KR102591219B1 - 테스트 대상에 대해 테스트 실행을 수행하기 위한 방법 및 테스트 벤치 - Google Patents

테스트 대상에 대해 테스트 실행을 수행하기 위한 방법 및 테스트 벤치 Download PDF

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Abstract

테스트 벤치 상의 테스트 실행 동안에 테스트 대상이 실제 환경 및/또는 주변 조건, 특히 열적인 조건을 겪도록 하기 위해, 적어도 하나의 온도는 테스트 벤치(1) 상의 테스트 실행 동안에 측정된 변수(MGi)로서 측정점(MSi)에서 측정되고, 테스트 대상(2)의 적어도 하나의 테스트 대상 부품(PKi)은 복수의 세그먼트(Si)로 분할되고, 적어도 하나의 세그먼트(Si)와 자동차의 환경의 열적인 상호작용은 시뮬레이션 모델(22)의 열적인 시뮬레이션 모델(23)에 의해 테스트 실행동안에 시뮬레이트되고, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 적어도 하나의 세그먼트(Si)로 공급되거나 소실되는 세그먼트 열 흐름()을 계산하고, 상기 세그먼트 열 흐름()은 테스트 대상이 열 흐름()을 겪도록 하는 복수의 열 흐름 작동기(15j)에 의해 적어도 하나의 세그먼트(Si) 상의 테스트 벤치(1)에서 측정된 온도의 함수로서 조절된다.

Description

테스트 대상에 대해 테스트 실행을 수행하기 위한 방법 및 테스트 벤치
본 발명은 테스트 벤치 상에서 테스트 실행을 수행하기 위한 방법 및 테스트 벤치에 관한 것인데, 자동차 또는 자동차의 부품의 형태인 테스트 대상이 설정되고, 테스트 벤치 상에서 실제로 작동되며, 시뮬레이션 모델을 가진 시뮬레이션 유닛은 상기 테스트 실행을 시뮬레이트한다.
테스트, 시도 또는 실험은, 일반적인 용어로 말하면, 테스트 대상인 하나의(또는 여러 개의) 기술적 부품(들)(기계적 셋업, 하드웨어나 소프트웨어)이 특정 프레임워크 조건의 맥락에서 기능을 하는지 여부 및/또는 특정한 특징이 존재하는지 여부를 결정하는데 사용되는 활동이다. 따라서, 테스트 대상은 테스트되어야하는 기술적인 시스템이다. 상기 테스트 대상은 전반적인 시스템(가령, 자동차)이나 전반적인 시스템의 부분(가령, 연소 엔진, 드라이브 시스템, 배기 가스 시스템 또는 자동차의 배기 사후처리 시스템)일 수 있다.
일부 테스트는, 테스트 일부가 겪는 실제 프로세스, 종종 일시적인 프로세스를 검사하는데 사용된다. 이들 테스트들은 종종 재생된 환경, 즉, 시뮬레이트된 환경에서 시행된다. 전용 테스트 벤치는, 가령 엔진 테스트 벤치, 드라이브트레인 테스트 벤치 또는 롤러 테스트 벤치와 같은 이들 활동에 종종 사용된다. 이들 테스트 벤치는, 테스트 대상이 명시된 환경 조건에 시스템적으로 겪도록 하고, 이는 테스트 대상이 사익 환경 조건하에서 테스트되어서, 테스트 프로세스의 재생이 활성화된다는 것을 의미한다. 그러나, 테스트 벤치는, 가령, 테스트 대상에 대해 실제로 재생될 수 없는 환경에서 새롭거나 알려지지 않거나 매우 시간 소요적이고 비싼 프로세스에 의한 프로세스를 검증하는 것과 같은 다른 목적에도 사용된다. 테스트 환경은 항상 실제 환경을 불완전하게 나타내지만, 테스팅으로부터 획득된 임의의 결과는 테스트 환경의 품질, 즉, 테스트 벤치와 시뮬레이트된 환경의 품질의 고려하에서 항상 분석되어야 한다.
예를 들어, 테스트 벤치의 정해진 대상은 자동차의 실제 또는 허구의(즉, 가상의) 테스트 실행을 종종 시뮬레이트한다. 이하에서, 이들 실행은 가상 테스트 실행이라고 할 것이다. 예를 들어, 엔진 테스트 벤치 상의 연소 엔진이나 드라이브 트레인 테스트 벤치 상의 드라이브 트레인(drive train)은, 적절한 인터페이스(실제와 시뮬레이션에 사용가능한 테스트 벤치 사이의 인터페이스)를 통해 시간에 걸쳐 가변하고, 실제 테스트 드라이브 동안에 전반적인 시스템 자동차/운전자/환경의, 가령, Großglockner High Alpine Road 상에 운전하는 실제 자동차의 구성으로서 테스트 대상에 의해 경험되는 변수와 접속(interface)하게 된다. 마찬가지로, 테스트 벤치 상의 테스트 대상을 시간에 따라 가변하고, 임의의 코스, 또한, 허구이며 실제의 루트를 나타낼 필요 없는 코스로 발생할 수 있는 변수와 접속하도록 하는 것도 흥미로울 수 있다. 이러한 가상의 테스트 실행은 상이한 프로세스에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 이들은 실제 테스트 실행하는 동안에 측정될 수 있고, 또는 이들은 부분적으로 미리정의된 및/또는 표준화(가령, 표준화된 소비 사이클)된다. 그러나, 이러한 실행은, 가상 환경(소위 X-인-더-루프 테스트 실행, 여기서, "X"는 가령, 연소 엔진, 드라이브 트레인 등과 같은 테스트 대상을 나타냄)에 의해 실시간 또는 거의 실시간(즉, 온라인)으로 충분히 우수한 품질로 계산될 수도 있다. 다양한 측정이 가상 테스트 실행의 실행 동안에 테스트 벤치에서 취해질 수 있다. 이를 위해, 검사되어야 하는 테스트 대상(연소 엔진, 드라이브 트레인, 배터리, 자동차 등 또는 이들의 부품)은, 가령, 다이나모미터(기계적 작동기) 또는 배터리 테스터(전기적 작동기)와 같은 부하 유닛(작동기)에 의해 인터페이스에 로딩되어서, 테스트 대상은 가상 테스트 실행에 기인한 기계적 또는 전기적 부하의 대상이 된다. 테스트 벤치 상에서의 이러한 테스트 실행은 특히, 테스트 벤치 상에 있는 테스트 대상에 대한 개발이나 테스팅 작업의 실행을, 테스트 대상이 정상적으로 전반적인 시스템의 부분으로서 통합되는 전반적인 시스템(가령, 물리적으로 완벽한 자동차)을 설정하지 않고도, 그리고 실제 자동차로 실제 테스트 실행에 의해 수행되어야 하는 완벽한 테스트를 우선적으로 필요로 하지 않으면서, 가능하게 한다. 게다가, 테스트 벤치 상의 이러한 테스트는 우수한 재생의 장점을 가지고, 그러므로 우수한 결과의 호환성을 가진다.
그러나, 시스템 제한 때문에, 테스트 벤치는 확실한 정밀성뿐만 아니라 일부 한계를 가진 실제 테스트 실행의 조건을 재생할 수 있다. 또한, 테스트 대상이 모든 경우에 이 같은 정확한 조건에 처하는 것이 항상 바람직하지도 않고, 요구되지도 않는다. 일부 경우에, 테스트 대상은 단순히 생각하고 가상적인 조건을 겪을 수 있다. 종래 기술에 따르면, 가령, 테스트 벤치에 대한 현재 작업은, 가상과 실제의 테스트 실행 간에 기계적 파워 및 전기적 파워 흐름의 높은 레벨의 일치성에 실질적으로 초점을 맞춘다. 테스트 벤치 상에서 취한, 시간에 따라 특별히 측정된 변수의 우수한 관련성에도 불구하고, 시간에 따라 측정된 일부 다른 변수에 대하여 상당한 차이가 종종 있다. 예를 들어, 기계적 파워 흐름(가령, 속도와 토크)의 일관성에 대한 우수한 품질에 불구하고, 및 드라이브 트레인 테스트 벤치와 롤러 테스트 벤치 상의 가상 테스트 실행 동안에 발산 측정치를 취하기 위해 동일한 측정 기술의 사용에도 불구하고, 실제 테스트 실행에 대한 결과와 물리적 자동차를 비교할 때, 특히 부분적인 부하 범위에서, 발산 측정치는(CO, NOx,...) 동일한 결과를 생산하지 않는다는 것이 발견되었다. 그 이유는, 서로 다른 열 및 열역학 조건, 즉, 신경통성의 자동차 부품에 대한 온도와 열 플럭스 밀도 분야에서의 차이라는 점이 발견되었다. 상기 차이는, 다른 이유 보다도 테스트 대상이 겪는 다양한 매체 흐름(가령, 물, 공기, 오일 등)이 원인이 된다. 실제 자동차는 다양한 열 부하에 노출될 수 있는 부품 및/또는 구조적 부분을 포함한다. 관련된 예시는 터보차저와 배기 가스 시스템을 가진 연소 엔진이다. 촉매 변환기나 입자 필터와 같은 부품도 배기 가스 시스템에 구비될 수 있다. 언급된 부품과 부분 부품의 표면 위의 열 에너지 흐름은 두 경우(실제 테스트 실행 또는 가상 시스템 실행) 모두에서 발생한다. 수소 자동차의 전기 에너지 저장은 또 다른 예시이다. 또한, 이러한 부품은 환경/주변과 열적으로 상호작용하고, 환경/주변("조건")으로부터의 영향에 의해 자체적으로 영향받는다. 이에 따라, 자동차의 엔진 블록이나 배기 가스 시스템은 조건 및/또는 주변 조건에 의존하여, 다양한 방법으로 그 환경과 열 교환에 관여할 것이다. 그 결과, 따라서, 부품 내부와 부품의 표면 상에 다양한 일시적 부품-온도 필드와 열 플럭스 밀도(열 에너지 흐름)이 있다. 예를 들어, 겨울과 같은 환경 조건(차가운 도로 조건, 차가운 주변 공기)에서, 연소 엔진은, 여름과 같은 환경 조건(뜨거운 도로 조건, 뜨거운 주변 공기)보다는 더 많은 양의 열을 방사할 것이다. 테스트 대상과 환경 사이의 열 전달(열 플럭스 밀도)은 열 저도, 열 흐름(대류) 및 열 방사의 물리적 메카니즘에 기초하여 발생한다.
