JP3489241B2 - 自動車エンジン試験装置 - Google Patents
自動車エンジン試験装置Info
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Description
装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】近年、環境汚染の問題に鑑み、自動車に
おける排気ガス規制が厳しくなっており、自動車エンジ
ンは高性能、高精度化が図られるようになってきた。そ
れに伴い、エンジン性能を評価する試験装置が重要な役
割を担うようになってきた。従来のエンジン試験装置を
図4に示す。図において、1はエンジン、2はペラシャ
フト3を介してエンジン1と連結されたダイナモメータ
であり、ダイナモメータ2はダイナモ制御部4からの電
圧、電流により制御され、ダイナモメータ2の出力は制
御操作盤5に入力される。又、制御操作盤5からはダイ
ナモメータ2の速度と速度指令値がダイナモ制御部4に
入力されるとともに、ダイナモメータ2の速度とトルク
値がアナログまたはディジタルPI制御部6に入力さ
れ、PI制御部6からはドライバ8にエンジン1のスロ
ットル弁を駆動するスロットルアクチュエータ7を駆動
するための位置指令値が与えられ、スロットルアクチュ
エータ7からは位置信号がドライバ8に与えられる。 【0003】上記構成のエンジン試験装置においては、
エンジン1の速度またはトルクを所定のパターンで運転
し、エンジン1の排気ガスや燃費等を計測することによ
りエンジン1の性能を評価する。この際、エンジン1の
トルクを直接検出することが困難であるため、ペラシャ
フト3の軸トルク検出出力あるいはエンジン1に直結さ
れたダイナモメータ2の出力がPI制御部6に入力さ
れ、これに応じてエンジン1が制御される。 【0004】このように、上記した従来の自動車エンジ
ン試験装置においては、エンジン1のトルク制御の際、
エンジントルクを直接検出することが困難であるため、
ペラシャフト3の軸トルクあるいはダイナモメータ2の
トルクを制御操作盤5を介してPI制御部6に入力し、
エンジントルクが設定値となるようPI制御部6により
制御していたが、ダイナモメータ2の加減速トルク分が
エンジントルクに干渉し、即ちエンジントルク制御系と
ダイナモメータ2の速度制御系が干渉し、エンジントル
ク制御特性が悪化した。 【0005】そこで、本出願人はエンジントルクをオブ
ザーバを用いて推定し、この推定トルクをフィードバッ
クすることによりこの問題を解決することを提案した。
このような自動車エンジン試験装置を図5に示す。図に
おいて、9はエンジン制御系制御対象部であり、エンジ
ン1、ダイナモメータ2及びペラシャフト3をブロック
構成で表したものである。10はスロットルアクチュエ
ータ位置制御系であり、偏差器10a、Pアンプ10
b、偏差器10c、PIアンプ10d、電流制御部(A
CR)10e、及び定数部(Km)10fから構成され
ている。 【0006】位置制御系10の出力は種々の機械的な定
数(Kc,Kd)12,13及びスロットル弁ばね係数
(Kb)11との偏差を取った後、その偏差出力はエン
ジン慣性部14及び積分部15(出力はアクチュエータ
位置θm)を介してワイヤヒステリシス部16に入力さ
れる。ワイヤヒステリシス部16はアクチュエータとス
ロットル弁を連結するワイヤにより構成される。ワイヤ
ヒステリシス部16の出力であるスロットル弁開度θA
はエンジン特性部17に入力され、その出力にエンジン
トルクTEを得る。エンジントルクTEはエンジン1と
ダイナモメータ2が直結された二慣性系で構成された二
慣性系モデルブロック18に入力される。 【0007】二慣性系モデルブロック18は、偏差器1
8a〜18c、エンジン慣性部18d、ばね係数部18
e、及びダイナモメータ慣性部18fから構成される。
偏差器18aにはエンジントルクTEとばね係数部18
eの出力である軸トルクTPが供給され、その偏差出力
がエンジン慣性部18dに入力され、エンジン慣性部1
8dからはエンジン速度NEが出力される。偏差器18
bには軸トルクTPとダイナモメータトルクTLCが供
給され、その偏差出力がダイナモメータ慣性部18fに
入力され、ダイナモメータ慣性部18fはダイナモメー
タ速度NDを出力する。偏差器18cにはエンジン速度
NEとダイナモメータ速度NDが供給され、その偏差出
力がばね係数部18eに入力され、その出力に軸トルク
TPが得られる。この二慣性系モデルブロック18のモ
デル状態の出力方程式を示すと、次の(1),(2)式
