CN104035339B - 一种测功机模型控制方法及测功机模型 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种测功机模型控制方法及测功机模型，所述方法包括：选择测功机模型的控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，实时扭矩等于所述目标扭矩。

Description

一种测功机模型控制方法及测功机模型

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种测功机模型控制方法及测功机模型。

背景技术

硬件在环指的是一种利用实际控制器控制虚拟对象的半实物仿真系统。在现阶段的车辆设计当中，利用测功机对发动机模型，乃至整车模型的控制，就属于硬件在环技术。

在现有技术中，dSPACE厂商的ASM模型有简单的N/M(测功机模式的一种，该模式下测功机控制转速，发动机模型调节扭矩)模式的测功机模型。但是这种测功机模型功能单一，并且仅有N/M一种模式，无法适应多种工况下的使用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测功机模型控制方法及测功机模型，通过在测功机模型中结合多种测功机模式，以适应不同的工况需求。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种测功机模型控制方法，所述方法包括：

选择测功机模型的控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；

根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，实时扭矩等于所述目标扭矩。

根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整具体为：

将目标转速与实时转速的差值作为转速调整值，将目标扭矩与实时扭矩的差值作为扭矩调整值；

根据控制模式、转速调整值和扭矩调整值生成控制策略；利用所述控制策略对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整。

所述根据控制模式、转速调整值和扭矩调整值生成控制策略具体为：

控制模型根据控制模式选择信息表，并根据转速调整值和扭矩调整值在所述信息表中查找励磁电流数据和油门控制数据；将所述励磁电流数据和油门控制数据作为所述控制策略。

所述测功机模型包括物理模型和控制模型，则所述利用所述控制策略对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整具体为：

利用所述励磁电流数据控制所述物理模型，利用所述油门控制数据控制发动机模型的油门，使得所述实时转速等于所述目标转速，实时扭矩等于所述目标扭矩。

所述控制模式包括：

测功机恒扭矩/油门恒转速控制模式、测功机恒扭矩/油门恒位置控制模式、测功机恒转速/油门恒位置控制模式和测功机恒转速/油门恒扭矩控制模式四者的任意组合。

一种测功机模型，所述测功机模型包含一个或多个控制模式，并连接发动机模型；所述测功机模型包括：

控制模型，用于选择控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩；并对物理模型进行控制；

物理模型，用于根据所述控制模型的控制对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩。

所述控制模型包括：

预处理模块，用于选择控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；

计算模块，用于将目标转速与实时转速的差值作为转速调整值，将目标扭矩与实时扭矩的差值作为扭矩调整值；

策略模块，用于根据控制模式、转速调整值和扭矩调整值生成控制策略；

控制模块，用于利用所述控制策略对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整；并根据所述控制策略对物理模型进行控制。

所述策略模块具体包括：

选取单元，用于根据控制模式选择信息表；

查询单元，用于根据转速调整值和扭矩调整值在所述信息表中查找励磁电流数据和油门控制数据；

生成单元，用于将所述励磁电流数据和油门控制数据作为所述控制策略。

所述控制模块具体包括：

油门控制单元，用于通过利用所述油门控制数据控制发动机模型的油门，以控制所述发动机模型的实时转速或实时扭矩；

物理控制单元，用于通过所述励磁电流数据控制所述物理模型，以控制所述发动机模型的实时转速或实时扭矩。

所述控制模式包括：

测功机恒扭矩/油门恒转速控制模式、测功机恒扭矩/油门恒位置控制模式、测功机恒转速/油门恒位置控制模式和测功机恒转速/油门恒扭矩控制模式四者的任意组合。

通过以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是：在测功机模型中兼容了多种控制模式，使得所述测功机模型能够在多种工况需求之下对发动机模型的转速和扭矩进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述测功机模型结构示意图；

