(57)【要約】【課題】供試体における回転摩擦による損失を考慮しつつ短時間で慣性モーメントを測定できる供試体特定推定方法を提供することを目的とする。【解決手段】供試体特性推定方法は、ダイナモメータを加振運転することによってダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数Ｇ１を測定する工程（Ｓ１）と、ダイナモメータを加振運転することによってトルク電流指令からダイナモ回転数センサの出力までの第２伝達関数Ｇ２を測定する工程（Ｓ２）と、第２伝達関数Ｇ２を第１伝達関数Ｇ１で除算して得られる比の所定の測定周波数ωｋにおける値を算出し、この比の値を用いて慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇを算出する工程（Ｓ３及びＳ４）と、を備える。【選択図】図２
2017122642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体と連結軸を介して結合されたダイナモメータと、前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサと、前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置と、を備えた試験システムを用いて、前記供試体の出力軸を回転軸とした慣性モーメントを推定する供試体特性推定方法であって、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数を測定する第１伝達関数測定工程と、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数を測定する第２伝達関数測定工程と、
前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数における値を算出し、当該比の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定工程と、を備えることを特徴とする供試体特性推定方法。
【請求項２】
前記慣性モーメント推定工程では、前記測定周波数をωｋとし、当該測定周波数ωｋにおける前記比の実部及び虚部をａｋ及びｂｋとし、これらの値を用いて下記推定式によって前記供試体の慣性モーメントＪｅｇの値を算出することを特徴とする請求項１に記載の供試体特性推定方法。
【数１】
2017122642.tif 000015
【請求項３】
前記測定周波数ωｋにおける前記比の実部ａｋ及び虚部ｂｋの値を用いて、下記推定式によって前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇの値を算出することを特徴とする請求項２に記載の供試体特性推定方法。
【数２】
2017122642.tif 000016
【請求項４】
前記慣性モーメント推定工程では、ｎ個（“ｎ”は２以上の整数）の異なる測定周波数をωｋ＿ｊ（“ｊ”は１からｎの整数）とし、これら測定周波数ωｋ＿ｊにおける前記比の実部及び虚部をａｋ＿ｊ及びｂｋ＿ｊとし、これらの値を用いて下記推定式によって前記供試体の慣性モーメントＪｅｇの値を算出することを特徴とする請求項１に記載の供試体特性推定方法。
【数３】
2017122642.tif 000017
【請求項５】
前記ｎ個の異なる測定周波数ωｋ＿ｊにおける前記比の実部ａｋ＿ｊ及び虚部ｂｋ＿ｊの値を用いて下記推定式によって前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇの値を算出することを特徴とする請求項４に記載の供試体特性推定方法。
【数４】
2017122642.tif 000018
【請求項６】
前記測定周波数は、前記供試体と前記ダイナモメータとを前記連結軸で結合して構成される機械系の共振周波数より低いことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の供試体特性推定方法。
【請求項７】
供試体と連結軸を介して結合されたダイナモメータと、
前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサと、
前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置と、を備え、前記供試体の出力軸を回転軸とした慣性モーメントを推定する供試体特性推定装置であって、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数を測定する第１伝達関数測定手段と、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数を測定する第２伝達関数測定手段と、