となる。 【0008】 【数1】【0009】19はダイナモメータ速度制御系であり、
ダイナモメータ速度指令とダイナモメータ速度NDとの
偏差を取る偏差器19a、この偏差を増幅するPIアン
プ19b、電流制御部19c、定数部19d、及び偏差
器18bとダイナモメータ慣性部18fから構成されて
おり、定数部19dはダイナモメータトルクTLCを出
力する。 【0010】20はエンジントルク制御系であり、エン
ジントルク指令値とエンジントルク推定値へTE(以
下、推定値には∧を付す。)との偏差を取る偏差器21
と、この偏差が入力され、エンジン1のスロットル弁を
駆動するアクチュエータの位置指令値を出力するPI制
御器22と、ダイナモメータトルクTLCとダイナモメ
ータ速度NDが入力され、エンジントルク推定値へTE
を出力する最小次元オブザーバ部23から構成される。
最小次元オブザーバ部23で推定するパラメータはエン
ジントルクTE、エンジン速度NE、軸トルクTPであ
り、推定する状態量の状態方程式は次の(3),(4)
式になる。 【0011】 【数2】【0012】上記(3),(4)式をGopinath
設計法によりオブザーバを3重根となるように設計し
た。そのときの各パラメータA〜D,Gは次式のように
なる。 【0013】 【数3】 【0014】図6は最小次元オブザーバ部23のブロッ
ク構成を示し、ダイナモメータトルクTLCはパラメー
タBを介して加算器23aに供給され、加算器23aに
はダイナモメータ速度NDがパラメータGを介して与え
られるとともに、パラメータAの出力が与えられる。加
算器23aの出力は積分器23bに与えられ、その出力
はパラメータCを介して加算器23cに与えられるとと
もに、パラメータAにも与えられる。又、加算器23c
にはダイナモメータ速度NDがパラメータDを介して与
えられ、加算器23cはエンジントルク推定値∧TEを
出力する。 【0015】上記構成において、エンジントルク制御系
20をオープンにし、ダイナモメータ2を例えば200
0rpmに制御し、スロットルアクチュエータの位置指
令を20%ステップアップすると、ダイナモメータトル
クTLCは速度制御系に起因する加減速トルク分が加わ
っているが、エンジン推定トルクは吸気圧に対して推定
遅れを有するがほぼ一致し、実際のエンジントルクとも
一致し、ダイナモメータ制御系の影響を受けない。この
ようにエンジントルク推定値を用いることによりダイナ
モメータ速度制御系19の干渉を排除してエンジントル
ク制御を安定して行うことができる。 【0016】 【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
自動車エンジン試験装置においては、エンジントルクは
エンジン1のスロットル弁の開度θAを調整することに
より制御されるが、スロットル弁の開度位置を直接検出
することは困難であるので、スロットル弁に連結された
アクチュエータの位置θmを検出し、これをフィードバ
ックして、スロットル弁開度θAを調整するようにして
いる。しかしながら、スロットル弁とアクチュエータと
はワイヤにより連結されており、ワイヤヒステリシス部
16に示すように制御系にヒステリシス特性を持ち、ま
たワイヤと接触部の間に摩擦が生じる。又、エンジン1
の吸気から燃焼までの無駄時間が生じ、これらの非線形
要素がエンジントルク制御特性に悪影響を及ぼした。例
えば、図7に示すように、ダイナモメータ速度制御系1
9によりエンジン速度NEを2000rpmに制御した
状態でエンジントルク指令値を4%から8%に変化させ
た場合、アクチュエータ位置指令、吸気圧、エンジント
ルク推定値∧TEに1%程度の持続振動が発生した。こ
れは、ヒステリシスによるゲイン変動や位相遅れ、及び
無駄時間による位相遅れにより、PI制御系のゲイン余
裕が小さくなり、状態によっては不安定となってしまう
からである。 【0017】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、ダイナモメータ速度制御系の
干渉によるエンジントルク制御系のトルク変動を抑制す
るとともに、エンジンのスロットル弁とそのアクチュエ
ータを連結するワイヤのヒステリシスとエンジン特性の
無駄時間によるエンジントルク制御系の不安定さを抑制
することができる自動車エンジン試験装置を得ることを
目的とする。 【0018】 【課題を解決するための手段】この発明に係る自動車エ
ンジン制御装置は、アクチュエータ位置制御系と、ダイ
ナモメータ速度制御系と、ダイナモメータのトルクと速
度を入力され、エンジントルク推定値を出力する最小次
