CN111712700A - 用于运行测试台的方法 - Google Patents

Abstract

为了提供一种易于使用且相对于现有技术改善了的、用于在测试台上控制驱动总成的扭矩的方法，规定，由总成控制单元(6)控制驱动总成(2)的内部有效扭矩(M_{INT_EFF})，在此由驱动总成(2)的转速和扭矩的预定曲线以及驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效目标扭矩(M_{INT_EFF_SOLL})并且在驱动总成(2)于测试台(1)上运行期间从测功机(4)和/或驱动总成(2)和/或连接轴(3)的测量值和/或驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})。

Description

用于运行测试台的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在测试台上实施测试运行的方法，其包括驱动总成，该驱动总成通过连接轴与用于驱动或加载驱动总成的测功机连接，所述测功机在测试台上由控制装置控制以实施测试运行并且驱动总成由总成控制单元控制以实施测试运行，其中，为了实施测试运行，模拟(即重现)驱动总成的转速和扭矩的预定曲线。本发明还涉及一种用于实施测试运行的测试台。

背景技术

多年来，测试台一直用于开发驱动总成、如内燃机、电动机或内燃机和电动机的组合(所谓的混合动力驱动装置)，测试台的基本结构和作用方式是众所周知的。对于这样的测试台，一个重要的要求始终是确保在驱动总成的输出轴上尽可能精确且可再现地模拟预定的转速/扭矩曲线。为此驱动总成通过连接轴与测功机(Dynamometer、Dyno)连接。

通常，在测试台上通过测功机调节转速并且通过驱动总成调节扭矩。基于驱动和测量技术或控制和调节装置有限的可用性，最初主要是设置和测量静态工作点(转速/扭矩组合)。对于许多测试运行只需达到静态工作点即可。由于对驱动总成的要求不断提高(如高发动机功率、低消耗、内燃机的低污染物排放)和在上述技术领域中的不断发展，并且也因为驱动总成的测试要求和规格不断提高，已能够或需要在测试台上既设置静态工作点，也设置动态转速/扭矩曲线。

“动态”在此尤其是不仅意味着静态工作点，而且也意味着尤其是转速和/或扭矩的快速变化。这些要求例如可以是法律规定的用于内燃机排气认证的测量周期，以便提供关于遵守污染物排放极限值的证据。为了优化驱动总成的功率和消耗，越来越多地使用真实的、例如在将驱动总成用作车辆驱动装置时、在道路上或在测试路段上以车辆进行驾驶测试过程中测得的高动态且非标准化的行驶曲线。这些动态曲线对测试台的控制提出了极高的要求，然而这些要求始终不能被完全满足。

通常，在测试台上使用所谓的控制方法N/M_EFF，其中，测试台的测功机控制基于目标曲线预定的驱动总成转速N_M并且驱动总成控制在测功机和驱动总成之间的连接轴上的预定的有效扭矩M_EFF。但这两个参数N_M和M_EFF通过驱动总成的质量惯性彼此高度耦合。在内燃机情况下，驱动总成的操纵变量例如是加速踏板位置α，其直接影响内部有效扭矩M_{INT_EFF}、即直接影响内燃机质量惯性的扭矩。在加速和制动过程中，连接轴上的有效扭矩M_EFF由内部有效扭矩M_{INT_EFF}和为加速或制动内燃机质量惯性以改变转速所需的扭矩叠加而成。

但内部有效扭矩M_{INT_EFF}不能直接测量，因而到目前为止一直是控制连接轴上的可测量扭矩M_EFF。但尤其是在动态测试运行中不能独立于转速N地控制连接轴上的有效扭矩M_EFF。通常由包括转速N_M和有效扭矩M_EFF作为输入值的现有静态特性曲线族(测得的静态工作点)确定驱动总成的操纵变量(在内燃机情况下例如是加速踏板位置α)。这种基于特性曲线族的“前馈”控制导致操纵变量的错误值，因为在动态测试周期中在一个工作点上测得的连接轴上的有效扭矩M_EFF的值与静态运行中相应工作点上的值不一致。

另外，驱动总成的调节动态性(Stelldynamik)通常显著低于常规测试台测功机的调节动态性。因此内燃机的扭矩相对于测功机的转速延迟地出现。调节动态性在此理解为操纵变量的变化多快地影响扭矩。以内燃机为例，加速踏板位置的变化不立即、而是通常在一定时间之后——大多在几秒钟的范围内——才影响扭矩。这是目前在动态测试运行中在测试台上对测试运行的控制有时会产生较差的结果的主要原因。

在2008年GRUENBACHER，E等人的出版物“具有输入延迟的发动机扭矩自适应控制”中(第十七届国际自动控制联合会世界大会，韩国首尔，2008年7月6-11日)建议在发动机测试台上的测试运行中控制基于燃烧的内部扭矩，但也阐明这在实践中是困难的，因为内部扭矩是在内燃机气缸内中燃烧期间各个膨胀冲程的叠加。另外，该内部扭矩无法直接测量并且必须进行估算。此外，在该出版物中未考虑具有动态转速曲线的测试运行。

