用于在机动车的测功机测试中使用的方法和系统与流程

本发明涉及一种车辆的测功机测试，并且具体涉及一种用于在测功机测试具有至少一个轮轴和用于将动力施加至所述第一轮轴的动力源的车辆时使用的方法。

背景技术：

车辆的测功机测试本身是已知的并且可例如通过装备有支撑车轮的大辊的辊式(辊道)测功机来完成，并且所述辊式(辊道)测功机用于将制动转矩施加至车辆的驱动轮上。然而，这样的系统不能一直提供期望的测量精度和/或测量自由度。

用于车辆的测功机测试的另一种车辆测功机系统在美国专利US4669318(埃)中公开。该文件涉及一种用于车辆的测功机测试的设备，其中呈静液压泵组件形式的负载吸收机构具有输入轴，用于与待测试的车辆的驱动轴接合。每个驱动轴固定地连接至这种单独的设备，由此可精确地测量来自车辆的总有效转矩。

还能够使用在US4669318中所公开的这种测功机测试系统来完成同时用于两轮驱动系统和四轮驱动系统的更复杂的测试。这样更复杂的测试例如在国际专利申请WO2007/133154Al(恩斯特罗姆)中公开。

车辆变速器逐渐变得复杂，并且可包括用于为车辆的轮轴提供动力的各种动力源。这些动力源可布置成提供推进动力以及还例如在用于再生制动时提供制动动力。车辆变速器的复杂性的增加给测功机测试系统提出了相应的挑战。也存在对于测试的要求，其中，甚至能够获得有关例如车辆发动机的进一步的信息。以上也应用到车辆动力系统元件的测功机测试。

发明目的以及发明的最重要的特征

本发明的目的是提供一种用于在车辆的测功机测试中使用的方法，其能够得到非常精确的测量结果。

根据本发明，提供了一种用于通过在第一输出轴上进行测量以在至少一个车辆动力系统元件的测功机测试中使用的方法，所述第一输出轴连接至车辆测功机系统的测功机动力源，所述测功机系统布置成测量反作用负载，所述方法在测试至少一个车辆动力系统元件时包括:

确定所述第一测功机动力源的第一反作用负载的第一测量值；

确定惯性矩对所述第一反作用负载的所述第一测量值的影响；以及

通过所述惯性矩的影响来补偿所述第一反作用负载的所述第一测量值。

根据一个实施例，所述第一输出轴是车辆的第一轮轴、例如半轴，所述车辆包括至少所述第一轮轴和用于将负载提供至所述第一轮轴的至少一个第一车辆动力源，所述第一轮轴连接至车辆测功机系统的测功机动力源。

根据一个实施例，所述测功机包括定子、安装在定子中用于转动的转子、支撑定子且通过从动车轴将所施加的转矩传送至测功机的定子保持架、以及用于感测加载在定子保持架上的反作用转矩的装置。转子可例如为发电机的转子或者液压泵的输出轴。定子为发电机的定子/定子壳体或者液压泵的泵壳体。

以上所描述这种车辆测功机系统、即其中包括测功机动力源的测功机测试单元连接至车辆的轮轴的系统的使用在测试车辆时能够提供精确测量结果。例如，车辆可在快速加速期间进行测试，并且在整个车轮发动力速度范围内的轮转矩能够以准确的方式进行测量。

通常，转矩/负载可布置成通过在正在测试的轴上直接地测量的测量机构来测量。然而，该测量面临例如有关转动零件等的困难。可替换地，施加在转动轴上的转矩负载正如在本发明中能够通过测量反作用负载来测量。反作用负载/转矩的测量使用如下事实，即对于每一个动作，都存在相同和相反的反作用。对于测功机测量而言，这意味着负载/转矩可通过测量为防止测功机测试单元在这种情况下转动所要求的负载/转矩的量来测量。该负载通常称作和定义成并且此处也定义成反作用负载。