前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数における値を算出し、当該比の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定手段と、を備えることを特徴とする供試体特性推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体の特性、とりわけ慣性モーメントを推定する供試体特性推定方法及び供試体特性推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、ダイナモメータ１５０を用いたエンジン１６０の試験システム１００の構成を示す図である。
試験システム１００は、供試体であるエンジン１６０と軸１７０で連結されたダイナモメータ１５０と、エンジン１６０の出力を制御するスロットルアクチュエータ１１０及びエンジン制御装置１２０と、ダイナモメータ１５０の出力を制御するインバータ１３０及びダイナモメータ制御装置１４０とを備える。試験システム１００では、エンジン制御装置１２０を用いてエンジン１６０のスロットル開度を制御しながら、ダイナモメータ制御装置１４０を用いてダイナモメータ１５０のトルクや速度を制御することにより、エンジン１６０の耐久性、燃費、及び排気浄化性能等が評価される。試験システム１００では、上記のような性能を評価する試験を行う前にエンジン１６０の特性、とりわけエンジン１６０の慣性モーメントを測定しておき、これをダイナモメータ制御装置１４０におけるトルク制御や速度制御の制御パラメータとして利用する場合がある。
【０００３】
例えば特許文献１に示された方法では、エンジン１６０の回転数をほぼ一定に制御しながらダイナモメータ１５０の出力トルクを加振制御し、この時にエンジン１６０とダイナモメータ１５０とを連結する回転軸に発生する軸トルク及びダイナモメータ１５０の回転数のデータを一定時間収録し、さらにこのデータから軸トルクを入力としダイナモメータ１５０の回転数を出力とする伝達関数を推定し、この伝達関数を用いてエンジン１６０の慣性モーメントを測定する。
【０００４】
上記のような慣性モーメントの推定方法は簡便であるという利点があるものの、エンジン１６０における回転摩擦による損失を考慮していないため、慣性モーメントの推定精度は高くない。特許文献２に示された方法では、回転数にほぼ比例した回転摩擦Ｃを予め測定しておき、さらにエンジン１６０の燃料流入を遮断しかつエンジン１６０の吸気抵抗を減らすためにスロットルを全開にした状態で、ダイナモメータ１５０を用いて一定の加速度αで加速又は減速し、この時に回転軸に発生する軸トルクＴを測定し、これを運動方程式（Ｔ＝Ｊ・α＋Ｃ）に用いることによって、慣性モーメントＪを測定する。
【０００５】
ところでエンジン１６０の回転摩擦による損失は、エンジン１６０の回転数の定常値だけでなく回転数の変化の履歴にも依存する場合がある。ところが特許文献２の測定方法では、回転数の変化の履歴を考慮していないため、慣性モーメントを精度良く推定することができない。
【０００６】
特許文献３に記載された発明では、ダイナモメータのトルクをランダムに加振したときのダイナモメータの速度と軸トルクとを実測し、これを用いて周波数ωでの周波数応答ＨＲを算出し、この実測した周波数応答ＨＲと所定のモデルパラメータＰＭの下で得られるモデルボード線図データＨＭとの差の絶対値を所定の周波数幅の間で積分することによって評価関数を算出する。特許文献３の発明では、非線形計画法を用いることによって、評価関数を収束させるようなモデルパラメータＰＭを得ておき、これを用いて慣性モーメントを測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３００６８３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１３０７号公報
【特許文献３】特開２００８−２０３０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３の発明によれば、高精度で慣性モーメントを測定できるが、非線形計画法に基づいて、評価関数が収束するまで繰り返し演算を行う必要があるため、測定に時間がかかるおそれがある。
【０００９】
本発明は、供試体における回転摩擦による損失を考慮しつつ短時間で慣性モーメントを測定できる供試体特定推定方法及び供試体特性推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）試験システム（例えば、後述の試験システム１）は、供試体（例えば、後述のエンジンＥ）と連結軸（例えば、後述の連結軸Ｓ）を介して結合されたダイナモメータ（例えば、後述のダイナモメータＤ）と、前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサ（例えば、後述の軸トルクセンサ７）と、前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置（例えば、後述のダイナモ回転数センサ８又はエンジン回転数センサＣ）と、を備える。