图2为本发明实施例所述控制方法流程图；

图3为本发明另一实施例所述控制方法流程图；

图4为本发明另一实施例所述测功机模型结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中描述了一种测功机模型及利用该模型控制发动机转速和扭矩的控制方法。所述测功机模型将控制发动机模型的转速和扭矩，其刚性连接发动机模型；也就是说测功机模型的转速和扭矩等于发动机模型的转速和扭矩，这一点真实的仿照了实体车辆。

由于发动机模型在实验台架上运行没有实际负载，所以鉴于实验本身特点，测功机并不能够同时对转速和扭矩进行直接的控制(所谓直接控制，即测功机通过改变自身转速而调整发动机模型的转速，或者通过改变自身扭矩而调整发动机模型的扭矩)，而只能够直接的控制二者之一，另一则需通过发动机模型的油门进行调整。为此本发明中将油门控制集成于测功机模型。

测功机模型的直接控制与油门控制，分控发动机模型的转速与扭矩，具体分工情况将视测功机模式而定。本发明中所述测功机将包括4中模式：

M/N模式(测功机恒扭矩/油门恒转速控制模式)，即测功机直接调整扭矩，油门调整转速；

M/P模式(测功机恒扭矩/油门恒位置控制模式)，即测功机直接调整扭矩，油门不变，转速不需调整；

N/P模式(测功机恒转速/油门恒位置控制模式)，即电流调整转速，油门不变，扭矩不需调整；

N/M模式(测功机恒转速/油门恒扭矩控制模式)，即电流调整转速，油门调整扭矩。

参见图1所示，为本发明所述测功机模型的一个具体实施例，本实施例中，所述测功机模型包括两个部分：物理模型102和控制模型101。物理模型102模拟测功机的实体结构，可视为硬件；其自身有转速和扭矩，并刚性连接发动机模型。所述控制模型101基于PID控制器(比例proportion、积分integration、微分differentiation)，控制模型101一方面控制所述物理模型102的转速或扭矩，另一方面集成了油门控制功能，可以控制发动机模型的油门。

具体来说：

控制模型101选择控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩；并对物理模型102进行控制；

物理模型102根据所述控制模型101的控制对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩。

例如在M/N模式中，控制模型101将控制所述物理模型102的扭矩，使物理模型102的扭矩达到目标扭矩，而物理模型102与发动机模型刚性连接，二者的扭矩保持相等；所以在物理模型102的影响下，发动机模型达到目标扭矩。同时控制模型101控制发动机模型的油门，使发动机模型达到目标转速。

或者在N/M模式中，，控制模型101将控制所述物理模型102的转速，使物理模型102的转速达到目标转速，而物理模型102与发动机模型刚性连接，二者的转速保持相等；所以在物理模型102的影响下，发动机模型达到目标转速。同时控制模型101控制发动机模型的油门，使发动机模型达到目标扭矩。

可见，在所述测功机模型中，物理模型102与油门控制分控转速与扭矩，具体情况将视控制模型101而定。而控制模式的选择取决于实际工况需求。本实施例中所述测功机模型包括了4中不同的控制模式，得以满足更为广泛的工况需求。

参见图2所示，为本发明所述测功机模型控制方法的具体实施例。本实施例中，所述方法包括以下步骤：

步骤201、选择测功机模型的控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩。

步骤202、根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，实时扭矩等于所述目标扭矩。

本实施例中，所述方法就是图1所示实施例中所述测功机模型对发动机模型的转速和扭矩进行控制的流程。

通过图1～2所示实施例为本发明所述测功机模型及控制方法的基础实施例，通过以上实施例可知，本发明存在的有益效果是：在测功机模型中兼容了多种控制模式，使得所述测功机模型能够在多种工况需求之下对发动机模型的转速和扭矩进行控制。

