具有柔性致动器组件和迭代获得的驱动的测试系统 |
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| 申请号 | CN201480055543.1 | 申请日 | 2014-09-09 | 公开(公告)号 | CN105705927A | 公开(公告)日 | 2016-06-22 |
| 申请人 | MTS系统公司; | 发明人 | 彼得·D·甘尼斯; 格兰·C·格雷尼尔; 斯蒂文·R·海格; 凯尔·约瑟夫·达尔海姆; | ||||
| 摘要 | 一种测试系统和方法包括：将测试驱动 信号 施加于具有柔性 致动器 组件(150)的物理测试台(10、200)，其中，柔性致动器组件(150)将负荷传递给测试样品(18)。获得物理测试台(10)和测试样品(18)对于测试驱动信号的实际响应信号，并基于实际响应信号与 选定 响应信号计算误差。如果所述误差没有达到选定 阈值 ，则基于所述误差和松弛增益因子获得新的驱动信号。获得并施加所述新的驱动信号，直到所述误差达到所述选定阈值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种测试系统，包括： |
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| 说明书全文 | 具有柔性致动器组件和迭代获得的驱动的测试系统[0001] 相关申请交叉引用 背景技术[0004] 能够模拟施加到测试样品的负荷和/或运动的振动系统通常是已知的。由于振动系统在产品开发中是高效的，振动系统广泛用于性能评估、耐久性测试和各种其他目的。例如，在汽车、摩托车等的开发中相当普遍的是，使车辆或其子结构经历模拟操作条件(诸如道路或试验轨道)的实验室环境。实验室中的物理仿真涉及数据获取和分析的公知方法，以便开发能够施加于振动系统的驱动信号，从而再现操作环境。这种方法包括：用远离操作环境的物理输入的“远程”换能器(transducer)装备车辆。普通的远程换能器包括但不限于：应变仪、加速计和位移传感器，它们隐式地限定了感兴趣的操作环境。接着，在相同操作环境下驱动车辆，同时记录远程换能器响应(内部负荷和/或运动)。在安装到振动系统的车辆的仿真期间，驱动振动系统的致动器，以在实验室中在车辆上再现记录的远程换能器响应。 [0005] 然而，在可以发生模拟测试之前， [0006] 必须在实验室中表征振动系统的输入驱动信号与远程换能器的响应之间的关系。通常，这种“系统识别”过程包括：获得完整物理系统(例如，振动系统、测试样品和远程换能器)(在下文中称为“物理系统”)的各自模型或传递函数；计算所述完整物理系统的逆模型或传递函数；以及使用所述逆模型或传递函数迭代地获得振动系统的适当驱动信号，以在实验室情况下获得关于测试样品的与在操作环境中发现的远程换能器的响应基本上相同的远程换能器的响应。 [0008] 虽然上述用于获得振动系统的驱动信号的系统和方法已经取得了重大成功，但是继续需要改进这种系统。具体地，需要改进物理系统的模型以及用于获得驱动信号的方法。 发明内容[0009] 本文提供发明内容和摘要，以通过简化形式引入对以下在具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容和摘要不意图标明所请求保护主题的关键特征或必要特征，也不意图用于限制所请求保护主题的范围。所请求保护的主题不限于解决了背景技术中记载的任何或所有缺点的实施方式。 [0010] 本发明的第一方面是一种测试，包括：物理测试台，具有响应驱动信号的柔性致动器组件；以及测试样品，可操作地连接到柔性致动器组件。提供了一种非暂时性计算机存储设备并将其配置为利用处理器进行操作，以执行存储在其上的指令，从而将测试驱动信号施加于物理测试台。