(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テストベントベンチ（１）上の実要素（４）をテストするための方法であって、
この実要素（４）が、この実要素（４）の測定変数（Ｍ）を仮想要素（５）に提供し、運動方程式を有するシミュレーションモデル（２１）が、この仮想要素（５）内に実装されていて、このシミュレーションモデル（２１）が、当該測定変数（Ｍ）から１つの制御変数（Ｓ）を計算し、
前記制御変数（Ｓ）が、前記テストベンチ（１）に送信され、制御装置を用いてこのテストベンチ（１）の前記アクチュエータ（３）に設定される当該方法において、
以下の方法ステップａ）、ｂ）又はｃ）：
ａ）前記測定変数（Ｍ）から第１補正値（Ｋ１）を算出し、このときに、この第１補正値（Ｋ１）は、目的関数（Ｊ）を前記第１補正値（Ｋ１）の関数として最適化し、
補正された１つの測定変数（Ｍ＊）が、前記第１補正値（Ｋ１）と前記測定変数（Ｍ）とを加算することによって算出され、当該補正された測定変数（Ｍ＊）が、前記制御変数（Ｓ）を計算するために前記仮想要素（５）に伝送されるステップ、
ｂ）当該計算された制御変数（Ｓ）から第２補正値（Ｋ２）を算出し、このときに、この第２補正値（Ｋ２）は、目的関数（Ｊ）を前記第２補正値（Ｋ２）の関数として最適化し、補正された制御変数（Ｓ＊）が、前記第２補正値（Ｋ２）と当該計算された制御変数（Ｓ）とを加算することによって算出され、当該補正された制御変数（Ｓ＊）が、その設定のために前記アクチュエータ（３）に伝送されるステップ、
ｃ）前記測定変数（Ｍ）から第３補正値（Ｋ３）を算出し、このときに、この第３補正値（Ｋ３）が、目的関数（Ｊ）を前記第３補正値（Ｋ３）の関数として最適化し、前記運動方程式のパラメータ（Ｐ）が、この第３補正値（Ｋ３）によって変化されるステップ、
のうちの少なくとも１つのステップが実行されることによって、前記テストベンチ（１）での振動及び共振の発生が減少されることを特徴とする方法。
【請求項２】
実要素（４）とアクチュエータ（３）との間の連結軸（２）の回転トルク（ＴＷ）が、測定変数（Ｍ）として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アクチュエータ（３）の回転数（ｎ）が、制御変数（Ｓ）として使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第１目的関数（ｊｅｎｅｒｇｙ）と第２目的関数（Ｊｄｉｓｔо）との線形結合が、目的関数（Ｊ）として、第１補正値（Ｋ１）又は第３補正値（Ｋ３）を算出するために使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
第１目的関数としては、二次のＱ関数が、前記アクチュエータ（３）の角速度（ω）の関数として又は前記アクチュエータ（３）の角速度（ω）の導関数として使用されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
二次のＱ関数が、
【数１】
0006442490.tif 000013
として使用され、Ｊｗは、回転部品の慣性トルクであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１補正値（Ｋ１）によってさらに取り込まれた、前記アクチュエータの回転数（ｎ）を変動させる角運動量が、前記第２目的関数（Ｊｄｉｓｔо）によって評価されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第２目的関数（Ｊｄｉｓｔо）は、
【数２】
0006442490.tif 000014
として使用され、Ｊｗは、回転部品の慣性トルクであり、Ｔｃｏｒは、第１補正値（Ｋ１）としての補正トルクであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第３補正値（Ｋ３）によって変化した前記回転部品の運動エネルギーが、前記第２目的関数（Ｊｄｉｓｔо）によって評価されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２目的関数（Ｊｄｉｓｔо）は、
【数３】
0006442490.tif 000015
として使用され、ωは、前記アクチュエータ（３）の角速度であり、Ｊｃｏｒは、第３補正値（Ｋ３）としての補正慣性トルクであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記連結軸（２）の回転トルク（ＴＷ）のための補正トルク（Ｔｃоｒ）が、第１補正値（Ｋ１）として算出されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転部品の前記慣性トルク（ＪＷ）のための補正慣性トルク（Ｊｃоｒ）が、第３補正値（Ｋ３）として算出されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
