[发明专利]用于借助于模拟器实时测试内燃机控制设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助于模拟器实时测试内燃机控制设备的方法以及一种模拟器，其中模拟器包括第一模拟器计算单元（3）和第一模拟器I/O接口，其中控制设备包括控制设备计算单元和控制设备I/O接口并且其中控制设备和模拟器通过它们的I/O接口借助于第一数据通道相互连接并且控制设备通过第一数据通道传送内燃机控制数据至模拟器，模拟器借助于内燃机控制数据并借助于内燃机整体模型在模拟器的第一模拟器计算单元上以第一采样步长实时计算内燃机状态参数并且传送至少一部分内燃机状态参数至控制设备。

背景技术

该类用于执行控制设备实时测试的方法在实际运用中也称为硬件在环测试。该类用于执行这种方法的模拟器被称为硬件在环或HiL模拟器。硬件在环测试指的是，待测试的硬件（此处为控制设备）不在其真实环境中（此处为与待控制的内燃机关联）被测试，而相反是在一个至少部分在模拟器中模拟的环境中。为此模拟器和控制设备通过分别对应的I/O接口相连，这样模拟器接收从控制设备发出的电信号，让其汇入内燃机整体模型的计算中并且在输出时再将数据实时计算，其例如通过模拟器和控制设备之间的数据通道以信号形式发送至控制设备。在这里数据通道指的是用于传送数据或者信号的合适的连接，例如为总线连接，其也可以具有其他的子通道。实时在这里指的是，内燃机状态参数的计算快到控制设备实际不能辨认是由真实内燃机驱动还是仅仅处在模拟环境中。此外为了功能的可行，第一模拟器I/O接口在硬件和信号上必须被调整，使得对于控制设备而言如同真实内燃机的I/O接口。

该类测试方法的优点为：可以完全无危险的、有很好的可能性去观察控制设备并且有可能测试极端运行情况，在运行中检验控制设备并以此确定控制设备是否按照期望地控制和检查内燃机。因为内燃机状态参数不间断地从模拟器传送至控制设备并且内燃机控制数据通过数据通道从控制设备传送至模拟器，所以“在控制回路中”（也称为“in-the-Loop”）测试控制设备。

不言自明，该类控制设备实时测试的性能由作为基础的数学模型的性能决定，即依赖于内燃机整体模型和该内燃机整体模型尽可能准确的计算。通常内燃机的热力学模型具有大量的微分方程组，其必须实时数值地求解以得到需要的内燃机状态参数。如果这里说模拟器具有内燃机整体模型，那么指的仅仅是通过该内燃机整体模型可以计算所有的、为了以合适的方式激励与模拟器相连并待测试的控制设备所需要的内燃机状态参数，并通过数据通道给其提供所有需要的内燃机状态参数。特别当控制设备需要气缸内部压力作为输入时，必须有模仿气缸内热力学过程的内燃机整体模型可用。通常内燃机整体模型的复杂度对必须在每个采样步骤计算所需内燃机状态参数的模拟器计算单元提出了很高的要求。

可能出现的问题例如为控制设备要求提供与模拟器计算单元的第一采样步长不对应的频率的内燃机状态参数，其特别是大于由模拟器计算单元的第一采样步长定义的频率。另一个问题可能在内燃机状态参数要以完全不同于模拟器的第一固定采样步长的、特别是变动的时间栅格来传送时产生。该类内燃机状态参数的一个具体的例子为气缸燃烧室内的气缸压力，其中内燃机的每个气缸的气缸内部压力被展示给控制设备。该类HiL系统的例子在报道“HiL-Simulation in der Praxis:Hochdynamische Regelung des Zylinderdruckverlaufs（实际运用中的HiL模拟：气缸压力进程的高度动态控制）”（http://pressemitteilung.ws/node/140505）中有涉及。

先进的控制设备要求气缸压力不按固定的时间栅格给出，而是例如以固定的曲柄角度的栅格——即曲柄轴的旋转角度，例如每一度的曲柄角度，并且是在内燃机的整个转速范围——给出。当转速为6000转每分钟时，意味着为了在曲柄角度每变换一度时都可以为控制设备提供气缸压力的计算值，内燃机整体模型的计算只允许持续约30μs。这根据内燃机整体模型的复杂度是不能实现的，因此实时条件不能被保证。

发明内容

本发明的任务是给出一种用于实时测试内燃机控制设备的方法，其可以特别是以比通过第一模拟器计算单元的第一采样步长实现的频率更高的频率提供所选的内燃机状态参数。提供用于执行该方法的模拟器也是任务内容。