获得物理测试台和测试样品对于测试驱动信号的实际响应信号，并基于实际响应信号与选定响应信号计算误差。如果所述误差没有达到选定阈值，则基于所述误差和松弛增益因子获得新的驱动信号。获得并施加所述新的驱动信号，直到所述误差达到所述选定阈值。 [0011] 第二方面是一种操作测试系统的方法，所述方法包括：将测试驱动信号施加于具有柔性致动器组件的物理测试台，其中，柔性致动器组件将负荷传递给测试样品。获得物理测试台和测试样品对于测试驱动信号的实际响应信号，并基于实际响应信号与选定响应信号计算误差。如果所述误差没有达到选定阈值，则基于所述误差和松弛增益因子获得新的驱动信号。获得并施加所述新的驱动信号，直到所述误差达到所述选定阈值。 [0012] 可以在以上描述的各方面的另外实施例中提供以下特征中的一个或多个特征。 [0013] 松弛增益因子大于0.5，并且优选地，大于0.65，更加优选地，大于0.75，甚至更加优选地，大于0.8。通过能够使用比之前使用的松弛增益因子更大的松弛增益因子，当与不具有这种柔性致动器组件的测试系统相比时，大大减少了使用如上所述的迭代过程获得驱动所需的迭代总次数。 [0014] 所述方法和测试系统不受所使用的模型类型的限制。例如而不是限制性地，线性模型或非线性模型可以被配置用于物理测试台和测试样品，其中，基于所述误差、线性模型或非线性模型以及松弛增益因子获得所述新的驱动信号。 [0015] 柔性致动器组件可以包括：一个或多个致动器，每个致动器具有将致动器连接到测试样品的弹簧以提供柔度；以及/或者包括蓄能器。蓄能器可以通过流体或机械方式连接到双作用式致动器的活塞或腔室中的每一个。蓄能器将弹簧效应引入到其他实质上的刚性致动器。每个蓄能器可以包括可压缩流体(通常是，诸如氮气的气体、机械弹簧或其他弹性介质或设备)的第一部分，并且与气体相比，填充有液体的第二部分基本上不可压缩。每个蓄能器164的第二部分通过流体方式连接到钻孔或通过机械方式连接到活塞。通常，在每个蓄能器中设置隔板(或诸如活塞的等效分离设备)以保持弹簧设备或介质与液体的分离。使用通常但不排他地预充有氮气或机械元件的液压蓄能器允许调节致动器组件的弹簧刚度(即，柔度)，以匹配特定测试样品的需求。 [0016] 柔性致动器组件的柔度可以调节，和/或如果期望的话，则柔性致动器组件在一个或多个自由度上比测试样品更柔软。 [0017] 还可以利用致动器组件的其他设计考虑来获得期望性能。例如，蓄能器有效面积与活塞面积之间的面积比、蓄能器活塞的质量和/或进入/排出蓄能器的油的速度中的任何一个或全部可以被用于将柔度调节为在低频有效(但变得基本上惰性)或者基本上在高频至少更硬(保证更小的柔度和更大的刚度)。 [0018] 以上在前述实施例中的任何一个实施例中描述的方法和测试系统的具体优点在于，可以用与测试样品相似但不同的新的测试样品替代测试系统中的测试样品。施加与达到选定阈值的所述误差相对应的驱动信号，以进行对所述新的测试样品的测试。在现有技术系统中，将需要产生新的驱动信号，这花费大量时间。而因为柔性致动器组件，可以对相似但不同的测试样品使用相同的驱动信号。 [0019] 如本文中使用的，“相似但不同的测试样品”是具有用于测试样品的整体相同结构的测试样品，但是每个相似但不同的测试样品在至少一个方面上不同，诸如但不限于：不同的结构、元件、材料、操作参数特性、数值、设置或调节。以另一种方式来讲，当使用相同的驱动信号测试每个测试样品时，如果从每个测试样品获得的测试结果是合适的，则两个测试样品相似但不同。如果在另外基本上相同但不包括一个或多个柔性致动器组件的测试系统中使用前述相同的测试样品并且当相同的驱动信号施加于每个测试样品时获得的测试结果将不是合适的，则这两个测试样品相似但不同。 [0020] 所述方法和测试系统的具体优点在于，测试样品是车辆的至少一部分，其中，柔性致动器组件中的至少一个被配置为沿与车辆的前向运动或车辆的前向运动的横向运动基本上相对应的方向将负荷施加于车辆的所述至少一部分。附图说明 [0021] 图1是现有技术测试系统的示意性框图。 [0022] 图2是适当计算环境的示意图。 [0023] 图3A是示出了振动测试的现有技术方法的识别阶段中包括的步骤的流程图。 [0024] 图3B是示出了振动测试的现有技术方法的迭代阶段中包括的步骤的流程图。 [0025] 图3C是示出了振动测试的现有技术方法的另一迭代阶段中包括的步骤的流程图。 [0026] 图4A是用于利用调节器获得振动系统的驱动信号的现有技术迭代过程的详细框图。 [0027] 图4B是用于利用本发明的调节器获得振动系统的驱动信号的另一现有技术迭代过程的详细框图。 [0028] 图5是具有本发明的一方面的测试系统的示意性框图。 [0029] 图6是柔性致动器组件的示意图。 [0030] 图7是具有本发明的一方面的物理测试台的示意性框图。 [0031] 图8是示出了振动测试的现有技术方法的识别阶段的示意性框图。 [0032] 图9是示出了振动测试的现有技术方法的迭代阶段的示意性框图。 具体实施方式[0033] 图1示出了物理系统10。物理系统10总体上包括振动系统13，振动系统13包括伺服控制器14和致动器15。在图1的示意图示中，致动器15表示通过适当机械接口16连接到测试样品18的一个或多个致动器。伺服控制器14向致动器15提供致动器命令信号19，致动器15转而激发测试样品18。从致动器15向伺服控制器14提供适当反馈15A。测试样品18上的一个或多个远程换能器20(诸如位移传感器、应变仪、加速计等)提供测量响应或实际响应21。物理系统控制器23接收作为反馈的实际响应21，以计算驱动17作为物理系统10的输入。在以下讨论的示例性迭代过程的一个实施例中，物理系统控制器23基于在22处提供的期望响应与测试样品18上的远程换能器20的实际响应21的比较来产生物理系统10的驱动17。虽然图1中示出了单通道情况，但是具有包括N个响应分量的响应21和包括M个驱动分量的驱动17的多通道实施例是典型的并被考虑为本发明的另一实施例。 [0034] 图2和相关讨论提供了可以实施本发明的适当计算环境的简明概述。虽然不必要，但是将至少部分地在由计算机30执行的计算机可执行指令(诸如程序模块)的一般上下文中来描述物理系统控制器23。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程程序、对象、组件、数据结构等。以下使用框图和流程图来示出程序模块。本领域技术人员能够将这些框图和流程图实现为计算机可执行指令。此外，本领域技术人员将理解，可以利用其他计算机系统配置来实施本发明，其中包括多处理器系统、网络化个人计算机、微型计算机、主框架计算机等。本发明还可以实施在分布式计算环境中，其中，由通过通信网络链接的远程处理设备执行任务。在分布式计算机环境中，程序模块可以位于本地存储设备和远程存储设备二者中。 [0035] 图2中示出的计算机30包括传统的个人计算机或台式计算机，具有中央处理单元(CPU)32、存储器34和系统总线36，其中，系统总线36将包括存储器34的各种系统组件连接到CPU 32。系统总线36可以是若干类型的总线结构中的任意一种，包括内存总线或者内存控制器、外围总线和使用各种总线架构中的任意一种的本地总线。存储器34包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。基本输入/输出(BIOS)包含有助于(例如，在启动时)在计算机30内的元件之间传输信息的基本例程，BIOS存储在ROM中。非暂时性计算机可读存储设备38(诸如硬盘、光盘驱动器、ROM、RAM、闪存卡、数字视频盘等)连接到系统总线36并用于存储程序和数据。