JP3595462B2 - エンジン試験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジン試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンの性能を検証するものとして、試験対象である供試エンジンの出力部に接続されたダイナモメータと、このダイナモメータを制御するダイナモコントローラと、前記供試エンジンのスロットル開度を制御するアクチュエータとを備え、前記ダイナモコントローラおよびアクチュエータを制御して前記供試エンジンの出力を調節するエンジン試験装置がある。
【０００３】
図３は、この種のエンジン試験装置の一般的な構成を概略的に示すもので、この図において、１は試験対象の供試エンジン、２はダイナモメータで、両者１，２は、その出力軸１ａと駆動軸２ａとがクラッチ３を介して接続・分離自在に結合されている。４はクラッチ３を駆動するクラッチアクチュエータである。そして、５は供試エンジン１のスロットルで、スロットルアクチュエータ６によって駆動され、その開度が制御される。また、７はダイナモメータ２を制御するダイナモコントローラである。さらに、８はダイナモメータ２の駆動軸２ａに設けられたトルクセンサ、９はトルクセンサ８の出力を適宜増幅するトルクアンプである。
【０００４】
そして、１０は装置全体を制御するシミュレータ装置としてのコンピュータ、１１はシグナルコンディショナユニットである。コンピュータ１０は、図示していない入力装置による入力や装置に設けられたトルクセンサ８など各種のセンサからの信号に基づいて演算を行ったり、装置各部に対する指令を出力する。そして、このコンピュータ１０には、例えば図３において符号１２で示すような目標車速パターン１２が入力されている。すなわち、この目標車速パターン１２は、横軸に時間（秒）、縦軸に速度（ｋｍ／ｈ）をとったもので、目標とすべき走行パターンである。
【０００５】
また、シグナルコンディショナユニット１１は、ＡＤ変換機能およびＤＡ変換機能を有するインターフェースで、トルクセンサ８など各種のセンサからの信号をＡＤ変換したり、コンピュータ１０からの指令をＤＡ変換して、ダイナモコントローラ７やクラッチアクチュエータ４やスロットルアクチュエータ６など装置の各部に指令を出力する。
【０００６】
ところで、従来のエンジン試験装置においては、図４および図５に示すように、実車における回転体、すなわち、エンジン、トランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤのうち、エンジンの慣性モーメントのみを負荷演算に用いている。これは、エンジンの慣性モーメントが他の回転体のモーメントより大きいためである。
【０００７】
図４および図５は、それぞれ、上記エンジン試験装置における従来の制御フローおよび演算フローを示すものである。まず、制御フローについて説明すると、図４において、１３は目標パターン発生器で、コンピュータ１０内に設けられており、コンピュータ１０に入力されている目標車速パターン１２に基づいて、供試エンジン１を所定の走行パターンで実車走行させるための目標速度信号Ｖr を出力する。この目標速度信号Ｖr は、回転制御系１４と模擬車両制御系１５とに入力される。
【０００８】
前記回転制御系１４および模擬車両制御系１５は、それぞれ次のように構成されている。まず、回転制御系１４は、前記目標速度信号Ｖr が入力される回転発生器１６と、遅れ補正回路１７と、突き合わせ部１８と、回転フィードバックコントローラ１９とダイナモメータ２とからなる。
【０００９】
上記構成の回転制御系１４においては、回転発生器１６に目標速度信号Ｖr が入力されると、これに基づいて回転発生器１６から目標回転数信号Ｒr が出力される。そして、この目標回転数信号Ｒr は遅れ補正回路１７を経て制御目標回転数信号Ｒctl となり、突き合わせ点１８に出力される。この突き合わせ点１８には、ダイナモメータ２の実際の回転数信号Ｒa が入力されているので、前記制御目標回転数信号Ｒctl と実回転数信号Ｒa との偏差Ｒe が回転フィードバックコントローラ１９において例えばＰＩ制御されることにより操作量信号Ｕが設定され、この操作量信号Ｕがダイナモメータ２に送られる。
【００１０】
また、模擬車両制御系１５は、目標速度信号Ｖr を出力する目標パターン発生器１３の後段に、目標速度信号Ｖr が入力されるトルク発生器２０と、目標速度信号Ｖr が入力される突き合わせ点２１および速度フィードバックコントローラ２２とが並列的に接続されている。そして、トルク発生器２０および速度フィードバックコントローラ２２の後段に、加算点２３、突き合わせ点２４、スロットルマップ２５、スロットル開度コントローラ２６、供試エンジン１よりなるトルク制御系２７が設けられ、さらに、このトルク制御系２７の後段に模擬車両モデル２８が設けられている。前記スロットルマップ２５は、目標速度信号Ｖ r に対応させるようにエンジン制御における目標スロットル開度を決めるためのマップである。また、模擬車両モデル２８は、エンジン出力トルクを用いて、車両の駆動力を計算し、その駆動力を用いて速度信号に変換するためのモデルのことである。