本発明の供試体特性推定方法は、前記試験システムを用いて、前記供試体の出力軸を回転軸とした慣性モーメントを推定するものであって、前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数（例えば、後述の第１伝達関数Ｇ１（ｓ））を測定する第１伝達関数測定工程（例えば、後述の図２のＳ１）と、前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数（例えば、後述の第２伝達関数Ｇ２（ｓ）又は第３伝達関数Ｇ３（ｓ））を測定する第２伝達関数測定工程（例えば、後述の図２のＳ２）と、前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数（例えば、後述の測定周波数ωｋ）における値を算出し、当該比の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定工程（例えば、後述の図２のＳ３及びＳ４）と、を備える。
【００１１】
（２）この場合、前記慣性モーメント推定工程では、前記測定周波数をωｋとし、当該測定周波数ωｋにおける前記比の実部及び虚部をａｋ及びｂｋとし、これらの値を用いて下記推定式によって前記供試体の慣性モーメントＪｅｇの値を算出することが好ましい。
【数１】
2017122642.tif 000003
【００１２】
（３）この場合、前記測定周波数ωｋにおける前記比の実部ａｋ及び虚部ｂｋの値を用いて、下記推定式によって前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇの値を算出することが好ましい。
【数２】
2017122642.tif 000004
【００１３】
（４）この場合、前記慣性モーメント推定工程では、ｎ個（“ｎ”は２以上の任意の整数）の異なる測定周波数をωｋ＿ｊ（“ｊ”は１からｎの整数）とし、これら測定周波数ωｋ＿ｊにおける前記比の実部及び虚部をａｋ＿ｊ及びｂｋ＿ｊとし、これらの値を用いて下記推定式によって前記供試体の慣性モーメントＪｅｇの値を算出することが好ましい。
【数３】
2017122642.tif 000005
【００１４】
（５）この場合、前記ｎ個の異なる測定周波数ωｋ＿ｊにおける前記比の実部ａｋ＿ｊ及び虚部ｂｋ＿ｊの値を用いて下記推定式によって前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇの値を算出することが好ましい。
【数４】
2017122642.tif 000006
【００１５】
（６）この場合、前記測定周波数は、前記供試体と前記ダイナモメータとを前記連結軸で結合して構成される機械系の共振周波数より低いことが好ましい。
【００１６】
（７）本発明の供試体特性推定装置（例えば、後述の試験システム１）は、供試体（例えば、後述のエンジンＥ）と連結軸（例えば、後述の連結軸Ｓ）を介して結合されたダイナモメータ（例えば、後述のダイナモメータＤ）と、前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサ（例えば、後述の軸トルクセンサ７）と、前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置（例えば、後述のダイナモ回転数センサ８又はエンジン回転数センサＣ）と、前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数を測定する第１伝達関数測定手段（例えば、後述の演算装置９）と、前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数を測定する第２伝達関数測定手段（例えば、後述の演算装置９）と、前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数における値を算出し、当該比の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定手段（例えば、後述の演算装置９）と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
（１）本発明では、トルク電流指令から軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数と、トルク電流指令から回転数検出装置の出力までの第２伝達関数と、を測定し、これら第１、及び第２伝達関数の比の所定の測定周波数における値を算出し、この比の値を用いて供試体の慣性モーメントを推定する。ここで、供試体とダイナモメータとを連結軸を介して結合した機械系の運動方程式を用いると、第１伝達関数と第２伝達関数の比（Ｇ２（ｓ）／Ｇ１（ｓ））は、回転摩擦を“Ｃｅｇ”とし慣性モーメントを“Ｊｅｇ”としラプラス演算子を“ｓ”とすると、下記式（５）のように回転摩擦と慣性モーメントを用いた近似式で表すことができる。従って上記比の測定周波数における値を用いることにより、回転摩擦の存在を考慮して高い精度で慣性モーメントの値を推定できる。また、第１伝達関数及び第２伝達関数には、それぞれトルク電流指令に応じてダイナモメータに電力を供給するインバータのインバータトルク制御応答の影響が表れるが、本発明ではこれらの比を用いることにより、このインバータトルク制御応答の影響を相殺して下記式（５）のように、回転摩擦と慣性モーメントのみを推定できる。また本発明では、２つの伝達関数の比の値を算出すればよく特許文献３の発明のように非線形計画法を用いる必要が無いので、短時間で慣性モーメントの値を推定できる。