本发明因此涉及其中测量反作用负载的测功机测试系统，并且提供一种测量方法，所述方法在测量反作用负载时、特别在测功机所连接的轴的加速和减速期间能够得到更加准确的测量值。本发明可例如用于车辆测功机，其中，所述测功机连接至车辆的轮轴。本发明还涉及在一个或多个车辆动力系统元件上执行测试的测功机。

通常，在测试车辆和/或动力系统元件时，在测功机测试单元上的负载、例如通过测功机测试单元所显示的转矩可被精确地测量，其中，该测量结果提供令人满意的结果。然而，本发明的发明人已经意识到测量值的精度可更进一步地提高，并且这通过采用测功机测试单元的惯性矩所具有的对测量结果的同步影响来补偿所测量的反作用负载来实现。由转动轴和连接其的转动零件的加速/减速引起的惯性矩不会体现在反作用负载测量值中。

因此本发明特别适用于当轮轴的转动速度经历加速或者减速时。在该情况下，测功机测试单元的惯性矩例如由于测功机测试单元的转动零件的重量将对测量结果产生影响，即负载的一部分将被消耗用于测功机测试单元的转动零件的加速或者减速，并且因此，负载的由测功机测试单元的惯性矩所消耗的那部分将不体现在反作用负载的测量结果中。根据本发明，所测量的反作用负载因此被该惯性矩的影响所补偿，其中，补偿优选地与反作用负载的测量值同步。

因此，本发明适用于在车辆的加速和/或减速测试期间，并且测试已经证明精度在Ncm(牛顿厘米)量级，从而能够得到非常高的测量精度。

此外，本发明还适用并且可能特别适用于在其他种类的测量中使用。例如，对于所属技术领域的技术人员已知的是，常规的内燃机将气缸压力转化为活塞、连杆和曲轴上的转动运动。燃烧能量只在曲轴循环(即曲轴的360度转动)的一部分期间释放。该结果是在汽缸中的压力增量，这继而在曲轴处产生相应增大的转矩。

因此，例如四冲程发动机的压缩冲程将在曲轴上提供制动转矩。转矩因此在曲轴的360度转动上变化，这导致转动运动的不规律。为了减少这些不规律，发动机通常具有飞轮。

具有更大的惯性矩的飞轮使不规律大大减少。同时，重的飞轮与例如与重量和瞬态特性有关的缺点有关。为此，不规律尽管或多或少被均衡但是在传动系中还是存在的，并且该不规律被转移至输出轴。这些关于负载(转矩)以及还关于轮轴的转动速度的不规律或者变化可由测功机测试单元识别，并且根据本发明，所测量的变化可被补偿，以将测功机测试单元的惯性矩的影响考虑在内。

因此，也可在稳态操作中确定在曲轴转动期间的变化，并且根据本发明，这些变化的测量值能够由测功机测试单元的惯性矩的影响来补偿，也能够由如由曲轴的转动的一部分所表示的非常小的时间段期间所发生的变化来补偿，并因此由在单个发动机循环中发生的变化来补偿。对于所属技术领域的技术人员所已知的是，发动机循环是一个时间段，在该时间段期间，四冲程发动机的发动机输出轴(曲轴)将转动两圈，而二冲程发动机的发动机输出轴(曲轴)将转动一圈。

这种变化的测量具有如下优点，即例如可以识别和评估来自车辆发动机的一个或多个单个汽缸的转矩贡献。这允许例如可能的缺陷和可能的潜在改进具体地与发动机的单个汽缸相关，该单个汽缸包括阀装置、与它们的燃料和空气进给相关的端口设计以及排气装置。

因此，可确定发生在单个发动机循环期间的所述第一反作用负载的变化，并且这些变化可由所述第一测功机测试单元的所述惯性矩的影响通过测量针对该时刻的加速度来补偿，为了该加速度而测量了负载使得针对该时刻的测功机测试单元的惯性矩的影响可精确地用于补偿测量结果。因此，反作用负载的测量和加速度的确定可有利地同步。

有利地例如连续地完成用于多个(连续的或者非连续的)发动机循环的变化和用于惯性矩的影响的相关的补偿的测量，并且这可用于例如监控发动机的实时调整，以便立即地看到所述调整的效果。