【００１１】
上記構成の模擬車両制御系１５においては、トルク発生器２０に目標速度信号Ｖr が入力されると、これに基づいてトルク発生器２０からフィードフォワードトルク信号Ｔffが加算点２３に出力される。また、前記目標速度信号Ｖr は、突き合わせ点２１において模擬車両モデル２８から出力される実際の速度信号Ｖa と突き合わせられ、その偏差が速度フィードバックコントローラ２２に送られ、フィードバックトルク信号Ｔfbとして前記加算点２３に出力される。そして、前記フィードフォワードトルク信号Ｔffとフィードバックトルク信号Ｔfbとが加算点２３において加算され、目標制御トルク信号Ｔctl が得られる。この目標制御トルク信号Ｔctl は、供試エンジン１の実際の出力トルク値Ｔa と突き合わされ、その偏差Ｔe がスロットルマップ２５に入力されて、操作目標スロットル開度θが決定され、さらに、この操作目標スロットル開度θはスロットル開度コントローラ２６に入力されて、操作量Ｕが設定され、この操作量Ｕが供試エンジン１に送られる。
【００１２】
次に、演算フローについて説明すると、図５において、２９，３０はそれぞれトルク演算系、回転演算系である。まず、トルク演算系２９は、供試エンジン１の出力トルク値Ｔa と、エンジン慣性モーメントＪe に起因するトルク値Ｔe とを突き合わせる突き合わせ点３１と、この突き合わせ点３１の出力Ｔ1 に変速比Ｇr を乗じて変速後のトルク値Ｔ2を出力する乗算器３２と、前記変速後のトルク値Ｔ2 にデファレンシャルギア比Ｇf を乗じてデファレンシャルギアを経たトルク値Ｔ3 を出力する乗算器３３と、前記デファレンシャルギアを経たトルク値Ｔ3 にタイヤ径Ｒの逆数１／Ｒを乗じてタイヤ表面における駆動力Ｆvehicle を出力する乗算器３４とからなる。
【００１３】
また、回転演算系３０は、目標車速Ｖvehicle とタイヤスリップ率ｋを求める演算器３５からのタイヤスリップ率ｋとを乗じてスリップ率補正後の目標車速Ｖtar を出力する乗算器３６と、前記目標車速Ｖtar にタイヤ径に関する乗数（１２πＲ）を乗じてタイヤにおける回転角速度ｎ1 を出力する乗算器３７と、前タイヤにおける回転角速度ｎ1 にギア比に関する乗数（１／Ｇｆ）を乗じてデファレンシャルギア入口側（エンジン側）の回転角速度ｎ2 を求める乗算器３８と、前記デファレンシャルギア入口側の回転角速度ｎ2 に変速比に関する乗数（１／Ｇr ）を乗じてエンジン回転角速度ｎ3 （前記Ｖr に対応している）を求める乗算器３９とからなる。
【００１４】
さらに、４０は前記エンジン回転角速度ｎ3 を微分してエンジン回転加速度ωe を出力する微分器、４１は前記エンジン回転加速度ωe にエンジン慣性モーメントＪe を乗じて、エンジン慣性によるトルク値Ｔe を出力する乗算器で、このエンジン慣性によるトルク値Ｔe は、前記トルク演算系２９の突き合わせ点３１に出力される。
【００１５】
上記従来のエンジン試験装置においては、上記図４および図５に示すように、回転演算系３０において求められた供試エンジン１の回転加速度に供試エンジン１の慣性モーメントを乗じたものを、トルク演算系２９におけるトルク演算に用いることにより負荷演算している。すなわち、加速時には、供試エンジン１の慣性分だけ出力トルクＴe がダイナモメータ２によって吸収され、減速時には、逆に車両を押し進めるという実車の現象をシミュレートとしている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、実車走行においては、エンジン以外のトランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤ等の他の回転体の慣性モーメントも負荷に影響を及ぼしており、従来のエンジン試験装置においては、この点の配慮が欠けているため、正確なシミュレーションを行うことができなかった。
