整理对标准发动机试验台系统进行动态道路负载测试的控制 自己捣鼓版.docx

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整理对标准发动机试验台系统进行动态道路负载测试的控制自己捣鼓版

2006年SICE-ICASE国际联合会议

2006年10月18-21日，韩国釜山国际会展中心

对标准发动机试验台系统进行动态道路负载测试的控制

秋山孝雄，山崎小林，泽田义正，正胜野村

日本东京明电舍公司研发中心

（电话：

81354871581；电子邮件：

akiyama-t@mb.meidensha.co.jp）

日本群马县明电舍公司测功机系统厂

摘要：

我们为动态道路载荷试验开发了一个新的发动机试验台系统。

发动机测试台系统的机械系统与标准的发动机试验台系统是相同的。

我们通过一个虚拟的车模和发动机角速度估计控制器I-PD-like3rd来控制它。

我们的发动机试验台架系统除了被安装在汽车内，其它情况都可以在没有传动系统或车身的情况下做各种测试。

关键词：

发动机试验台，轴转矩控制，虚拟车模

1.介绍

通过提高汽车零部件（如发动机，变速器）单一部分的完成程度，实现为一个完整的车辆缩短总开发周期或减少测试车辆的目的，从而增加了在汽车行业研究、开发过程中的需求。

【1】为了满足需求，不仅要在静态中测试（在恒定的速度或横转矩的条件下进行测试）。

而且要检测设备的动态测试环境，就像在汽车零部件发展阶段，每个部分都安装或运行在车辆上，是车辆在道路上行驶的条件。

在参考文献【1】中，一个动态路段负荷模拟器把发动机作为一个试件记录在处于动态测试环境的测试设备之间。

动态道路负载模拟器的机械系统配置在文献【1】的报告中提出了一个新的机械系统的配置，这个配利用一个高刚性轴和一个动态路段负载模拟器把发动机和测功机连接起来，而获得一个约100赫兹的高级回应来控制轴扭矩。

另一方面，传统的低刚度的发动机试验台，也就是那些把离合器和螺旋桨作为机械体统配置的试验台，也要求进行动态测试。

在这项研究中，我们实际了一种动态路段负载模拟器，这种模拟器（以下简称为DRLS）可以在传统试车台上进行动态测试。

这次开发的模拟器有以下几个特点：

·这个机械系统的配置是一个低刚度系统，相当于传统的试车台。

·因此，轴转矩的转矩脉动相当于一个真实车辆的转矩脉动。

·道路负载模拟器是装有测功机的在路上行驶的真实车辆，它也可评估在试车台上的车辆。

·轴转矩控制系统采用一个小环。

表1展示了DRLS系统的典型控制模式。

这个论文为测功机的道路负载控制模式报告了控制系统，实现了DRLS系统的道路模拟功能（动态测试），并且已经得到了验证。

测功机控制模式

角速度

轴转矩

道路负载

发动机控制模式

油门

○

○

角速度

○

行车速度

○

表1DRLS控制模式

2.系统配置

安全评价可针对一个特定的对象，也可针对一定的区域范围。

图1是一个完整的典型DRLS结构系统。

待测试的发动机与测功机通过离合器，手动变速箱，螺旋桨轴，测量发动机负载转矩的轴扭矩测量表来连接。

此外，增量编码器安装在测功机上用来测量角速度。

离合器总在使用中，且传动齿轮的传动比总是保持在1。

实际的离合器和作为轴的一部分的传输函数连接着发动机与测功机。

DRLS控制器由一个发动机控制单元和一个测功机控制单元组成。

图1中的控制器是在道路负载控制模式中的测功机控制器。

通过移动控制器中虚拟车模的传递模式的齿轮位置提供必要的动态测试转换操作。

发动机的负载转矩取决于虚拟车模的这些条件（如传动齿轮的传动比和车辆速度），根据虚拟车模来估算负载转矩，且用作轴转矩命令值。

然后，轴转矩即可控制在由转矩测量表测出的发动机的实际负载转矩内，遵循轴转矩的命令值。

除了轴转矩控制循环和虚拟车模循环外，DRLS控制器由发动机角速度的估计量和发动机的控制循环（车辆速度控制）这几种基本要素组成。

一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用

图1DRLS配置

疾病成本法和人力资本法将环境污染引起人体健康的经济损失分为直接经济损失和间接经济损失两部分。

直接经济损失有：

预防和医疗费用、死亡丧葬费；间接经济损失有：

影响劳动工时造成的损失（包括病人和非医务人员护理、陪住费）。

这种方法一般通常用在对环境有明显毒害作用的特大型项目。

建设项目所处环境的敏感性质和敏感程度是确定建设项目环境影响评价类别的重要依据，环境影响评价文件应当就该项目对环境的影响做重点分析。

3.

