(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試エンジンに動力吸収体としてのダイナモメータをシャフトにより直結し、コントローラにより前記シャフトの軸トルクまたはエンジン負荷トルク制御を行う制御系を構成して供試エンジンの各種特性の計測を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記ダイナモメータのダイナモトルク指令値からダイナモトルクへの伝達関数Ａ（ｓ）と、エンジントルク及びダイナモトルクからエンジン速度及び軸トルク並びにダイナモ速度への伝達関数Ｐ（ｓ）に対して、前記コントローラはμ設計法を基にして構成され、構造化特異値μを用いて各摂動に対してロバスト安定およびロバスト性能の条件とした伝達関数Ｃ（ｓ）をもつ構成にし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μ設計法における外乱入力として、エンジントルク、軸トルクに加算される信号、ダイナモトルクに加算される信号、ダイナモトルク指令値に加算される信号、トルク検出値に加算される信号、速度検出値に加算される信号、軸トルク指令値、エンジン負荷トルク指令値のいずれか１つ又は複数を同時にもつ構成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。
【請求項３】
前記μ設計法における制御量として、トルク偏差、ダイナモトルク指令値、ダイナモトルク、軸トルク、ダイナモ回転角度とエンジン回転角度の差、慣性モーメント要素がエンジン、ダイナモ以外に存在する場合のそれらの慣性モーメントを結合するいずれかのシャフトのねじれトルク、慣性モーメントの回転角度差のいずれか１つまたは複数を同時にもつ構成を特徴とする請求項１または２に記載のエンジンベンチシステム。
【請求項４】
前記μ設計法における摂動項として、エンジン慣性モーメント、軸ばね定数、ダイナモ慣性モーメント、エンジンまたはダイナモ以外に存在する慣性モーメント、軸以外に存在する軸ばね定数要素のいずれか１つまたは複数を同時にもつ構成を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンベンチシステム。
【請求項５】
供試エンジンに動力吸収体としてのダイナモメータをシャフトにより直結し、コントローラにより前記シャフトの軸トルクまたはエンジン負荷トルク制御を行う制御系によって供試エンジン特性を計測するにおいて、
前記ダイナモメータのダイナモトルク指令値からダイナモトルクへの伝達関数Ａ（ｓ）と、エンジントルク及びダイナモトルクからエンジン速度及び軸トルク並びにダイナモ速度への伝達関数Ｐ（ｓ）に対して、前記コントローラはμ設計法を基にした構造化特異値μを用いて各摂動に対してロバスト安定およびロバスト性能の条件とした伝達関数Ｃ（ｓ）を有して制御することを特徴とするエンジン特性の測定方法。
【請求項６】
前記μ設計法における外乱入力として、エンジントルク、軸トルクに加算される信号、ダイナモトルクに加算される信号、ダイナモトルク指令値に加算される信号、トルク検出値に加算される信号、速度指令値に加算される信号、軸トルク指令値、エンジン負荷トルク指令値のいずれか１つ又は複数を同時に採用することを特徴とする請求項５に記載のエンジン特性の測定方法。
【請求項７】
前記μ設計法における制御量として、トルク偏差、ダイナモトルク指令値、ダイナモトルク、軸トルク、ダイナモ回転角度とエンジン回転角度の差、慣性モーメント要素がエンジン、ダイナモ以外に存在する場合のそれらの慣性モーメントを結合するいずれかのシャフトのねじれトルク、慣性モーメントの回転角度差のいずれか１つまたは複数を同時に採用することを特徴とする請求項５または６に記載のエンジン特性の測定方法。
【請求項８】
前記μ設計法における摂動項として、エンジン慣性モーメント、軸ばね定数、ダイナモ慣性モーメント、エンジンまたはダイナモ以外に存在する慣性モーメント、軸以外に存在する軸ばね定数要素のいずれか１つまたは複数を同時に採用することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のエンジン特性の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに動力吸収体としてのダイナモメータを直結し、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およびエンジン特性の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、エンジンベンチシステムを示したもので、エンジンＥ／ＧとトランスミッションＴ／Ｍを組み合わせ（ＡＴあるいはＭＴ、またＭＴの場合はクラッチ付）、シャフトを介してダイナモメータＤＹと接続している。エンジンＥ／Ｇ側には、スロットルアクチェータＡＣＴによりスロットル開度を制御する。