文献EP 3067681 A1描述了一种用于运行发动机或驱动传动系测试台的方法，其中使用指示装置来检测燃烧室压力。燃烧室压力在此被曲轴转角精确(kurbelwinkelgenau)地转换成指示的扭矩并且进一步转换成曲轴的有效扭矩，该有效扭矩用于控制测功机。但该方法的缺点在于：需要借助机械加工使内燃机的燃烧室可接近，以进行气缸压力测量，并且该测量方法十分复杂且成本高昂。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种易于使用且相对于现有技术改善了的、用于控制驱动总成的扭矩以便在测试台上实施测试运行的方法。

根据本发明，所述任务如下解决：由总成控制单元控制驱动总成的内部有效扭矩，在此由驱动总成的转速和扭矩的预定曲线以及驱动总成的已知质量惯性确定内部有效目标扭矩并且在驱动总成于测试台上运行期间由测功机的和/或驱动总成的和/或连接轴的测量值和/或驱动总成的已知质量惯性确定内部有效实际扭矩。

与常规方法不同，不使用通常在驱动总成和测功机之间的连接轴上测得的驱动总成的有效扭矩来控制驱动总成的扭矩，而是使用所谓的内部有效扭矩，它是相对于有效扭矩被消除了驱动总成质量惯性的加速度影响的扭矩。由此可在测试台上基本上实现转速和扭矩的解耦，从而可更好地控制有效扭矩。

与有效实际扭矩相反，内部有效实际扭矩不能直接在连接轴上测量，但例如可借助观察器来确定它。作为观察器可使用所有已知的算法，其确定与质量惯性的加速度影响无关的内部有效扭矩值。

优选由在测功机上或在驱动总成上或在连接轴上测得的实际转速和在测功机上或在驱动总成上或在连接轴上测得的有效实际扭矩以及驱动总成的已知质量惯性确定内部有效实际扭矩。为此可对测得的实际转速关于时间求导并且将其与驱动总成的已知质量惯性相乘并将乘积与测得的有效实际扭矩相加。

在将内燃机用作驱动总成的情况下，可通过内燃机上的气缸压力指示来确定内部有效实际扭矩。为此优选由指示的实际扭矩和摩擦扭矩之间的差来确定内部有效实际扭矩，在此通过气缸压力指示确定指示的实际扭矩。

可由驱动总成转速的预定曲线、驱动总成扭矩的预定曲线和驱动总成的已知质量惯性以下述方式确定内部有效目标扭矩，即，对预定转速曲线关于时间求导并且将其与驱动总成的已知质量惯性相乘并将乘积与驱动总成扭矩的预定曲线相加。例如可由驱动总成的记录测量数据、法律规定的测量周期或其它来源来确定预定曲线。根据具体开发目标，相应于参考运行的驱动总成的质量惯性或相应于待测试驱动总成的质量惯性选择质量惯性并假定其为已知的。例如也可由总成控制单元(如内燃机的ECU)的记录数据来确定内部有效扭矩的目标值。

有利的是，使用驱动总成的操纵变量的前馈控制来控制驱动总成，在此优选由驱动总成或参考驱动总成的参考测试运行确定操纵变量的前馈控制值。特别优选将加速踏板位置用作前馈控制的操纵变量。可由内部有效目标扭矩和转速、尤其是实际转速或预定转速、优选由特征曲线族确定前馈控制值。由此改善了控制，因为总成控制单元只需校正小得多的偏差。

根据本发明的另一种有利实施方式，通过传递函数以下述方式考虑了在控制驱动总成时驱动总成的调节动态性，即，通过传递函数校正控制的目标值或操纵变量的前馈控制值。因此可补偿不同驱动总成的内部有效扭矩建立中的不同延迟，从而改善控制精度。

在最简单的情况下可以下述方式校正目标值，即，将目标值或操纵变量的前馈控制值在时间轴上移动死区时间。死区时间在此可对于驱动总成的所有工作点确定为相同的或根据驱动总成的工作点来确定。因此可对于不同工作点补偿内部有效扭矩建立时的不同动态，从而进一步提高控制精度。

可以下述方式考虑不同的工作点，即，用于驱动总成一个工作点的死区时间根据该工作点中的内部有效目标扭矩曲线的梯度来确定。通过分析内部有效目标扭矩的曲线不需要额外的测量工作。由此例如可以考虑到驱动总成在扭矩增加和减小时的不同时间延迟特性。

但也可通过测量在测试台上的驱动总成或参考驱动总成来确定死区时间，优选通过突然改变驱动总成的操纵变量并测量操纵变量的突然改变和由此引起的内部有效实际扭矩的改变之间的时间。例如可想到，为具有相似的预期调节动态性的驱动总成例如根据排量、增压、气缸数、额定转速等创建死区时间特性曲线族。