一般地，将程序(伴随数据或不伴随数据)从存储设备38中的至少一个存储设备加载到存储器34。 [0036] 诸如键盘、定点设备(鼠标)等的输入设备40允许用户将命令提供给计算机30。此外，监视器42或其他类型的输出设备经由适当接口连接到系统总线36，并向用户提供反馈。可以通过通信链路(诸如调制解调器)或者通过存储设备38的可移除介质提供期望响应22来作为计算机30的输入。基于由计算机30执行的程序模块并且通过将计算机30连接到振动系统13的适当接口，来将驱动信号17提供给图1的物理系统10。接口44还接收实际响应21。 [0037] 在描述本发明之前，详细地回顾用于对物理系统10建模并获得施加于物理系统10的驱动17的示例性已知方法也是有益的。虽然以下针对测试车辆进行了描述，但是应理解，这种现有技术方法和以下论述的本发明不仅配置为测试车辆，而是能够用于其他过程、其他类型的测试样品及其子结构或组件。另外，通过假设基于频谱分析的建模估计和实施来进行描述，但是可以通过若干其他数学技术(例如，自适应逆控制(AIC)型模型、诸如自回归外源(ARX)和状态空间型模型的参数回归技术或者其组合)来执行操作。 [0038] 参照图3A，在步骤52，用远程换能器20装备测试车辆。在步骤54，车辆经历感兴趣的现场作业环境，并且测量和记录远程换能器响应。例如，可以在道路或试验轨道上驱动车辆。通过模数转换器将测量的远程换能器响应(通常是模拟的)以数字格式存储在计算机30中，如众所周知的。 [0039] 接着，在识别阶段，确定物理系统10的输入/输出模型。该过程包括：在步骤56，将驱动17作为输入提供给物理系统10，并测量远程换能器响应21作为输出。用于模型估计的驱动17可以是在选定带宽上具有频率分量的随机“白噪声”。在步骤58，基于施加的输入驱动和在步骤56获得的远程换能器响应来计算物理系统10的模型估计。在一个实施例中，这通常被称为“频率响应函数”(FRF)。从数学上讲，FRF是一个NxM矩阵，其中，每个元素是频率相关复变量(增益和相位与频率)。矩阵的列对应于输入，而行对应于输出。如本领域技术人员理解的，还可以使用物理系统10或与物理系统10基本上相似的其他系统直接从现有技术测试获得FRF。 [0040] 在步骤60，需要逆模型H(f)-1以基于远程响应确定物理驱动17。如本领域技术人员理解的，可以直接计算逆模型。此外，本文中所使用的术语“逆”模型包括用于非方形NxM系统的MxN“伪逆”模型。此外，在主轴耦合的车辆测试系统中，针对例如“制动开启”区域和“制动关闭”区域，可以使用不同的正模型H和逆模型H(f)-1。现有技术中在这点上，方法进入图3B和图4A所示的迭代阶段，以获得产生实际响应21的驱动17，其中，理想地，实际响应21复制了期望远程换能器响应22(下文中称为“期望响应”)。在72处表示逆物理系统模型H(f)-1，在10处表示物理系统(振动系统、测试车辆、远程换能器和仪器仪表)。参照图3B，在步骤78，将逆模型72应用于目标响应校正77，以确定初始驱动17x1(t)。目标响应校正77可以是针对初始驱动的期望响应22，但是大多数情况下，其通过松弛增益因子95而减小。之后，在步骤80，将从逆模型72计算的驱动17x1(t)施加于物理系统10。接着，在步骤86，获得针对应用的驱动17x1(t)的物理系统10的实际远程换能器响应21(下文中称为“实际响应”)y1(t)。如果完整物理系统10是线性的(允许统一的松弛增益95)，则初始驱动17x1(t)可以用作所需驱动。然而，由于物理系统通常是非线性的，因此，必须通过迭代过程达到正确的驱动17。