目的関数（Ｊ）が、前記第２補正値（Ｋ２）を算出するために実装され、この目的関数（Ｊ）は、前記仮想要素内で計算された制御変数（Ｓ）とこの制御変数の実際の値（Ｓａｃｔ）との偏差を評価することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記目的関数（Ｊ）は、
【数４】
0006442490.tif 000016
として使用されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アクチュエータ（３）の回転数のための補正回転数（ｎｃоｒ）が、第２補正値（Ｋ２）として使用されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記目的関数（Ｊ）は、
【数５】
0006442490.tif 000017
として使用され、回転数（ｎｄｍｄ，ｓｉｍ）にしたがって最適化され、当該算出された回転数（ｎｄｍｄ，ｓｉｍ）が、補正回転数（ｎｃоｒ）として使用されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実要素と仮想要素とのためのテストベンチ内の望まない振動及び共振の発生を減少させるための方法に関する。この場合、この実要素が、この実要素の測定変数をこの仮想要素に提供し、このテストベンチ用のアクチュエータに対する制御変数をこの仮想要素から受け取る。この場合、運動方程式を有するシミュレーションモデルが、この仮想要素内に実装されている。このシミュレーションモデルは、当該測定変数から制御変数を算出する。
【背景技術】
【０００２】
車両技術では、多くの場合に、例えば、実際の内燃機関、実際のタイヤ、実際のギア装置、実際のバッテリ、実際の操舵システム、実際のパワートレイン、実際の車両等のような実要素が、テストベンチ上に配置されるように、上記のテストが実行される。多くの場合、このテストすべき実要素は、当該テストベンチの名称も確定する。すなわち、エンジンテストベンチ、タイヤテストベンチ、ギア装置テストベンチ、車両テストベンチ等と称される。これらのテストベンチは、例えば、内燃機関若しくは車両要素の開発を可能にし、又は車両の全挙動に影響し得る車両制御装置にリンクされているときは、エラーの発見も可能にする。この場合、当該テストは、手順である。技術的な課題、技術的なシステム若しくは技術的な結果及び経時変化又は当該実要素若しくは当該仮想要素が、所定の境界条件内で機能しているかどうかに関するより大きい確証が、この手順によって得られなければならない、及び／又は、所定の特性及び／又は要求が満たされるかどうかに関するより大きい確証が、この手順によって得られなければならない。実行されたテストは、常に、実際の手順をシミュレートされた環境でシミュレート又は予測する。当該シミュレートされた環境は、テストされる実要素、最も一般的な場合では物質の流れ（例えば、オイル、水等のような媒体の流れ）、エネルギーの流れ（例えば、電流／電圧、回転数／回転トルク等）及び情報の流れ（例えば、測定データ等）とやり取りし、したがって当該実要素の将来の実際の環境を必要とすることなしに、当該環境を破壊することなしに又は当該環境を危険にさらすことなしに、技術的な手順の検査を可能にする。しかし、それ故に、テスト結果が、完全に有効ではなくて、常に近似値を示す。当該近似値の品質が、特に、シミュレートされた環境の品質と、実際に実行されるエネルギーの流れ、情報の流れ及び物質の流れのやり取りがシミュレートされ得るときの品質とに左右される。以下では、このシミュレートされた環境を仮想要素と記す。実要素と仮想要素とを一緒に検査対象物と記す。検査対象物とテストベンチとを一緒に、多くの場合に、ハードウェア・インザループシステム（ＨｉＬシステム）又は特に「Ｘ・インザループ・システム」と記す。この場合、Ｘは、その都度の検査対象物を示す。
【０００３】
仮想要素が、シミュレーションモデルから構成されている。当該シミュレーションモデルは、主に、シミュレーション装置、通常はコンピュータ上に構築される実装されたアルゴリズムと数学モデル又は物理モデルとを有するソフトウェアとして実装されている。
【０００４】
通常は、アクチュエータ（複数のアクチュエータ）及びセンサ（複数のセンサ）並びに場合によってはシーケンス制御システム（例えば、テストベンチ制御装置、自動化装置等）及び（例えば、データロガー等のような）周辺機器も、上記のテストを実行するためのテストベンチに存在する。当該センサは、上記実要素の物理状態、化学状態若しくは情報技術的な状態又は状態の変化（「測定変数」）を測定し、当該アクチュエータは、所定の化学状態、物理状態若しくは情報技術的な状態又は状態の変化（「目標変数」）を当該実要素に及ぼす。したがって、アクチュエータは、センサと対を成す信号変換器である。アクチュエータとセンサとは、上記検査対象物の実世界をその仮想世界に結合させる、すなわち当該実要素と当該仮想要素とを結合させる。アクチュエータに対する例は、回転数、回転トルク、速度若しくは変位を及ぼすための電動式、空気圧式又は油圧式の負荷機器、制御可能な電気抵抗器、オイル調節設備、空調設備等である。センサに対する例は、回転トルクセンサ及びロータリーエンコーダである。