元オブザーバ部と、アクチュエータ位置指令からトルク
推定値を得るまでの制御対象をモデル化し、このうちの
ヒステリシス特性を除いた3次遅れと無駄時間から構成
した内部モデルと、エンジントルク推定値と内部モデル
の出力との偏差が入力され、モデル化誤差や外乱誤差を
補償する第1の制御器と、エンジントルク指令値と第1
の制御器の出力との偏差が入力されるとともに、内部モ
デルと上記制御対象とが一致したときにエンジントルク
応答が目標応答となるよう構成され、出力がアクチュエ
ータ位置制御系の位置指令値となるとともに内部モデル
に入力される第2の制御器を設けたものである。 【0019】 【作用】この発明においては、エンジントルク推定値が
求められ、これに基づいてエンジントルク制御が行わ
れ、ダイナモメータ速度制御系の干渉は生じない。又、
トルク推定値を得るまでの制御対象がヒステリシス特性
を除いてモデル化されて内部モデルとされ、第2の制御
器は内部モデルが制御対象と一致したときにエンジント
ルクが目標応答となるように定められ、第1の制御器は
モデル化誤差や外乱誤差を補償する。 【0020】 【実施例】以下、この発明の実施例を図面とともに説明
する。図1はこの実施例による自動車エンジン試験装置
のブロック構成図を示し、24は最小次元オブザーバ部
23からのエンジントルク推定値と内部モデル25(P
M(S))の出力との偏差を求める偏差器、26は偏差
器24の出力を入力される第1の制御器(C2
(S))、27はエンジントルク指令値と第1の制御器
26の出力が入力され、その偏差を出力する偏差器、2
8は偏差器27の出力を入力される第2の制御器(C1
(S))である。 【0021】ここで、エンジントルクから推定までを一
次遅れで近似することにより、アクチュエータ位置指令
からトルク推定値までの制御対象、即ち制御対象部9と
最小次元オブザーバ部23を図2のようにモデル化する
ことができる。29,31は一次遅れ要素であり、30
は一次遅れ・無駄時間要素である。このうち、ワイヤヒ
ステリシス部16は実際にはモデル化不可能であるた
め、これを除いて三次遅れ要素と無駄時間要素から内部
モデル25を構成し、IMC(InternalMod
e Contorol)法を適用する。IMC法は制御
対象の内部モデル25を系内に設けるとともに、制御器
25,28を設けたものであり、二自由度制御系を構成
するものである。 【0022】又、内部モデル25の制御対象伝達関数P
M(S)は数4のようになる。 【0023】 【数4】 【0024】第2の制御器28は内部モデル25の伝達
関数PM(S)と実際の制御対象の伝達関数P(S)が
一致するとき、エンジントルク応答が目標応答伝達関数
R(S)となるように構成する。即ち、数5のように構
成する。C1(S)は第2の制御器28の伝達関数であ
る。 【0025】 【数5】 【0026】従って、C1(S)は数6のようになる。 【0027】 【数6】 【0028】第1の制御器26は外乱やモデル化誤差を
補償するためのものであり、その伝達関数C2(S)は
外乱特性を考慮して低周波領域でのゲインを低下させ、
外乱入力時にエンジントルク指令値とエンジントルク推
定値が定常状態で等しくなるように構成し、数7のよう
にする。 【0029】 【数7】 【0030】従って、C2(S)は数8のようになる。 【0031】 【数8】 【0032】上記構成において、偏差器24は最小次元
オブザーバ部23からのトルク推定値と内部モデル25
の出力の偏差を求め、第1の制御器26はこの偏差を入
力され、その誤差分を補償する。偏差器27はエンジン
トルク指令値と第1の制御器26の出力の偏差を求め、
この偏差は第2の制御器28に入力され、第2の制御器
28は内部モデル25と上記制御対象が一致したときに
エンジントルク応答が目標応答となるような出力を発生
し、この出力はアクチュエータ位置制御系10に位置指
令値として入力されるとともに、内部モデル25にも入
力される。 【0033】上記実施例においては、最小次元オブザー
バ部23によりエンジントルクを推定し、これに基づい
てエンジントルクを制御するようにしており、ダイナモ
メータ速度制御系19の干渉によるエンジントルク制御
系の変動は抑制された。又、エンジントルク制御系にI
MC法を適用し、内部モデル25及び制御器26,28
を設けたことにより、ワイヤのヒステリシス特性及びエ
ンジンの無駄時間の影響によるエンジントルク制御系の
不安定を解消することができる。例えば、図3に示すよ
うに、ダイナモ速度制御系19によりエンジン速度NE
を2000rpmに制御した状態でエンジントルク指令