(如本领域技术人员理解的，用于相似物理系统的在之前测试中使用的驱动17可以用作初始驱动。) [0041] 迭代过程包括：在步骤88，记录产生自初始驱动x1(t)的第一实际响应y1(t)，将其与期望响应22进行比较，并计算响应误差89Δy1作为差。(在图4A中在87处提供第一实际响应信号y1(t)。)在步骤90，将响应误差89Δy1与预选的阈值进行比较，如果响应误差89超出阈值，则执行迭代。具体地，响应误差89Δy1通过松弛增益因子95而减小，以提供新的目标响应校正77。在该实施例中，将逆传递函数H(f)-1应用于新的目标响应校正77，以产生驱动校正Δx294(步骤91)，在步骤92，将驱动校正Δx294与第一驱动x1(t)17A相加以得到第二驱动x2(t)17。重复迭代过程(步骤80-92)，直到响应误差89在响应的所有通道上下降到预选的阈值以下。之后，可以使用产生响应21的最后驱动17来执行样品测试，其中，响应21在期望响应22的预定阈值内。 [0042] 如所述的，响应误差89Δy通常通过松弛增益因子(或迭代增益)95而减小，以形成目标响应校正77。迭代增益95稳定迭代过程，并权衡针对迭代超调(iteration overshoot)的收敛速率。此外，迭代增益95使测试车辆由于物理系统10中的非线性而将在迭代过程期间超负荷的可能性最小化。如本领域技术人员理解的，可以将迭代增益应用于驱动校正94Δx和/或响应误差89。应注意的是，在图4A中，存储设备38可以用于在迭代过程期间存储期望响应22、实际响应21和之前驱动17A。当然，也可以使用存储器34。此外，虚线93指示逆模型72是物理系统10的逆估计。如上所述，本领域技术人员可以使用商用软件模块(诸如包括明尼苏达州(Minnesota)伊登普雷里(Eden Prairie)的MTS系统公司的RPCIIITM)实现图4A的框图。 [0043] 在这点上，还可以讨论用于计算驱动的现有技术的改进方法。改进的现有技术方法包括图3A中示出的识别阶段的步骤以及图3B中示出的迭代阶段的多个步骤。为了方便起见，改进方法的迭代步骤示出在图3C中以及如图4B所示的框图。如图4B所示，目标响应校正77的计算相同。然而，如果实际响应21和期望响应22之间的响应误差89大于选定阈值，则在步骤97将目标响应校正77与之前目标响应79A相加，以针对当前迭代获得新的目标响应79。 将逆模型72应用于目标响应79，以获得新的驱动17。如图4B所示，由于上述原因而可以使用迭代增益95。 [0044] 图4A和图4B总体上示出了另一类型的迭代过程，该迭代过程包括调节器100，调节器100在迭代过程的每个步骤期间进行操作，以改进物理系统逆模型72。在美国专利7,031,949中详细地描述了该过程，该美国专利一并在此作为引用。总体上，如图4A所示，调节器 100校正逆模型72，逆模型72直接接收作为响应误差89的简单函数的目标响应校正77(即，没有图4B的之前目标信息79A)，物理系统驱动17包括与之前驱动17A结合的驱动校正94。反之，如图4B所示，逆模型72接收目标响应79，目标响应79是目标响应校正77和之前目标响应 79A的组合，并且通过应用逆模型72直接获得驱动17。在图4B的情况下，调节器100以与图4A中在概念上相同的方式校正逆模型72。然而，图4A和图4B的配置表现了可用于美国专利7, 031,949中描述的虚拟身份建模过程的不同信号，所述配置均具有固有情境优势。调节器 100还可以通过迭代方式进行操作。 [0045] 总体上，在图5中示意性地示出了本发明的一方面，图5与图1类似；然而，已用柔性致动器组件150替代致动器15。当将柔性致动器组件150实施在测试台中以在测试样品模拟测试样品所看到的实际负荷时产生负荷时，柔性致动器组件150必须能够以这种系统通常考虑的高频来产生高负荷。然而，柔性致动器组件150表现出低刚度弹簧特性，从而能够容纳测试样品18的位移。