CN111433581B - 用于实施测试实验的试验台架和方法 - Google Patents

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Abstract

为了能够实现在试验台架上实施接近现实的测试实验而规定，所述测试实验从车辆(1)沿行驶路段(2)的测试行驶中产生，其方式为从车辆速度(v)的时间曲线和加速踏板位置(α)的时间曲线中求取所述内燃机(11)的至少一个空转运行时间(tL)和/或所述内燃机(11)的至少一个惯性运行时间(tS)，并且在试验台架自动化单元(13)中，为了用于实施所述测试实验，在空转运行时间(tL)期间设定预定的空转调节方式(RL)代替所述运行调节方式(RB)，和/或在惯性运行时间(tS)期间设定预定的惯性运行调节方式(RS)代替所述运行调节方式(RB)。

Description

用于实施测试实验的试验台架和方法
技术领域
具体的发明涉及一种用于在试验台架上实施用于模拟车辆沿行驶路段的测试行驶的测试实验的方法，其中，在试验台架上为了实施测试实验将内燃机与加载设备连接，并且由试验台架自动化单元按照设定的运行调节方式通过预定试验运行的用于内燃机和加载设备的期望值来调节内燃机和加载设备，以及涉及一种相应的试验台架。
背景技术
在内燃机、具有内燃机的动力总成和具有内燃机的车辆的研发中，排放特性和消耗特性的检查起着重要作用。在研发的所有阶段中，内燃机的排放特性和消耗特性的检查在试验台架、如发动机试验台架、动力总成试验台架或滚动试验台架上实现。但用于该检查的法律架构目前变化非常大。较早时对于该检查使用尤其是标准化的行驶循环、例如新欧洲行驶循环(New European Driving Cycle，NEDC)，而现在附加地要求在实际的行驶条件下的检查。对于排放特性，为此应用所谓的实际行驶排放(Real Driving Emission，RDE)测试实验，在其中没有预定特定的行驶循环，而是驶过或多或少随机的行驶路段，该行驶路段仅必须满足某些规定的框架条件。
因此，对于在试验台架上对内燃机、动力总成或车辆的研发也希望，在试验台架上利用这样的实际测试实验来实施所述检查。
因此，一方面需要从车辆在实际道路上的实际测试行驶中检测测试行驶的测量值，例如GPS数据、发动机转速、加速踏板位置、车辆速度等。然后，另一方面必须从检测到的测量值中构建用于试验台架的代表测试行驶的试验运行，该试验运行然后可以在试验台架上全部或部分运行，以便例如检测和分析内燃机的排放特性或消耗特性。对此的示例可以从DE 10 2012 018 359A1或WO 2015/166069 A2得出。
在试验台架上，内燃机按照试验运行的规定运行，要么单独运行(发动机试验台架)，要么结合其他部件(动力总成试验台架、滚动试验台架)运行。为了实施测试实验，内燃机在试验台架上直接或间接与加载设备(测功机)连接，并且加载设备和内燃机由试验台架自动化单元按照试验运行的规定来调节。加载设备例如可以直接经由试验台架轴连接到内燃机上。在动力总成上例如间接经由动力总成的半轴的被驱动的轮毂，其中通常在被驱动的轮毂上在两侧有加载设备连接到动力总成试验台架上。在滚动试验台架上，加载设备驱动滚轮，车辆的车轮在所述滚轮上滚动。借此，在滚动试验台架上，加载设备也间接(经由滚轮)与内燃机连接。在此通常借助加载设备调整内燃机(或动力总成)的转速，其方式为加载设备产生用于内燃机的负载力矩。利用内燃机通常调整发动机力矩。为此，通常为发动机控制单元预定加速踏板位置，发动机控制单元将所述加速踏板位置转化为发动机控制信号(喷射量、喷射时刻、EGR设定、点火时刻等)。因此，作为测试实验，需要用于发动机转速和发动机力矩或与此等效的参数(例如加速踏板位置、动力总成转速等)的期望值，以便能够在试验台架上实施试验运行。这些期望值、实际上是所述期望值的时间曲线(也为时间离散的曲线)必须从实际的测试行驶中生成。