附图说明

下面参考图1至7详细阐述本发明。附图示例性、示意性并且非限制性地示出本发明的有利实施方式。附图如下：

图1示出测试台的总体结构；

图2示出观察器的功能；

图3a至3c示出根据本发明的方法过程；

图4示出参考测试运行；

图5示出传统控制方式N/M_EFF时的结果；

图6示出控制方式N/M_{INT_EFF}时的结果；

图7示出在将内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}移动了死区时间Δt的情况下控制方式N/M_{INT_EFF}时的结果；

图8示出在将加速踏板位置α的前馈控制值移动了死区时间Δt的情况下控制方式N/M_{INT_EFF}时的结果。

具体实施方式

图1示出测试台1的已知常见结构，该测试台包括通过用于扭矩传递的连接轴3与测功机4连接的驱动总成2、用于控制测功机4的控制装置5以及用于控制驱动总成2的总成控制单元6。控制装置5和总成控制单元6可借助适合的硬件和/或软件(也可在一个共同的硬件上)实现。驱动总成2具有用于测量总成转速N_M的转速测量装置7并且测功机4也具有用于测量测功机转速N_B的转速测量装置8。在驱动单元2和测功机4之间的连接轴3上设置有用于测量驱动总成2的有效扭矩M_EFF的扭矩测量装置9。

测功机4不仅可理解为直接与连接轴3连接的普通电机、如直流电机、异步电机或三相同步电机，而且也可理解为例如电机和变速器的组合、如以所谓的传动试验台系统(TRT)的形式。在此例如两个或多个电机可通过一个累加变速器(Summiergetriebe)连接，该累加变速器自身与连接轴3连接，以进行驱动或加载。在累加变速器中将两个(或更多个)电机的功率相加，必要时也可转换到特定的转速水平。当然这仅仅是示例性的，所有其它适合的机器或机器和变速器的组合也可用作测功机4。

为了确定驱动总成2的内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}，例如可设置观察器10，该观察器又构造为适合的硬件和/或软件。作为观察器10在此可使用所有已知的算法，这些算法用于确定消除了驱动总成2的质量惯性I_A的加速度影响的扭矩，该扭矩根据本发明用作内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}。这种观察器10的功能原则上是已知的，但为了完整起见下面将参照图2简要说明其基本作用方式。

如果驱动总成2构造为内燃机，则替代观察器10也可使用气缸压力指示系统来确定内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}。因此，可曲轴转角精确地测量内燃机燃烧室中的气缸压力并且基于测得的气缸压力借助热力学定律确定指示的实际扭矩M_{INT_IST}。如果将该指示的实际扭矩M_{INT_IST}消除内燃机的已知内摩擦(其例如以内燃机工作范围上的特性曲线族的形式存在)，则获得所需的内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}。摩擦影响例如可以摩擦扭矩M_R的形式通过内燃机在测试台1上的拖拽测量或通过其它适合的方法确定。由于气缸压力指示方法是众所周知的，因此在此不再对其进行赘述。详细描述例如可在EP 3067681A1中获知。

原则上根据本发明的方法不限于特定的驱动总成2，而是可用于各种不同的驱动总成2、如内燃机、电动机、电动机和内燃机的组合(所谓的混合动力驱动装置)，只要所需的参数可用。该方法例如也可用于这样的驱动传动系，在其中所述驱动总成2可通过变速器、离合器、差速器、半轴等与连接轴3连接。

图2借助框图示例性示出观察器10的已知简化作用方式，该观察器以内燃机作为驱动总成2为例用于确定内部有效扭矩M_{INT_EFF}。在此由内燃机上的转速测量装置7测量发动机转速N_M并且借助过滤器F在一个工作周期(例如在四冲程发动机中为720°的曲轴转角)和内燃机气缸数上求平均值。通过求平均值补偿了在内燃机一个工作周期上不均匀的扭矩输入，该不均匀的扭矩输入基于内燃机气缸中的燃烧以及内燃机的相应气缸数产生并引起发动机转速N_M的变化。例如在四冲程发动机中在每个气缸中每720°曲轴转角发生一次燃烧，该燃烧会在活塞上产生力并且因此在曲轴上产生扭矩输入。在四缸发动机中这例如意味着每180°曲轴转角输入一次扭矩，在六缸发动机中例如每120°曲轴转角等。基于所描述的对发动机转速N_M的过滤，获得过滤后的发动机转速N_{M_FILT}。类似地，这种求平均值或者说过滤也可用于有效扭矩M_EFF，从而获得过滤后的有效扭矩M_{EFF_FILT}。然后，通过微分器D对过滤后的发动机转速N_{M_FILT}关于时间求导，由此获得角加速度