在图5的示意图中，可以不考虑这种特性；然而，当施加于用于多自由度地应用负荷的测试系统(诸如具有一个或多个车辆主轴的道路模拟器，其中，每个车辆主轴具有图7中示出的用于将负荷施加于车辆主轴以模拟车辆行驶过程的车辆主轴测试夹具200)中时，已经发现一个或多个自由度的这种柔度(尤其对于水平负荷，其沿模拟车辆前向运动的方向及其侧向以及外倾角和转向力矩)非常有利。当测试车辆时在用于一个或多个水平负荷的负荷路径中提供柔性致动器组件可以允许测试者测试具有相同功能但是不同特性的车辆组件，例如，不同刚度的轴衬或稳定器套管，而不必在步骤54记录特有测试数据以及使用如上所述的针对每个不同套管的迭代过程产生特有驱动。 [0046] 虽然图7中示出了连接到车辆主轴的测试系统的形式，但这仅是一个示例。其他基于多自由度致动器的负荷应用测试系统包括(但不限于)：舵机测试系统、转向节臂测试系统、控制臂测试系统以及通常地样品或夹具运动将扰动传递到控制通道和/或样品或夹具运动在控制通道之间传递扰动的任何应用。 [0047] 在图6中示意性示出柔性致动器组件150的第一实施例。活塞158在圆筒或钻孔155中可滑动。活塞158和钻孔155作为双作用式液压致动器进行操作，根据测试系统设计不论是单端还是双端。包括伺服控制器14的一部分的流量控制阀159通过流体方式连接到钻孔155，并向钻孔155选择性地提供液压液以移动活塞158。蓄能器164通过流体或机械方式连接到双作用式致动器的活塞或腔室中的每个。蓄能器164将弹簧效应引入到其他实质上的刚性致动器。每个蓄能器164包括可压缩流体(通常是，诸如氮气的气体、机械弹簧或其他弹性介质或设备)的第一部分165，并且与气体相比，填充有液体的第二部分167基本上不可压缩。每个蓄能器164的第二部分167通过流体方式连接到钻孔155或通过机械方式连接到活塞158。通常，在每个蓄能器164中设置隔板169(或诸如活塞的等效分离设备)以保持弹簧设备或介质与液体的分离。使用通常但不排他地预充有氮气或机械元件的液压蓄能器164允许调节致动器组件150的弹簧刚度(即，柔度)，以匹配特定测试样品的需求。 [0048] 还可以利用致动器组件150的其他设计考虑来获得期望性能。例如，蓄能器164有效面积与活塞158面积之间的面积比、蓄能器活塞的质量和/或进入/排出蓄能器164的油的速度中的任何一个或全部可以被用于将柔度调节为在低频有效(但变得基本上惰性)或者在高频至少基本上更硬(保证更小的柔度和更大的刚度)。 [0049] 美国专利6,457,369公开了使用可压缩气体体积提供可以在本发明中使用的气体弹簧的其他形式的致动器(线性或部分旋转)，并且如此将该美国专利一并在此作为参考。然而，应当注意的是，在美国专利6,457,369中描述的柔性致动器不以本文中教导的方式来使用。在美国专利6,457,369中，柔性致动器用于提供高静态负荷或低频负荷，所述负荷还符合高频输入干扰。然而，其所描述的具体地关于液压开启或关闭的一些控制技术可以被包含，如果期望的话。 [0050] 如上所述，在诸如图7中示出的测试系统200的多自由度(多轴)测试系统中，柔性致动器组件尤其有利。在美国专利6,640,638中详细描述了测试系统200，将该美国专利6,640,638一并在此作为参考，然而，测试系统200是道路模拟器的一种形式。 [0051] 参照图7及其示意表示，车辆主轴测试夹具200是如下系统的示例，所述系统被设计为将线性力和转矩施加于车辆的主轴(未示出)。车辆主轴测试夹具200包括车轮适配器壳体216，其中，车轮适配器壳体216以传统方式固定于车辆主轴。第一负荷组件213包括车轮适配器壳体216和一对竖直延伸的负荷链条或支杆220。通常，第一负荷组件213利用致动器组件223和225分别沿两个相互垂直的轴222和224之一或二者的方向将负荷施加于主轴。