参见图3所示为本发明所述方法的另一个具体实施例。本实施例中，将对测功机模型的控制方法进行更加详细的描述，具体如下：

步骤301、选择测功机模型的控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩。

本步骤为所述方法的预处理步骤，为后续的计算和控制做出必要的准备。为便于说明，本实施例中可以结合如下具体的案例：

根据实际的工况需求，本实施例中选择M/N控制模式。发动机模型处在初启动的状态，实时转速为600rpm，实时扭矩为0Nm。由于发动机模型刚性连接测功机的物理模型，所以物理模型当前转速为600rpm，扭矩为0Nm，油门为0％。预设的目标转速为1900rpm，目标扭矩为400Nm。

步骤302、将目标转速与实时转速的差值作为转速调整值，将目标扭矩与实时扭矩的差值作为扭矩调整值。

本实施例中，转速调整值为(1900-600)＝1300rpm，扭矩调整值为(400-0)＝400Nm。

步骤303、控制模型根据控制模式选择信息表，并根据转速调整值和扭矩调整值在所述信息表中查找励磁电流数据和油门控制数据；将所述励磁电流数据和油门控制数据作为所述控制策略。

前述已经说明，所述测功机模型分控转速与扭矩。在M/N模式之下，物理模型控制扭矩，油门控制转速。具体原理可以理解为，控制模型产生励磁电流以调整物理模型的扭矩，发动机模型的扭矩同样随着物理模型而变化，由此达到通过物理模型控制发动机模型扭矩的效果。同时控制模型控制发动机模型的油门，对发动机模型的转速产生影响。

所述控制模型基于PID控制器，根据PID控制器的原理，针对每种控制模式指定信息表。控制模型首先根据控制模式选择相应的信息表，并根据转速调整值和扭矩调整值查表。本实施例中，通过转速调整值为1300rpm和扭矩调整值400Nm查表，即可获得励磁电流数据，即表示了控制模型控制物理模型达到目标扭矩的励磁电流的强度；和油门控制数据，即表示了控制模型控制发动机达到目标转速的油门位置(百分比)。

本实施例中励磁电流数据和油门控制数据合称为控制策略。

PID控制器的具体原理为本领域所公知，本实施例中不做赘述；扭矩、转速和励磁电流的关系可以参考以下公式：

M_c＝ψn²(R_a ⁵-R_b ⁵)，其中M_c为测功机输出扭矩，ψ为测功机系统函数(其与测功机转速、测功机本体结构、测功机与发动机连接结构有关，为已知量)，n为测功机转速，R_a为测功机结构常数(为已知量)，R_b为测功机励磁电流。

步骤304、利用所述励磁电流数据控制所述物理模型，利用所述油门控制数据控制发动机模型的油门，使得所述实时转速等于所述目标转速，实时扭矩等于所述目标扭矩。

本实施例中，根据励磁电流数据向物理模型输出励磁电流，即可使物理模型乃至发动机模型达到目标扭矩，根据油门控制数据将油门控制在相应位置，即可使发动机模型达到目标转速。

至此，所述方法实现使发动机的实时转速等于目标转速，实时扭矩等于目标扭矩。

需要说明的是，在其他控制模式下，虽然物理模型和油门控制对于控制转速/扭矩的分工发生变化，但原理不存在区别。

通过以上技术方案可知，本实施例存在的有益效果是：本实施例中所述方法整体技术方案更加完整，公开更加充分。

参见图4所述，为本发明所述测功机模型的另一个具体实施例，本实施例中对应图3所示的方法，对所述测功机模型的具体结构做出更详细的描述，所述测功机模型具体包括：

控制模型，用于选择控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩；并对物理模型102进行控制。

所述控制模型包括：

预处理模块411，用于选择控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩。

计算模块412，用于将目标转速与实时转速的差值作为转速调整值，将目标扭矩与实时扭矩的差值作为扭矩调整值。

策略模块413，用于根据控制模式、转速调整值和扭矩调整值生成控制策略。

所述策略模块413包括：

选取单元，用于根据控制模式选择信息表。

查询单元，用于根据转速调整值和扭矩调整值在所述信息表中查找励磁电流数据和油门控制数据。

生成单元，用于将所述励磁电流数据和油门控制数据作为所述控制策略。

控制模块414，用于利用所述控制策略对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整；并根据所述控制策略对物理模型102进行控制。