실제 루트를 따라 실제 자동차로 실제 테스트를 실행하는 동안에, 열 전달 프로세스는 사실상 테스트 대상의 표면 및/또는 테스트 대상의 부분에 있다. 가변하는 환경 및/또는 주변 조건은 테스트 대상에 대한 물 뿌리기와 같은 것에 기인한 사실상 기압, 습도 또는 온도에 의해 특징지어진다. 그러나, 다양한 환경 조건은 사실상 테스트 벤치에 있고, 이것이 테스트 벤치 상의 가상 테스트 실행으로부터의 결과가 어떤 이유로 실제 테스트 실행에서 벗어나는지의 한 가지 이유가 된다. 주어진 임의의 조건에서 테스트 벤치에서의 열 전달 프로세스의 생성(시뮬레이션 및/또는 에뮬레이션)은 여태까지 관심이 적었고, 및/또는 지금까지 충분한 관심을 끌지 못했다.
테스트 대상 위에 공기 흐름을 생성하기 위한 테스트 벤치 상에서 종종 사용되는 가령, 쿨링-에어 블로워는 물론 테스트 벤치 컨디셔닝(가령, 테스트 벤치 공간내의 온도 조절)은, 테스트 벤치 상의 실제 환경 조건을 정확하게 에뮬레이트하기에 전형적으로 불충분하다. 쿨링-에어 블로워는 역풍 속도에 대한 엔진 쿨링의 효과를 재생하는데 대게 사용된다. 이것이 쿨링-에어 블로워가 종종 부적절하게 치수화되는지, 및/또는 이들이 요구되는 자유도를 제공하지 못하는 이유이다. 예를 들어, 빈번하게, 쿨링-에어 블로워의 속도는 이동 속도의 함수로만 제어된다. 테스트 벤치 공간 내의 에어 컨디셔닝을 제공함에 의해, 테스트 벤치의 환경 내의 공기 온도와 습도를 조절할 수 있다.
가령, 흡입 공기, 냉각제, 오일 및 충전 공기와 같은 테스트 벤치에서의 매체에 대한 컨디셔닝 장비의 사용이 더욱 알려져 있다. 상기 장비는, 부품 테스트 벤치(엔진, 드라이브 트레인, 배터리 테스트 벤치 등)에 대해 대부분 사용된다. 이러한 장비에 의해, 매체의 각각의 온도가 영향받거나, 및/또는 제어된다. 더구나, 흡입 공기에 대한 컨디셔닝 장비는 공기의 습도와 압력을 영향을 줄 수 있다.
쿨링-에어 블로워 및 테스팅 룸 에어 컨디셔닝은 물론, 매체 컨디셔닝은 가령, 온도, 습도 및 압력과 같은 설정값 설정을 테스트 벤치 자동화 시스템으로부터 수신한다. 설정값은 시간에 걸쳐 각각의 변수의 형태(가령, 온도)로 한번 설정되고, 테스트 대상의 가상 환경에 대한 소급효의 형태로 상호작용(X-인-더-루프 시뮬레이션의 의미로)이 없는데, 이는, 또한 예상된 미래 환경일 수 있다. 게다가, 설정값을 찾는 문제, 즉, 실제에 가까운 방법으로 테스트 대상의 가상 환경 조건을 반영하는 설정값을 설정하는 문제가 있다.
열 조건을 더 잘 에뮬레이트하기 위해, 열적으로 인캡슐레이트된 테스트 대상 부분(가령, 엔진 테스트 벤치 상의 엔진)을 가진 테스트 벤치 장치도 기술 분야에 알려져 있다. 이러한 종류의 장치는 가령, Kramer S., et al., “Verlagerung von Rollentests auf den Motorenprufstand,” MTZ-Motortechnische Zeitschrift, 2015, 76 (3), pp. 36-41로부터 나올 수 있다. 엔진이 감싸진 엔진 인캡슐레이션 내부에 배치되고, 배기 가스 시스템이 감싸진 하부 인캡슐레이션 내부에 배치되어서, 엔진 격실 및/또는 하부 내부의 열 조건을 시뮬레이트한다는 점에서, 차체는 엔진 테스트 벤치 상에서 시뮬레이트된다. 블로워와 맞춤되는 고립된 하우징(엔진 인캡슐레이션, 하부 인캡슐레이션) 내에 인클로져(enclosure)가 제공된다. 엔진과 하부 인캡슐레이션 내의 온도는 블로워에 의해 제어된다. 따라서, 본 명세서에서 소개된 바와 같은 해결책은 엔진 테스트 벤치 상의 발산의 측정치로부터의 결과와 롤러 테스트 벤치로부터의 결과의 비교를 가능하게 한다. 그러나, 이것은 환경 조건의 현실적인 재생에 불충분한데, 왜냐하면, 한 편으로, 글로벌 온도가 엔진과 하부 인캡슐레이션에서 조절되고, 다른 한 편으로, 정확한 설정값 설정과 관련된 문제가 계속되기 때문이다. 결과적으로, 가령, 엔진 블록, 터보 차져, 냉각기, 배기 가스 시스템 등 및/또는 이들의 부분과 같은 테스트 대상의 다양한 부품은, 실제 또는 원하는 온도 분포와 일치하지 않는 부품들의 표면의 온도 분포를 가진다. 그런데도, 이들 부품의 온도는, 열 에너지 흐름("열 흐름")의 형태인 열 전달 프로세스에 대해 결정적인 영향을 가질뿐만 아니라, 가령, 엔진의 발산 행동(가령, NOx, CO 등)에 영향을 주는데, 실제 테스트 실행과 가상 테스트 실행 간의 원치않은 불일치가 생긴다. 이는, 기술된 방법이 실제 테스트 실행 동안에 테스트 대상의 열 행동을 재생 및/또는 예상하는 문제를 해결하지 못한다는 것을 의미한다.
그러므로, 특허 DE 10 2013 213 863 B3는, 연소 엔진과 같은 부품에 대한 냉각 시스템을 이미 기술하는데, 이는 부품에 대한 온도를 조절할 수 있어서, 복수의 개별 블로워로 구성된 블로워 매트릭스에 의해 부품이 환기된다. 그 안의 냉각 시스템은 부품 상의 다양한 온도 영역(온도 필드)를 조절할 수 있다. 개개의 점들에 대한 타겟 온도는 설정값으로 미리설정되고, 이는 매우 초기(테스트 실행의 가장 빠른 초기를 의미함)부터 알려져 있으며, 가령, 부품이나 부품의 부분의 열 세기를 검사하기 위한 블로워 매트릭스를 통해 제어기 유닛에 의해 제어되는 시간 곡선의 형태이다. 종래의 테스트 벤치 장치와 달리, 이는 테스트 벤치 실험에 대해 열 조건과 관련하여 특히 개선되고, 이는 종종 충분할 수 있다. 그러나, 테스트 벤치에 대한 조건을 제어하기 위한 타겟 변수로서의 부품 온도는 다양한 테스트 환경 내의 실제 테스트 대상의 열 에너지 흐름의 형태인 열 전달 프로세스를 무시한다. 따라서, 테스트 대상(물리적 자동차)의 부품에서 중요한 역할을 하는 대류, 열 방사 등과 같은 효과는 그러므로 테스트 벤치에 대한 고려사항에서 생략된다. DE 10 2013 213 863 B3에 기술된 바와 같은, 테스트 대상의 표면 및/또는 테스트 대상 자체의 온도 필드를 제공하는 것은 열 전달 프로세스를 도외시하고, 그래서, 테스트 벤치 상의 가상 테스트 실행의 형태로 현실적인 테스트 벤치 실험에 대해 종종 불충분하다.