【数５】
2017122642.tif 000007
【００１８】
（２）所定の測定周波数ωｋにおける上記比の値をａｋ＋ｂｋ・ｉ（“ｉ”は虚数）とすると、上記式（５）から慣性モーメントに対する上記式（１）が導出される。よって本発明によれば、短時間で慣性モーメントの値を推定できる。
【００１９】
（３）所定の測定周波数ωｋにおける上記比の値をａｋ＋ｂｋ・ｉ（“ｉ”は虚数）とすると、上述の式（５）から回転摩擦に対する上記式（２）が導出される。よって本発明によれば、短時間で回転摩擦の値を推定できる。
【００２０】
（４）本発明では、上記式（３）に示すように、ｎ個の異なる測定周波数の下で算出される値を平均することによって慣性モーメントの値を算出することにより、慣性モーメントの推定精度をさらに向上できる。
【００２１】
（５）本発明では、上記式（４）に示すように、ｎ個の異なる測定周波数の下で算出される値を平均することによって回転摩擦の値を算出することにより、回転摩擦の推定精度をさらに向上できる。
【００２２】
（６）本発明では、測定周波数を機械系の共振周波数より低くすることにより、共振現象による影響を避けることができるので、慣性モーメントや回転損失の推定精度をさらに向上できる。また、回転数検出装置を、ダイナモメータの出力軸の回転数を検出するものとした場合、上記式（５）は低域で成り立つ近似式となる。よってこの場合、測定周波数を共振周波数より低くすることにより、近似式（５）に基づいて導出される慣性モーメント及び回転摩擦の推定精度をさらに向上できる。
【００２３】
（７）本発明によれば、上記供試体特性推定方法に関する（１）の発明と同じ効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る試験システムの構成を示す図である。
【図２】伝達関数の比を用いてエンジンの特性を推定する手順を示すフローチャートである。
【図３】従来のエンジン特定の推定方法を適用した場合の結果を示す図である。
【図４】上記実施形態に係るエンジン特性の推定方法を適用した場合の結果を示す図である。
【図５】上記実施形態に係るエンジン特性の推定方法を適用した場合の結果を示す図である。
【図６】従来の試験システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る試験システム１の構成を示す図である。
【００２６】
試験システム１は、供試体としてのエンジンＥと、このエンジンＥと略棒状の連結軸Ｓを介して連結されたダイナモメータＤと、スロットルアクチュエータ２を介してエンジンＥの出力を制御するエンジン制御装置５と、ダイナモメータＤに電力を供給するインバータ３と、インバータ３を介してダイナモメータＤの出力を制御するダイナモメータ制御装置６と、連結軸Ｓに発生する捩れトルク（以下、「軸トルク」という）を検出する軸トルクセンサ７と、ダイナモメータＤの出力軸の回転数（以下、「ダイナモ回転数」という）を検出するダイナモ回転数センサ８と、エンジンＥの出力軸（例えば、クランクシャフト）の回転数（以下、ダイナモ回転数と区別して「エンジン回転数」という）を検出するエンジン回転数センサＣと、軸トルクセンサ７、ダイナモ回転数センサ８及びエンジン回転数センサＣの出力を用いて各種演算を行う演算装置９と、を備える。試験システム１は、エンジンＥを試験対象とした所謂エンジンベンチシステムとも呼称されるものである。
【００２７】
試験システム１では、エンジン制御装置５を用いてエンジンＥのスロットル開度を制御しながら、ダイナモメータ制御装置６を用いてダイナモメータＤのトルクや速度を制御することにより、エンジンＥの耐久性、燃費、及び排気浄化性能を評価する試験が行われる。以下では、この試験システム１によって実現される様々な機能のうち、特にエンジンＥの慣性モーメントやエンジン回転数に略比例した回転摩擦などのエンジンＥの特性を推定する機能に着目し、このエンジンＥの特性の推定に関する構成を中心に詳細に説明する。
【００２８】
エンジン制御装置５は、所定のタイミングでエンジンＥを始動したり、予め定められた態様でスロットルアクチュエータ２を介してエンジンＥの出力を制御したりする。
【００２９】
ダイナモメータ制御装置６は、試験に応じて定められた態様でダイナモメータＤに対するトルク電流指令信号を生成する。インバータ３は、ダイナモメータ制御装置６によって生成されたトルク電流指令信号に基づいてダイナモメータＤに電力を供給することにより、この指令信号に応じたトルクをダイナモメータＤで発生させる。