所述控制模块414包括：

油门控制单元，用于通过利用所述油门控制数据控制发动机模型的油门，以控制所述发动机模型的实时转速或实时扭矩。

物理控制单元，用于通过所述励磁电流数据控制所述物理模型102，以控制所述发动机模型的实时转速或实时扭矩。

物理模型102，用于根据所述控制模型的控制对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩。

通过以上技术方案可知，本实施例中所述测功机模型存在的有益效果是：所述测功机模型的整体技术方案更加完整，公开更加充分。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种测功机模型控制方法，其特征在于，所述方法包括：

选择测功机模型的控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；

根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，实时扭矩等于所述目标扭矩；

所述控制模式包括：

测功机恒扭矩/油门恒转速控制模式、测功机恒扭矩/油门恒位置控制模式、测功机恒转速/油门恒位置控制模式和测功机恒转速/油门恒扭矩控制模式四者的任意组合。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整具体为：

将目标转速与实时转速的差值作为转速调整值，将目标扭矩与实时扭矩的差值作为扭矩调整值；

根据控制模式、转速调整值和扭矩调整值生成控制策略；利用所述控制策略对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据控制模式、转速调整值和扭矩调整值生成控制策略具体为：

控制模型根据控制模式选择信息表，并根据转速调整值和扭矩调整值在所述信息表中查找励磁电流数据和油门控制数据；将所述励磁电流数据和油门控制数据作为所述控制策略。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述测功机模型包括物理模型和控制模型，则所述利用所述控制策略对所述发动机模型的实时转速和实时扭矩进行调整具体为：

利用所述励磁电流数据控制所述物理模型，利用所述油门控制数据控制发动机模型的油门，使得所述实时转速等于所述目标转速，实时扭矩等于所述目标扭矩。

5.一种测功机模型，其特征在于，所述测功机模型包含一个或多个控制模式，并连接发动机模型；所述测功机模型包括：

控制模型，用于选择控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；根据所述控制模式对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩；并对物理模型进行控制；

物理模型，用于根据所述控制模型的控制对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整，使得所述实时转速等于所述目标转速，或使得实时扭矩等于所述目标扭矩；

所述控制模式包括：

测功机恒扭矩/油门恒转速控制模式、测功机恒扭矩/油门恒位置控制模式、测功机恒转速/油门恒位置控制模式和测功机恒转速/油门恒扭矩控制模式四者的任意组合。

6.根据权利要求5所述测功机模型，其特征在于，所述控制模型包括：

预处理模块，用于选择控制模式，预设目标转速与目标扭矩；获取发动机模型的实时转速和实时扭矩；

计算模块，用于将目标转速与实时转速的差值作为转速调整值，将目标扭矩与实时扭矩的差值作为扭矩调整值；

策略模块，用于根据控制模式、转速调整值和扭矩调整值生成控制策略；

控制模块，用于利用所述控制策略对所述发动机模型的实时转速或实时扭矩进行调整；并根据所述控制策略对物理模型进行控制。

7.根据权利要求6所述测功机模型，其特征在于，所述策略模块具体包括：

选取单元，用于根据控制模式选择信息表；

查询单元，用于根据转速调整值和扭矩调整值在所述信息表中查找励磁电流数据和油门控制数据；

生成单元，用于将所述励磁电流数据和油门控制数据作为所述控制策略。

8.根据权利要求7所述测功机模型，其特征在于，所述控制模块具体包括：

油门控制单元，用于通过利用所述油门控制数据控制发动机模型的油门，以控制所述发动机模型的实时转速或实时扭矩；

物理控制单元，用于通过所述励磁电流数据控制所述物理模型，以控制所述发动机模型的实时转速或实时扭矩。