따라서, 특허 DE 10 2013 213 863 B3는 선택된 측정점에 대한 타겟 온도가 시간에 걸친 함수로 알려진(즉, 이들 온도는 제어의 명령 변수로서 미리 설정될 수 있음) 매우 제한적인 가정에 기초한다. 상기 값은 미리 정의되어야 하고, 그러나, 이러한 임의의 결정은 현실적인 환경 조건의 생성을 가능하게 하지 않거나, 상기 값은 비싸고 복잡한 실제 테스트 실행의 코스에 걸쳐 미리 구축되어야 할 것이다. 특허 DE 10 2013 213 863 B3는 설정점의 결정에 관한 문제를 해결하지 못한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 가령, 열적 X-인-더-루프 테스트 실행의 형태로 테스트 실행을 실행하기 위한 방법 및 관련된 테스트 벤치를 제공하는 것인데, 테스트 실행 동안에 테스트 대상을 실제 환경 및/또는 주변 조건 및/또는 가상 환경의 열적인 열 전달의 법칙에 기초한 결과인 조건을 테스테 대상이 겪도록 하는 테스트 벤치 상에 테스트 대상이 위치된다.
본 목적은, 도입부에 명시된 방법에 의해, 및 도입부에서 언급된 테스트 벤치에 의해 동일한 방식으로 본 발명에 따라 달성되고, 적어도 하나의 온도는 테스트 실행 동안에 테스트 벤치 상의 측정점에서 측정된 변수로 측정되고, 테스트 대상의 적어도 하나의 테스트 대상 부품은 복수의 세그먼트로 분할되고, 자동차의 환경과 적어도 하나의 세그먼트의 열적인 상호작용은 시뮬레이션 모델의 열적인 시뮬레이션 모델에 의해 테스트 실행 동안에 시뮬레이트되고, 열적인 시뮬레이션 모델은 적어도 하나의 세그먼트로 공급되거나, 이로부터 소실되는 세그먼트 열 흐름을 계산하고, 이러한 세그먼트 열 흐름은, 테스트 대상을 열 흐름에 겪도록하는 복수의 열 흐름 작동기에 의해 적어도 하나의 세그먼트 상의 테스트 벤치에서의 측정된 온도의 함수로 조절된다.
본 발명 때문에, 그러므로, 테스트 대상이 어떤 열적인 환경 조건을 겪도록 할 수 있어서, 현실을 근사화하는 테스트 벤치 상의 조건을 생성할 수 있다. 이들 열적인 환경 조건은 열 전달 프로세스의 형태로 테스트 대상과 상호작용하고, 이들은 현실을 근사화할 수 있고(즉, 이들은 사실상 실제로 사용되는 자동차의 일부로서 테스트 대상의 나중의 현실에서 발생할 수 있음 - 가령, 죽음의 계곡(Death Valley)를 통해 이동하는 자동차), 또는 이들은 허구(즉, 고려되지만 여전히 실제의 물리적인 조건에 여전히 대응됨, 가령, 60 ℃의 외부 온도에서 죽음의 계곡을 통해 이동하는 자동차)일 수 있다. 열적인 부하를 차치하고, 테스트 대상은 기계적 및 전기적 부하로, 및/또는 질량과 정보 흐름(가령, CAN 통신)을 통해, 테스트 벤치 상에 빈번하게 추가적으로 스트레스된다.
열 시뮬레이션 모델에 기초하여, 테스트 대상의 열적인 상호작용 및/또는 특정 기술적 경계 내의 임의의 원하는 방법으로 시뮬레이트된 환경으로 조절되는 테스트 대상의 세그먼트를 재생할 수 있다. 공간과 시간에 걸쳐 가변하고, 실제 조건에 대응되는 테스트 대상의 열 전달 프로세스를 시뮬레이트할 수 있다. 열 흐름 작동기를 사용하여, 테스트 대상에 대한 테스트 벤치의 이들 열 전달 프로세스를 조절할 수 있는데, 테스트 벤치 상의 테스트 대상은 근본적으로, 실제 조건이나 허구의 조건(하지만, 여전히 실제와 물리적으로 일치함(가령, 두 시간 안에 죽음의 계곡의 열 조건에서 남극에서의 열 조건으로 이동) 하에서의 테스트 실행 동안에, 전반적인 시스템(가령, 자동차)의 부분적인 부품과 동일하거나 충분히 유사한 열 조건을 겪도록 한다.
바람직하게는, 시뮬레이션 모델이 추가로 다음 모델, 즉, 자동차 모델, 운전자 모델, 도로 또는 루트 모델, 휠 모델, 환경 모델 중 하나 이상을 포함한다면, 시뮬레이션의 품질은 더욱 개선될 수 있다. 게다가, 추가적인 부분 모델은 유연성을 증가시키는데 적합하고, 테스트 실행 동안에 가장 가변되는 영향을 고려할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 추가적으로 측정된 변수는 시뮬레이션 모델에서 검출되고 프로세스된다. 테스트 대상의 테스트 대상 환경의 적어도 하나의 추가적인 측정된 변수가 검출되고 시뮬레이션 모델에서 프로세스된다면, 마찬가지로 더욱 바람직하다.
본 명세서의 주제인 본 발명은 도 1 내지 6을 참조하여 이하에 더 자세히 기술될 것인데, 이는 본 발명에 따라 기술된 바람직한 실시예에 제한되지 않고, 개략적이고 예시적이다. 다음과 같이 나타난다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차에 대한 롤러 테스트 벤치를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 롤러 테스트 벤치를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 테스트 벤치를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 테스트 대상의 세그먼트 상의 열 흐름의 제어를 나타낸다.
도 5는 시뮬레이션 유닛의 실시예를 나타낸다.
도 6은 테스트 벤치를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 실행에서 정보 흐름을 나타낸다.
도 1은 테스트 대상(2)에 대한 종래의 테스트 벤치(1)를 나타낸다. 도시된 실시예에서, 테스트 대상(2)은 자동차이고, 테스트 벤치(1)는 롤러 테스트 벤치이다. 테스트 대상(2)은 자동차의 임의의 부분적인 시스템, 가령, 드라이브 트레인, 연소 엔진, 드라이브 배터리(파워 팩), 터보 차져, 촉배 변환기 등일 수 있고, 테스트 벤치(1)는 임의의 매칭 테스트 벤치, 가령, 가령, 드라이브 트레인 테스트 벤치, 엔진 테스트 벤치, 파워 팩 테스트 벤치, 터보 차져 테스트 벤치, 촉배 변환기 테스트 벤치 등일 수 다는 것을 이해해야 한다.
테스트 벤치 자동화는 가상 테스트 실행을 제어하는 테스트 벤치 자동화 유닛(3)의 형태를 취하는 테스트 벤치(1)에 제공되는데, 상기 가상 테스트 실행은 테스트 벤치 상에서 실행되고(=테스트 실행), 그래서, 테스트 실행의 요구사항에 따라, 이를 위해(즉, 특히 작동기) 필수적인 테스트 벤치(1)의 모든 장치를 작동시킨다. 테스트 벤치 자동화 유닛(3)은 특히 테스트 대상(2)을 작동시킬 수 있다. 테스트 대상(2)이 자동차라면, 가령, 알려진 운전자 로봇은, 테스트 벤치 자동화 유닛(3)에 의해, 기어 변환, 가속 등과 같은 제어 명령을 실행하는 자동차 내부에 배치될 수 있다. 대안적으로나 추가적으로, 테스트 벤치 자동화 유닛(3)은, 가령, 테스트 대상 제어 유닛(가령, 자동차 제어 유닛(ECU), 전송 제어 장치(TCU), 하이브리드 제어 유닛, 배터리 관리 시스템 등)을 통해, 직접적으로 테스트 대상(2)을 작동할 수 있다. 연소 엔진이 테스트 대상(2)인 경우, 테스트 벤치 자동화 유닛(3)은 가령, 쓰로틀 밸브 위치(α)(도 3 참조) 또는 연료 주입을 작동할 수 있다.
부하는 기계적으로(테스트 대상과 환경 간의 기계적 파워 흐름)으로 본 경우에, 부하 머신(일반적으로, 작동기)(5)에 의해 테스트 대상(2)에 적용된다. 롤러 테스트 벤치의 경우에, (기계적) 부하 머신(5)은, 도 1에 표시된 바와 같이, 테스트 벤치 롤러의 입력 및/또는 출력이다. 테스트 대상(2)으로서 연소 엔진 또는 드라이브 트레인의 경우에, 기계적 부하 머신(5)은 연소 엔진이나 드라이브 트레인에 연결된 가령, 다이나모미터나 전기적 다이나모미터일 것이다. 배터리가 테스트 대상(2)인 경우, 부하 머신(5)은 가령, 전기적 배터리 테스터의 형태인 전기적일 것이다. 다양한 테스트 대상(2)에 대해 적절한 부하 머신은 기술 분야에서 잘 알려져 있고, 이는 어떠한 추가적인 논의가 제시될 필요가 없는 이유가 된다.