该方法可在车辆测功机系统中完成，其中，测功机测试单元是以发电机作为动力源的一种。测功机测试单元还可具有用于控制制动的可控液压泵，以便在测试过程期间将制动转矩施加至机动车辆的轮轴。

测功机测试单元也可以是两个(或者更多个)测功机动力源的一类，用于将动力提供至车辆的同一轮轴、例如半轴，其中，所述动力源中的一个可为发电机。该种类的测功机测试单元与能够将两个测功机动力源的总容量合在一起的单个动力源的情况相比在成本/空间/基础结构要求方面允许更为有利的设计。在该情况下，可确定每个参与的动力源的惯性矩的影响并用于补偿测量值。

本发明进一步特征及其优点将从以下说明性的实施例的详细描述和附图中变得很清楚。

附图说明

现在参考附图将更详细的描述本发明，在附图中:

图1示出了根据本发明的示例性车辆测功机系统；

图2更详细地示出了在图1中公开的系统的测功机测试单元；

图3示出了根据本发明的示例性方法；以及

图4示出了使用车辆测功机系统进行测量的示例。

示例性实施例的描述

图1公开了装配用于使用根据本发明的车辆测功机系统进行测试的车辆100。

车辆100是两轮驱动的车辆，并且包括前桥轮轴105、106和后桥轮轴112、113。车辆100的轮子由于车辆正装配成用于测功机测试而未示出。

所公开的车辆100包括包含连接至齿轮箱102的内燃机101的传动系。齿轮箱102可为任何合适的种类的齿轮箱并且例如由手动变速器或者自动变速器构成。前桥轮(驱动)轴、例如半轴105、106从齿轮箱延伸至车辆100的前桥轮。

车辆100还包括电动机103，所述电动机在齿轮箱102的上游、而在离合器104的下游与内燃机串联连接。

车辆测功机系统连接至车辆100，并且包括测功机测试单元110、111。测功机测试单元110、111连接至测量和控制系统114、例如与显示装置115相联的计算机，借助计算机控制所述测试，并且系统的操作员借助计算机可初始化测试且提供用于完成测功机测试的必要信息。

在测试期间，测量和控制系统114将控制信号传送至测功机测试单元以要求所需要的负载(转矩)和转动速度。正如以下所描述的，转矩和转动速度能够以不同的方式来测量。测功机测试单元110-111可由大体上相同的测试单元组成，并且在图2中更详细地描述。

图2示出了根据本发明的测试单元111的示例，每个测功机测试单元110、111包括发电机201和用于测量施加至发电机的输出轴202的转矩的机构。正如上面提到的，本发明涉及测量反作用力的装置，并且根据所公开的实施例反作用负载/转矩可布置成借助利用应变仪和/或使用电驱动系统的转矩传感器来测量，该电驱动系统用于控制根据以下的发电机。

发电机输出轴202布置成刚性地连接至车辆100的驱动轴106。刚性连接可例如通过移除车轮且直接地或者借助合适的适配器204将发电机201的输出轴202附接至轮毂203来实现，以便以简单的方式来获得在车辆100和测功机测试单元111之间的刚性连接，从而利用车辆100的现有的轮子紧固件。刚性连接尤其具有轮轴的转动速度可通过测量发电机201的输出轴202的转动速度的合适的传感器来测量的优点。来自测量转动速度的传感器的传感器信号可接着用于确定轴的加速度。正如在本示例中的发电机的使用具有可通过使用发电机作为动力源来达到例如所公开的种类的传动系的复杂测量值的一般要求的优点，发电机可用作动力吸收机构并能够提供推进动力，例如使得能够模拟再生制动。根据一个实施例，正如以下所解释的，动力源相反地由液压泵组件组成或者由两个或者多个动力源的组合组成。

例如可自由地站立在地板上的测功机测试单元111、112因此只借助联接至轮轴(轮毂)的(刚性的)联轴器(并且可能是用于与车辆控制系统通信的一些种类的电子电线接头)连接至车辆，并且因此还优选地代替已经被卸下的轮子来"承载"车辆的重量。这个本身例如从以上所认为的和/或以一个或多个本发明的发明人作为发明人的更早的专利申请中已知。测试从更早的专利申请中也是已知的。