【００３０】
演算装置９は、後に図２を参照して説明する手順に従ってダイナモメータ制御装置６を用いてダイナモメータＤの出力を制御しながら、この時における軸トルクセンサ７によって検出される軸トルクと、ダイナモ回転数センサ８によって検出されるダイナモ回転数及びエンジン回転数センサＣによって検出されるエンジン回転数の少なくとも何れかと、に関するデータを取得し、この取得したデータを用いてエンジンＥの出力軸を回転軸とした慣性モーメントと、回転数にほぼ比例した回転摩擦と、を推定する。ここで、図２のフローチャートを参照して慣性モーメント及び回転摩擦を推定する具体的な手順について説明する前に、本発明の推定方法の概念について説明する。
【００３１】
図１に示すようなエンジンＥ、連結軸Ｓ、ダイナモメータＤ、及びインバータ３等を組み合わせて構成される試験システムの運動方程式は、ラプラス演算子“ｓ”を用いると下記式（６−１）〜（６−３）で表される。
【数６】
2017122642.tif 000008
【００３２】
上記式において、“Ｊｅｇ”はエンジンの出力軸を回転軸とした慣性モーメント［ｋｇｍ２］であり、“Ｃｅｇ”はエンジンの出力軸を回転軸とした回転摩擦［Ｎｍｓ／ｒａｄ］であり、“Ｋｓｈ”は軸トルク剛性［Ｎｍ／ｒａｄ］であり、“Ｊｄｙ”はダイナモメータの出力軸を回転軸とした慣性モーメントであり、“Ｔｅｇ”はエンジントルク［Ｎｍ］であり、“ｗｅｇ”はエンジン回転数［ｒａｄ／ｓ］であり、“Ｔｓｈ”は軸トルク［Ｎｍ］であり、“ｗｄｙ”はダイナモ回転数［ｒａｄ／ｓ］であり、“Ｋｉｎｖ”はインバータのトルク制御応答係数であり、“Ｔｄｙ”はインバータのトルク電流指令値［Ｎｍ］である。
【００３３】
この運動方程式（６−１）〜（６−３）を、軸トルクＴｓｈ、ダイナモ回転数ｗｄｙ、及びエンジン回転数ｗｅｇについて解き、トルク電流指令値Ｔｄｙに比例する項のみを抜き出すと、下記式が導出される。
【数７】
2017122642.tif 000009
【００３４】
上記式において、トルク電流指令値Ｔｄｙと軸トルクＴｓｈとの比を第１伝達関数Ｇ１（ｓ）とし、トルク電流指令値Ｔｄｙとダイナモ回転数ｗｄｙとの比を第２伝達関数Ｇ２（ｓ）とし、トルク電流指令値Ｔｄｙとエンジン回転数ｗｅｇとの比を第３伝達関数Ｇ３（ｓ）とすると、これら第１〜第３伝達関数は、ダイナモメータを加振運転（すなわち、トルク電流指令値Ｔｄｙを振動させる）したときの軸トルクセンサ、ダイナモ回転数センサ、及びエンジン回転数センサの出力を取得することによって測定することができる。
【００３５】
ここで、上記式（７−１）〜（７−３）に示すように、第１〜第３伝達関数はそれぞれインバータのトルク制御応答係数Ｋｉｎｖに比例している。したがって、このトルク制御応答係数Ｋｉｎｖの影響を相殺すべく、第２伝達関数を第１伝達関数で除算すると、下記式（８−１）が導出される。また、式（８−１）の低域特性は、式（８−２）のようになる。
【数８】
2017122642.tif 000010
【００３６】
ここで、第２伝達関数と第１伝達関数の比（Ｇ２／Ｇ１）の所定の周波数ωｋ［ｒａｄ／ｓ］における実部を“ａｋ”とし、虚部を“ｂｋ”とすると、上記式（８−２）から下記式（９）が導出される。ここで、“ｉ”は虚数である。
【数９】
2017122642.tif 000011
【００３７】
したがって、式（９）の実部及び虚部をそれぞれ比較すると、慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇに対する下記式（１０）が導出される。ここで、上述のように第１、第２伝達関数及びこれらの比はそれぞれ測定可能であることから、周波数ωｋにおける測定結果を用いると、右辺の係数ａｋ及びｂｋの値を特定することができる。よって、第１及び第２伝達関数の測定結果を用いると、下記式（１０−１）及び（１０−２）によってエンジンの慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇを推定することができる。
【数１０】
2017122642.tif 000012
【００３８】
なお、上記式（１０−１）及び（１０−２）は、１つの周波数ωｋの測定点に対して成立する式であるが、これをｎ個（“ｎ”は２以上の任意の整数）の異なる複数の周波数ωｋ＿ｊ（“ｊ”は、１からｎの間の整数）の測定点の平均値とすると、下記式（１１−１）及び（１１−２）が導出される。なお下記式では、各測定周波数ωｋ＿ｊにおける第２伝達関数と第１伝達関数の比の実部及び虚部をそれぞれａｋ＿ｊ及びｂｋ＿ｊとした。したがって、第１及び第２伝達関数の測定点が複数である場合には、上記式（１０−１）及び（１０−２）の代わりに、下記式（１１−１）及び（１１−２）を用いることによって、より高い精度で慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇを推定することができる。
【数１１】
2017122642.tif 000013
【００３９】