부하 머신(5)은 작동기 컨트롤러(4)에 의해 대부분 제어되고, 이는 결국, 테스트 대상(2)의 순간 부하 모멘트(M) 또는 특히 순간 속도(n)를 조절하기 위해 테스트 벤치 자동화 유닛(3)으로부터 설정점을 수신한다. 테스트 벤치(1)는, 테스트 대상(2)의 부하 모멘트(M)와 속도(n)의 대응되는 실제값을 구축하고, 테스트 벤치 자동화 유닛(3)에 이들 값이 사용가능하게 하는 토크 측정 장치(6) 및/또는 속도 측정 장치(7)도 전형적으로 제공한다. 가령, 측정된 전기 전류 또는 전기적 전압과 같은 그 밖의 다른 또는 추가적인 측정된 변수는 다른 테스트 대상(2) 및/또는 테스트 벤치 타입에 사용될 수 있고, 이들은 테스트 벤치 자동화 유닛(3)으로 공급된다.
더구나, 가령, 배기 가스 측정 시스템(14)에 의해, 테스트 실행 동안에 테스트 벤치(1) 상에서 발산이 측정된다. 당연히, 테스트 대상(2)에 의존하여, 다른 또는 추가적인 측정치, 가령, 소모량, 전기 에너지 흐름 등에 대한 측정치와 같이, 테스트 대상의 개발에 필수적인 특정한 측정치가 취해질 수 있다. 테스트 실행의 기본적인 목적은 테스트 대상(2)의 적어도 하나의 출력 변수를 검출하고 분석하는데 있는데, 이는 가령, 발산량, 소모량, 파워 등이고, 이들은 테스트 대상(2)의 개발을 위한 개발에 기초하여 파생된다. 이러한 노력으로, 테스트 대상(2)이 테스트 벤치(1) 상에서 근본적으로 동일하게 행동하고, 언제 물리적 자동차 내에 통합되는 것이 바람직한지 알 수 있다.
적어도 하나의 조절 유닛(16)은 테스트 대상(2)의 테스트 대상 환경 및/또는 테스트 대상(2)을 조절하기 위한 테스트 벤치(1)에 종종 제공된다. 특히, 이러한 방식으로, 테스트 대상(2)이 특정한(가령, 원하는) 열 전달을 겪도록 할 수 있는데, 이러한 열 전달은 시간광 공간에서 가변적이고, 테스트 벤치(1) 상의 테스트 대상(2)은 열 전달을 테스트 대상의 테스팅 환경과 교환한다. 열 전달은 특정한 물질 전달, 가령, 공기 흐름이나 또 다른 물질 흐름을 가진 열 전달과 연결될 수 있다. 따라서, 열 전달은 열 전달과 등가인 이러한 물질 전달을 포함한다. 테스팅 환경에서, 환경적인 온도, 습도 등을 조절하기 위한 테스트 벤치 공기 조절 수단은 조절 유닛(16)으로 종종 제공된다. 더구나, 조절 유닛(16)은 가령, 역풍을 시뮬레이트하기 위한 블로워(8)도 포함할 수 있다. 또한, 블로워(8)는 별도로 설치하여, 테스트 벤치(1) 상의 조절 유닛(16)으로부터 분리되어 제공될 수 있다. 이러한 종류의 블로워(8)는, 테스트 대상(2)이 시간과 공간에서 가변하는 특정한(가령, 원하는) 열 전달 프로세스를 겪도록하고, 이러한 테스트 대상(2)이 테스팅 환경과 열 전달을 교환되도록하는데 기여한다. 테스트 벤치의 다양한 타입에 대해 다양한 조절 유닛(16)을 빈번하게 사용할 수 있다는 것이 너무나 이해된다. 도시된 실시예에서, 조절 유닛(16)은 테스트 대상(2)이 특정한 공기 흐름 필드(9)를 겪도록 하는 블로워(8)를 포함한다.
또한, 기술 분야에 알려진 방식으로, 테스트 대상(2)을 조절하기 위한 테스트 벤치(1)의 조절 유닛(16)은, 가령, 흡입 공기 조절, 충전 공기 조절, 오일 조절 또는 냉각제 조절과 같은 매체 조절 유닛을 더 포함할 수 있다. 전자는 도면의 간결성을 증가시키기 위해 도 1에 도시되지 않는다. 또한, 이들 작동기는 테스트 대상(2)이 공간과 시간에 걸쳐 가변하는, 특정한, 종종 바람직한 열 전달 프로세스를 겪도록 하는데 기여한다.
블로워(8) 및/또는 매체 조절 유닛에 적용 가능한 조절 유닛(16)은, 조절 유닛(16) 및/또는 블로워(8) 또는 매체 조절 유닛에 의해 조절되는 테스트 벤치 자동화 유닛(3)으로부터, 특정 설정점(온도, 습도, 질량 흐름(mass flow)..)을 전형적으로 수신한다. 도입부에서 개요된 바와 같이, 블로워(8) 및/또는 전형적인 매체 조절 유닛을 가진 조절 유닛(16)은 테스트 대상(2) 또는 테스트 대상 부품에 대해 원하는(가령, 현실 근사화) 열 전달 프로세스를 전혀 시뮬레이트할 수 없거나 부적절하게 시뮬레이트한다(달성될 테스팅 임무의 관점에서).
.본 발명에 따라, 테스트 대상(2)의 열 조건이 테스트 실행 동안에 미리설정되거나 원하는 조건, 현실을 시뮬레이트하는 특히 이러한 조건과 일치하는 방식으로(테스트 벤치 상의 실제 테스트 실행의 "트레이싱 런"의 의미에서), 테스트 벤치(1) 상의 테스트 실행을 실행하기 위하여, 이들 요구사항에 따라 테스트 대상(2)의 열 조건이 재생되는 것이 제공된다. 이 것은 도 2에 기초하여, 및 테스트 벤치(1)로서 롤러 테스트 벤치의 예시 및 테스트 대상(2)으로서 자동차 및 도 3을 참조하여 테스트 벤치(1)로서 엔진 테스트 벤치의 예시 및 테스트 대상(2)으로서 연소 엔진이 이하에서 설명될 것이다. 도 1로부터 테스트 벤치(1)의 일부 부품들은 도면의 간결성을 개선하기 위해 생략되었다.
테스트 대상(2)은 복수의 테스트 대상 부품(PKi), i = 1, ..., m을 포함하는데, 여기서 테스트 대상 부품(PKi)은, 연소 엔진(10), 배기 가스 시스템(11) 또는 촉배 변환기나 배기 가스 시스템(11) 내부의 입자 필터와 같은 배기 가스 사후처리 유닛(12, 13)과 같은 테스트 대상(2)의 전체 어셈블리일 수 있다. 그러나, 테스트 대상 부품(PKi)은, 배기 가스 시스템(11)의 배기 파이브 섹션과 같은 테스트 대상(2)의 부품 또는 테스트 대상(2)의 어셈블리의 일부일 수 있다. 그러나, 가령, 테스트 대상(2)이 전기 재충전 배터리일 때, 전체 테스트 대상(2)이 테스트 대상 부품(PKi)(i=1)을 나타낼 수도 있다. 본 발명은 적어도 하나의 이러한 테스트 대상 부품(PKi)의 존재를 가능하게 한다. 본 발명의 의미에서 테스트 대상 부품은, 이하에 기술되는 바와 같이, 특히, 테스트 대상(2)의 일부인데, 이는 공간과 시간에 걸쳐 가변하는 열적인 상호작용(열 전달, 열 플럭스 밀도)을 겪게되고, 이러한 테스트 대상(2)은 테스트 대상 환경과 열적인 상호작용을 교환한다. 따라서, 특히 이러한 부분은 테스트 대상 부품(PKi)으로서 적합하고, 테스트 대상 부품의 행동이나 특징은 열적인 부하의 함수이다. 이러한 방식으로, 테스트 대상(2)의 특정한 특징에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 특징 "NOx 발산"은 다른 것 보다도, 테스트 대상 부품 "촉매 변환기"의 열적인 부하의 함수이다.