在下一步骤中，将获得的角加速度

在乘法器M中乘以假定已知的内燃机的质量惯性I_A并获得校正扭矩ΔM_M。现在在求和器S中将获得的校正扭矩ΔM_M与(例如再次在一个工作周期和内燃机气缸数上过滤的)有效扭矩M_{EFF_FILT}相加为内部有效扭矩M_{INT_EFF}。因此，根据发动机转速N_M的曲线和由其求出的、过滤后的发动机转速N_{M_FILT}的时间导数或者说角加速度

的符号，增加或减少在连接轴3上测得并且在一个工作周期和内燃机气缸数上求平均值的有效扭矩M_{EFF_FILT}，由此考虑了内燃机质量惯性I_A的动态影响。

该计算既可借助观察器10“在线”地用于确定内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}，也可“离线”或“在线”地用于由预定的参考转速/扭矩曲线确定用于在测试台1上实施测试运行的内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。在此情况下“在线”是指在测试台1上实施测试运行期间确定内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}并且“离线”是指在测试台1上实施测试运行之外确定内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。但也可在“在线”确定有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}时省却过滤步骤，但基本上会隐含地通过总成控制单元6中使用的控制器的特性以及通过驱动总成2的延迟特性实现一种过滤。

在内燃机应用于车辆中时，例如可由实际驾驶测试的记录测量数据(转速/扭矩曲线)或其它来源来确定内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。所描述的观察器方法当然不限于在内燃机中使用；它也适用于其它驱动总成2、如电动机、混合动力驱动装置等。

在此可假定驱动总成2的质量惯性I_A是已知的。也可使用多种不同的质量惯性I_A用于计算目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。例如可在测试台1上使用驱动总成2的已知质量惯性I_A。但也可使用来自应在测试台上再现的参考运行的驱动单元2的质量惯性I_A。这意味着，测试台1上的驱动总成2的质量惯性I_A不必与创建或测量参考运行的驱动总成的质量惯性相一致。在此例如测试对象的内部功率(作为驱动总成2的内燃机的燃烧室中的功率)与参考运行很好地相一致。如果在测试台上再现参考运行并在测试台上使用驱动总成2的实际质量惯性I_A，则连接轴3上的功率与参考运行很好地相一致。

图3以流程图示出根据本发明的方法的基本过程。在第一步骤中以方框A表示为待在测试台1上实施的测试运行生成或提供驱动总成2的待模拟的转速和扭矩曲线。需要驱动总成2的总成转速N_{A_REF}的参考值、有效扭矩M_{EFF_REF}的参考值和质量惯性I_A。这些数据例如可通过实际运行(参考运行)的测量数据来提供，但它们也可通过法律规定的测量周期预定或来自其它来源。

在接下来的步骤中由方框B表示以与已经参考图2的观察器10描述的用于确定内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}的方法相同的方法由预定的参考值计算内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。在驱动总成2构造为内燃机的情况下，优选在一个工作周期和内燃机气缸数上对参考发动机转速N_{M_REF}进行过滤并对其关于时间求导，由此获得参考角加速度

根据发动机转速N_{M_REF}的可用参考数据的质量也可省却在一个工作周期和气缸数上求平均值，例如如果这种平均值计算已经在确定参考数据的范围内发生或在驱动总成构造为每转具有基本上均匀的扭矩输入的电动机的情况下。

然后，将参考角加速度

与驱动总成2的已知质量惯性I_A(如内燃机的I_A)相乘得到参考校正扭矩ΔM_{M_REF}。最后，将参考校正扭矩ΔM_{M_REF}与有效参考扭矩M_{EFF_REF}(在内燃机情况下与在一个工作周期和内燃机气缸数上求平均值的有效参考扭矩M_{EFF_REF_FILT})相加，由此产生内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}，其已经可用于控制驱动总成2。

根据可用参考数据的质量也可省却在一个工作周期和内燃机气缸数上求内部有效扭矩M_{INT_EFF_SOLL}的平均值，例如如果这种平均值计算已经在确定参考数据的范围内发生或者根据驱动总成2的设计(如作为电动机)。如果该过程所需的测量数据不可用，则可使用类似方法，以便由可用参考数据确定内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。

例如可在具有相应驱动总成2的车辆驾驶测试范围中由所测得的车辆加速度计算用于加速车辆质量所需的扭矩并且通过已知的质量惯性、变速器传动比等计算出为此所需的内部有效扭矩M_{INT_EFF}并且将其用作内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。也可想到，由总成控制单元、如内燃机的发动机控制单元(ECU)的存储数据确定驱动总成2的内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}。作为替代方案，也可如上所述由参考运行的指示数据确定内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}的值。

产生的内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}已经可直接用于控制测试台1上的驱动总成2、如内燃机，这通过方框D表示。为此如上所述例如可在观察器10中或在内燃机情况下通过气缸压力指示系统在测试运行期间确定内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}。然后，可借助适合的控制器、如简单的PI控制器在测试台1上校正在内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}和内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}之间的偏差。