4.（5）法律、行政法规和国务院规定的其他建设项目。

轴转矩控制

环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体。

一般来说，发动机台架系统主要应用在测功机的恒定的角速度和转矩上，根据测压元件中转矩的反馈来控制。

发动机角速度剧烈的加速和减速时的动态测试都需要控制发动机的负载转矩，而不是测功机产生的转矩。

因此，我们把轴转矩控制用作DRLS系统测功机的转矩控制。

（二）规划环境影响评价的技术依据和基本内容图2是一个DRLS系统机械特性的例子。

如以上所述，由于离合器连接着发动机和测功机，DRLS系统有一个共振特性，这个共振归因于离合器的弹簧特性。

因此，我们运用有共振抑制作用的控制系统来进行轴转矩控制。

如图2所示，在DRLS系统的测功机扭矩命令值的发出和轴转矩检测值之间的相位滞后大概是由于机械系统的特点，这意味着它可以近似为一个二质量机械系统。

尽管H

控制在许多案例中用作共振抑制控制，我们把一个像一个有共振抑制作用的I-PD控制一样的三阶控制器应用于DRLS系统，表现在两个方面：

一方面，排除机械特性的相位特征是可以忽略的，另一方面，二质量系统模型允许取近似。

规划编制单位应当在报送审查的环境影响报告书中附具对公众意见采纳与不采纳情况及其理由的说明。

此外，发动机负载扭矩是一个发动机最后输出的扭转力矩，但是转矩测量点是测功机最后输出的指定值。

根据机械系统的配置，离合器、变速器、螺旋桨轴的总惯性动量据估算是发动机和飞轮的10%。

然而，对易变的扭矩控制（离合器扭矩）和易变的测量转矩（轴转矩测量计上的检测转矩值）的修正控制是对发动机负载转矩的精确控制。

这种修正控制通过增加检测值来获得，增加检测值通过减少测功机角速度来实现，而减少测功机角速度则通过补偿轴转矩命令值的转动惯量来达到。

图3是轴转矩控制系统的完整结构。

（K

K

K

）是有共振抑制作用的轴转矩控制的主要部分。

（K

，

）控制易变转矩控制盒测量的易变转矩值之间的偏差修正。

假设被控制的工件是二质量系统，一个封闭回路系数的特征多项式可以任意指定五个系数（K

K

K

）。

然后，指定使所有实轴上闭环极点的系数符合共振特性。

我们确定的任务极点，用来防止来自极端延迟考虑的轴转矩控制反应，可以获得Butterworth特征，之后DRLS轴转矩控制像闭环系统的一部分一样运转，包括虚拟车模，见图1。

安全预评价方法可分为定性评价方法和定量评价方法。

图4是由发动机负载转矩指令值得出的频率特性倍率，指令值由轴转矩控制在轴转矩检测值中。

尽管图2中的每一个机械系统的特点都显示出一种共振特性，它从低倍率获得大约10赫兹，增加了约20分贝，轴转矩控制后的共振被抑制了。

此外，图4所示获得的低倍率不是0分贝，而是大约1到2分贝。

这是由转动惯量的补偿效应推出的。

图5是空转测试的结果。

在这个测试中，发动机油门在短时间内被完全打开时，发动机的角速度快速增加。

把轴转矩控制指令值用DRLS设置在0Nm，单一发动机的测试结果和轴转矩控制指令值的测试结果对比，用来判定轴转矩控制是否包括转动惯量的恰当补偿工作。

一个低于两种单一发动机状态的角速度的斜率与图5所示的在DRLS系统控制中斜率的比较，表明了双方都显示出几乎相同程度的加速和减速，并且在DRLS系统的控制中，发动机几乎没有负荷。

（二）安全评价的基本原则图2机械系统的特性

图3DRLS的控制器ATR

图4轴转矩控制的特点

图5空转测试

5.虚拟车型

图6是一个虚拟车模的图解表示。

本文提出的虚拟车模是为了根据有关离合器、变速器、车辆速度、和其他因素的陈述来计算发动机负载转矩。

此外，一个虚拟车型中离合器的函数只在没有弹簧特性的情况下连接或分离。

如图6中所示，输入信号进入一个虚拟车型代表发动机的角速度，处处信号代表发动机的负载转矩。

另一方面，DRLS系统只检测测功机的角速度，不检测测试发动机角速度的功能，是为了简化发动机的变化，或者达到其他目的。

在这种情况下，把虚拟车模中测功机角速度的直接输入作为一个由车模的特性和轴转矩的控制相互作用引起的发动机角速度的信号，从而导致不稳定闭环特性。

为了稳定这一现象，从测功机的角速度中估计发动机的角速度，检测轴转矩和轴转矩指令值，最后的结果被输入虚拟车模。

图7是发动机角速度估计的结构。

图6车辆模型的图解

图7发动机角速度的估计

6.模拟驱动测试

图8是装有DRLS系统的模拟驱动测试的测试结果。

在模拟驱动测试中，车辆速度被控制在预定速度图左右，同时，废气和耗油也进行测试。

在日本，把耗油量在10到15的模拟循环记录进了汽车目录。

图8所示的汽车速度是速度图的一部分，叫做US06模式。

这些驱动测试模式通常必须是一个有整车的测试，并且可以在底盘测功机上测试。

DRLS系统使驱动测试模式有一个简单的发动机机身。

此外，通过修改传播特性的对比测试在真实车辆的驱动测试模式中很难进行。

然而，通过改变装有DRLS系统的汽车零部件的参数进行的对比测试（如传动齿轮的传动比），这样容易测试，因为汽车零部件意外的发动机测试由数学公式控制。

图8所示的轴转矩指出了，发动机转矩的脉动不在轴转矩上出现，但是由于DRLS系统的低刚度的机械系统配置，它相当于一个实际的车辆。

发动机熄火或者其他现象都通过轴转矩脉动的监测来测量，很难用高刚度的系统来测量，而一个低刚度的DRLS系统可以使其像在常规的试车台上一样进行测量。

另外，虽然未列在这篇文章中，我们已开发出一个可以使发动机先被指令值控制后被驱动力控制的新的控制系统，这个系统像被一个测试车手操作一样可以平滑的控制。

图8模拟驱动测试

7.结论

我们发明一个测功机控制系统是为了使传统试车台上的动态试验可以进行，并且已经得到了验证。

我们采用了减震控制，补偿转动惯量和模拟车型，以便在没有真实车辆和真实道路的情况下测试发动机。

参考文献

【1】Shirota,Baba,Horikoshi,Sato,“Virtualdynamicload”testingsystemforengine,JSAENo.66-00,pp.1-4.