用于在試驗(yàn)臺中減少振動(dòng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于在用于真實(shí)組件和虛擬組件的試驗(yàn)臺中減少不期望的振動(dòng) 和共振的激發(fā)的方法，其中，真實(shí)組件將真實(shí)組件的測量參量提供給虛擬組件并且由虛擬 組件獲得用于試驗(yàn)臺的致動(dòng)器的控制參量，其中，在虛擬組件中實(shí)現(xiàn)具有運(yùn)動(dòng)方程的模擬 模型，該模擬模型由測量參量確定控制參量。
【背景技術(shù)】
[0002] 在車輛技術(shù)中經(jīng)常運(yùn)樣發(fā)生測試過程，即，將真實(shí)組件、例如真實(shí)的內(nèi)燃機(jī)、真實(shí) 的輪胎、真實(shí)的變速器、真實(shí)的電池、真實(shí)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、真實(shí)的傳動(dòng)系、真實(shí)的車輛等等設(shè)置 在試驗(yàn)臺上。要測試的真實(shí)組件也經(jīng)常確定試驗(yàn)臺的名稱。對此提及馬達(dá)試驗(yàn)臺、輪胎試驗(yàn) 臺、變速器試驗(yàn)臺、車輛試驗(yàn)臺等等。運(yùn)些試驗(yàn)臺例如允許內(nèi)燃機(jī)、車輛組件的改進(jìn)或者也 允許在車輛控制儀聯(lián)網(wǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，運(yùn)些車輛控制儀可W對車輛的整體行為起作用。在此， 所述測試是如下的過程，利用該過程應(yīng)該獲得對于如下內(nèi)容更多的確定性，即，技術(shù)對象、 技術(shù)系統(tǒng)或者技術(shù)結(jié)果和過程、真實(shí)組件或者虛擬組件是否在一定的邊界條件內(nèi)正常工作 和/或是否滿足確定的特性和/或要求。因此，執(zhí)行的測試始終在模擬環(huán)境中模擬或者預(yù)料 真實(shí)的過程。模擬的環(huán)境與被測試的真實(shí)組件在最普通的情況中交換材料流(例如介質(zhì)流、 如油、水等等）、能量流(例如電流/電壓、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩等等)和信息流(例如測量的數(shù)據(jù)等等） 并且因此能實(shí)現(xiàn)技術(shù)過程的檢查，而不必假設(shè)、妨礙或者損害真實(shí)組件的將來的真正環(huán)境。 但因此，測試結(jié)果也從不是絕對有效，而是始終為近似。此外，近似的質(zhì)量與模擬的環(huán)境的 質(zhì)量有關(guān)并且與運(yùn)樣的質(zhì)量有關(guān)，利用該質(zhì)量可W模仿在實(shí)際中發(fā)生的能量流、信息流和 材料流的交換。所述模擬的環(huán)境W下被稱為虛擬組件。真實(shí)組件和虛擬組件一起被稱為試 驗(yàn)件。試驗(yàn)件和試驗(yàn)臺也經(jīng)常一起被稱為硬件在環(huán)系統(tǒng)化iL系統(tǒng))或者特別被稱為氣在環(huán) 系統(tǒng)"，其中，X代表相應(yīng)的試驗(yàn)件。
[0003] 虛擬組件包括模擬模型，運(yùn)些模擬模型基本上實(shí)現(xiàn)為具有實(shí)現(xiàn)的算法和數(shù)學(xué)上或 者物理上的模型的軟件，運(yùn)些軟件在模擬單元、通常計(jì)算機(jī)上實(shí)施。
[0004] 在用于執(zhí)行測試的試驗(yàn)臺上通常也存在致動(dòng)器(多個(gè)致動(dòng)器)和傳感器(多個(gè)傳感 器），W及可能存在過程控制裝置(例如試驗(yàn)臺控制單元、自動(dòng)化單元等等)和外圍設(shè)備(例 如數(shù)據(jù)記錄器等等）。傳感器測量真實(shí)組件的物理的、化學(xué)的或者信息技術(shù)的狀態(tài)或者狀態(tài) 變化（"測量參量"）并且致動(dòng)器將一定的化學(xué)的、物理的或者信息技術(shù)的狀態(tài)或者狀態(tài)變化 ("理論參量"）施加（aufprSgen.)給真實(shí)組件。因此，致動(dòng)器是對于傳感器的信號變換式 的配合件。致動(dòng)器和傳感器將試驗(yàn)件（亦即真實(shí)組件和虛擬組件）的實(shí)際世界與虛擬世界相 聯(lián)系。用于致動(dòng)器的示例是電動(dòng)的、氣動(dòng)的或者液壓的負(fù)載單元，該負(fù)載單元用于施加轉(zhuǎn) 速、轉(zhuǎn)矩、速度或者距離、可調(diào)節(jié)的電阻、油處理設(shè)備、空氣調(diào)節(jié)設(shè)備等等。用于傳感器的示 例是轉(zhuǎn)矩傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。