但控制也可在前馈控制中使用操纵变量的预定特性曲线族KF，如内燃机的加速踏板位置α关于发动机转速N_M和有效扭矩M_EFF或内部有效扭矩M_{INT_EFF}的特性曲线族。为此例如由包括有效扭矩M_EFF(或过滤后的有效扭矩M_{EFF_FILT})和发动机转速N_M(或概括为总成转速N_A)的特性曲线族KF确定前馈控制操纵变量、如加速踏板位置α。控制器、优选总成控制单元6——向其传送内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}和内部有效实际扭矩M_{INT_EFF_IST}之间的偏差——随后确定控制器操纵变量，借助其随后只需校正由特性曲线族KF中的不准确引起的、小得多的偏差。

因此，用于驱动总成2的操纵变量以已知的方式作为前馈控制操纵变量和控制器操纵变量之和产生。这种特性曲线族KF例如可通过在驱动总成2的相关工作范围内的不同工作点中的静态测试台测量来确定。在此在内燃机情况下例如借助加速踏板位置α和发动机转速N_M设置静态工作点并且在相应工作点中测量连接轴3上的有效扭矩M_EFF并存储在特性曲线族KF中。由于缺少质量惯性动态，有效扭矩M_EFF相应于在静态运行中的内部有效扭矩M_{INT_EFF}。将获得的特性曲线族反转，从而得到关于内部有效扭矩M_{INT_EFF}和发动机转速N_M的加速踏板位置α的特性曲线族KF。

原则上任何适合的控制器都可用作控制器，其必要时也可以已知方式特定于应用地进行参数化并且优选实现为总成控制单元6中的硬件或软件。

根据本发明方法的另一种实施方式有利的是，在实施测试运行时考虑测试台1上的驱动总成2的有限的调节动态性。在此测试运行是以内部有效扭矩M_{INT_EFF}还是以作用在连接轴3上的有效扭矩M_EFF进行并不重要。如果使用内部有效扭矩M_{INT_EFF}，则可如上所述确定并使用它。有效扭矩M_EFF可在连接轴3上简单地测量。因此，调节动态性的考虑基本上与内部有效扭矩M_{INT_EFF}的使用无关并且因此可独立于所使用的扭矩来实现。在一种有利的实施例中，测试运行以内部有效扭矩M_{INT_EFF}进行并且如下所述在于测试台1上实施测试运行时考虑驱动总成2的调节动态性。

为了在控制驱动总成2时考虑调节动态性，使用传递函数UF，其校正驱动总成2的时间特性。驱动总成2的时间特性基本上描述受控系统的时间延迟(即操纵变量设置和扭矩建立之间的所有时间)并将驱动总成2的延迟的扭矩建立映射到操纵变量上。例如加速踏板位置α的设置与内部有效扭矩M_{INT_EFF}的延迟的增加(或减小)之间的时间。

基于其物理作用方式，电动机通常具有比内燃机更高的调节动态性，因此在进行试验运行时、尤其是在内燃机情况下考虑调节动态性是有利的。这主要是因为内燃机基于基础物理过程需要更多的时间来实现扭矩请求、即在预定操纵变量(如加速踏板位置α)与实际扭矩建立之间的时间。具有直接喷射和排气涡轮增压的内燃机例如需要足够的时间来建立增压、形成混合物、燃烧等。相反，在电动机中需要较少的物理过程，例如需要明显更少的时间来建立磁场。

在一种简单的实施方式中，传递函数UF可将内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}的值在时间轴上移动所谓的死区时间Δt。由此获得移动了死区时间Δt的内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL_UH}。这在图3a和3a中通过方框C来表示，根据是否使用通过传递函数UF的校正，图3a中的方框C是可选的。校正后的内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL_UH}可用作控制的目标值(方框D)。

作为替代方案，也可由内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}和目标转速N_M通过传递函数UF确定相关联的、时间校正的操纵变量、如加速踏板位置α。为此例如可通过包括内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}和目标转速N_M的特性曲线族KF确定操纵变量并将该操纵变量移动死区时间Δt，如图3c所示。如此确定的、时移的操纵变量α_UH可用于内部有效扭矩M_{INT_EFF}控制的前馈控制，这通过方框D表示。

在最简单的情况下，死区时间Δt可以是预定或参数化的恒定时间值。但理想的是，根据驱动总成2的工作点(扭矩/转速)确定死区时间Δt。为此死区时间Δt例如可通过特性曲线族来确定，在特性曲线族中例如根据驱动总成2的总成转速N_M和内部有效扭矩M_{INT_EFF}(Δt＝f(N_M，M_{INT_EFF}))或有效扭矩M_EFF(Δt＝f(N_M，M_EFF))绘出死区时间Δt。这种特性曲线族例如可通过事先在测试台1上测量驱动总成2来确定或可近似地根据经验值或根据结构类似的参考驱动总成的测量来确定。结构类似的内燃机例如可以是具有可比较特性参数、如相似的排量、相同的气缸数、相同的增压设计、相同的混合物形成等的内燃机。