【０００５】
実要素、仮想要素、アクチュエータ及びセンサは、所定の伝送挙動を伴うダイナミックシステムである。したがって、これらの要素の回路としてのハードウェア・インザループシステムも、ダイナミックシステムである。
【０００６】
テストに対する例は、グロースグロックナー・アルプス山岳道路による実際の空気湿度及び空気温度並びにエンジンテストベンチ上に配置されている実要素「内燃機関」の回転数の挙動及び回転トルクの挙動をシミュレートするハイブリッド自動車（内燃機関及び電気モータ）の仮想テスト走行である。このテスト走行の目的は、電気モータのダイナミック挙動と仮想要素としてシミュレートされる電気自動車のバッテリの温度挙動とを特定の運転者のタイプ、例えば、乱暴なギアチェンジ操作を伴うスポーツで鍛えられた運転者に対して評価することである。同様に、テスト区間（ここでは、グロースグロックナー・アルプス山岳道路）、走行挙動及び走行環境がシミュレートされる。このテスト走行の場合、上記ハードウェア・インザループシステムが、車道の起伏に関する振動、突風に関する振動、運転者の制動操作及びハンドル操作に関する振動、及び／又は燃焼振動に関する振動を発生させる。しかし、これらの振動は、上記のセンサ及びアクチュエータのダイナミック挙動に起因して、及び当該シミュレーションによって常に制限される当該仮想要素の再現精度に起因して、当該ハイブリッド自動車による当該グロースグロックナー・アルプス山岳道路に関する実際の走行時に発生する振動とは正確に等価にならない。
【０００７】
別の例が、欧州特許第１０３７０３０号明細書に記載されている。この明細書は、車道上の車両の挙動をパワートレイン・テストベンチでシミュレートするための方法を開示する。この場合、車両モデル及びタイヤモデル（仮想要素）が、当該シミュレートのために使用される。
【０００８】
実際には、多くの場合は、上記仮想要素が、既に存在するテストベンチの基本設備上に事後的に増設される。したがって、従来通りに簡単な目標値の概要だけを及ぼし得る古典的な従来のテストベンチは、適合されたＸインタループのテスト環境になる。このテスト環境は、例えば上記のグロースグロックナー・アルプス山岳の走行のような、新しいテスト課題を様々な境界条件で再現することを可能にする。この場合、従属する動的なサブシステムと制御構造体とを有する上記のテストベンチのアクチュエータ及びテストベンチのセンサは、大抵は変更されないままであるか、又は、当該テストベンチのアクチュエータ及び当該テストベンチのセンサは、当該仮想要素の提供者に知らされていない。多くの場合、同じ仮想要素が、異なる動的伝送挙動を呈する様々なテストベンチでも使用されるか又は様々な種類のテストベンチでも使用される。同様に、或る仮想要素が、別の仮想要素と入れ替えられることが起こる。
【０００９】
上記仮想要素が、実装されたアクチュエータ、センサ又は実要素の限界値にあるか又は当該限界値を超えた極端な負荷条件を再現しなければならないときに、別の問題が、当該仮想要素によってテストベンチで発生し得る。
【００１０】
上記テストベンチに設置されたアクチュエータ及びセンサの動的伝送挙動に起因して、また実行可能な測定中に常に存在する障害（例えば、測定ノイズ、限界分解能等）に起因して、上記ダイナミックシステムの全体の、望まなくて、予期されなくて且つ現実的でない振動現象及び共振現象が、頻繁に発生する。当該振動現象及び当該共振現象は、テスト結果に不利に影響し得る。極端な場合は、上記仮想要素の使用が、全体として徒労に終わるおそれがある。
【００１１】
従来では、上記の現象は、振動を減衰させるためのフィルタ（例えば、ベッセルフィルタ、バターワースフィルタ等）を使用することによって対処され得る。しかしながら、これによると、上記テストベンチの提供可能な動特性が制限される。このことは、望ましくない。このとき、高い動特性を伴うテスト状況、例えば回転数又は回転トルクの非常に速い変化は、再現され得ない。このようなフィルタの使用時に発生する別の深刻で不利な特性は、テスト時の重要な動的状態の変動である。機械／回転式のテストベンチ（例えば、パワートレイン）の場合は、実要素と仮想要素との間でやりとりされる角運動量が、例として挙げられる。この場合、フィルタが使用されると、（例えば、内燃機関によって）実際に得られた角運動量が、当該仮想要素内に正確に取り込められない。その結果、テスト結果の精度が低下する（例えば、燃料の消費が、多めに評価されたり／少なめに評価されたりする）。さらに、フィルタは、位相シフトを常に引き起こす。この位相シフトは、特に上記ＨｉＬシステムのスタティックマージンに不利に影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許第１０３７０３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