发电机(电动机)201经由电网借助电动机驱动器205来提供动力源，并且可构成例如AC马达。电动机驱动器205通过测量和控制系统114来控制，以使电动机201可设置为所要求的转动速度和转矩。在图中，所示的电动机驱动器205布置成例如安装在壁上或者作为自由柜与电动机201分开，并且借助一个或多个电缆连接至电动机201。

对于所公开种类的电动机驱动器而言，这些可用于非常精确地控制电动机的速度和负载转矩，并且在实现根据本发明的测功机测试单元时被有利地使用。该驱动器通常包括直接转矩控制器(DTC)，其允许电动机的转矩而不是电动机电流成为基本控制元素。

电动机的转矩在其为负载转矩或推进转矩时可在非常短时间周期、例如数毫秒内从零控制至全转矩，其因此使得该驱动器非常适用于车辆的测功机测试。所施加的转矩还可被速度控制并且因此应用于任何转动速度，即使是停止时。

所公开种类的车辆测功机系统例如用于在测试具有带有一个或多个电动机的传动系的车辆、例如在图1中所公开的种类的混合动力车辆时是有利的。该测试在此处未描述，因为正如以上所提及的它在根据以上的更早的申请中很好得描述。

对于所属技术领域的技术人员是已知的是，存在各种种类的电混合驱动器，并且本发明可用在任何这样种类的测试中。此外，本发明不限于与混合动力车辆一起使用，而也可用在例如电动车辆以及常规内燃机车辆的测试上。

本发明涉及一种用于在测试车辆时进一步提高测量精度的方法，并且根据本发明的示例性方法300在图3中所示。本发明将举例说明在识别在发动机循环过程中发生的变化的位置处进行的测试。正如所意识到的，本发明同样适用于例如未确定在发动机循环期间中发生的变化的位置处和在例如在车辆从第一车辆速度加速或者减速至第二车辆速度以及因此该加速/减速跨越了许多个发动机循环的期间中执行测试的位置处进行测试。

方法300从确定测量是否开始的步骤301中开始，该步骤301例如可以由测量和控制系统和/或系统的操作人员初始化。根据本发明的方法可例如布置成在车辆测试期间连续执行。当执行该方法时，该方法继续进行步骤302。

在步骤302中，获得反作用负载的测量值、例如反转矩的测量值，这正如以上所述例如可借助来自正如在US4669318中所描述的或者其他合适的方式的转矩传感器的信号和/或借助电驱动器系统来确定，从而测量车辆轴施加在测功机测试单元上的负载。反作用负载(转矩)可例如布置成在测试期间连续地测量。测量可包括连续接收例如可通过一些合适的采样率所给定的测量信号。

在步骤303中，获得轮轴的转动速度，这例如可借助合适的传感器来确定，传感器例如可布置成测量发电机的输出轴的转动速度或者例如在液压泵用于代替发电机时测量液压泵的输入轴的转动速度。与测量测功机测试单元的反作用负载一样，发电机的输出轴的转动速度以及因此的轮轴的转动速度可布置成在测试期间被连续测量，并且测量可包括连续接收例如可通过一些合适的采样率所给定的测量信号。

根据该实施例，负载的测量(例如取样)和转动速度的测量是同步的，即对于每个确定负载，相应的转动速度(加速度)在同一时间点处也是确定的。这在图4中示出，其中，曲线401表示正如通过测功机测试单元所测量的反作用转矩(负载)的变化。因此，曲线402表示正如根据以上所测量的转动速度的变化。所示的变化是在很短时间段期间发生的变化，并且该曲线是曲轴转角的函数。正如从图中可以看出的，公开了720度的曲轴转角(-360°至360°)，其对应于四冲程内燃机的一个发动机循环。所公开的示例是四缸发动机，其中，峰值403-406表示来自发动机的各个汽缸的转矩贡献。