在通过事先在测试台1上测量驱动总成2来确定死区时间Δt时，优选分别为驱动总成2的扭矩增加和驱动总成2的扭矩减小确定一个特性曲线族。在此优选在选择的驱动总成2的工作点中预定操纵变量、如内燃机的加速踏板位置α的突然变化或呈短斜坡形式的(在内燃机情况下所谓的α斜坡形式的)电流变化并且测量直至内部有效扭矩M_{INT_EFF}或有效扭矩M_EFF的延迟反应的死区时间Δt，该时间基本上表示驱动总成2扭矩建立延迟的量度。通过斜坡确定死区时间Δt不仅应针对内部有效扭矩M_{INT_EFF}或有效扭矩M_EFF的突然增加而且也应针对其突然减少进行，由此产生两个死区时间特性曲线族。斜坡在此应选择得如此陡峭，使得驱动总成2需要最大动态。

但对于驱动总成2的一个工作点也可通过分析内部有效扭矩M_{INT_EFF}或有效扭矩M_EFF的曲线来确定死区时间Δt，例如可根据相应工作点中内部有效扭矩M_{INT_EFF}曲线的梯度来确定死区时间Δt。如果不能在驱动总成2上进行单独的测量来确定死区时间Δt或没有这种测量，则优选选择该方法。

但传递函数UF也可以任意其它方式来设计，在此传递函数UF在一般情况下是内部有效扭矩M_{INT_EFF}的函数，即UF＝f(M_{INT_EFF})。优选传递函数UF是驱动总成2工作点的函数，即UF＝f(N，M_{INT_EFF}或M_EFF)。

现在通过传递函数UF校正内部有效扭矩M_{INT_EFF_SOLL}的预定目标值，以便考虑驱动总成2的时间特性(调节动态性)，如下面以死区时间Δt作为传递函数UF为例所说明的。

为了实施测试运行，将预定目标值移动死区时间Δt，尤其是在时间上向前移动并且如上所述在测试台1上进行控制以实施测试运行。

在移动了相应死区时间Δt之后产生的预定内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}的曲线还可这样调整，使得删除所有绝对时间值大于其后续点的数据点。由此产生连续增加的时间向量。在下一步骤中应将所产生的目标值曲线放到一个与参考总成转速N_{A_REF}曲线共同的时基上，以便适合于测试台1上的用方框D表示的驱动总成2的控制。

图4示出以构造为内燃机的驱动总成2为例的参考测试运行的测量图，其中，关于时间t以点划线绘出发动机转速的参考值曲线N_{M_REF}、以实线绘出连接轴3上的有效扭矩的参考值曲线M_{EFF_REF}并且以虚线绘出加速踏板位置的参考值曲线α_{_REF}。在本示例中，参考测试运行表示具有恒定加速度的行驶且包括三次换挡和随后的减速。下面借助该参考测试运行示例性示出根据本发明的方法实现的改进。可借助待测试的驱动总成2或另一参考驱动总成进行参考测试运行。但参考值也可来自其它来源、如法律规定的测量周期。为了更清楚地显示，示出时间段Z中的下述结果，该时间段介于如图4所示的参考测试运行的时间t1和参考测试运行的时间t2之间。

图5示出借助常见N/M_EFF控制方式在时间t1和时间t2之间的时间段Z中的第一测试运行的结果。在此借助测功机4的控制装置5来控制发动机转速N_M并且借助总成控制单元6通过加速踏板位置α的操纵变量来控制连接轴3上的有效扭矩M_EFF。将第一测试运行的测量实际值曲线与从图4已知的参考测试运行的参考值曲线进行比较。再次以点划线绘出发动机转速N_{M_REF}的参考值曲线、以实线绘出连接轴3上的有效扭矩M_{EFF_REF}的参考值曲线并且以虚线绘出加速踏板位置α_{_REF}的参考值曲线。所测得的实际值N_{M_IST}、M_{EFF_IST}和α_{_IST}的相应曲线分别带有圆形标记。可以看出，在测试台1上可非常精确地控制发动机转速N_M，这可归因于具有相应控制特性的强大测功机4。此外，可以看到有效扭矩M_EFF的参考和实际曲线以及加速踏板位置α的参考和实际曲线之间的较差匹配。如开头所述，这可归因于发动机转速N_M和有效扭矩M_EFF通过内燃机质量惯性I_A的高度耦合。

图6示出借助根据本发明的控制方式N/M_{INT_EFF}在时间t1和时间t2之间的时间段Z中的第二测试运行的结果。在此借助测功机4的控制装置5来控制发动机转速N_M并且借助总成控制单元6通过加速踏板位置α的操纵变量来控制内部有效扭矩M_{INT_EFF}。在此将第二次测试运行的测量实际值曲线与从图4已知的参考测试运行的参考值曲线进行比较。再次以点划线绘出发动机转速N_{M_REF}的参考值曲线、以实线绘出连接轴3上的有效扭矩M_{EFF_REF}的参考值曲线并且以虚线绘出加速踏板位置α_{_REF}的参考值曲线。所测得的实际值N_{M_IST}、M_{EFF_IST}和α_{_IST}的相应曲线分别带有圆形标记。可以看出，连接轴3上的有效扭矩M_EFF的参考和实际曲线以及加速踏板位置α的参考和实际曲线之间存在质量上更好的匹配，但也可看到参考曲线和实际曲线的时间偏移t_v。该偏移t_v主要归因于所描述的内燃机传递函数UF的时间特性、即基本上是操纵变量的信号与实际可测量的扭矩建立之间的扭矩建立的延迟。