【００１７】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、車両シミュレーションを精度よく行うことができるエンジン試験装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、試験対象である供試エンジンの出力部に接続されたダイナモメータと、このダイナモメータを制御するダイナモコントローラと、前記供試エンジンのスロットル開度を制御するアクチュエータとを備え、前記ダイナモコントローラおよびアクチュエータを制御して前記供試エンジンの出力を調節するエンジン試験装置において、目標車速パターンに基づいてエンジンの回転加速度に加えて、トランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤのうちの少なくとも一つの他の回転体の回転加速度も求め、これら各回転加速度のそれぞれに前記エンジン及び他の回転体の慣性モーメントをそれぞれ乗じてエンジン及び他の回転体が吸収するトルクを演算し、これらエンジン及び他の回転体による全ての吸収トルクを見越して供試エンジンが所定のトルクを出力するように供試エンジンのスロットル開度を制御するように構成したことを特徴としている。
【００１９】
上記構成のエンジン試験装置においては、従来のエンジン試験装置において考慮されているエンジンの慣性モーメントに加えて、トランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤのうちの少なくとも一つの他の回転体それぞれの慣性モーメントも考慮にいれて供 試エンジンのスロットル開度を制御するようにしているので、実車走行中のエンジン負荷を正確に再現でき、精度の高いシミュレーションを行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、この発明の一つの実施の形態を示すもので、前記図３に示したエンジン試験装置における制御フローおよび演算フローの一例を示している。そして、図１および図２における符号のうち図３〜図５に示した符号と同一のものは、同一物であるので、それらの説明は省略する。
【００２１】
まず、この発明のエンジン試験装置における制御フローを示す図１が前記従来のエンジン試験装置における制御フローを示す図４と大きく異なる点は、回転制御系１４において、回転発生器１６の出力Ｒr を微分する微分器４２を、回転発生器１６と遅れ補正回路１７との間の点５１において分岐する枝に設け、さらに、この枝の微分器４２の後段に乗算器４３を設け、微分器４２の出力に、エンジン、トランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤといった各回転体の慣性モーメントをそれぞれ乗ずる乗算器４３を設け、この乗算器４３の出力を、模擬車両制御系１５のトルク発生器２０の出力Ｔffと加算点４４において加算し、その加算出力を速度フィードバックコントローラ２２の出力Ｔfbと加算し、これを制御目標トルクＴctl としたことである。
【００２２】
このことを、図２に示す演算フローを用いてより詳しく説明すると、図２において、４５，４６，４７は微分器である。すなわち、微分器４５は、乗算器３９から出力されるエンジン回転角速度ｎ3 を微分してトランスミッション回転加速度ωr を出力し、微分器４６は、乗算器３８から出力されるデファレンシャルギア入口側の回転角速度ｎ2 を微分してデファレンシャルギア回転加速度ωf を出力し、微分器４７は、タイヤにおける回転角速度ｎ1 を微分してタイヤ回転加速度ωw を出力する。
【００２３】
そして、前記微分器４５，４６，４７のそれぞれ出力側には、これら４５〜４７の出力に所定の乗数を乗ずる乗算器４８，４９，５０が設けられている。すなわち、乗算器４８は、前記トランスミッション回転加速度ωr にトランスミッション慣性モーメントＪr を乗じて、トランスミッションが吸収するトルクＴr を、トルク演算系２９の乗算器３２の直前に設けられた突き合わせ点５１に出力する。そして、乗算器４９は、前記デファレンシャルギア回転加速度ωf にデファレンシャルギア慣性モーメントＪf を乗じて、デファレンシャルギアが吸収するトルクＴf を、トルク演算系２９の乗算器３３の直前に設けられた突き合わせ点５２に出力する。また、乗算器５０は、前記タイヤ回転加速度ωw にタイヤ慣性モーメントＪw を乗じて、タイヤが吸収するトルクＴw を、トルク演算系２９の乗算器３４の直前に設けられた突き合わせ点５３に出力する。
【００２４】
上記構成のエンジン試験装置においては、図２のフロー図に示すように、突き合わせ点３１において供試エンジン１の実トルクＴa と供試エンジン１の慣性モーメントに起因するトルク値Ｔe とが突き合わせられ、突き合わせ点３１からはトルク値Ｔ1 （＝Ｔa −Ｔe ）が出力される。そして、突き合わせ点５１においては、前記トルク値Ｔ1 とトランスミッションの慣性モーメントに起因するトルク値Ｔr とが突き合わせられ、突き合わせ点５１からはトルク値Ｔ1 ’（＝Ｔ1 −Ｔt ）が出力される。このトルク値Ｔ1 ’は、乗算器３２において変速比Ｇr が乗じられ、トルク値Ｔ2 が出力される。
