメータ制御装置は、エンジン等の機械系の変更に応じて前記機械パラメータをそれぞれ変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータをもつ制御装置に切り替える手段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】
前記ダイナモメータ制御装置は、
エンジンの軸トルク指令またはダイナモメータの速度指令に対して軸トルク検出値またはダイナモメータ速度検出値をフィードバック信号としてダイナモトルク指令を得るするコントローラと、
前記μ設計法により設計され、前記コントローラからのダイナモトルク指令とエンジンが発生するエンジントルクの検出値から前記エンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有して前記軸トルクまたはダイナモメータ速度を検出する伝達特性演算器とを備え、
前記伝達特性演算器またはコントローラは、前記機械パラメータを所定の区分単位で変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータに近い値をもつ前記区分の伝達特性演算器またはコントローラに切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の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３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４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５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】
エンジンベンチシステムでは、供試体であるエンジンを各種のものに変更して試験を実施可能とした汎用性が要望される。しかし、エンジンが変われば、当然、機械的パラメータでありシステムの制御性能に大きく影響を与えるエンジン慣性が変化する。
【０００８】
このとき、本発明で対象としているような高応答のエンジンベンチシステムでは、エンジン慣性が変わる毎に、同一の制御性能を得るためにコントローラの厳密な設計が必要であった。そのため、設計に時間を要し、かつどの程度の制御性能を得ることができるがが即座にわからなかった。
【０００９】
本発明の目的は、エンジン−ダイナモ系を高応答にしたエンジンベンチシステムにおいて、エンジン等の機械系が変更された場合でも、簡易に同等の制御性能を得ることができるエンジンベンチシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（発明の原理的な説明）
本発明では、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６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。
【００１１】
【表１】
0004019710.tif 000002
【００１２】
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。
【００１３】
次にダイナモメータの制御装置の設計を行うために、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。
【００１４】
【数１】
0004019710.tif 000003
【００１５】
次に、今回対象としている制御対象でパラメータの変動を許容するパラメータを設定する。ここでは、以下の式に示すように、エンジン慣性Ｊｅ、シャフトばね定数Ｋ3C、カップリング慣性Ｊ3、カップリングばね定数Ｋ4Cを変動許容対象と定義している。
【００１６】
【数２】
0004019710.tif 000004
【００１７】
これらの定義を利用してμ設計法により設計したエンジン−ダイナモ制御系の等価ブロックを示したのが図７であり、図５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】
以上のことから、本発明は、エンジン−ダイナモ制御系をモデル化し、このモデルを使用してμ設計法によりダイナモメータ制御装置を設計し、このダイナモメータ制御装置として供試体の変更に応じてモデルに設定した機械パラメータをそれぞれ変更したものを用意しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータをもつダイナモメータ制御装置に切り替えることで簡易に高応答のエンジン試験ができるようにするものである。
【００１９】
（発明の構成）
（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、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またはダイナモメータの速度制御によってエンジンの各種性能試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
エンジン−ダイナモ制御系の４慣性系がもつエンジン慣性Ｊｅ、シャフトばね定数Ｋ3C、カップリング慣性Ｊ3、カップリングばね定数Ｋ4Cの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設計法により前記ダイナモメータ制御装置を設計し、
前記ダイナモメータ制御装置は、エンジン等の機械系の変更に応じて前記機械パラメータをそれぞれ変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータをもつ制御装置に切り替える手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
（２）前記ダイナモメータ制御装置は、
エンジンの軸トルク指令またはダイナモメータの速度指令に対して軸トルク検出値またはダイナモメータ速度検出値をフィードバック信号としてダイナモトルク指令を得るするコントローラと、