在试验台架上或在试验台架自动化单元中，也可以执行用于实施试验运行的不同调节方式。如果直接预定加速踏板位置作为期望值，则通常说的是N/α-调节(N代表转速并且α代表加速踏板位置)。而如果预定转矩，则通常说的是N/T-调节(N代表转速并且T代表转矩)。在该调节模式中也必须检测内燃机的实际力矩，以便从实际力矩与预定转矩的偏差中求取加速踏板位置，该加速踏板位置需要用于补偿所述偏差并且然后可以再次针对发动机控制单元(ECU)被预定。为此，在试验台架自动化单元中通常也实现适合完成这一点的调节器。此外也还可以预定适合用于实施试验运行的其他期望值。这些其他期望值在此优选为等效于转矩或加速踏板位置的参数或可以从中推导出转矩或加速踏板位置的参数。对此的示例是喷射量或有效的气缸平均压力、ECU发动机力矩。在该情况下通常说的是N/x-调节(N代表转速并且x代表另一个被调节的参数)。以相同的方式，也可以在试验台架上存在T/N-调节、T/α-调节或T/x-调节，其中利用加载设备调整转矩。为了在试验台架上实施测试实验，由试验台架驾驶员预定或选择要使用的调节方式。
发明内容
因为试验台架时间宝贵、试验台架的生产力通常有限并且试验台架实验昂贵，所以总目标是简化测试实验的实施。但尽管如此，在此应该以高说服力、例如在法律规定或法律架构方面的高说服力实施测试实验。因此，具体的发明的任务是，能够利用一种用于实施用于模拟车辆沿行驶路段的测试行驶的测试实验的试验台架和方法来实现所述目标。
该任务通过本发明解决，其方式为从车辆速度的时间曲线和加速踏板位置的时间曲线中求取内燃机的至少一个空转运行时间和/或内燃机的至少一个惯性运行时间(即惯性运行的运行时间)，并且在试验台架自动化单元中，为了实施测试实验，在空转运行时间期间设定预定的空转调节方式代替运行调节方式，和/或在惯性运行时间期间设定预定的惯性运行调节方式代替运行调节方式。借此能够在试验台架上以简单的方式以测试实验实现较接近现实的在空转运行时间和/或惯性运行时间期间的试验结果，以此尤其是在试验台架上较接近现实地模拟内燃机在这样的运行时间期间的排放特性或消耗。
在空转运行时间期间优选设定空转调节方式，在该空转调节方式中为加载设备预定为零的转矩作为期望值并且为内燃机预定为零的加速踏板位置作为期望值。
在惯性运行时间期间优选设定N/α-调节作为惯性运行调节方式，因为借此能够保证内燃机的发动机控制单元单独调节内燃机的转矩。
当从测试行驶的测量值中查找作为如下时间范围的空转运行时间时，能够实现测试实验的简单且自动化的实施，在所述时间范围中，在车辆速度的时间曲线中和在加速踏板位置的时间曲线中车辆速度和加速踏板位置均为零。在此，也可以简单地求取内燃机的空转转速作为在空转运行时间期间的发动机转速。在这里也可以区分冷启动的空转转速和热启动的空转转速。
另外的空转运行时间能够以简单的方式作为如下时间范围来查找，在所述时间范围期间，发动机转速等于空转转速。
当从测试行驶的测量值中查找作为如下时间范围的惯性运行时间时，能够实现测试实验的简单且自动化的实施，在所述时间范围中，在发动机转速和加速踏板位置的时间曲线中，加速踏板位置为零并且发动机转速大于预定的空转转速。
附图说明
下面参考附图1至7更详细地阐述具体的发明，这些附图示例性地、示意性并且不限制地示出本发明的有利设计方案。在此：
图1示出车辆沿行驶路段的测试行驶，
图2示出车辆沿行驶路段的测试行驶的仿真，
图3示出内燃机的空转运行时间的求取，
图4示出内燃机的惯性运行时间的求取，