【００２５】
また、突き合わせ点５２においては、前記トルク値Ｔ2 とデファレンシャルギアに起因するトルク値Ｔf とが突き合わせられ、突き合わせ点５２からはトルク値Ｔ2 ’（＝Ｔ2−Ｔf ）が出力される。このトルク値Ｔ2 ’は、乗算器３３においてデファレンシャルギア比Ｇf が乗じられ、トルク値Ｔ3 が出力される。さらに、突き合わせ点５３においては、前記トルク値Ｔ3 とタイヤに起因するトルク値Ｔw とが突き合わせられ、突き合わせ点５３からはトルク値Ｔ3 ’（＝Ｔ3 −Ｔw ）が出力される。このトルク値Ｔ3 ’は、乗算器３４においてタイヤ径Ｒに関する乗数（１／Ｒ）が乗じられ、タイヤ表面における駆動力Ｆvehicle が得られる。
【００２６】
上述のように、上記実施の形態におけるエンジン試験装置においては、従来のエンジン試験装置において考慮されているエンジンの慣性モーメントに加えて、トランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤからなる各回転体についてもそれぞれの慣性モーメントに起因するトルクを演算し、これらのトルクを見越して供試エンジンが所定のトルクを出力するように供試エンジンのスロットル開度を制御するようにしているので、実車走行中のエンジン負荷を正確に再現でき、精度の高いシミュレーションを行うことができる。
【００２７】
なお、上述の実施の形態においては、タイヤにおけるスリップについては考慮していなかったが、これを考慮にいれてもよく、その場合、図１に示した制御フローにおいて、点５１と遅れ補正回路１７との間にタイヤスリップ補正回路を設け、このタイヤスリップ補正回路にトルク発生器２０の出力Ｔffを入力すればよい。このようにした場合、より精度の高いシミュレーションを行うことができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のエンジン試験装置によれば、エンジンだけでなく、トランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤのうちの少なくとも一つの他の回転体の慣性モーメントを考慮にいれて、つまり、実車走行時のエンジン及び前記した他の回転体の慣性モーメントに起因するトルクを演算し、このトルクを見越して供試エンジンのスロットル開度を制御するようにしているので、実車走行中のエンジン負荷を正確に再現して精度の高いシミュレートを行なうことができ、エンジンの性能試験をより現実に近い状態で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエンジン試験装置における制御フローの一例を示す図である。
【図２】前記エンジン試験装置における演算フローの一例を示す図である。
【図３】この発明のエンジン試験装置の全体構成を概略的に示すものである。
【図４】従来のエンジン試験装置における制御フローを示す図である。
【図５】従来のエンジン試験装置における演算フローを示す図である。
【符号の説明】
１…供試エンジン、１ａ…出力部、２…ダイナモメータ、７…ダイナモコントローラ、６…アクチュエータ、１２…目標車速パターン、ωe …エンジンの回転加速度、ωr …トランスミッションの回転加速度、ωf …デファレンシャルギアの回転加速度、ωw …タイヤの回転加速度、Ｊe …エンジンの慣性モーメント、Ｊr …トランスミッションの慣性モーメント、Ｊf …デファレンシャルギアの慣性モーメント、Ｊw …タイヤの慣性モーメント、Ｔe …エンジンの吸収トルク、Ｔr …トランスミッションの吸収トルク、Ｔf …デファレンシャルギアの吸収トルク、Ｔw …タイヤの吸収トルク。

Claims (1)

1. 試験対象である供試エンジンの出力部に接続されたダイナモメータと、このダイナモメータを制御するダイナモコントローラと、前記供試エンジンのスロットル開度を制御するアクチュエータとを備え、前記ダイナモコントローラおよびアクチュエータを制御して前記供試エンジンの出力を調節するエンジン試験装置において、目標車速パターンに基づいてエンジンの回転加速度に加えて、トランスミッション、デファレンシャルギア、タイヤのうちの少なくとも一つの他の回転体の回転加速度も求め、これら各回転加速度のそれぞれに前記エンジン及び他の回転体の慣性モーメントをそれぞれ乗じてエンジン及び他の回転体が吸収するトルクを演算し、これらエンジン及び他の回転体による全ての吸収トルクを見越して供試エンジンが所定のトルクを出力するように供試エンジンのスロットル開度を制御するように構成したことを特徴とするエンジン試験装置。

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