前記μ設計法により設計され、前記コントローラからのダイナモトルク指令とエンジンが発生するエンジントルクの検出値から前記エンジン−ダイナモ制御系の伝達特性Ｋ（Ｓ）を有して前記軸トルクまたはダイナモメータ速度を検出する伝達特性演算器とを備え、
前記伝達特性演算器またはコントローラは、前記機械パラメータを所定の区分単位で変更したものを設計しておき、エンジン等の機械系の変更にはそれに対応した機械パラメータに近い値をもつ前記区分の伝達特性演算器またはコントローラに切り替える手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
【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設計法で設計した軸トルク制御装置の場合である。
【００２３】
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。
【００２４】
伝達特性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。
【００２５】
ここで、伝達特性２２、さらにはコントローラ２１は、エンジン慣性のある区分単位（例えばエンジン慣性Ｊｅ＝０.１  ｋｇｍ2）で所望の軸トルク制御特性が得られるコントローラ２１をあらかじめ設計したデータを上位マンマシン装置２３に用意しておく。
【００２６】
これにより、供試体であるエンジンが変更になった場合は、上位マンマシン装置２３から試験対象となるエンジン慣性を与えて、その区分に該当するコントローラ２１（例えばＪｅ＝０.１５  ｋｇｍ2であれば、Ｊｅ＝０.１〜０.２  ｋｇｍ2用のもの）を選定し、この選定した演算器とコントローラによりエンジン試験を行うことで、高応答の軸トルク制御が可能となる。
【００２７】
なお、本実施形態では、エンジン慣性を機械系の変更対象としたが、例えば、前記式２の例では、エンジン慣性Ｊｅ、シャフトばね定数Ｋ3C、カップリング慣性Ｊ3、カップリングばね定数Ｋ4Cを変動許容対象にしているので、これらのパラメータのある区分単位で所望の軸トルク制御特性が得られる演算器さらにはコントローラをあらかじめ設計しておき、それらの中から適合するものを選択してもよい。さらに、エンジンとダイナモメータ間の結合機構の慣性、ばね定数、ダイナモメータ慣性など、複数の機械パラメータを組み合わせた設計をしておくこともできる。
【００２８】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２を示す装置構成図であり、μ設計を利用したダイナモメータ速度制御装置の場合である。
【００２９】
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５のＫ（Ｓ）に与える。
【００３０】
伝達特性２５は、コントローラ２４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２４へのフィードバック信号にする。
【００３１】
これら伝達特性２５、さらにはコントローラ２４は、前記のμ設計法を利用してダイナモーエンジン系の厳密な制御特性が得られるように設計しておく。
【００３２】
ここで、コントローラ２４は、エンジン慣性のある区分単位（例えばＪｅ＝０．１ｋｇｍ２）で所望のダイナモ速度制御特性が得られるコントローラ２４をあらかじめ設計したデータを上位マンマシン装置２６に用意しておく。
【００３３】
これにより、供試体であるエンジンが変更になった場合は、上位マンマシン装置２６から試験対象となるエンジン慣性を与えて、その区分に該当するコントローラ２４（例えばＪｅ＝０.１５  ｋｇｍ2であれば、Ｊｅ＝０.１〜０.２  ｋｇｍ2用）を選定し、この選定したコントローラと演算器によりエンジン試験を行うことで、高応答の軸トルク制御が可能となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、エンジン慣性を供試体の変更対象としたが、例えば、前記式２の例では、エンジン慣性Ｊｅ、シャフトばね定数Ｋ3C、カップリング慣性Ｊ3、カップリングばね定数Ｋ4Cを変動許容対象にしているので、これらのパラメータのある区分単位で所望のダイナモ速度制御特性が得られる演算器およびコントローラをあらかじめ設計しておき、それらの中から適合するものを選択してもよい。さらに、エンジンとダイナモメータ間の結合機構の慣性、ばね定数、ダイナモメータ慣性など、複数の機械パラメータを組み合わせた設計をしておくこともできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、高応答にしたエンジンベンチシステムで、エンジン慣性もしくは結合機構が変わる毎に、同一の制御性能を得るために厳密な制御装置を設計することなく、簡易に制御装置を組むことができ、かつどの程度の制御性能を得ることができるかをあらかじめ予測することができるので、試験工数を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す軸トルク制御装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示すダイナモメータ速度制御装置の構成図。
【図３】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【図４】従来の他のエンジンベンチシステムの構成図。
【図５】ダイナモメータ制御装置の構成図。
【図６】エンジン−ダイナモ制御系のモデル化例。
【図７】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
２３、２６…上位マンマシン装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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