측정점(MSi)(i = 1, ..., n)의 수(n)에서, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 측정점(MS1)이 필요하고, 측정 유닛(MEi, i = 1, ..., n)이 준비되고, 이에 의해, 테스트 대상(2)의 측정 변수(MGi, i = 1, ..., n)가 측정된다. 서로 다른 측정 변수(MGi)를 측정하기 위한 하나 의 측정점(MSi)에서 서로 다른 측정 유닛(MEi)이 제공될 수 있다. 그 안의 적어도 하나의 측정 변수(MGi)는 온도이거나, 측정 변수이어서, 이를 기초로 온도를 계산하거나 추정할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 측정 유닛(MEi)은, 가령, 측정점(MSi)에서 테스트 대상(2)의 온도를 측정하는 역할을 하는 간단한 온도 센서이다. 온도를 검출하기 위한 측정 유닛(MEi)은, 가령, 배기 가스나 유체의 온도, 어셈블리 온도와 같은 매체의 온도 및/또는 부품 온도나 표면 온도를 검출할 수 있다. 원론적으로, 측정 유닛(MEi)으로서 열 이미지 카메라 또는 다fms 방법에 의해, 테스트 대상(2)의, 테스트 대상 부품(PKi) 또는 테스트 대상 부품의 일부의 복잡한 3차원 온도 필드를 측정할 수도 있다.
적절한 수학적/물리적 방법을 적용하여, 테스트 대상(2)에 대해 취하였던 어떤 온도 측정치를 기초로 하여, 테스트 대상 또는 테스트 대상 부품(PKi) 또는 이의 일부(가령, 테스트 대상 부품(PKi)의 표면)의 전체 온도 필드(공간적 온도 분포)를 이끌어 낼 수 있다. 이러한 타입의 방법은 가령, 스플라인 함수를 통한 알려진 보간법이나 유한 원소의 방법을 사용하여, 측정점들(MSi) 간의 온도 및/또는 공간적 온도 곡선을 추정할 수 있다.
테스트 대상(2)에 측정 유닛(MEi)을 사용하여, 배기 가스 시스템(11)이나 흡입 공기 흐름을 통해 배기 가스의 흐름과 같은 매체 흐름을 측정할 수도 있다. 배기 가스 압력과 같이 매체 압력이 취해질 수 있는 다른 가능한 측정치도 다양한 점에서 구축될 수 있다.
마찬가지로, 테스트 벤치(1) 상의 측정 유닛(MEi)으로, 테스트 대상(2)의 테스트 대상 환경의, 바람직하게는 테스트 대상(2)의 바로 근접한 측정 변수(MGi)를 추가적으로 측정할 수 있다. 테스트 대상 환경의 측정 변수(MGi)는 가령, 기압, 환경적인 온도, 습도 등일 수 있다. 도면의 간결성을 개선하기 위해, 측정점(MSi), 측정 유닛(MEi) 및 측정 변수(MGi) 모두가 도 2와 3에 표시되지는 않았다.
테스트 벤치(1) 상의 테스트 대상 부품(PKi)에 대해 원하는 또는 미리 규정된 방식으로 열 전달 프로세스를 시뮬레이트하기 위해, 적어도 하나의 열 흐름 작동기(15j, j = 1, ..., k)가 제공된다. 원하는 열 전달 프로세스는 적어도 하나의 열 흐름 작동기(15j)에 의해 테스트 대상 부품(PKi) 상에서 생성되는데, 공간(x)과 시간(t)에 대해 가변적인 것이 바람직한 특히 열 흐름() 또는 열 플럭스 밀도()의 형태이다. 간단히 하기 위해, 오직 과 가 이하에서 사용될 것이다. 열 흐름()은 열 플럭스 밀도()의 적분형이고, 두 변수는 등가 방식으로 사용될 수 있다. 그러므로, 열 흐름()만이 이하에서 사용될 것인데, 등가 방식으로 열 플럭스 밀도() 또는 열 흐름()과 등가인 임의의 다른 변수를 포함하는 것도 이해되어야 한다.
열 흐름 작동기(15j)는 열 싱크, 열 소스 또는 둘 다를 나타낼 수 있다. 다양한 장치가, (임의의 방향으로) 열을 전달하거나, 특히 테스트 대상 부품(PKi)이 열 흐름()을 겪을 수 있도록 하는 열 흐름 작동기(15j)로 고려될 수 있다. 물 또는 공기 열 교환기, 유체 흐름 장치(가령, 블로워, 벤츄리 흐름 장치), 펠티에 요소, 물 등과 같은 유체를 뿌리기 위한 스프레이 노즐이 고려가능한 장치이다. 그러므로, 이는, 도 2 및 3에 표시된 바와 같은 열 흐름 작동기(15j)로서, 원칙적으로, 테스트 벤치 조절을 위한 종래의 조절 유닛(16)이라도 사용가능하다는 것을 의미한다. 동일한 방식으로, 열 흐름 작동기(151, 152 및 153)가 있는 도 3에 도시된 바와 같은 열 흐름 작동기(15j)로서, 가령, 흡입 공기 조절, 충전 공기 조절, 오일 조절 또는 연소 엔진(10)의 냉각제 조절과 같은 테스트 벤치(1)의 블로워(8) 또는 조절 유닛(16)의 매체 조절 유닛을 사용할 수 있다. 이러한 종류의 매체 조절 유닛은 전형적으로 각각의 매체에 대한 열 교환기로 구성된다. 따라서, 이는 테스트 대상(2) 및/또는 테스트 대상 부품(PKi)이 구체적이고, 바람직하게 미리설정된, 공간과 시간에 걸쳐 가변하는 열 전달을 겪게되는 것을 의미하는데, 이러한 열 전달은 테스트 대상(2)이 열 흐름 작동기(15j)과 열 흐름()에 의해, 테스트 대상 환경과 교환된다.
열 흐름 작동기(15j)의 정확한 컨피규레이션은 본 발명의 목적에 부수적이다. 열 흐름 작동기(15j)에 대한 명시된 요구사항은, 테스트 대상(2)의 테스트 대상 부품(PKi)로 열 흐름()을 생성하거나, 및/또는 테스트 대상(2)의 테스트 대상 부품(PKi)로부터 멀리 열 흐름()을 생성할 수 있는 것뿐이다. 이는, 임의의 열 흐름 작동기(15j)는 테스트 대상(2)으로 열을 공급하거나, 및/또는 이로부터 열을 소실시킬 수 있다.
측정 유닛(MEi)을 사용하여, 열 흐름 작동기(15j)가 블로워(8)일 때(가령, 측정 유닛(MEn)이 있는 도 2 참조) 블로워 속도나 공기의 흐름 속도, 또는 열 흐름 작동기(15j)가 열 교환기일 때, 열 교환기 유체(공기, 물, 등)의 유체 흐름과 같이, 열 흐름 작동기(15j)의 측정 변수를 검출할 수 있다.
적어도 하나의 열 흐름 제어기(17)는 원하는 열 흐름()을 조절하기 위한 열 흐름 작동기(15j)의 작동을 다룬다. 열 흐름 제어기(17)의 실행은 테스트 벤치(1) 상의 별도의 유닛으로(도 3에서 볼 수 있는 바와 같이), 및/도는 열 흐름 작동기(15j) 내에 통합되어, 및/또는 테스트 벤치 자동화 유닛(3)의 일부로서(도 2에서 볼 수 있는 바와 같이) 달성될 수 있다.
따라서, 열 흐름 제어기(들)(17)에 의한 열 흐름 작동기(15j)를 제어하는 것은 멀티-변수 제어이고, 이는 적어도 하나의 측정 변수(MGi), 특히, 특정한 열 흐름()을 생성하는 대상을 가지고, 테스트 대상(2)의 측정점(MSi)에서의 온도를 프로세스한다. 실제 변수를 검출하기 위한 측정 유닛(MEi)이 열 흐름 작동기(15j)를 제어하는데 필요하다면, 대응되는 측정 유닛(MEi)이 제공되어야 한다. 대안예로서, 다른 측정 변수(MGi)에 기초하여 필수적인 실제 변수를 계산할 수 있다. 임의의 적절한 제어 법칙은 열 흐름 제어기(17)에서 실행될 수 있으며, 제어 법칙의 구체적인 실행은 본 발명의 목적에 부수적이다.
측정 유닛(MEi)은 이들의 측정 변수(MGi)를 열 흐름 제어기(17)로 공급하고, 이는 대응되는 측정 변수(MGi)를 프로세스하며, 필요하면, 측정 유닛은 상기 변수를 테스트 벤치 자동화 유닛(3)이나 시뮬레이션 유닛(20)에도 공급한다.
조절되어야 하는 개개의 테스트 대상 부품(PKi)에 대한 열 흐름 작동기(15j)의 효과는 대개 커플링 된다. 이는, 열 흐름 작동기(15j)는 복수의 테스트 대상 부품(PKi)에서 동시에 작동한다는 것을 의미하고, 테스트 대상 부품(PKi)은 동시에 복수의 열 흐름 작동기(15j)에 의해 영향을 받는다는 것을 의미한다. 그러므로, 열 흐름 작동기(15j)를 제어하기 위하여, 개개의 열 흐름 작동기(15j)를 디커플링하는 것이 바람직하다. 많은 참고문헌이 기술 분야의 관련된 알려진 방법을 기술하는 문헌에서 발견되었고(가령, J. K. Hedrick, A. Girard, "Control of Nonlinear Dynamic Systems: Theory and Applications," 2005; here: particularly Chapter 8 and S. Skogestad, I. Postlethwaite "Multivariable Feedback Control - Analysis and Design, 2nd Edition, 2001; here: particularly Chapters 9, 10 and 3.4.1), 이는 더 자세히 논의되지 않는 이유가 된다.