【０００３】
一方、ダイナモメータＤＹ側には、回転検出器ＰＰ、トルク検出器（ロードセル）ＬＣを設け、これら各検出器の検出信号をもとに速度やトルクの制御が実施される。
【０００４】
この制御には、コントローラＣ（ｓ）によりＰＩＤ制御される。同図にはトルク制御の場合を示し、コントローラＣ（ｓ）はトルクの設定入力とダイナモメータＤＹのトルク検出値との偏差を演算部でＰＩＤ演算し、この演算結果でインバータの出力を制御してダイナモメータＤＹのトルク制御を行う。
【０００５】
このようなＰＩＤ制御によるエンジンベンチシステムにおいて、エンジンが発生する脈動トルクによりシャフトの共振破壊を起こす恐れがある。これを防ぐために、ダイナモメータとシャフトとエンジンの機械系の共振点をエンジンが発生する脈動トルクの周波数以下に設定し、ダイナモメータのＰＩＤ制御で行うようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
機械系共振点をエンジン脈動トルク周波数以下に設定することは、高速応答の速度制御及び軸トルク制御が非常に困難になってくる。
【０００７】
この対策として、高剛性をもつシャフトを使用して機械系共振点をエンジン運転領域内に設定することが考えられるが、ＰＩＤ制御によるトルク制御ではトルク指令値とトルク検出値の関係にのみ 着目して系の制御ゲインを調整するため、外乱になるエンジン脈動トルクや各種の不確定要素が制御応答に影響を及ぼすことがある。
【０００８】
また、制御に必要とされるダイナモトルクの大きさをコントローラ設計段階であらかじめ考慮することができない。そのため、エンジン脈動トルク周波数が機械系共振点付近になった場合や、ダイナモトルクが指令値通りに出力されない場合に、シャフトの共振破壊が引き起こされたり、ダイナモトルク指令値が大きくなって制御が不安定になる場合もある。
【０００９】
本発明の目的は、安定化および高速化してエンジンの各種特性の測定ができるエンジンベンチシステム及びエンジン特性の測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、エンジンベンチシステムのコントローラをμ設計法で設計するものである。
【００１１】
従来のＰＩＤ制御方式では、前記のように、エンジン脈動トルクなどの摂動を考慮することができないため、シャフトの共振破壊等の恐れがある。μ設計法は、構造化特異値μを用いて実システムがもつ各摂動の大きさを表すことができ、これをコントローラの設計時にロバスト安定およびロバスト性能の条件として求め、コントローラがもつ伝達関数として組み込むことができる。
【００１２】
図１は、本発明のエンジンベンチシステムの基本ブロック図である。同図において、Ｐ（ｓ）はエンジントルク及びダイナモトルクからエンジン速度及び軸トルク及びダイナモ速度への伝達関数である。Ａ（ｓ）は、ダイナモトルク指令値からダイナモトルクへの伝達関数である。Ｃ（ｓ）は、μ設計法により設計されたコントローラの伝達関数である。Δ、δは摂動項である。
【００１３】
これらの関係は、前記のエンジンベンチシステムの機械系が供試エンジンとダイナモメータとそれらを結合するシャフトになり、この機械系の等価回路は図２で表現できる。同図の（ａ）はトルク伝達系の振動系動特性をモデル化したものであり、（ｂ）はモデル化した部位における伝達関数の等価回路図で、各記号の意味は次の通りである。
【００１４】
Ｔｅはエンジントルク、ωｅはエンジン回転速度、Ｊｅはエンジンの慣性モーメント、Ｄｅはエンジンの粘性摩擦係数、Ｋｃは軸のバネ係数、Ｋｄは軸の粘性摩擦係数、Ｔｐは軸トルク、Ｊｄはダイナモメータの慣性モーメント、Ｄｄはダイナモメータの粘性摩擦係数、Ｔｄはダイナモメータのトルク、ωｄはダイナモメータの回転速度である。δ1、δ2、Δ1、Δ2は摂動である。
【００１５】
このような構成になるエンジンベンチシステムにおいて、本発明はμ設計法における外乱入力としては、エンジントルクや軸トルクやエンジン負荷トルク指令値、トルク検出雑音等を与え、エンジン特性を測定するための制御量としては軸トルク、エンジンとダイナモの速度偏差、軸トルク指令値、エンジン負荷トルク指令値等を採用し、μ設計法によりトルク制御系を構成し、構造化摂動に対してロバスト安定とロバスト制御を得る。以上のことから、本発明は、以下のエンジンベンチシステムおよびエンジン特性の測定方法を特徴とする。