それ故に、本発明の課題は、ダイナミック挙動の制限がほとんどなしに、且つ望まない振動効果及び共振効果がほとんどなしに、仮想要素が、テストベンチで稼働され得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、
テストベントベンチ（１）上の実要素（４）をテストするための方法であって、
この実要素（４）が、この実要素（４）の測定変数（Ｍ）を仮想要素（５）に提供し、運動方程式を有するシミュレーションモデル（２１）が、この仮想要素（５）内に実装されていて、このシミュレーションモデル（２１）が、当該測定変数（Ｍ）から１つの制御変数（Ｓ）を計算し、
前記制御変数（Ｓ）が、前記テストベンチ（１）に送信され、制御装置を用いてこのテストベンチ（１）の前記アクチュエータ（３）に設定される当該方法において、
以下の方法ステップａ）、ｂ）又はｃ）：
ａ）前記測定変数（Ｍ）から第１補正値（Ｋ１）を算出し、このときに、この第１補正値（Ｋ１）は、目的関数（Ｊ）を前記第１補正値（Ｋ１）の関数として最適化し、
補正された１つの測定変数（Ｍ＊）が、前記第１補正値（Ｋ１）と前記測定変数（Ｍ）とを加算することによって算出され、当該補正された測定変数（Ｍ＊）が、前記制御変数（Ｓ）を計算するために前記仮想要素（５）に伝送されるステップ、
ｂ）当該計算された制御変数（Ｓ）から第２補正値（Ｋ２）を算出し、このときに、この第２補正値（Ｋ２）は、目的関数（Ｊ）を前記第２補正値（Ｋ２）の関数として最適化し、補正された制御変数（Ｓ＊）が、前記第２補正値（Ｋ２）と当該計算された制御変数（Ｓ）とを加算することによって算出され、当該補正された制御変数（Ｓ＊）が、その設定のために前記アクチュエータ（３）に伝送されるステップ、
ｃ）前記測定変数（Ｍ）から第３補正値（Ｋ３）を算出し、このときに、この第３補正値（Ｋ３）が、目的関数（Ｊ）を前記第３補正値（Ｋ３）の関数として最適化し、前記運動方程式のパラメータ（Ｐ）が、この第３補正値（Ｋ３）によって変化されるステップ、
のうちの少なくとも１つのステップが実行されることによって、前記テストベンチ（１）での振動及び共振の発生が減少されることによって少なくとも解決される。
【００１５】
したがって、上記テストベンチでの望まない振動効果及び共振効果が、当該テストベンチの動特性をほとんど制限することなしに、且つ上記アクチュエータに従属する制御構造体に介入することなしに、又は上記テストベンチのセンサに介入することなしに効果的に抑制され得る。このことは、例えば既存のテストベンチの設備（センサ、アクチュエータ）で変更する必要なしに、既存のテストベンチに仮想要素を増設すること、又は仮想要素を別の仮想要素と入れ替えることも可能にする。したがって、当該テストベンチ内への、可能で望ましいシステムダイナミックな介入が、当該仮想要素内での介入又は増設によって実行され得る、特に当該既存のテストベンチの設備に関係なく実行され得る。
【００１６】
特に好ましくは、実要素とアクチュエータとの間の軸の回転トルクが、測定変数として使用される。このことは、仮想の付加トルクによる、上記テストベンチで測定される回転トルクの「具現化」を可能にする。その結果、望まない振動が、当該仮想システム内で発生しないように、実世界に及ぼされた回転トルクが、（時間の関数として）適切に連続して変化する。
【００１７】
同様に、好ましくは、回転数が、制御線数として使用される。望まない振動又は共振が、上記実システム内で発生しないように、上記のシミュレーションの仮想世界内で得られた回転数が、適切に「変更」される。
【００１８】
好ましくは、複数の補正値が、当該それぞれの補正値にしたがう目的関数を最適化することによって算出され得る。このような目的関数は、公知の数学的手段によって、好ましくはリアルタイムコンピュータ上でリアルタイムに最適化され得る。
【００１９】
好ましくは、第１目的関数と第２目的関数との線形結合が、第１補正値又は第３補正値を算出するために最適化される。何故なら、例えばエネルギー又は角運動量のような、様々な物理的作用にほぼ等しい影響変数が、こうして考慮され得るからである。このため、第１目的関数又は第３目的関数としては、好ましくは、二次のＱ関数が、角速度の関数として又は角速度の導関数として使用される。好ましくは、当該第１補正値又は当該第３補正値によってもたらされた角運動量又は変化した運動エネルギーが、当該第２目的関数によって評価される。したがって、回転運動又はエネルギーバランス又は軸の運動方程式の非常に大きい変動が、当該補正によって引き起こされないことが保証される。
【００２０】
好ましくは、上記仮想要素内で計算された制御変数とこの制御変数の実際の値との偏差を評価する目的関数が、上記第２補正値を算出するために実装される。
【００２１】