以上、第２伝達関数と第１伝達関数の比を用いて慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇを推定する場合について説明したが、この他、第３伝達関数と第１伝達関数の比を用いても、ほぼ同じ手順によって慣性モーメント及び回転摩擦を推定することができる。より具体的には、第３伝達関数を第１伝達関数で除算すると、上記近似式（８−２）と同じ下記式（１２）が導出される。このため、第３伝達関数と第１伝達関数との比を用いて実部ａｋ（又はａｋ＿ｊ）及び虚部ｂｋ（又はｂｋ＿ｊ）の値を特定すると、上記式（１０−１）（又は式（１１−１））及び式（１０−１）（又は式（１１−２））を用いて、慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇを推定できる。
【数１２】
2017122642.tif 000014
【００４０】
図２は、式（８−２）や式（１２）のような伝達関数の比を用いてエンジンの特性を推定する手順を示すフローチャートである。
【００４１】
Ｓ１では、ダイナモメータを所定の加振周波数の下で加振運転することによって、トルク電流指令値Ｔｄｙから軸トルクＴｓｈまでの第１伝達関数Ｇ１（ｓ）を測定する。
【００４２】
Ｓ２では、ダイナモメータを所定の加振周波数の下で加振運転することによって、トルク電流指令値Ｔｄｙからダイナモ回転数ｗｄｙ（又はエンジン回転数ｗｅｇ）までの第２伝達関数Ｇ２（ｓ）（又は第３伝達関数Ｇ３（ｓ））を測定する。
【００４３】
Ｓ３では、Ｓ２で取得した第２伝達関数Ｇ２（ｓ）（又は第３伝達関数Ｇ３（ｓ））をＳ１で取得した第１伝達関数Ｇ１（ｓ）で除算して得られる比Ｇ２／Ｇ１（又はＧ３／Ｇ１）の所定の測定周波数ωｋにおける実部ａｋ及び虚部ｂｋの値を算出する。なお、共振現象が推定結果に影響を及ぼすのを避けるため、上記測定周波数ωｋは、エンジンＥとダイナモメータＤとを軸Ｓとで結合して構成される機械系の共振周波数より低くすることが好ましい。また、上述のように式（８−２）は、低域で成り立つ近似式であることから、このような観点からも測定周波数ωｋは共振周波数よりも低くすることが好ましい。
【００４４】
Ｓ４では、Ｓ３で算出した伝達関数の比Ｇ２／Ｇ１（又はＧ３／Ｇ１）の実部ａｋ、虚部ｂｋの値、及び測定周波数ωｋの値を上述の式（１０−１）及び（１０−２）に代入することによって、エンジンの慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇの値を算出する。
【００４５】
なお、図２のフローチャートでは、１つの測定周波数ωｋにおける伝達関数の比を用いて、式（１０−１）及び（１０−２）に基づいて慣性モーメント及び回転摩擦を推定する場合について例示したが、上述のように式（１１−１）及び（１１−２）に基づいて推定してもよい。この場合、ｎ個の異なる複数の測定周波数ωｋ−ｊ（いずれも、上述のように共振周波数より低くすることが好ましい）の下で伝達関数の比Ｇ２／Ｇ１（又はＧ３／Ｇ１）の実部ａｋ＿ｊ及び虚部ｂｋ＿ｊの値を算出し、これらを式（１１−１）及び（１１−２）に代入することによって、エンジンの慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇの値を算出すればよい。
【００４６】
次に、以上のようなエンジン特性の推定方法の効果について、従来の方法によって推定した場合の結果と比較しながら説明する。
【００４７】
図３は、従来のエンジン特性の推定方法をその特性が既知のエンジンに適用した場合の結果を示す図である。ここで従来のエンジン特性の推定方法とは、具体的には本願出願人による特許文献１（すなわち、特開２００６−３００６８号公報）に記載された方法をいう。また、供試体としたエンジンの慣性モーメントの真値は０．１９［ｋｇｍ２］であり、エンジンの回転摩擦の真値は０．６４［Ｎｍｓ／ｒａｄ］である。ここで図３には、従来の推定方法で得られた結果（より具体的には、従来の推定方法で得られた慣性モーメントＥＧ．Ｊを、上記式（８−２）に代入して得られた結果）を太破線で示す。またこれとの比較のため、第２伝達関数と第１伝達関数の比（すなわち、軸トルクセンサの出力からダイナモ回転数センサの出力までの伝達関数）の測定結果を細実線で示す。
【００４８】
まず、従来の推定方法ではエンジンの回転摩擦を考慮していない。このため従来の推定方法では、エンジン摩擦による低域でのゲイン低下を慣性モーメントの増大によるものと捉えてしまう。このため従来の推定方法による慣性モーメントの推定結果は、０．２５［ｋｇｍ２］となり真値（０．１９［ｋｇｍ２］）よりも大きい。
【００４９】
図４及び図５は、本発明のエンジン特性の推定方法を図３と同じ既知のエンジンに適用した場合の結果を示す図である。