所公开种类的测量提供了更详细地分析发动机例如关于针对不同操作条件下、例如在变化负载、发动机转速、燃料供给、进入/排出压力、点火位置等时的单个汽缸的转矩贡献的更高的可能性。曲线401的峰值例如通过增加来自在发动机输出轴上的标定点的信号可与发动机的具体汽缸相关联。

这种表示提供了精确分析例如不同参数尤其如何影响转矩输出的可能性，其中，由不同的操作参数的变化所导致的转矩贡献的变化可很容易监控。

例如，短划线404’是来自一个汽缸的转矩贡献的曲线部分，该曲线部分示出了对于具体汽缸而言并且在表示形成时操作参数占优的情况下转矩贡献低于所有运行汽缸的平均值。使用该信息，能够作出例如调整从而识别出来自该具体汽缸输出差的原因。相反，汽缸贡献可超过平均值。这样的信息也是有趣的，因为它例如表明其它汽缸的操作可能被提升。这由短划线405’示出。

在图4中所示的情况可例如表示稳态操作，其中，车辆以恒定速度驱动。正如上面已经解释过的，轮轴由于发动机的冲程所引起的转矩变化将仍然以恒定的速度变化显示在图4中所示的特性，其中，转矩在平均值T_AVG周围变化并且转动速度在平均转动速度n_AVG周围变化。

由于这些变化，测功机测试单元的惯性矩即使在稳定状态操作中也将影响测量结果，因为转动速度是连续地变化的。例如，轮轴将显示在图4中所示的时间段Tl内的减速以及因此地在时间段T2内的加速。

在步骤404中，所测量的反作用负载补偿了测功机测试单元的惯性矩的影响，这可例如由方程式(1)实现：

$T_{\mathrm{comp}}=T_{\mathrm{meas}}+\stackrel{\·}{n}J---\left(1\right)$

其中，T_comp代表所补偿的反作用负载，T_meas是所测量的反作用负载，是轮轴(发电机的输出轴)的加速度和J是发电机以及测功机测试单元的可能的其他转动零件、例如适配器204的惯性矩。

应当注意的是，在测功机测试单元提供推进动力时，由测量传感器所测量的反作用负载将包括测功机测试单元的惯性矩的影响。因此，在这种情况下，必须从所测量的反作用负荷中减去惯性的影响，从而获得精确测量结果。因此，在这种情况下，所补偿的反作用负载可根据以下确定：

$T_{comp}=T_{meas}-\stackrel{\·}{n}J---\left(2\right)$

发电机的惯性矩J可事先计算和/或测量以例如存储在测量和控制系统114中。加速度可例如通过确定用于转动速度的连续测量值的来确定，其中，Δt优选为短的，因为所确定的加速度在补偿负载时在整个间隔Δt内对于在间隔Δt中的相应的负载将是有效。Δt可例如为毫秒ms或更少的量级，可布置成在获得测量结果时被连续地确定。

当为如在图4中所示的特性补偿负载时，其中加速度在很短的时间段内变化很大，反作用负载和转动速度的测量值优选地如以上所述的被同步，使得获得精确的反作用负载的补偿，即反作用负载通过在特定负载占优的时刻使用占优的加速度计算惯性矩的影响来补偿。这在图4中示出，其中时间段Δt_i内的所计算的加速度用于补偿同一时间段Δt_i所测量的反作用负载，其中，正如所提及的，时间段Δt_i优选很小，并且例如依赖于借助获得其测量结果的采样率。

当补偿已在步骤304中已经完成时，该方法由于只要能够确定该补偿将完成步骤305就可返回至步骤302用于进一步的测量，否则，例如在车辆的测试结束时该方法以步骤306结束。测量值的补偿例如对于每个短时间段、例如以上的Δt_i而言可布置成在测试期间以大致上实时地连续完成，或者可替换地，所测量的反作用负载和速度可被记录用于一些适合的时间段，在这些适合的时间段之后基于所记录的数据可完成补偿计算。