補正トルクを第１補正値として算出すること、及び／又は、補正回転数を第２補正値として算出することが、例えばパワートレイン・テストベンチ又はエンジンテストベンチのような多くの種類のテストベンチにとって有益である。このようなテストベンチでは、回転トルク及び回転数は、通常の測定変数及び制御変数であり、通常は測定値として提供可能である。その結果、これらの変数の用途が、有益に考えられ得る。
【００２２】
好ましくは、例えば慣性トルク又は質量のような、運動方程式の質量を含むパラメータが、第３補正値として使用される。当該パラメータを用いることで、上記仮想要素が、当該運動方程式によって簡単に影響され得る。
【００２３】
特に好ましくは、上記の仮想要素又は実要素又はアクチュエータの限定を考慮するための境界条件が、上記の最適化時に考慮され得る。こうして、上記テストベンチの物理的な境界が考慮され得る。このことは、当該テストベンチのこれらの要素を、例えば、非常に高い回転トルク、加速度、回転数等によって起こり得る損傷から効果的に保護することも意味する。当該目的関数の最適化のほかに、最適化アルゴリズムが考慮される、この場合には、一般に同一の範囲又は不等式の範囲が考慮される。これにより、特に要求の多いテストシナリオ（例えば、起伏又は枕木の乗り越え）の場合でも、望まない振動が、ＨｉＬシステム内で減少され得、同時に現実性の要求が最大の場合でも、当該テストベンチの制限が、必ず守られ得る。
【００２４】
以下に、本発明を、例示的で、図式的で且つ限定されていない好適な本発明の構成を示す図１〜４を参照して詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ハードウェア・インザループテストベッドの構成の例を示す。
【図２】ハードウェア・インザループテストベッドの構成の例を示す。
【図３】測定変数と制御変数との本発明の補正を示す。
【図４】車輪シミュレーションモデルの例の第１補正値の算出を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ハードウェア・インザループのテスト環境の基本的な構成が、図１に示されている。実要素４、例えば内燃機関が、テストベンチ１、例えばエンジンテストベンチ上に配置されている。当該内燃機関は、連結軸２を介してアクチュエータ３、例えば電動式ダイナモメータとしての負荷機器に連結されている。仮想要素５が、シミュレーションモデル２１から構成されている、例えば、車両シミュレーションモデル６、環境シミュレーションモデル７、運転者シミュレーションモデル８、車道シミュレーションモデル９、車輪シミュレーションモデル１０等から構成されている。これらのシミュレーションモデルは、ソフトウェアとして、例えば、必要なソフトウェアと実装されたアルゴリズムとを有するコンピュータとしてのシミュレーション装置１７内で稼働する。シミュレーションモデル２１を共通に構成するこのような様々なで且つ複数の要素シミュレーションモデルが、テスト走行に応じて使用され得る。仮想世界による車両又は複数の要素のうちの１つの要素が、仮想要素５内で起動される。実要素と仮想要素とが、入力インターフェース１１（センサ１８からのデータ）と、出力インターフェース１２（アクチュエータに対するデータ）とを通じて相互作用する。その都度該当する仮想状態が、テストベンチ１で制御されるように仮想要素５によって実要素４とアクチュエータ３とによって設定される。その結果、実要素４が、仮想要素５から当該状態、すなわち当該仮想世界を受け取り、当該複数の状態の時系列順にテストされる。
【００２７】
このため、例えば、実要素４とアクチュエータ３との間の回転トルクＴ又は当該実要素若しくは（例えば、電動式負荷機器としての）アクチュエータ３の回転数ｎが、テストベンチ１で、適切なセンサ１８によって、例えば、連結軸２の回転トルク測定装置によって又はシミュレーション装置１７の回転数測定装置によって測定され、入力インターフェース１１を通じて仮想要素５に提供される。シミュレーション装置５内のシミュレーションモデル２１が、通常は適切な信号評価にしたがって、これらの測定変数Ｍ（回転トルクＴ又は回転数ｎ）から、アクチュエータ３に対する制御変数Ｓ、例えば目標回転数ｎ、実要素４に対する制御変数、例えばスロットルバルブの位置α等を計算する。これらの制御変数Ｓは、シミュレーション装置１７の出力インターフェース１２を通じてテストベンチ１に送信され、テストベンチ１のアクチュエータ３に対して、場合によっては、図示されなかった別の適切なアクチュエータに対して、場合によっては、適切な制御装置を用いて設定される。
【００２８】
しかし、具体的な方法における上記測定変数は、直接に測定される必要はなくて、例えば仮想要素５内で、測定された別の変数から導き出されてもよいし又は作られてもよい。これに対する例は、公知の回転トルク評価装置である。この回転トルク評価装置は、連結軸２又は連結軸２に連結されているアクチュエータ３の実際に測定される回転数ｎに基づいて連結軸２の回転トルクＴを評価する。通常は、直接に測定された信号が、測定変数として使用されるのではなくて、適切に処理された（例えば、フィルタリングされた）信号が使用される。
【００２９】