[000引真實(shí)組件、虛擬組件、致動(dòng)器和傳感器是具有確定的傳輸特性的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。因此， 作為運(yùn)些組件的電路連接的硬件在環(huán)系統(tǒng)也是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。
[0006] -個(gè)對于測試的示例是，在逼真地模擬空氣濕度、空氣溫度、真實(shí)組件"內(nèi)燃機(jī)"的 轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性的情況下在大格羅克納山的高山道路上虛擬地試運(yùn)行混合動(dòng)力車輛 (內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)），該內(nèi)燃機(jī)設(shè)置在馬達(dá)試驗(yàn)臺上。該測試行駛的目的是對于確定的駕駛類 型（例如具有激進(jìn)的換擋行為的運(yùn)動(dòng)型駕駛員）評定電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性W及電動(dòng)車電池的溫 度特性，該電動(dòng)車電池作為虛擬組件進(jìn)行模擬。測試路徑(在運(yùn)里為大格羅克納山的高山道 路）、行駛行為亦即行駛環(huán)境同樣被模擬。在所述測試行駛時(shí)硬件在環(huán)系統(tǒng)通過車道的不平 坦性、風(fēng)暴、駕駛員的制動(dòng)措施和轉(zhuǎn)向措施和/或燃燒過程（VerbrennungsstrSBe )激 發(fā)至振動(dòng)。但是，所述振動(dòng)基于傳感器和致動(dòng)器的動(dòng)態(tài)特性并且基于始終通過模擬限制的 虛擬組件的映射精確度而不是與如下振動(dòng)準(zhǔn)確相同的，所述振動(dòng)在W混合動(dòng)力車輛在大格 羅克納山的高山道路上真實(shí)行駛時(shí)出現(xiàn)。
[0007] 另一示例在EP 1 037 030 B1中示出，該文獻(xiàn)公開了一種用于在傳動(dòng)系試驗(yàn)臺上 模擬車輛在車道上的特性的方法，其中，為了模擬而使用車輛模型和輪胎模型(虛擬組件）。
[0008] 在實(shí)際中，虛擬組件經(jīng)常事后加裝在已經(jīng)存在的試驗(yàn)臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上。迄今僅可W 簡單地施加理論值圖表的經(jīng)典的、傳統(tǒng)的試驗(yàn)臺因此變?yōu)楦咝阅艿腦在環(huán)測試環(huán)境，該X在 環(huán)測試環(huán)境能在不同的框架條件中實(shí)現(xiàn)新的測試任務(wù)、例如上面描述的大格羅克納山的高 山道路行駛。在此，存在的試驗(yàn)臺致動(dòng)器和試驗(yàn)臺傳感器連同其下屬的動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)和調(diào)節(jié) 結(jié)構(gòu)應(yīng)該(例如由于花費(fèi)原因）經(jīng)常保持不變或者運(yùn)對虛擬組件的提供者是未知的。相同的 虛擬組件經(jīng)常也在具有不同動(dòng)態(tài)傳輸特性的試驗(yàn)臺上或者在不同的試驗(yàn)臺類型上使用。同 樣發(fā)生一個(gè)虛擬組件通過(例如具有不同的模型的）另一虛擬組件代替。
[0009] 當(dāng)虛擬組件應(yīng)該呈現(xiàn)極限負(fù)載情況時(shí)，可能在試驗(yàn)臺上產(chǎn)生利用運(yùn)樣的虛擬組件 的另一問題，所述極限負(fù)載情況在所實(shí)現(xiàn)的致動(dòng)器、傳感器或者真實(shí)組件的界限處或者超 出所述極限發(fā)生。
[0010] 基于在試驗(yàn)臺上構(gòu)建的致動(dòng)器和傳感器的動(dòng)態(tài)傳輸特性，但是也基于總是在可供 使用的測量中存在的干擾(例如測量噪聲、受限的分辨率等等)經(jīng)常導(dǎo)致動(dòng)態(tài)的總系統(tǒng)的不 期望的、非預(yù)期的并且不真實(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象和共振現(xiàn)象，所述振動(dòng)現(xiàn)象和共振現(xiàn)象可能消極 地影響測試結(jié)果并且在極限情況中可W使虛擬組件的使用完全失敗。