서로 다른 테스트 대상 부품(PKi)와 각각의 할당된 열 흐름 작동기(15j) 간에 커플링이 없는 한, 스탠드 어론 열 흐름 제어기(17)로 디커플링 없이도, 비집중화된 제어를 달성할 수 있다.
이와 함께, 열 흐름 작동기(15j)는 시공간적으로 가변하는 열 플럭스 필드() 또는 테스트 대상 부품(PKi)에 비슷하게 작용하는 열 플럭스 밀도 필드()를 테스트 대상(2)에서 생성한다. 열 흐름 작동기(15j)가 디커플링될 때, 조절될 테스트 대상 부품(PKi) 상에서 열 플럭스 필드() 또는 비슷하게 열 플럭스 밀도 필드()를 낳는다.
테스트 대상 부품(PKi)은 i = 1, ..., s인 유한한 세그먼트(Si)로 분할되는 것이 바람직하다. 세그먼트(Si)에서의 상기 분할은 요구사항 또는 응용예에 적합한 입상(granularity)에 의해 실행될 수 있다. 세그먼트(Si)는 가령, 배기 가스 시스템(11) 또는 배기 가스 시스템(11)의 배기 가스 사후처리 유닛(12, 13)과 같은 완전한 테스트 대상 부품(PKi)일 수 있다. 여전히, 세그먼트(Si)는 동일한 방식으로 핑거 세그먼트로 분할 될 수 있는데, 가령, 테스트 대상 부품(PKi)은 복수의 세그먼트(Si)로 분할될 수 있다. 가령, 배기 가스 시스템(11)은 10개의 세그먼트(Si)로 분할 될 수 있다. 그러나, 원칙적으로, 가령, 배터리와 같은 전체 테스트 대상(2)이 세그먼트(Si)일 수도 있다. 세그먼트(Si)의 구체적인 분할은 본 발명의 맥락에서 부수적이다. 그러나, 열 흐름 작동기(15j)의 i = 1, ..., k의 수는 세그먼트(Si)의 i = 1, ..., s의 수와 매칭되어야할 필요는 없다는 것이 중요하다. 사실상, 전형적으로, 매칭되지 않을 것이다. 열 흐름 작동기(15j)에 의해 생성되었던 열 플럭스 필드() 때문에, 따라서, 세그먼트-열 흐름()을 낳고, 이는 테스트 대상 환경으로부터 각각의 세그먼트(Si)로, 또는 테스트 대상 환경 내의 각각의 세그먼트(Si)로부터의 열 흐름을 의미한다. 도 4는 본 실시예에서 개략적인 도면이고, 테스트 대상 부품(PKi)은 6개의 세그먼트(Si)로 분할되었다.
열 흐름 작동기(15j)는 테스트 대상 부품(PKi)으로 및/또는 테스트 대상 부품(PKi)으로부터 열 흐름()을 생성한다. 이전에 기술된 바와 같이, 측정 유닛(MEi)은 테스트 대상(2)의 어떤 측정점(MSi)에 제공되고, 필요하면, 테스트 대상(2)의 환경에 제공되어서, 적어도 온도가 테스트 대상(2)에 대해 측정된다. 측정 유닛(MEi)을 사용하여, 테스트 대상(2) 및/또는 테스트 대상 부품(PKi)의 측정 변수(MGi)를 검출할 수 있고, 테스팅 공간 내의 기압이나 습도와 같은 테스트 대상(2)의 테스트 대상 환경의 측정 변수(MGi) 또는 흐름 속도와 같은 열 흐름 작동기(15j)의 측정 변수(MGi)를 검출할 수도 있다. 측정 유닛(MEi)에 의해 검출된 측정 변수(MGi)는 열 흐름 제어기(17)로 공급되는데, 상기 열 흐름 제어기는 원하는 세그먼트 열 흐름()(설정점 설정)을 조절하기 위하여, 실행된 제어 법칙에 따라 열 흐름 작동기(15j)에 대한 조작된 변수를 이제 계산한다. 따라서, 타겟화된 방식으로, 물리적인 자동차에 의해 실제 테스트 실행의 실제 환경과 같은 요구사항과 가능한 많이 일치하는 세그먼트(Si) 상의 세그먼트 열 흐름()을 조절할 수 있다. 당연히, 세그먼트 열 흐름()의 조절을 가능하게 하는 방식으로, 열 흐름 작동기(15j)는 테스트 벤치(1)에 배치된다.
그러므로, 테스트 벤치(1)의 테스트 대상(2)이 열 플럭스 필드()를 겪도록 하는, 유연하고, 개방적이고 확장가능한 일반화된 IO 시스템(센서, 작동기, 제어기 포함)이 기술되는데, 상기 열 플럭스 필드는 공간과 시간에 걸쳐 가변하고, 각각의 테스트 실행과 테스팅 임무에 대응하는 품질과 역학의 적절한 레벨을 제공한다.
본 발명에 따르면, 시뮬레이션 유닛(20)(적절한 시뮬레이션 하드웨어 및/또는 시뮬레이션 소프트웨어의 형태임)에 세그먼트 열 흐름()을 생성하기 위한 상기 열 플럭스 필드()의 설정점 설정이 제공된다. "실시간 능력"을 가진 적어도 하나의 적절한 시뮬레이션 모델(22)에 기초하여, 이러한 시뮬레이션 유닛(20)은, 공간과 시간에 걸쳐 가변하는 열 플럭스 필드()를 통해 조절되는 세그먼트 열 흐름()의 형태로 설정점을 생성한다.
이제, 실제 테스트 대상(2)이 전반적인 자동차의 가상 세계에 통합되고, 가상 세계의 환경에서 시뮬레이트되는(X-인-더-루프 시뮬레이션), 가상 트라이얼 런(테스트 실행)을 수행할 수 있다. 이는, 가령, 시뮬레이션 모델(22)이 가상 세계를 통해 가상 자동차를 이동시킨다는 것을 의미한다. 또한, 시뮬레이션 유닛(20)은 테스트 벤치 자동화 유닛(3)에서 실행될 수 있다. 테스트 벤치(1) 상의 가상 테스트 실행을 위한 시뮬레이션은 실시간인 것이 바람직한데, 즉, 열 흐름 작동기(15j)를 사용하여 요구되는 열 플럭스 필드()를 생성하기 위해, 현재 설정점값이 가령, 밀리초 내지 분 범위에서 각각의 시간 증가에 대해 계산된다.
시뮬레이션 모델(22)은 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 열적인 시뮬레이션 모델(23)을 포함하는데, 이는, 테스트 대상(2)이나 테스트 대상 부품(PKi)이 물리적 자동차 내에 포함되었고 상기 자동차가 미리 규정된 루트를 따라 이동한다면, 어떻게 테스트 대상(2) 및/또는 테스트 대상 부품(PKi)이 환경과 열적으로 상호작용하는지를 시뮬레이트한다. 테스트 대상 부품(PKi)의 이러한 환경은 테스트 벤치에 사용가능하지 않는 자동차 부품(가령, 인접한 자동차 어셈블리나 부품)과 자동차의 환경(가령, 공기 흐름, 도로 표면,...)으로 구성된다. 그러므로, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 테스트 벤치(1) 상에 물리적으로 존재하지 않은 자동차 부품(필요하면, 테스트 벤치 상에 포함된 부품도) 및 환경(공기 흐름, 도포 표면 등, 가령, 언더후드 형태 및 하부 모델)의 열적인 행동을 특히 시뮬레이트한다. 이러한 열적인 상호작용은 열 흐름 작동기(15)의 도움으로 테스트 벤치(1) 상에서 시뮬레이트되는 열 흐름을 그 자체적으로 나타낸다.