图5示出试验台架自动化单元在实施测试实验期间的不同调节方式，
图6示出在试验台架上的N/α-调节，以及
图7示出在试验台架上的N/T-调节。
具体实施方式
本发明的出发点是车辆1沿预定的行驶路段2的测试行驶(图1)。在此，实际的车辆1可以通过驾驶员在实际的道路(也可以是测试场地上的路段)上运动。但也可想到，对沿道路的测试行驶进行仿真(图2)或在滚动试验台架上实施车辆1的测试行驶。所述仿真例如在具有合适软件的适合硬件(计算机)上实现。为了仿真，例如可以在数字地图3中选择行驶路段2并且对车辆1沿该行驶路段2的行驶进行仿真。这例如可以以充分已知的方式通过模拟道路条件(海拔高度、坡度、弯道半径、路面等)的道路模型MS、模拟驾驶员特点(响应特性(Schaltverhalten)、驾驶特性等)的驾驶员模型MF以及模拟车辆动力学的车辆模型MV的组合来实现。当然，为此也还可以执行另外的模型并且将其结合到仿真中，例如轮胎模型。在这样的仿真中也可以考虑事件，例如交通标志、交通灯、其他交通参与者、道路交通等。为此需要的仿真模型是已知的并且是可获得的，因此在这里无须详细对此进行讨论。为了在滚动试验台架上实施测试行驶，预定希望的测试行驶。
当接着说到车辆的测试行驶时，则明确表示包括实际车辆1在实际道路上的行驶路段2上的真实行驶，以及虚拟车辆1沿虚拟行驶路段2的仿真行驶，以及在滚动试验台架上的测试行驶。
在测试行驶期间检测测量值MW。测量值MW借此代表车辆1沿行驶路段2的测试行驶。这可以经由相应的传感器S、尤其是本来在车辆1中就存在的传感器来实现。这些车辆传感器S的测量值MW例如可以经由车载诊断(On-Board Diagnose、OBD)接口直接读取。但当然车辆1也可以为测试行驶配备非配套的车辆传感器，以便检测另外的测量值MW、例如排放值(NOx、HC(CO、CO2等))。在仿真中，可以考虑任意的仿真参数作为不同的所执行的仿真模型的“测量值”MW。为此也可以执行附加的仿真模型，以便对特定的参数进行仿真，例如用于对排放值进行仿真的排放模型。
同样可以从其他的检测到的测量值MW中求取另外的测量值MW。这可以在测试行驶期间实现亦或在测试行驶之后才实现。对此的示例是内燃机的转矩或具有换挡时刻、可能还具有离合时刻的挡位信息，所述离合时刻在实际的测试行驶期间通常不能测量或不能简单地测量。转矩则例如可以从已知的特性曲线(例如用于转速、加速踏板位置、转矩的特性曲线)中得出或也可以从模型或物理的关联中计算出。从道路坡度、车辆重量和阻力因数(滚动阻力、空气阻力)和车辆动力学(速度、加速度)中例如可以计算出转矩。从车辆速度和车辆阻力(包括道路坡度、滚动阻力、空气阻力等)中可以求取发动机功率，然后可以从所述发动机功率中利用转速计算出转矩。显然，在这里存在许多用于确定非直接测得的参数的可能性。挡位信息例如可以从其他的测量值MW、例如发动机转速和车辆速度中获得。
但测量值MW也可以简单地存在，例如从较早实施的测试行驶、仿真中亦或以任意构建的测量值的形式存在，这些测量值描述车辆1沿行驶路段2的测试行驶。
当下面说到测量值MW时，则因此不仅包括直接测量的参数，而且包括来自仿真的参数、以及从其他已知的参数(测量或仿真)中计算出的参数、以及另外存在的测量值。
为了实现按照本发明的方法，需要测试行驶的车辆1的至少车辆速度v、加速踏板位置α和发动机转速N的时间曲线(或等效地基于路程的曲线)，所述曲线被预定作为测量值MW或作为测量值MW如以上描述的那样获得。当然也可以考虑与此等效的参数，例如作为发动机转速N考虑动力总成的任意转速。当说到时间曲线时，则这当然包括时间连续的曲线和时间离散的曲线。