[0011] 可W經(jīng)典地通過使用用于振動(dòng)衰減的濾波器(例如貝塞爾濾波器、己特沃斯濾波 器等等)來對付所述場景，然而由此限制試驗(yàn)臺的可供使用的動(dòng)態(tài)性，運(yùn)是不期望的。于是， 不再能夠?qū)嵤┚哂懈叩膭?dòng)態(tài)性的試驗(yàn)情況、例如相當(dāng)迅速的轉(zhuǎn)速變化和轉(zhuǎn)矩變化。在使用 運(yùn)種濾波器時(shí)出現(xiàn)的另一重要的消極特性是在測試時(shí)重要的動(dòng)態(tài)狀態(tài)的失真。在機(jī)械的/ 旋轉(zhuǎn)的試驗(yàn)臺（例如動(dòng)力傳動(dòng)）中作為示例提及角動(dòng)量，該角動(dòng)量在真實(shí)組件和虛擬組件之 間交換。在運(yùn)里，濾波器的使用引起實(shí)際施加的角動(dòng)量(例如來自內(nèi)燃機(jī)的）不正確地引入 到虛擬組件中，運(yùn)接著導(dǎo)致錯(cuò)誤的測試結(jié)果(例如過高的/過低的燃料消耗）。此外，濾波器 始終附加地引起相移，該相移此外消極地影響Η i L系統(tǒng)的穩(wěn)定余量 (Stabili巧tsreserve )。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種方法，利用該方法可W在盡量不限制動(dòng)態(tài)特性 并且盡量沒有不期望的振動(dòng)作用和共振作用的情況下在試驗(yàn)臺上運(yùn)行虛擬組件。
[0013] 該任務(wù)通過如下方式解決，即，至少由測量參量確定第一修正值，將該第一修正值 加上到測量參量，并且總和作為修正的測量參量傳輸給虛擬組件W用于計(jì)算控制參量;或 者由計(jì)算出的控制參量確定第二修正值，將該第二修正值加上到計(jì)算出的控制參量，并且 總和作為修正的控制參量傳輸給致動(dòng)器;或者確定第Ξ修正值，該第Ξ修正值改變運(yùn)動(dòng)方 程的參數(shù)。但是，第一、第二或者第Ξ修正值也可W任意組合。
[0014] 因此，在盡量在此不限制試驗(yàn)臺的動(dòng)態(tài)性并且不影響（eingreifen)到致動(dòng)器下屬 的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)或者試驗(yàn)臺傳感器中的情況下，能夠極為有效地抑制在試驗(yàn)臺上的不期望的振 動(dòng)作用和共振作用。也能實(shí)現(xiàn)利用虛擬組件對存在的試驗(yàn)環(huán)境加裝或者通過其他虛擬組件 來更換虛擬組件，而在此不必對存在的試驗(yàn)臺基礎(chǔ)設(shè)施(傳感器、致動(dòng)器)進(jìn)行改變。因此， 在試驗(yàn)臺中的可能的期望的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)影響通過在虛擬組件中的影響或者補(bǔ)充來實(shí)施，并且 特別是與已經(jīng)存在的試驗(yàn)臺基礎(chǔ)設(shè)施無關(guān)。
[0015] 完全特別有利地，將在真實(shí)組件和致動(dòng)器之間的軸的轉(zhuǎn)矩用作測量參量。能通過 虛擬的附加力矩實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)臺上測量的轉(zhuǎn)矩的"形成"，從而施加給虛擬世界的轉(zhuǎn)矩W適當(dāng) 的方式運(yùn)樣(作為時(shí)間的函數(shù))連續(xù)地變化，使得在虛擬系統(tǒng)中不出現(xiàn)不期望的振動(dòng)。
[0016] 同樣有利地，將轉(zhuǎn)速用作控制參量。在模擬的虛擬世界中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速W適當(dāng)?shù)姆?式運(yùn)樣"變形"，使得在實(shí)際系統(tǒng)中不出現(xiàn)不期望的振動(dòng)或者共振。
[0017] 有利地，修正值可W通過按照相應(yīng)的修正值優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)來確定。運(yùn)樣的目標(biāo)函 數(shù)可W利用已知的數(shù)學(xué)方法優(yōu)化，優(yōu)選在實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)地進(jìn)行優(yōu)化。
[0018] 為了確定第一或者第Ξ修正值，優(yōu)選優(yōu)化第一和第二目標(biāo)函數(shù)的線性組合，因?yàn)?可運(yùn)種方式考慮類似于不同的物理作用的影響參量、例如能量或者角動(dòng)量。此外，有利 地，作為第一或者第Ξ目標(biāo)函數(shù)使用作為角速度或者其導(dǎo)數(shù)的函數(shù)的二次幕函數(shù)（Gu te化nktional)。有利地，利用第二目標(biāo)函數(shù)，通過第一或者第Ξ修正值引入的角動(dòng)量或者 變化的動(dòng)能估算，W此確保通過修正不引起軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)或者能量平衡或者沖量平衡的過 高的失真。為了確定第二修正值優(yōu)選實(shí)現(xiàn)如下的目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)估算在虛擬組件中 計(jì)算的控制參量和所述控制參量的實(shí)際值之間的偏差。
[0019] 對于多個(gè)試驗(yàn)臺類型、