또한, 자동차 모델(24), 운전자 모델(25), 도로 또는 루트 모델(26), 휠 모델(27) 등을 도 5의 예시적인 방식으로 도시된 시뮬레이션 모델(22)에서 실행할 수 있다. 또한, 자동차의 환경을 시뮬레이트하는 환경 모델을 실행할 수도 있다. 시뮬레이션 모델(22)의 서로 다른 부분적인 모델은 테스트 실행을 실행하기 위하여, 함께 작동하고, 테스트 대상(2)과 자동차의 환경의 열적인 상호작용을 고려한다. 시뮬레이션 모델(22)을 사용하여, 다양한 종류의 운전자 행동(보수적인, 공격적인 등), 도로 조건(가령, 빗길, 얼음, 다양한 도로 포장 등) 또는 타이어와 같은 다른 영향을 시뮬레이트할 수 있다. 따라서, 열 플럭스 필드()는, 특정한 환경 조건을 설명하는 시뮬레이트된 드라이빙 상황으로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 스포티한 운전자는 커브를 자를 것이고, 그래서 운전자는 도로 상의 유빙 위에 또는 물웅덩이(가령, 물 뿌림) 위를 운전하는 반면, 보수적인 운전자는 도로의 라인을 따라가서, 유빙이나 물 웅덩이를 피할 것이라는 것을 상정할 수 있다. 이는 테스트 대상(2)에 열 전달 프로세스를 직접적인 영향을 가진다. 테스트 벤치(1) 오른편에, 자동차에 대한 실제 제어 요소, 가령, 스티어링 휠, 가스 페달, 브레이크 페달, 기어 시프트 등을 제공할 수 있고, 이는 테스트 실행에서 활동적으로 간섭하는데 사용될 수 있다. 바람직하게, 시뮬레이션은 실시간으로, 요구되는 시간 레졸루션으로 실행된다.
다양한 부분 모델(자동차 모델(24), 운전자 모델(25), 도로 또는 루트 모델(26), 휠 모델(27), 열적인 시뮬레이션 모델(23)의 일부로서 언더후드 및 하부 모델 등) 대신에, 가령, 종래의 시간-기반 또는 경로-기반의 속도 설정의 형태로 테스트 실행이 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 구체적인 테스트 실행은 부분 모델 또는 시간-기반 또는 경로-기반의 설정을 기초로 결정되는데, 테스트 대상(2)의 환경과의 열적인 상호작용은 열적인 시뮬레이션 모델(23)에 의해 시뮬레이트된다.
시뮬레이션 유닛(20)은 인터페이스(21)(도 5)를 더 포함하는데, 이에 의해, 시뮬레이션 모델(22)에 필요한 측정 변수(MGi)는 물론 테스트 대상(2)의 실제 변수(가령, 하나 이상의 실제 속도(nist,x)또는 부하 머신(5), 하나 이상의 셀제 토크(Mist,z)가 공급될 수 있고, 시뮬레이션 모델(22)은 테스트 대상(2)(가령, 쓰로틀 위치 αsoll) 및/또는 테스트 벤치(1)(가령, 부하 머신(5)의 설정점 토크 Msoll 및/또는 설정점 속도(nsoll) 또는 복수의 부하 머신에 대한 복수의 설정점 토크 및/또는 설정점 속도) 및/또는 특히 열 흐름 작동기(15j)의 테스트 실행을 제어하기 위한 계산된 설정점 값을 출력한다. 필요하면, 인터페이스(21)는 측정 변수(MGi)에 대한 필터와 같은 필요한 신호 프로세싱 메카니즘을 제공한다. 시뮬레이션 유닛(20)에 측정 변수(MGi)를 제공함에 의해, "시뮬레이션 루프"는 폐쇄되고, 테스트 대상(2)은 사실상 가상-실제 세상의 "인 더 루프"에 통합된다.
테스트 대상 부품(PKi)과 환경과의 열적인 상호작용을 재생하는 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 가령, 물리적 모델, 실험적 모델 또는 트레이닝된 모델(신경 네트워크, 선형 모델 네트워크 등)의 형태로, 임의의 방식으로 설계될 수 있다. 게다가, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 테스트 벤치(1)에 실제로 존재하고, 측정되지 않거나 측정 불가능한 변수(가령, 온도)(가령, 제어 관측자에 의해)를 재구성하기 위해 검사되는 테스트 대상 부품(PKi)의 행동을 재생할 수 있다. 각각의 미리설정된 시간 증가에 따라, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 적어도 하나의 세그먼트(Si), 바람직하게는 테스트 대상(2)의 각각의 세그먼트(Si)에 대한 세그먼트 열 흐름()에 대한 설정점을 결정한다. 이를 위해, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 관련 측정점(MSi)에서 측정 유닛(MEi)에 의해 측정되었던 적어도 하나의 온도(또는 또 다른 등가의 물리적 변수)를 프로세스한다. 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 가령, 질량 또는 부피 흐름, 기압, 주변 온도 등과 같은, 측정 변수(MGi)도 프로세스할 수 있다는 것이 이해된다. 측정 변수(MGi)에 필요한 것은 열적인 시뮬레이션 모델(23)의 각각의 실행에 의존할 것이고, 필요하면, 시뮬레이션 모델(22)의 다른 모델의 각각의 실행에 의존할 것이다. 열적인 시뮬레이션 모델(23)에 필수적인 측정 변수(MGi)는 직접적인 측정에 기초하여 획득되지 않고, 다른 측정 변수(MGi)를 기초로 하여, 가령, 적절한 관측자를 통해서나 관측자를 계산함에 의해, 추정될 수도 있다. 배기 가스 시스템(11)의 예를 사용하여, 배기 가스 시스템(11) 내로 들어가고 밖으로 나가는 배기 가스의 입력 온도와 출력 온도의 측정치 및 배기 가스 시스템(11)을 통과하는 배기 가스 질량의 측정치에 기초하여, 배기 가스 시스템(11) 상의 상이한 위치에서의 표면 온도를 계산할 수 있다.
열적인 시뮬레이션 모델(23)은 테스트 실행의 변수, 가령, 시뮬레이션 모델(22)의 다른 모델로부터 획득되거나 자동차 속도와 같은 설정점 속도로부터 획득된 변수를 더욱 프로세스할 수 있다. 바람직하게는, 테스트 실행은 시뮬레이션 모델(23)에 포함될 수 있는 가령, 공기 온도, 습도 등과 같은 미리설정된 환경 조건일 것이다. 그러나, 열적인 시뮬레이션 모델(23)에 포함될 수 있는, 가령, 번개, 자동차의 연장 시간이나 물 웅덩이를 운전하는 것과 같은 이벤트도 미리설정될 수 있다.
인터페이스(21)를 통해, 가령 수치적으로나 모델-기반으로 결정되었던 세그먼트 열 흐름()의 설정점은 열 흐름 제어기(17)로 공급되는데, 상기 열 흐름 제어기는 이들 설정점을 복수의 열 흐름 작동기(15j)에 의해 각각의 미리설정된 시간 증분으로 제어 품질의 특정 레벨로 조절하는데, 적어도 하나의 열 흐름 작동기(15j)가 적어도 하나의 세그먼트(Si), 바람직하게는 모든 세그먼트(Si)에 제공된다. 그 안의 품질은 다른 인자보다도 열 흐름 작동기(15j)의 구체적인 실행에 의존한다. 이를 위해, 열 흐름 작동기(15j)에 사용가능한 j에 대한 조작된 변수는 실행된 제어 법칙에 따라 열 흐름 제어기(17) 내의 세그먼트 열 흐름()의 설정점에 기초하여 계산되고, 대응되는 열 흐름() 및/또는 열 플럭스 필드()를 생성하는, 열 흐름 작동기(15i)에 대해 미리설정된다.
다음 예시는 본 발명에 따른 방법을 나타내려고 한다. 테스트 대상(2)은 실제 자동차에 통합되고, 실제 트라이얼 런의 맥락에서 실제 테스팅 지형을 가로질러 이동한다. 이는 테스트 대상(2)에서 정의된 세그먼트(Si)의 특정한 실제 세그먼트 열 흐름()를 초래한다. 이제 대상은 적절한 열적인 시뮬레이션 모델(23)로부터의 설정점으로서, 테스트 벤치(1) 상의 가상 트라이얼 런, 즉, 테스트 실행에서 이들 실제 세그먼트 열 흐름()을 생성하는 것으로 구성되고, 이는 실제 트라이얼 런 동안에 발생한다. 물리 법칙에 따르면, 상기 세그먼트 열 흐름()는 가령, 열 전도, 대류, 열 방사에 의해, 측정점(MSi)를 통해 검출되는 테스트 대상(2)의 결과인 온도 필드에 현저히 의존한다. 이를 위해, 테스트 대상(2)의 온도는 측정점(MSi) 상의 매 시간 증분마다 측정되고, 열적인 시뮬레이션 모델(23)에 기초하며, 세그먼트 열 흐름()는 열 흐름 제어기(17)와 열 흐름 작동기(15j)에 의해 테스트 벤치(1)에서 계산되고 조절된다.
측정점(MSi)와 세그먼트(Si) 사이에 1:1 대응이 있을 필요가 없다는 것도 일반적으로 주의해야 한다. 예를 들어, 개개의 세그먼트에 대해, 여러번 온도를 측정할 수 있는 반면, 다른 한편으로, 다른 세그먼트(Si)에 대해, 온도 측정이 모두 요구되지 않는다. 이러한 세그먼트에 대해, 온도 필드는 이들 예시로 추정될 뿐이다.