【００１６】
（エンジンベンチシステム）
（１）供試エンジンに動力吸収体としてのダイナモメータをシャフトにより直結し、コントローラにより前記シャフトの軸トルクまたはエンジン負荷トルク制御を行う制御系を構成して供試エンジンの各種特性の計測を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記ダイナモメータのダイナモトルク指令値からダイナモトルクへの伝達関数Ａ（ｓ）と、エンジントルク及びダイナモトルクからエンジン速度及び軸トルク並びにダイナモ速度への伝達関数Ｐ（ｓ）に対して、前記コントローラはμ設計法を基にして構成され、構造化特異値μを用いて各摂動に対してロバスト安定およびロバスト性能の条件とした伝達関数Ｃ（ｓ）をもつ構成にしたことを特徴とする。
【００１７】
（２）前記μ設計法における外乱入力として、エンジントルク、軸トルクに加算される信号、ダイナモトルクに加算される信号、ダイナモトルク指令値に加算される信号、トルク検出値に加算される信号、速度検出値に加算される信号、軸トルク指令値、エンジン負荷トルク指令値のいずれか１つ又は複数を同時にもつ構成を特徴とする。
【００１８】
（３）前記μ設計法における制御量として、トルク偏差、ダイナモトルク指令値、ダイナモトルク、軸トルク、ダイナモ回転角度とエンジン回転角度の差、慣性モーメント要素がエンジン、ダイナモ以外に存在する場合のそれらの慣性モーメントを結合するいずれかのシャフトのねじれトルク、慣性モーメントの回転角度差のいずれか１つまたは複数を同時にもつ構成を特徴とする。
【００１９】
（４）前記μ設計法における摂動項として、エンジン慣性モーメント、軸ばね定数、ダイナモ慣性モーメント、エンジンまたはダイナモ以外に存在する慣性モーメント、軸以外に存在する軸ばね定数要素のいずれか１つまたは複数を同時にもつ構成を特徴とする。
【００２０】
（エンジン特性の測定方法）
（５）供試エンジンに動力吸収体としてのダイナモメータをシャフトにより直結し、コントローラにより前記シャフトの軸トルクまたはエンジン負荷トルク制御を行う制御系によって供試エンジン特性を計測するにおいて、
前記ダイナモメータのダイナモトルク指令値からダイナモトルクへの伝達関数Ａ（ｓ）と、エンジントルク及びダイナモトルクからエンジン速度及び軸トルク並びにダイナモ速度への伝達関数Ｐ（ｓ）に対して、前記コントローラはμ設計法を基にした構造化特異値μを用いて各摂動に対してロバスト安定およびロバスト性能の条件とした伝達関数Ｃ（ｓ）を有して制御することを特徴とする。
【００２１】
（６）前記μ設計法における外乱入力として、エンジントルク、軸トルクに加算される信号、ダイナモトルクに加算される信号、ダイナモトルク指令値に加算される信号、トルク検出値に加算される信号、速度指令値に加算される信号、軸トルク指令値、エンジン負荷トルク指令値のいずれか１つ又は複数を同時に採用することを特徴とする。
【００２２】
（７）前記μ設計法における制御量として、トルク偏差、ダイナモトルク指令値、ダイナモトルク、軸トルク、ダイナモ回転角度とエンジン回転角度の差、慣性モーメント要素がエンジン、ダイナモ以外に存在する場合のそれらの慣性モーメントを結合するいずれかのシャフトのねじれトルク、慣性モーメントの回転角度差のいずれか１つまたは複数を同時に採用することを特徴とする。
【００２３】
（８）前記μ設計法における摂動項として、エンジン慣性モーメント、軸ばね定数、ダイナモ慣性モーメント、エンジンまたはダイナモ以外に存在する慣性モーメント、軸以外に存在する軸ばね定数要素のいずれか１つまたは複数を同時に採用することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に示す各実施形態において、Ｐ（ｓ）、Ａ（ｓ）、Ｃ（ｓ）は前記の図１の各伝達関数に相当するものである。なお、以下の各実施形態において、軸トルクメータが慣性モーメント要素を持つ場合には軸トルクとエンジン負荷トルクはその慣性モーメント要素により若干異なる。
【００２５】
図３に示す実施形態は、軸トルクを検出して軸トルクを制御する１自由度トルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００２６】