より具体的には、図４は、第２伝達関数と第１伝達関数の比の測定結果を用いて慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇを推定した場合の結果を示し、図５は、第３伝達関数と第１伝達関数の比の測定結果を用いて慣性モーメントＪｅｇ及び回転摩擦Ｃｅｇを推定した場合の結果を示す。また図４及び図５における太破線は、それぞれの方法で得られた結果を上記式（８−２）及び式（１２）に代入して得られた結果示す。また図４における細実線は図３と同様に第２伝達関数と第１伝達関数の比の測定結果を示し、図５における細実線は第３伝達関数と第１伝達関数の比（すなわち、軸トルクセンサの出力からエンジン回転数センサの出力までの伝達関数）の測定結果を示す。
【００５０】
図４に示すように、第２伝達関数と第１伝達関数との比を用いることにより、エンジンの慣性モーメントＪｅｇは０．１８［ｋｇｍ２］となり、図３の従来の推定方法によって得られた結果と比較して、十分に真値に近い値が推定された。また回転摩擦Ｃｅｇについても０．６６［Ｎｍｓ／ｒａｄ］となり、十分に真値に近い値が推定された。また、図４に示すように、低域において太破線と細実線は概ね一致している。これは、近似式（８−２）は低域で十分に測定結果に近いことを意味する。したがって、本発明の推定方法ではエンジンの慣性モーメントと回転摩擦とを適切に区別できていると言える。
【００５１】
また図５に示すように、第３伝達関数と第１伝達関数との比を用いることにより、エンジンの慣性モーメントＪｅｇは０．１８［ｋｇｍ２］となり、回転摩擦Ｃｅｇは０．６８［Ｎｍｓ／ｒａｄ］となった。したがって、第３伝達関数と第１伝達関数との比を用いても、十分な精度で慣性モーメント及び回転摩擦を推定できる。以上のように、本発明によれば、回転摩擦による損失を考慮しつつ、短時間で慣性モーメントを測定できる。
【００５２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…試験システム（供試体特性推定装置）
７…軸トルクセンサ
８…ダイナモ回転数センサ（回転数検出装置）
９…演算装置（第１伝達関数測定手段、第２伝達関数測定手段、慣性モーメント推定手段）
Ｃ…エンジン回転数センサ（回転数検出装置）
Ｄ…ダイナモメータ
Ｅ…エンジン（供試体）
Ｓ…連結軸
【図１】
2017122642.tif 000019
【図２】
2017122642.tif 000020
【図３】
2017122642.tif 000021
【図４】
2017122642.tif 000022
【図５】
2017122642.tif 000023
【図６】
2017122642.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月13日(2017.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体と連結軸を介して結合されたダイナモメータと、前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサと、前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置と、を備えた試験システムを用いて、前記供試体の出力軸を回転軸とした慣性モーメントを推定する供試体特性推定方法であって、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数を測定する第１伝達関数測定工程と、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数を測定する第２伝達関数測定工程と、
前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数における実部の値及び虚部の値を算出し、当該比の実部の値及び虚部の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定工程と、を備えることを特徴とする供試体特性推定方法。
【請求項２】
供試体と連結軸を介して結合されたダイナモメータと、前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサと、前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置と、を備えた試験システムを用いて、前記供試体の出力軸を回転軸とした慣性モーメントを推定する供試体特性推定方法であって、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数を測定する第１伝達関数測定工程と、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数を測定する第２伝達関数測定工程と、
前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数における値を算出し、当該比の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定工程と、を備え、