如上所述有利的是，通过将内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}向前移动死区时间Δt来考虑内燃机传递函数UF的时间特性，如下面参照图7示出的。

图7示出借助根据本发明的控制方式N/M_{INT_EFF}在时间t1和时间t2之间的时间段Z中的第三测试运行的结果，其中，将内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}向前移动100ms的恒定死区时间Δt。在此借助测功机4的控制装置5来控制发动机转速N_M并且借助总成控制单元6通过加速踏板位置α的操纵变量来控制内部有效扭矩M_{INT_EFF}。在此将第三次测试运行的测量实际值曲线与从图4已知的参考测试运行的参考值曲线进行比较。再次以点划线绘出发动机转速N_{M_REF}的参考值曲线、以实线绘出连接轴3上的有效扭矩M_{EFF_REF}的参考值曲线并且以虚线绘出加速踏板位置α_{_REF}的参考值曲线。所测得的实际值N_{M_IST}、M_{EFF_IST}和α_{_IST}的相应曲线分别带有圆形标记。可以看到有效扭矩M_EFF和加速踏板位置α的参考值与实际值曲线之间明显更好的匹配。有效扭矩M_{EFF_IST}和加速踏板位置α_{_IST}的实际值曲线中的过高处在当前情况下例如可归因于总成控制单元6中使用的控制器通过校正了死区时间Δt的目标值(目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL})在先前的扭矩增加期间经历了恒定的控制偏差。因此操纵变量(加速踏板位置α)通过所用控制器中的积分(I)分量而增加过多。通过更改控制器参数可避免这种增加。

但也可通过下述方式避免这种效果：使用前馈控制来控制内部有效扭矩M_{INT_EFF}并且时间特性的校正不应用于目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}，而是应用于前馈控制的操纵变量的前馈控制值。为此例如借助特性曲线族KF由内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}和目标转速N_{M_SOLL}确定加速踏板位置α的前馈控制值。然后将该前馈控制值(加速踏板位置α)移动死区时间Δt。现在在不校正内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}的情况下通过总成控制单元6(参见图3c)控制内部有效扭矩M_{INT_EFF}并且将移动了死区时间Δt的前馈控制值(加速踏板位置α)与总成控制单元6控制器的控制器输出相加。结果在图8中示出并且可以看出，在有效扭矩M_{EFF_IST}和加速踏板位置α_{_IST}的实际值曲线中基本上没有过高处。但作为替代方案，内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}也可被校正并且借助特性曲线族KF由校正后的内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}和目标转速N_{M_SOLL}来确定前馈控制值。

根据本发明的一种特别有利的实施方式，将内部有效扭矩M_{INT_EFF_SOLL}向前移动根据驱动总成2的工作点选择的死区时间Δt。由此可进一步改善有效扭矩M_EFF和加速踏板位置α的参考值和实际值曲线的匹配。为此，如已经描述的，可对于死区时间Δt创建与工作点相关的特性曲线族，这些特性曲线族例如可通过事先在测试台1上测量驱动总成2来确定，如已经参考图3解释的。

如果不能事先测量，则也可在驱动总成2的一个工作点中例如根据相应工作点中的内部有效目标扭矩M_{INT_EFF_SOLL}曲线的梯度来确定死区时间Δt。但也可选择近似恒定的死区时间Δt，如参考图7中的第三测试结果所描述的。当然，也可基于经验值或基于对参考驱动总成的测量创建死区时间Δt的特性曲线族。参考内燃机在此情况下例如可以是结构类似的内燃机、如具有可比较特性参数、如相似的排量、相同的气缸数、相同的增压设计、相同的混合物形成等的内燃机。尽管示例性借助内燃机的测量描述了根据本发明的方法，但在此还应再次指出，所述方法也适用于其它驱动总成2、如电动机、混合动力驱动装置、驱动传动系等。

Claims (22)