図２には、別の例として、パワートレイン用のハードウェア・インザループテストベッドが、実要素４として示されている。このため、パワートレインの全体が、テストベンチ１に配置されている。このパワートレインは、ここでは内燃機関１３、クラッチ１４、ギア装置１５及び差動装置１５を有する。連結軸２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲは、ここでは当該パワートレインのハーフシャフトによって形成され、例えば電動式負荷機器（ダイナモメータ）としてのアクチュエータ３ＦＬ，３ＦＲ，３ＲＬ，３ＲＲに連結されている。ここでは、連結軸２ＦＬ，２ＦＲ，２ＲＬ，２ＲＲの回転トルクＴＦＬ，ＴＦＲ，ＴＲＬ，ＴＲＲが、仮想要素５のために検出され、仮想要素５は、その中に実装されたシミュレーションモデル２１によって、実要素４に対する制御変数、ここでは内燃機関１３に対する制御変数（例えば、スロットルバルブの位置α）、クラッチ４に対する制御変数（例えば、クラッチ信号Ｋ）及びギア装置１５に対する制御変数（例えば、ギア信号Ｇ）と、アクチュエータ３ＦＬ，３ＦＲ，３ＲＬ，３ＲＲに対する制御変数、ここでは回転数ｎＦＬ，ｎＦＲ，ｎＲＬ，ｎＲＲとを計算する。ハードウェア・インザループテストベッド内のテストベンチが、ここでは図１に記載されているテストベンチと全く同様に機能する。
【００３０】
当然に、さらに別の構成も、実要素４に対して考えられる。この場合、上記ハードウェア・インザループテストベッドの基本的な構成と、このハードウェア・インザループテストベッド内のテストの実行とは変更されないままである。
【００３１】
仮想要素５のシミュレーションモデル２１では、アクチュエータ３に対する１つ（又は複数の）制御変数（Ｓ）が、テストベッド１のセンサ１８によって提供された測定変数Ｍ、例えば１つ（若しくは複数の）ハーフシャフト又は１つの連結軸２の１つ（又は複数の）回転トルクＴから計算される。しかし、この回転トルクＴは、専ら評価された回転トルクでもよく、又は別のセンサの測定値に基づいて計算された回転トルクでもよい。このため、少なくとも１つのパラメータＰを有する運動方程式が、例えば微分代数方程式としてシミュレーションモデル２１内に実装されている。当該運動方程式は、毎秒当たり数回解かれる、例えば数ミリ秒ごとに解かれる。当然に、複数の運動方程式、例えば結合された複数の運動方程式から成るシステムが実装されてもよい。一般に、Ｓ＝ｆ（Ｐ，Ｍ）が成立する。
【００３２】
シミュレーション装置１７内には、補正装置２０が設けられている（図３）。補正装置２０は、上記運動方程式が（例えば、運動の微分方程式の数値積分によって）解かれるそれぞれの時点ごとに、適切に評価された測定変数Ｍ、例えば軸の回転トルクＴＷから第１補正値Ｋ１を計算する。第１補正値Ｋ１は、仮想要素５の動作を適切に安定にさせ、テストベンチ１−特に、アクチュエータ３及びセンサ１８−に起因して発生する望まない共振の発生を可能な限り補正（相殺）する。それ故に、第１補正値Ｋ１は、連続して変化する信号であり、測定変数Ｍ、ここでは回転トルクＴＷに算術符号で加算され、測定変数Ｍと補正値Ｋ１とから成る総和が、アクチュエータ３に対する制御変数Ｓを計算するために、補正された測定値Ｍ＊、ここでは補正された軸の回転トルクＴＷ＊として仮想要素５に入力される。
【００３３】
この「トルクシェーピング（Ｔｏｒｑｕｅ  Ｓｈａｐｉｎｇ）」は、テストベンチ１の全体の構成に介入することなしに、特にテストベンチ１の制御装置の構成に介入することなしに実行される。
【００３４】
上述されている本発明の説明は、任意のダイナミックシステムに拡張され得る。この場合、例えば、電圧、機械的な力等のような別の物理変数が、測定変数Ｍ及び制御変数Ｓとして回転トルク及び回転数の代わりに使用され得る。
【００３５】
この代わりに又はこれに加えて、補正装置２０は、第２補正値Ｋ２を、アクチュエータ３に対して計算された制御変数Ｓ、ここでは例えば回転数ｎから計算する。第２補正値Ｋ２は、計算された制御変数Ｓに加算され、当該総和が、補正された制御変数Ｓ＊、ここでは補正された回転数ｎ＊としてその設定のためにテストベンチ１のアクチュエータ３に伝送される。第２補正値Ｋ２は、好ましくは上記運動方程式が解かれるそれぞれの時点ごとに計算され、連続して変化する信号を同様に提供する。この補正された制御変数Ｓ＊には、アクチュエータ３の不完全な伝達挙動に起因する望まない振動作用を、テストベンチ１の実要素４から排除するという目的がある。
【００３６】
この「スピードシェーピング（Ｓｐｅｅｄ  Ｓｈａｐｉｎｇ）」は、同様にテストベンチ１の全体の構成に介入することなしに、特にテストベンチ１の制御装置の構成が変更されないで実行される。
【００３７】
この代わり又はこれに加えて、補正装置２０は、第３補正値Ｋ３を測定変数Ｍから計算する。この第３補正値Ｋ３は、仮想要素５内の運動方程式のパラメータＰを変更するために、特に、システムの慣性トルク（例えば、車輪の慣性トルク若しくは車両の慣性トルク）又は質量（例えば、車両の質量）を変更するために使用される。この補正されたパラメータＰには、仮想要素５の望まない振動作用を抑え、結果として実要素４の望まない振動作用も抑えるという目的がある。