在试验台架10上的测试实验的目标在于，在试验台架10上尽可能接近现实地模拟测试行驶。但在测试行驶期间，车辆1通常经历不同的运行状态。在车辆1的停止阶段中，内燃机处于空转。在此，车辆速度为零并且油门未被操作。该运行在实际的车辆1中通常通过发动机控制单元ECU的自身的空转模式来调节。在惯性运行中，加速踏板未被操作并且内燃机起制动作用(发动机制动)，即内燃机产生负的转矩。这些运行状态经常产生特别高的排放或消耗值，这在考虑到法律要求提高的情况下对于测试实验当然是尤其有意义的。因此，具有内燃机11的试验样本、例如车辆或车辆组件(内燃机、动力总成)在试验台架10上的测试实验尤其是也应该模拟这些运行状态，以便能够利用测试实验获得非常接近现实的结果。
为了能够实现这一点，在测试行驶期间检测的测量值MW首先在分析单元4中被分析，以便识别在测试行驶期间的空转和/或惯性运行。这借助图3来阐述。
图3示出作为测量值MW存在的车辆速度v、加速踏板位置α和发动机转速N的时间曲线。为了在测试行驶期间、亦即在测量值MW中查到空转阶段，研究车辆速度v和加速踏板位置α的时间曲线，以便查找如下时间范围，在所述时间范围中，加速踏板位置α为零并且车辆速度v为零。对于实际上的实现，优选预定在零周围的窗口，例如车辆速度v<0.5m/s理解为“零”。当然，在此这样窄地选择窗口，使得在考虑测量值波动和不精确性的情况下仅检测描述相应状态的时间范围。如果符合两个条件，则可以从空转运行出发。借此能够求取在测试行驶期间的所有空转运行时间tL。
也可以求取在空转运行时间tL中的发动机转速N，优选作为在空转运行时间tL上的平均值，以便求取空转转速NL。在此也可以区分热启动的空转转速NL和冷启动的空转转速NL‘。当求取了空转转速NL、NL‘时，则可以识别所有具有所述转速(可能又处于在所述转速周围的预定窗口中)的发动机转速N的时间范围作为空转运行时间tL。借此同样能够求取在测试行驶中的具有空转运行的所有时间范围tL。
为了确定具有惯性运行的惯性运行时间tS，从对内燃机的可能针对热启动和冷启动的空转转速NL的认识出发。空转转速NL在此是内燃机的已知参数，或可以如刚刚描述的那样从测试行驶的测量值MW中求取。借此能够识别惯性运行时间tS，在所述惯性运行时间中，加速踏板位置α为零(可能又处于在零周围的窗口中)或接近零，并且发动机转速N大于空转转速NL。这在图4中示出。
特别有利地，首先如以上描述地求取空转转速NL(可能针对热启动和冷启动)并且由此推导出具有空转的空转运行时间tL和具有惯性运行的惯性运行时间tS。这能够实现在分析单元4中全自动地处理测量值MW。
当然也可以对于测试实验仅识别空转运行时间tL或惯性运行时间tS。
为了在试验台架10上实施测试实验，借助识别出的用于惯性运行的惯性运行时间tS和/或用于空转的空转运行时间tL改变在试验台架10上的调节方式R，如借助图5阐述的那样。
对于空转运行，在试验台架自动化单元13中执行自身的空转调节方式RL。在该调节方式RL中，为加载设备12预定零转矩作为期望值。用于加速踏板位置α的期望值同样为零。借此在试验台架10上出现独立(freie)的空转转速。
对于惯性运行，对于在试验台架10上实施测试实验来说重要的是，发动机控制单元ECU单独调节内燃机的转矩T并且试验台架自动化单元13不干预发动机控制单元ECU的调节。因此，在试验台架自动化单元13中设定N/α-调节作为惯性运行调节方式RS，在该N/α-调节中，加速踏板位置α＝零作为调整参数STV被传输给发动机控制单元ECU。借此能够在试验台架10上保证，接近现实地并且仅可能好地模拟测试行驶在惯性运行中的消耗值和排放值。
在既不存在空转运行也不存在惯性运行的时间中，可以在试验台架自动化单元13中配置任意的调节方式R，例如N/T-调节、N/x-调节、N/α-调节或T/n-调节、T/α-调节或T/x-调节。