図４に示す実施形態は、軸トルクを検出してエンジン負荷トルクを制御する１自由度トルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００２７】
図５に示す実施形態は、軸トルクを検出して軸トルクを制御する２自由度トルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００２８】
図６に示す実施形態は、軸トルクを検出してエンジン負荷トルクを制御する２自由度トルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００２９】
図７に示す実施形態は、軸トルクとダイナモ速度を検出して軸トルクを制御するトルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００３０】
図８に示す実施形態は、軸トルクとダイナモ速度を検出してエンジン負荷トルクを制御するトルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００３１】
図９に示す実施形態は、軸トルクとエンジン速度を検出して軸トルクを制御するトルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００３２】
図１０に示す実施形態は、軸トルクとエンジン速度を検出してエンジン負荷トルクを制御するトルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００３３】
図１１に示す実施形態は、軸トルクとダイナモ速度とエンジン速度を検出して軸トルクを制御するトルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００３４】
図１２に示す実施形態は、軸トルクとダイナモ速度とエンジン速度を検出してエンジン負荷トルクを制御するトルク制御系において、コントローラＣ（ｓ）の導出にμ設計法を適用したものである。このエンジンベンチシステムにおいて、軸トルクを検出することにより各種エンジン特性を測定する。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、μ設計法を基に構成したコントローラによって軸トルクまたはエンジン負荷トルク制御を行うようにしたため、エンジンの各種特性の計測に安定化および高速化を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本ブロック図。
【図２】エンジンベンチシステムの等価回路。
【図３】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図６】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図７】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図８】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図９】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図１０】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図１１】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図１２】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図１３】従来の試験装置の概略図。
【符号の説明】
Ｅ／Ｇ…エンジン
ＤＹ…ダイナモメータ
Ｃ（ｓ）…コントローラ
【図１】
0003775284.tif 000002
【図２】
0003775284.tif 000003
【図３】
0003775284.tif 000004
【図４】
0003775284.tif 000005
【図５】
0003775284.tif 000006
【図６】
0003775284.tif 000007
【図７】
0003775284.tif 000008
【図８】
0003775284.tif 000009
【図９】
0003775284.tif 000010
【図１０】
0003775284.tif 000011
【図１１】
0003775284.tif 000012
【図１２】
0003775284.tif 000013
【図１３】
0003775284.tif 000014