【００３８】
この場合、この「パラメータシェーピング」は、同様にテストベンチ１の全体の構成に介入することなしに、特にテストベンチ１の制御装置の構成に影響することなしに実行される。
【００３９】
以下に、補正値Ｋ１，Ｋ２及びＫ３を算出するための可能な方法を例示的に説明する。
【００４０】
以下の例示的に説明された複数の方法では、目的関数が、第１補正値Ｋ１又は第２補正値Ｋ２又は第３補正値Ｋ３の関数として補正装置２０内に共通に実装されている。この目的関数は、第１補正値Ｋ１又は第２補正値Ｋ２又は第３補正値Ｋ３に関して最適化される、ここでは最小にされる、すなわち共通の表記
【００４１】
【数１】
0006442490.tif 000002
において最小にされる。
【００４２】
軸を介して実要素４に連結されている車両の一部の少なくとも１つのシミュレーションモデル２１が、第１補正値Ｋ１を算出するために仮想要素５内に実装されている。例えば、図４のように、パワートレイン（図２の実要素４）のハーフシャフトに接続されている車両車輪の車輪シミュレーションモデル１０、又は、内燃機関（図１の実要素４）のクランク軸に接続されているデュアルマスフライホイール又はクラッチシミュレーションモデルが、仮想要素５内に実装されている。この場合、軸トルクＴＷと、場合によっては例えば温度のような別の測定変数とがそれぞれ、測定変数Ｍとして使用される。軸トルクＴＷは、直接に測定されるか又は別の測定変数から評価若しくは計算される。
【００４３】
図４に示されているように、車輪シミュレーションモデル１０の例では、例えば、ここでは、電動式負荷機器に対する回転数ｎｄｍｄ，ｓｉｍのような、テストベンチ１のアクチュエータ３に対する制御変数Ｓが、共通の軸トルクＴＷから算出される。この場合、車輪シミュレーションモデル１０は、例えば、タイヤシミュレーションモデル、道路シミュレーションモデル等のような、別のシミュレーションモデルに接続されてもよく、これらのデータと交換されてもよい。軸トルクＴＷは、タイヤと道路との間のタイヤトルクＴｔｉｒｅと、ブレーキトルクＴｂｒａｋｅと、例えばホイールハブモータにおける電気駆動トルクのような、任意の補助トルクＴоｐｔとから成る。
【００４４】
目的関数Ｊが、第１補正値Ｋ１として、ここでは補正トルクＴｃоｒとして補正装置２０内に実装されている。目的関数Ｊは、第１補正値Ｋ１に関して最小にされる、すなわち、共通の表記
【００４５】
【数２】
0006442490.tif 000003
において最小にされる。こうして算出された補正値Ｋ１は、テストベンチ１からの測定変数Ｍ、ここでは軸トルクＴＷに加算され、補正された測定変数Ｍ＊、ここでは補正された軸トルクＴ＊が、テストベンチ１に対する制御変数Ｓを算出するために仮想要素５の車輪シミュレーションモデル１０に受け渡される。
【００４６】
さらに、第１目的関数Ｊｅｎｅｒｇｙが、二次のＱ関数として補正装置２０内に実装され得る。このため、例えば、「圧力エネルギーの作用」
【００４７】
【数３】
0006442490.tif 000004
としての圧力エネルギーを評価する目的関数が考えられるか、又は例えば
【００４８】
【数４】
0006442490.tif 000005
としての「加速エネルギーの作用」としての圧力エネルギーを評価する目的関数が考えられる。その後に予測される状態に対抗するように作用するため、その後の状態が、或る期間Ｔにわたって当該積分区間によって予測される。伝達される角運動量も変化させる回転トルクが、補正トルクＴｃоｒによって付加される。当該シミュレーションの精度を著しく低下させないためには、上記回転数の変動を引き起こし得るこの角運動量が、当該期間中に可能な限り小さくされなければならない。それ故に、第２目的関数Ｊｄｉｓｔоが、
【００４９】
【数５】
0006442490.tif 000006
として使用される。第２目的関数Ｊｄｉｓｔоは、補正トルクＴｃоｒによってもたらされた角運動量を評価する。
【００５０】
次いで、第１補正値Ｋ１を算出するために最小にすべき総合目的関数Ｊが、補正係数α１，α２を有するその第１目的関数とその第２目的関数との一次結合Ｊ＝α１Ｊｅｎｅｒｇｙ＋α２Ｊｄｉｓｔоとして表記される。このとき、探し出された補正トルクＴｃоｒが、補正トルクＴｃоｒにしたがうこの目的関数を最小にすることによって得られる。
【００５１】
当然に、さらに別の又はその他の目的関数も、総合目的関数Ｊに対して考慮され得る。例えば、上記の２つのエネルギー／作用に基づく目的関数が考慮され得る。上記の最小化を実行するためには、補正装置２０は、上記負荷機器用の制御変数、ここでは角速度ωを算出するための回転数ｎｄｍｄ，ｓｉｍを少なくとも必要とする。回転部品（例えば、車輪又はクラッチ）の慣性トルクＪＷは、既知とみなされ得る。このとき、上述したように、第１補正値Ｋ１、ここでは補正トルクＴｃоｒは、仮想要素５内で、例えば車輪シミュレーションモデル１０内で処理され得る。