为了实施测试实验，需要按照设定的调节方式R的期望值SW。这些期望值SW从测试行驶中获得，如以上描述的那样。为此可以使用测试行驶的确定的测量值MW作为期望值SW，例如加速踏板位置α或发动机转速N。但期望值SW也可以从测量值MW、例如转矩T或挡位信息中获得，同样如以上描述的那样。
在试验台架10上，内燃机11与加载设备12例如经由试验台架轴14连接。试验台架自动化单元13按照以用于要调节的参数的确定的期望值SW和调节方式R形式的测试实验的规定不仅调节内燃机11，而且也调节加载设备12。从预定的期望值SW中，试验台架自动化单元13求取调整参数，利用所述调整参数操控内燃机11和加载设备12。在加载设备12的情况下，调整参数STB例如是转速(尤其是在N/T-调节、N/x-调节或N/α-调节中)，以此调整内燃机11的发动机转速N。为此可以在试验台架自动化单元13中也执行相应的转速调节器RN，所述转速调节器也可以获取转速实际值Nist，所述转速实际值例如借助在加载设备12上的转速传感器15检测。内燃机11借助适合的调整参数STV、例如加速踏板位置α来调节，如开头描述的那样。
试验台架自动化单元13为了实施测试实验例如从分析单元4中获得期望值SW的相应的时间曲线(也为时间离散的曲线)。在此也不重要的是，是否传输整个时间曲线用于实施试验运行，或是否在调节的每个时间步长传输相应要调节的期望值SW。同样地，例如由分析单元4为试验台架自动化单元13预定调节方式R。为了在试验台架10上实施测试实验，可以在试验台架自动化单元13中例如通过试验台架驾驶员配置希望的运行调节方式RB。该运行调节方式RB可以通过调节方式R的为了实现空转运行和/或惯性运行的规定来暂时改变，如在图5中示出的那样。在这里，调节方式R在空转中改变为预定的空转调节方式RL并且在惯性运行中改变为预定的惯性运行调节方式RS(N/α-调节)。在其他情况下使用希望的和配置的运行调节方式RB，例如N/T-调节方式、N/α-调节方式或N/x-调节方式或T/n-调节方式、T/α-调节方式或T/x-调节方式。
在图6中示出N/α-调节。为此，试验台架自动化单元13获取发动机转速N和加速踏板位置α(实际上是其时间曲线)作为期望值SW。加速踏板位置α可以由试验台架自动化单元13作为调整参数STV传输给发动机控制单元ECU。
对于N/T-调节(图7)，转矩T的时间曲线和发动机转速N的时间曲线例如由分析单元4作为用于实施测试实验的期望值SW传输给试验台架自动化单元13。在试验台架自动化单元13中例如执行转矩调节器RT，所述转矩调节器从转矩实际值Tist和预定的期望值SW中求取加速踏板位置α，所述加速踏板位置被传输给发动机控制单元ECU以用于调节内燃机11，所述转矩实际值可以例如借助在试验台架轴14上的转矩传感器16测得或也可以从其他测得的参数中估计出(观察器)。在图7中也显示了用于调节加载设备12的转速调节器RN。
当然，分析单元4总是可以求取加速踏板位置α的时间曲线和内燃机11的转矩T的时间曲线并且将它们与发动机转速N和调节方式R共同传输给试验台架自动化单元13。分析单元4也可以作为硬件和/或软件在试验台架自动化单元13中实现。

Claims (9)