値を4%から8%にステップ状に変化させた場合、アク
チュエータ位置指令値、吸気圧、エンジントルク推定値
に振動は発生しなかった。 【0034】 【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、エンジ
ントルク推定値に基づきエンジントルクを制御してお
り、ダイナモメータ速度制御系の干渉を排除してエンジ
ントルク制御系の変動を抑制することができる。又、エ
ンジントルク制御系にIMC法を適用したことにより、
ワイヤヒステリシスとエンジンの無駄時間によるエンジ
ントルク制御系の不安定を抑制することができる。
ック図である。 【図2】この発明による制御対象をモデル化した図であ
る。 【図3】この発明による自動車エンジン試験装置の各部
の動作波形図である。 【図4】従来装置のブロック図である。 【図5】本出願人が提案した自動車エンジン試験装置の
ブロック図である。 【図6】本出願人が提案した最小次元オブザーバ部のブ
ロック図である。 【図7】本出願人の提案装置の動作波形図である。 【符号の説明】 1…エンジン 2…ダイナモメータ 3…ペラシャフト 7…アクチュエータ 9…制御対象部 10…アクチュエータ位置制御系 16…ワイヤヒステリシス部 19…ダイナモメータ速度制御系 20…エンジントルク制御系 23…最小次元オブザーバ部 25…内部モデル 26…第1の制御器 28…第2の制御器
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】自動車エンジンにダイナモメータを連結す
るとともに、エンジンのスロットル弁にワイヤを介して
アクチュエータを連結してエンジン試験を行う自動車エ
ンジン試験装置において、アクチュエータの位置を制御
するアクチュエータ位置制御系と、ダイナモメータの速
度を制御するダイナモメータ速度制御系と、ダイナモメ
ータのトルクと速度を入力され、エンジントルク推定値
を出力する最小次元オブザーバ部と、アクチュエータ位
置指令からトルク推定値を得るまでの制御対象をモデル
化し、このうちのヒステリシス特性を除いた3次遅れと
無駄時間から構成した内部モデルと、エンジントルク推
定値と内部モデルの出力との偏差が入力され、モデル化
誤差や外乱誤差を補償する第1の制御器と、エンジント
ルク指令値と第1の制御器の出力との偏差が入力される
とともに、内部モデルと上記制御対象とが一致したとき
にエンジントルク応答が目標応答となるよう構成され、
出力がアクチュエータ位置制御系の位置指令値となると
ともに内部モデルに入力される第2の制御器を備えたこ
とを特徴とする自動車エンジン試験装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02356995A JP3489241B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | 自動車エンジン試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP02356995A JP3489241B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | 自動車エンジン試験装置 |
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JPH08219952A JPH08219952A (ja) | 1996-08-30 |
JP3489241B2 true JP3489241B2 (ja) | 2004-01-19 |
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ID=12114179
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JP02356995A Expired - Fee Related JP3489241B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | 自動車エンジン試験装置 |
Country Status (1)
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- 1995-02-13 JP JP02356995A patent/JP3489241B2/ja not_active Expired - Fee Related
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