세그먼트 열 흐름()를 제어하기 위한 정보 흐름은 도 6의 일반화된 형태로 한 번더 도시된다. 복수의 측정 변수(MGi)는 측정 유닛(MEi)을 사용하여, 테스트 대상(2)의 특정한 측정점(MSi)에서 검출된다. 온도(또는 등가의 물리적 변수)는 그 안의 테스트 대상(2)의 하나의 측정점(MSi)에서 적어도 검출된다. 또한, 가령, 환경적 변수(주변 온도, 습도, 기압 등)와 같은 다른 측정 변수(MGi)는 물론, 상기에서 설명된 질량 또는 부피 흐름을 더 측정할 수 있다. 인터페이스(21)를 통해, 측정 변수(MGi)는 시뮬레이션 유닛(20) 내의 시뮬레이션 모델(22)의 열적인 시뮬레이션 모델(23)로 공급되고, 시뮬레이션 모델(22)의 추가 모델로도 공급될 수 있다. 측정 변수(MGi)에 기초하여, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 세그먼트(Si) 상의 세그먼트 열 흐름()의 설정점을 결정한다. 세그먼트 열 흐름()의 이들 설정점은 열 흐름 작동기(15j)에 의한 조절을 위해 열 흐름 제어기(17)로 공급된다. 열 흐름 작동기(15j)는 필수적인 관련 열 흐름()을 생성하고, 이는 조절될 테스트 대상 부품(PKi) 또는 세그먼트(Si)에 작용한다.
세그먼트 열 흐름()이 연속적인 시간 증분마다 빠르게 변하는 경우, 가령, 물 웅덩이를 통과하며 운전할 때, 가령, 물 웅덩이로부터 많은 양의 물이 배기 가스 시스템(11)의 뜨거운 머플러에서 증발하고, 열 흐름 작동기(15j)는 제한된 역학 특성 때문에, 세그먼트 열 흐름()의 이러한 빠른 변화를 조절할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에, 적어도 세그먼트 열 흐름()는 적절히 선택된 시간 윈도우, 가령, 1 분에 걸쳐 적분 평균(integral mean)으로 조절되어서, 적분적으로 교환된 열이 더 긴 시간 주기에 걸쳐 테스트 실행과 일치할 것이다.
테스트 실행에 따른 부하 머신(5)에 의해 테스트 벤치(1) 상의 테스트 대상(2)의 부하 상태를 조절하기 위해, 시뮬레이션 유닛(20)은 정보를 테스트 벤치 자동화 유닛(3) 및/또는 작동기 제어기(4)와 교환할 수 있다.
본 발명이 배기 가스 시스템(11)의 예시에 기초하여 기술되었지만, 자동차의 다양한 테스트 대상 부품(PKi) 및 다른 것의 사용도 명백하게 가능하다. 특히 관심있는 것은, 가령 연소 엔진, 하이브리드 자동차의 라디에이터나 파워팩을 테스트 대상 부품(PKi)로 사용하는 것인데, 각각의 예시에서 복수의 세그먼트(Si)도 제공될 수 있다. 따라서, X-인-더-루프 테스트 벤치(1)는 본 발명으로 실현되는데, 특정 자동차 부품("X")에 대하여, 물리적으로 실제 하드웨어는 테스트 벤치(1)에 포함되고(테스트 대상(2)), 테스트 실행되면서, 트라이얼 런이 시뮬레이션 유닛(20) 내에 포함된 테스트 대상(2)을 가진 자동차로 시뮬레이트된다. 전체 자동차를 자동차 부품으로 볼 수 있다. 시뮬레이션은 테스트 대상(2)과 테스트 대상의 환경과의 열적인 상호작용을 열 전달 프로세스 형태로 시뮬레이트하고, 테스트 대상(2)은 실제 트라이얼 런(trial run)의 코스를 경험할 것이다. 그러나, 특히 , 임의의 다른 허구의 열 전달 프로세스를 사전설정하고, 테스트 실행의 코스와 동일하게 사용할 수 있다. 이러한 시뮤레이션으로부터 기인한 열 전달 프로세스는 열 흐름 작동기(15j)에 의해 테스트 벤치(1)에서 조절된다. 테스트 벤치(1)에서의 결과적인 테스트 실행은 실제와 매우 흡사한다.

Claims (8)

  1. 테스트 벤치(1) 상에서 테스트 실행을 수행하기 위한 방법에 있어서, 자동차 또는 자동차의 부품의 형태인 테스트 대상(2)은 테스트 벤치(1)에 물리적으로 설치되고 작동되며, 시뮬레이션 모델(22)을 가진 시뮬레이션 유닛(20)은 테스트 실행을 시뮬레이트하되, 적어도 하나의 온도는 테스트 벤치(1) 상의 테스트 실행 동안에, 테스트 대상(2)의 측정된 변수(MGi)로서 측정점(MSi)에서 측정되고, 테스트 대상(2)의 적어도 하나의 테스트 대상 부품(PKi)은 복수의 세그먼트(Si)로 분할되며, 테스트 동안에, 자동차의 환경과 적어도 하나의 세그먼트(Si)의 열적인 상호작용은 시뮬레이션 모델(22)의 열적인 시뮬레이션 모델(23)에 의해 시뮬레이트되고, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 적어도 하나의 세그먼트(Si)로 공급되거나 소실되는 세그먼트 열 흐름()을 계산하고, 상기 세그먼트 열 흐름()은 테스트 대상이 열 흐름()을 겪도록 하는 복수의 열 흐름 작동기(15j)에 의해 측정된 온도의 함수로서 적어도 하나의 세그먼트(Si)에 대해 조절되는, 테스트 벤치(1) 상에서 테스트 실행을 수행하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 시뮬레이션 모델(22)은, 자동차 모델(24), 운전자 모델(25), 도로 또는 루트 모델(26), 휠 모델(27), 환경 모델 중 하나 이상을 추가적으로 포함하는, 테스트 벤치(1) 상에서 테스트 실행을 수행하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 테스트 대상(2)의 적어도 하나의 추가적인 측정 변수(MGi)가 시뮬레이션 모델(22)에서 검출되고 프로세스되는, 테스트 벤치(1) 상에서 테스트 실행을 수행하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 테스트 대상(2)의 테스트 대상 환경의 적어도 하나의 추가적인 측정 변수(MGi)가 시뮬레이션 모델(22)에서 검출되고 프로세스되는, 테스트 벤치(1) 상에서 테스트 실행을 수행하기 위한 방법.
  5. 테스트 실행을 수행하기 위한 테스트 벤치에 있어서, 자동차 또는 자동차의 부품의 형태인 테스트 대상(2)은 테스트 벤치(1)에 물리적으로 설정되고, 시뮬레이션 모델(22)을 가진 시뮬레이션 유닛(20)은 테스트 실행을 시뮬레이트하며, 테스트 벤치(1) 상에서, 적어도 하나의 측정 유닛(MEi)은, 측정된 변수(MGi)로서 테스트 벤치(1) 상의 온도를 검출하는 테스트 대상(2)에 제공되고, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은, 테스트 실행 동안에, 테스트 대상의 테스트 대상 부품(PKi)의 적어도 하나의 세그먼트(Si)와 자동차의 환경과의 열적인 상호작용을 시뮬레이트하는 시뮬레이션 유닛(20)에서 실행되고, 열적인 시뮬레이션 모델(23)은 적어도 하나의 세그먼트(Si)로 공급되거나 소실되는 세그먼트 열 흐름()을 계산하고, 적어도 하나의 열 흐름 작동기(15j)는 테스트 대상(2)이 열 흐름()을 겪도록 하는 테스트 벤치(1) 상에 제공되고, 적어도 하나의 열 흐름 작동기(15j)의 열 흐름()을 제어하여서, 측정된 온도의 함수로서 적어도 하나의 세그먼트(Si)에서의 세그먼트 열 흐름()을 조절하는 열 흐름 제어기(17)가 제공되는, 테스트 실행을 수행하기 위한 테스트 벤치.
  6. 제 5 항에 있어서, 자동차 모델(24), 운전자 모델(25), 도로 또는 루트 모델(26), 휠 모델(27), 환경 모델 중 하나 이상은 시뮬레이션 모델(22)에서 추가적으로 실행되는, 테스트 실행을 수행하기 위한 테스트 벤치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 테스트 대상(2)의 추가로 측정되는 변수(MGi)를 검출하는 적어도 하나의 추가적인 측정 유닛(MEi)이 테스트 벤치(1)에 제공되며, 상기 추가로 측정되는 변수(MGi)는 시뮬레이션 모델(22)에 의해 프로세스되는, 테스트 실행을 수행하기 위한 테스트 벤치.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 테스트 대상(2)의 환경의 추가로 측정되는 변수(MGi)를 검출하는 적어도 하나의 추가적인 측정 유닛(MEi)이 테스트 벤치(1)에 제공되며, 상기 추가로 측정되는 변수(MGi)는 시뮬레이션 모델(22)에 의해 프로세스되는, 테스트 실행을 수행하기 위한 테스트 벤치.
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