1.一种用于在试验台架(10)上实施用于模拟车辆(1)沿行驶路段(2)的测试行驶的测试实验的方法，其中，在所述试验台架(10)上为了实施所述测试实验将内燃机(11)与加载设备(12)连接，并且由试验台架自动化单元(13)按照设定的运行调节方式(RB)通过试验运行的针对所述内燃机(11)和所述加载设备(12)的期望值(SW)的规定来调节所述内燃机(11)和所述加载设备(12)，其特征在于，从车辆速度(v)的时间曲线和加速踏板位置(α)的时间曲线中求取所述内燃机(11)的至少一个空转运行时间(tL)和/或从发动机转速(N)的时间曲线和加速踏板位置(α)的时间曲线中求取所述内燃机(11)的至少一个惯性运行时间(tS)，并且在所述试验台架自动化单元(13)中，为了实施所述测试实验，在空转运行时间(tL)期间设定预定的空转调节方式(RL)代替所述运行调节方式(RB)，和/或在惯性运行时间(tS)期间设定预定的惯性运行调节方式(RS)代替所述运行调节方式(RB)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在空转调节方式(RL)期间，为所述加载设备(12)预定为零的转矩(T)作为期望值(SW)，并且为所述内燃机(11)预定为零的加速踏板位置(α)作为期望值(SW)。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，设定N/α-调节作为惯性运行调节方式(RS)。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，设定N/T-调节、N/α-调节、N/x-调节、T/n-调节、T/α-调节或T/x-调节作为运行调节方式(RB)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述车辆速度(v)的时间曲线中和在所述加速踏板位置(α)的时间曲线中查找如下的时间范围作为空转运行时间(tL)，在所述时间范围期间所述车辆速度(v)和所述加速踏板位置(α)均为零。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，求取所述内燃机(11)的空转转速(NL)作为在所述空转运行时间(tL)期间的发动机转速(N)。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，在发动机转速(N)的时间曲线中查找如下的时间范围作为至少一个另外的空转运行时间(tL)，在所述时间范围期间所述发动机转速(N)等于所述空转转速(NL)。
8.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述发动机转速(N)的时间曲线中并且在所述加速踏板位置(α)的时间曲线中查找如下的时间范围作为惯性运行时间(tS)，在所述时间范围期间所述加速踏板位置(α)为零并且所述发动机转速(N)大于预定的空转转速(NL)。
9.一种用于实施用于模拟车辆(1)沿行驶路段(2)的测试行驶的测试实验的试验台架，其中，在所述试验台架(10)上，为了实施所述测试实验，内燃机(11)与加载设备(12)连接并且设有试验台架自动化单元(13)，所述试验台架自动化单元按照设定的运行调节方式(RB)通过试验运行的针对所述内燃机(11)和所述加载设备(12)的期望值(SW)的规定来调节所述内燃机(11)和所述加载设备(12)，其特征在于，分析单元(4)从车辆速度(v)的时间曲线和加速踏板位置(α)的时间曲线中求取所述内燃机(11)的至少一个空转运行时间(tL)和/或从发动机转速(N)的时间曲线和加速踏板位置(α)的时间曲线中求取所述内燃机(11)的至少一个惯性运行时间(tS)，并且所述试验台架自动化单元(13)在空转运行时间(tL)期间以空转调节方式(RL)代替所述运行调节方式(RB)实施所述测试实验，和/或所述试验台架自动化单元在惯性运行时间(tS)期间以惯性运行调节方式(RS)代替所述运行调节方式(RB)实施所述测试实验。
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