【００５２】
しかし、特同じ車輪シミュレーションモデル１５が、補正装置２０内に同様に実装されていることも提唱され得る。このとき、図４に概略的に示されているように、補正装置２０は、軸トルクＴＷを知ることで、算出された補正トルクＴｃоｒを用いて総和車輪トルクＴ＊Ｗを算出し、仮想要素５に受け渡される。
【００５３】
第２補正値Ｋ２を算出するため、目的関数Ｊが、第２補正値Ｋ２の関数として、ここでは補正回転数ｎｃоｒとして補正装置２０内に実装されている。この目的関数Ｊは、第２補正値Ｋ２に関して最小にされる、すなわち、共通の表記
【００５４】
【数６】
0006442490.tif 000007
において最小にされる。例えば、仮想要素５内で計算された制御変数Ｓと測定され得るこの制御変数Ｓａｃｔとの偏差を評価する関数が、目的関数として、例えば
【００５５】
【数７】
0006442490.tif 000008
として実装されている。
【００５６】
【数８】
0006442490.tif 000009
としての目的関数Ｊが、制御変数Ｓとしての回転数ｎの例によって表記され得る。この場合、ｎａｃоは、アクチュエータ３、例えば負荷機器の実際の回転数である。目的関数Ｊは、ｎｄｍｄ，ｓｉｍにしたがって最小にされ、この最適化の結果が、補正回転数ｎｃоｒとして上述したように使用される。
【００５７】
第３補正値Ｋ３の算出は、第１補正値Ｋ１の算出と同様に実行され得る。このため、同様に、１つの目的関数Ｊが、２つの目的関数の線形関数として使用され得る。上述したように、同様に、圧力エネルギー又は加速エネルギー（Ｊｅｎｅｒｇｙ）の作用が、第１目的関数によって評価され得る。上記第２目的関数は、例えば、変更されたパラメータＰ、ここで上記の回転数の変動、角運動量の変動又は制御系の運動エネルギーの変動を最小にするため、変更されたパラメータＰによって変化した当該回転エネルギーは、その経時期間中に同様に可能な限り小さくされなければならない。したがって、Ｊｄｉｓｔоは、例えば
【００５８】
【数９】
0006442490.tif 000010
として表記され得る。このとき、目的関数Ｊ、ここでは補正慣性トルクＪｃоｒが、第３補正値Ｋ３にしたがって最適化され得る。このとき、慣性トルクＪＷが、仮想要素５内で又は仮想要素５のシミュレーションモデル１０の運動方程式において第３補正値Ｋ３によって補正され、例えばＴＷに算術符号で加算される。
【００５９】
補正値Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を算出するための目的関数を最適化する場合、境界条件が、当該最適化時に非常に簡単に考慮され得るという有利な効果が奏され得る。すなわち、仮想要素５の所定の境界、例えば最大車輪速度又は実要素４の境界、例えば内燃機関の最大回転トルク又はアクチュエータ３の境界、例えば電動式負荷機器の最大回転加速度が考慮され得る。
【００６０】
例えば、以下の境界条件が、第１補正値Ｋ１及び第３補正値Ｋ３を算出するために考慮され得る。
【００６１】
【数１０】
0006442490.tif 000011
したがって、車両の車輪又はクラッチの回転速度及び回転加速度に対する境界値が予め設定され得る。
【００６２】
同様な境界条件
【００６３】
【数１１】
0006442490.tif 000012
が、第２補正値Ｋ２を算出するために考慮され得る。
【００６４】
すなわち、上記回転数及び上記回転加速度に対する境界値が予め設定され得る。
【００６５】
周知の解法、例えば、ダイナミック・プログラミング、レシーディング・ホライズン最適化（ｒｅｃｅｄｉｎｇ  ｈｏｒｉｚｏｎ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）等が、上記の目的関数Ｊを最適化するために存在する。当該開放は、ここでは詳しく説明しない。当該目的関数Ｊは、好ましくはリアルタイムで、特にリアルタイムコンピュータ上で最適化される。
【符号の説明】
【００６６】
１    テストベンチ
２    連結軸
３    アクチュエータ
４    実要素
５    仮想要素
６    車両シミュレーションモデル
７    環境シミュレーションモデル
８    運転者シミュレーションモデル
９    道路シミュレーションモデル
１０  車輪シミュレーションモデル
１１  入力インターフェース
１２  出力インターフェース
１３  内燃機関（エンジン）
１４  クラッチ
１５  ギア装置
１６  差動装置（レファレンシャルギア）
１７  シミュレーション装置
１８  センサ
２０  補正装置
２１  シミュレーションモデル
【図１】
0006442490.tif 000018
【図２】
0006442490.tif 000019
【図３】
0006442490.tif 000020
【図４】
0006442490.tif 000021