JP3772721B2 - 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 - Google Patents
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Description
【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21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。同図には速度制御の場合を示し、コントローラC(s)は速度の設定入力とダイナモメータDYの速度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の速度制御を行う。
【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制御による速度制御では速度指令値と速度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化およびタイト制御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、エンジンやダイナモなどの速度指令値やトルク指令値、速度検出雑音等を与え、エンジン特性を測定するための制御量としてはエンジンやダイナモの速度偏差、ダイナモトルク指令値、軸トルク等を採用し、μ設計法によりトルク制御系や速度制御系を構成し、構造化摂動に対してロバスト安定化とタイト性保証を得る。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ダイナモメータの速度または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を用いて各摂動の大きさをロバスト安定化およびタイト性保証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、エンジン速度に加算される信号、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、速度検出値に加算される信号、速度指令値のいずれか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、速度偏差、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ダイナモメータの速度または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を用いて各摂動の大きさをロバスト安定化およびタイト性保証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、エンジン速度に加算される信号、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、速度検出値に加算される信号、速度指令値のいずれか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、速度偏差、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。
【0025】
図3に示す実施形態は、ダイナモ速度を検出してダイナモ速度を制御する1自由度速度制御系において、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、ダイナモ速度を検出してエンジン速度を制御する1自由度速度制御系において、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、エンジン速度を検出してダイナモ速度を制御する1自由度速度制御系において、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、エンジン速度を検出してエンジン速度を制御する1自由度速度制御系において、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、ダイナモ速度を検出してダイナモ速度を制御する2自由度速度制御系において、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、ダイナモ速度を検出してエンジン速度を制御する2自由度速度制御系において、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、エンジン速度を検出してダイナモ速度を制御する2自由度速度制御系において、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、エンジン速度を検出してエンジン速度を制御する2自由度速度制御系において、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、ダイナモ速度を検出してダイナモ速度を制御するモデルマッチング速度制御系において、フィードバックコントローラC(s)の導出にμ設計法を適用したものである。なお、F(s)、M(s)は指令値応答波形を望ましい波形にするための指令値フィルタ及び機械系モデル伝達関数である。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、ダイナモ速度を検出してエンジン速度を制御するモデルマッチング速度制御系において、フィードバックコントローラC(s)の導出にμ設計法を適用したものである。なお、F(s)、M(s)は指令値応答波形を望ましい波形にするための指令値フィルタ及び機械系モデル伝達関数である。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】
図13に示す実施形態は、エンジン速度を検出してダイナモ速度を制御するモデルマッチング速度制御系において、フィードバックコントローラC(s)の導出にμ設計法を適用したものである。なお、F(s)、M(s)は指令値応答波形を望ましい波形にするための指令値フィルタ及び機械系モデル伝達関数である。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。
【0036】
図14に示す実施形態は、エンジン速度を検出してダイナモ速度を制御するモデルマッチング速度制御系において、フィードバックコントローラC(s)の導出にμ設計法を適用したものである。なお、F(s)、M(s)は指令値応答波形を望ましい波形にするための指令値フィルタ及び機械系モデル伝達関数である。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。
【0037】
図15に示す実施形態は、ダイナモ速度と軸トルクを検出してダイナモ速度を制御する速度制御系において、フィードバックコントローラ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。
【0038】
図16に示す実施形態は、ダイナモ速度と軸トルクを検出してエンジン速度を制御する速度制御系において、フィードバックコントローラ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。
【0039】
図17に示す実施形態は、エンジン速度と軸トルクを検出してダイナモ速度を制御する速度制御系において、フィードバックコントローラ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。
【0040】
図18に示す実施形態は、エンジン速度と軸トルクを検出してエンジン速度を制御する速度制御系において、フィードバックコントローラ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。
【0041】
図19に示す実施形態は、エンジン速度と軸トルクを検出してダイナモ速度を制御する速度制御系において、フィードバックコントローラ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。
【0042】
図20に示す実施形態は、エンジン速度と軸トルク及びダイナモ速度を検出してダイナモ速度を制御する速度制御系において、フィードバックコントローラ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。
【0043】
【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ダイナモメータの速度、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】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図14】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図15】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図16】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図17】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図18】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図19】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図20】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図21】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
Claims (8)
- 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ダイナモメータの速度または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を用いて各摂動の大きさをロバスト安定化およびタイト性保証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。 - 前記μ設計法における外乱入力として、エンジントルク、エンジン速度に加算される信号、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、速度検出値に加算される信号、速度指令値のいずれか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。
- 前記μ設計法における制御量として、速度偏差、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。
- 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。
- 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ダイナモメータの速度または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を用いて各摂動の大きさをロバスト安定化およびタイト性保証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。 - 前記μ設計法における外乱入力として、エンジントルク、エンジン速度に加算される信号、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、速度検出値に加算される信号、速度指令値のいずれか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。
- 前記μ設計法における制御量として、速度偏差、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。
- 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。
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