因此，本发明提供一种方法，该方法甚至在动态行为期间得到非常精确的测量值，因此可以完成非常精准的车辆的测试。

根据以上所公开的实施例，发电机输出轴202已被描述为刚性地连接至车辆100的驱动轴106。根据一个实施例，测功机测试单元111仍然刚性地连接至车辆的驱动轴。然而，根据该可替代的实施例，发电机输出轴半刚性地连接至例如刚性地连接至驱动器轴的轮毂。例如，轮毂和发电机输出轴可使用花键联轴器连接。发电机定子仍然刚性地连接至测功机测试单元，并且所测量的反作用负载仍根据以上测量，并且根据以上完成补偿，但是根据以下可能会出现略微不同的系统状态。

半刚性联轴器意味着在开始转动时或者在转动方向改变时可能存在小的游隙。部件轮毂和发电机输出轴中的一个可在抓紧另一部件并且使之与第一部件同步转动之前可略微地转动。这种情况也可出现在加速和/或减速中。该游隙在例如轮毂或者发电机输出轴可在这两个中的另一个开始转动之前已经略微转动并且条件完全如上所述的结果的情况下可例如在0.5-3度的量级中。同样，该游隙可能导致轮毂和发电机输出轴以不同的速度转动并且在短时间段内显示不同的加速度。

当轮毂和发电机中只有一个加速时或者当两个部件经历不同的加速度时(仍然在相对地短时间段内)，根据上述的惯性补偿在这种系统中必须有一些变化。例如，在只有轮毂已经开始转动时，惯性矩显著小于轮毂和发电机(以及因此转子)的输出轴的组合惯性矩，并且因此同样用于发电机的惯性矩的补偿会导致过度补偿。在其期间游隙引起这种情况的时间一般很小、例如多达20ms或者50ms，但是越来越多地要求1ms或者甚至更小量级的测量的分辨率，并且因此能够形成"补偿的补偿"，从而也考虑这种情况。

因此，根据一个实施例，考虑该游隙并且为轮毂和发电机分别补偿惯性矩。这要求合适的传感器机构，用于分别测量发电机输出轴的转动和轮毂的转动，但是以不同的方式类似于以上来完成补偿，其中，轮毂和发电机至少在出现游隙的时刻时可认为分开的实体。只要消除了游隙，轮毂和发电机输出轴将同步转动并且情况将完全按照以上的情况。

根据如上所述的示例，每个测功机测试单元包括由发电机组成的单个动力源。根据一个实施例，测功机测试单元包括两个或者更多独立地可控的动力源，该动力源可为发电机、液压泵或者它们的任何合适的组合。在两个或者更多个动力源用于单个测功机测试单元时，惯性矩可分别用于确定动力源，使得在补偿结果时仅使用目前参与测量的惯性矩(动力源)。

以上，本发明举例说明了关于混合动力驱动车辆的测试。自然地，本发明也能够应用于测试任何种类的车辆、例如常规的两轮或者四轮驱动内燃机车辆，或者不同于以上所公开的任何其他种类的混合动力车辆。因此两个以上的测功机测试单元可用于连接至两个以上的轮子，并且也应当考虑的是，例如在车辆的电动机只作用在一个轮轴上时只有一个轮轴连接至测功机测试单元。

正如根据以上很明显的，术语“动力源”意思是这样的动力源，该动力源能够在其为推进(正)转矩或者制动(负)转矩或者它们的组合时向轮轴供给动力(转矩)。

本发明可例如在测量和控制系统114中实现。该方法可以进一步通过使用编程指令来实现。这些程序指令通常由计算机程序组成，该计算机程序在它在计算机或者控制单元中执行时使计算机/控制单元执行所要求的控制、例如根据本发明的方法步骤。

计算机程序通常是计算机程序产品的一部分，其中计算机程序产品包括具有将计算机程序存储在所述存储介质上的合适的存储介质。所述存储介质可以是一种非暂时性存储介质。

最后，应当理解的是，本发明不限于以上所描述的实施例，而还涉及在所附的独立权利要求的范围内的所有实施例及其组合。