前記慣性モーメント推定工程では、前記第１伝達関数をＧ１（ｓ）とし前記第２伝達関数をＧ２（ｓ）とした場合に、前記供試体の慣性モーメントＪｅｇ及び前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇに対して成立する下記式に基づいて前記慣性モーメントＪｅｇの値を算出することを特徴とする供試体特性推定方法。
【数１】
2017122642.tif 000025
【請求項３】
前記慣性モーメント推定工程では、前記測定周波数をωｋとし、当該測定周波数ωｋにおける前記比の実部及び虚部をａｋ及びｂｋとし、これらの値を用いて下記推定式によって前記供試体の慣性モーメントＪｅｇの値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の供試体特性推定方法。
【数２】
2017122642.tif 000026
【請求項４】
前記測定周波数ωｋにおける前記比の実部ａｋ及び虚部ｂｋの値を用いて、下記推定式によって前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇの値を算出することを特徴とする請求項３に記載の供試体特性推定方法。
【数３】
2017122642.tif 000027
【請求項５】
前記慣性モーメント推定工程では、ｎ個（“ｎ”は２以上の整数）の異なる測定周波数をωｋ＿ｊ（“ｊ”は１からｎの整数）とし、これら測定周波数ωｋ＿ｊにおける前記比の実部及び虚部をａｋ＿ｊ及びｂｋ＿ｊとし、これらの値を用いて下記推定式によって前記供試体の慣性モーメントＪｅｇの値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の供試体特性推定方法。
【数４】
2017122642.tif 000028
【請求項６】
前記ｎ個の異なる測定周波数ωｋ＿ｊにおける前記比の実部ａｋ＿ｊ及び虚部ｂｋ＿ｊの値を用いて下記推定式によって前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇの値を算出することを特徴とする請求項５に記載の供試体特性推定方法。
【数５】
2017122642.tif 000029
【請求項７】
前記測定周波数は、前記供試体と前記ダイナモメータとを前記連結軸で結合して構成される機械系の共振周波数より低いことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の供試体特性推定方法。
【請求項８】
供試体と連結軸を介して結合されたダイナモメータと、
前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサと、
前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置と、を備え、前記供試体の出力軸を回転軸とした慣性モーメントを推定する供試体特性推定装置であって、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数を測定する第１伝達関数測定手段と、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数を測定する第２伝達関数測定手段と、
前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数における実部の値及び虚部の値を算出し、当該比の実部の値及び虚部の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定手段と、を備えることを特徴とする供試体特性推定装置。
【請求項９】
供試体と連結軸を介して結合されたダイナモメータと、
前記連結軸に発生する軸トルクを検出する軸トルクセンサと、
前記供試体又は前記ダイナモメータの出力軸の回転数を検出する回転数検出装置と、を備え、前記供試体の出力軸を回転軸とした慣性モーメントを推定する供試体特性推定装置であって、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記ダイナモメータに対するトルク電流指令から前記軸トルクセンサの出力までの第１伝達関数を測定する第１伝達関数測定手段と、
前記ダイナモメータを加振運転することによって前記トルク電流指令から前記回転数検出装置の出力までの第２伝達関数を測定する第２伝達関数測定手段と、
前記第２伝達関数を前記第１伝達関数で除算して得られる比の所定の測定周波数における値を算出し、当該比の値を用いて前記慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定手段と、を備え、
前記慣性モーメント推定手段は、前記第１伝達関数をＧ１（ｓ）とし前記第２伝達関数をＧ２（ｓ）とした場合に、前記供試体の慣性モーメントＪｅｇ及び前記供試体の出力軸を回転軸とした回転摩擦Ｃｅｇに対して成立する下記式に基づいて前記慣性モーメントＪｅｇの値を算出することを特徴とする供試体特性推定装置。
【数６】
2017122642.tif 000030