1.一种用于在测试台上实施测试运行的方法，该测试台包括驱动总成(2)，该驱动总成通过连接轴(3)与用于驱动或加载驱动总成(2)的测功机(4)连接，所述测功机(4)在测试台(1)上由控制装置(5)控制以实施测试运行并且驱动总成(2)由总成控制单元(6)控制以实施测试运行，其中，为了实施测试运行，模拟驱动总成(2)的转速和扭矩的预定时间曲线，其特征在于，由总成控制单元(6)控制驱动总成(2)的内部有效扭矩(M_{INT_EFF})，其中，由驱动总成(2)的转速和扭矩的预定曲线以及驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效目标扭矩(M_{INT_EFF_SOLL})，并且在驱动总成(2)于测试台(1)上运行期间由测功机(4)的和/或驱动总成(2)的和/或连接轴(3)的测量值和/或驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由在测功机(4)上或在驱动总成(2)上或在连接轴(3)上测得的实际转速(N_IST)和在测功机(4)上或在驱动总成(2)上或在连接轴(3)上测得的有效实际扭矩(M_{EFF_IST})以及驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以下述方式确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})，即，对测得的实际转速(N_IST)关于时间求导并且将其与驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)相乘并将乘积与测得的有效实际扭矩(M_{EFF_IST})相加。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将内燃机用作驱动总成(2)，并且通过内燃机上的气缸压力指示来确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由指示的实际扭矩(M_{INDI_IST})和摩擦扭矩(M_R)之间的差来确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})，其中，通过气缸压力指示来确定指示的实际扭矩(M_{INDI_IST})。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，以下述方式由驱动总成(2)的预定转速曲线、驱动总成(2)的预定扭矩曲线和驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)来确定内部有效目标扭矩(M_{INT_EFF_SOLL})，即，对预定转速曲线关于时间求导并且将其与驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)相乘并将乘积与驱动总成(2)的预定扭矩曲线相加。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，使用驱动总成(2)的操纵变量的前馈控制来控制驱动总成(2)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由驱动总成(2)或参考驱动总成的参考测试运行确定操纵变量的前馈控制值。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将加速踏板位置(α)用作操纵变量。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，由内部有效目标扭矩(M_{INT_EFF_soll})和转速、尤其是实际转速(N_Ist)、或预定转速、优选通过特征曲线族(KF)确定前馈控制值。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，通过传递函数(UF)以下述方式考虑了在控制驱动总成时驱动总成(2)的调节动态性，即，通过传递函数(UF)校正控制的目标值或操纵变量的前馈控制值。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过传递函数将目标值或操纵变量的前馈控制值在时间轴上移动死区时间(Δt)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述死区时间(Δt)对于驱动总成(2)的所有工作点确定为相同的。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述死区时间(Δt)根据驱动总成(2)的工作点来确定。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，用于驱动总成(2)的一个工作点的死区时间(Δt)根据内部有效目标扭矩(M_{INT_EFF_SOLL})曲线在该工作点中的梯度来确定。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，通过测量在测试台(1)上的驱动总成(2)或参考驱动总成来确定死区时间(Δt)。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，以下述方式测量所述死区时间(Δt)，即，突然改变驱动总成(2)的操纵变量并测量在操纵变量的突然改变和由此引起的内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})的改变之间的时间。

18.一种用于实施测试运行的测试台(1)，该测试台包括驱动总成(2)，该驱动总成通过连接轴(3)与用于驱动或加载驱动总成(2)的测功机(4)连接，设有控制装置(5)，该控制装置控制在测试台(1)上的测功机(4)以实施测试运行，并且设有总成控制单元(6)，该总成控制单元控制驱动总成(2)以实施测试运行，所述测试台(1)设置用于实施呈驱动总成(2)的转速和扭矩的预定时间曲线的形式的测试运行，其特征在于，所述总成控制单元(6)控制驱动总成(2)的内部有效扭矩(M_{INT_EFF})，所述总成控制单元(6)为了控制而由驱动总成(2)的转速和扭矩的预定曲线以及驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效目标扭矩(M_{INT_EFF_SOLL})并且在驱动总成(2)于测试台(1)上运行期间由测功机(4)的和/或驱动总成(2)的和/或连接轴(3)的测量值和/或驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})。

19.根据权利要求18所述的测试台(1)，其特征在于，所述测试台(1)包括硬件或软件形式的观察器(10)，以用于确定内部有效扭矩实际值(M_{INT_EFF_IST})。

20.根据权利要求19所述的测试台(1)，其特征在于，所述观察器(10)设置用于由在测功机(4)上或在驱动总成(2)上或在连接轴(3)上测得的实际转速(N_IST)和在测功机(4)上或在驱动总成(2)上或在连接轴(3)上测得的有效实际扭矩(M_{EFF_IST})以及驱动总成(2)的已知质量惯性(I_A)确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})。

21.根据权利要求18所述的测试台(1)，其特征在于，作为驱动总成(2)设置内燃机，并且在测试台(1)上设置有用于指示内燃机气缸压力的气缸压力指示系统，其中，由气缸压力指示来确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})。

22.根据权利要求21所述的测试台，其特征在于，由指示的实际扭矩(M_{INDI_IST})和摩擦扭矩(M_R)之间的差确定内部有效实际扭矩(M_{INT_EFF_IST})，其中，通过气缸压力指示来确定指示的实际扭矩(M_{INDI_IST})。

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