另外，第一负荷组件213可以使用致动器组件227施加关于轴226的力矩或扭矩，其中，轴226与轴222和224相互垂直。 [0052] 在示例性实施例中，测试夹具200还包括第二负荷组件215。第二负荷组件215包括多个支杆217和至少一个致动器组件(219A、219B和229)。通常，第二负荷组件215可以使用致动器组件229基本上沿轴226施加力，使用致动器组件219A和219B施加关于轴224的力矩，以及使用致动器组件219A、219B和229施加关于与轴222平行的轴的力矩。 [0053] 图7的每个致动器组件包括第二形式的柔性致动器组件，其中，每个致动器组件包括可操作地与相关联致动器串联连接的弹簧元件240，弹簧元件240可以是液压的或电动的。所述弹簧元件可以包括机械弹簧(例如，螺旋弹簧)或者气体或气动弹簧。虽然图7中示出了串联连接到两个支杆的弹簧元件，但是应当理解的是，可以沿从致动器到与样品的耦接处的负荷路径将弹簧元件并入在任何地方，例如但不限于：合并在负荷路径中的任何杠杆臂的一部分中，或者合并于杠杆臂的一部分以提供杠杆臂的柔性旋转，或者合并于负荷路径中的任何耦接处。通常，弹簧元件将提供轴向弹簧效应，可以包括可操作地连接到杠杆臂的弹簧以允许杠杆臂的支点以及所示出的轴向弹簧元件240柔性地运动。还陈述另一种方式，本发明的一方面在于提供柔性致动器组件，使得测试系统的刚度充分小于测试样品的刚度。 [0054] 应当注意的是，与机械弹簧240相比，具有在双作用式致动器端之间可操作地连接的柔度元件或固定和单作用式致动器端的柔性致动器150是有利的，这是因为致动器组件的柔度在控制回路(图5中的信号线19和15A)“内部”，从而仍然提供对运动的闭环控制，这可以减小或消除不受控的共振响应。 [0055] 在测试系统中包括柔性致动器或组件的具体优点在于，对于测试多个“相似但不同”的测试样品，可以不需要新的驱动。通常，对于待测试的每个相似但不同的测试样品，现有技术的测试系统基于在图3A的步骤54收集记录的每个相应测试样品的特有响应数据，使用如上所述的迭代过程产生新的驱动。然而，在步骤52中将每个相似但不同的测试样品安装在诸如车辆的操作环境中并记录数据在劳动和时间上都非常昂贵。同样地，基于记录的独特数据使用迭代过程产生驱动通常也非常耗时间，并且由于迭代过程的性质，导致测试样品和/或测试系统的磨损。已经发现，使用一个或多个柔性致动器组件可以降低具体地对样品引起运动的系统灵敏度，从而提高控制回路抗扰能力并且允许相同的驱动用于多个相似但不同的测试样品。 [0056] 柔性致动器组件还帮助执行对在测试期间不时表现出不同特性的测试样品的测试。柔性负荷组件还可以使施加的力或负荷随着时间更加一致。 [0057] 应当注意的是，通过在测试系统中使用柔性致动器组件已经实现的另一显著优点在于，当与不具有这种柔性致动器组件的测试系统相比时，使用如上所述的迭代过程获得驱动所需的迭代总次数显著减少。通常，出于以上讨论的原因，迭代增益或松弛增益因子95必须保持很小，例如，在0.3的数量级上，使得不发生超调并且不损坏测试样品。由于松弛增益因子小，因此获得最终驱动所需的迭代次数相当大，例如，30次迭代。较为常见的是，对于诸如道路模拟器的测试系统，每次迭代花费一个小时或更长时间；因此，收敛于最终驱动可能很容易地花费30个小时或更长时间。然而，使用在效果上允许测试系统比测试样品实质上硬度更低(在至少一些自由度上，如同具有完全车辆主轴连接的道路模拟器的水平通道，或者使用一个或两个主轴连接的道路模拟器(例如，用于测试车辆的后轴/悬架或者车辆悬架的一角)或直接连接的组件测试样品(诸如连接到一个或多个柔性致动器组件的引擎安装节)的部分车辆测试)的柔性致动器组件允许使用大于大约0.5的松弛增益因子，在另一实施例中使用大于大约0.65的松弛增益因子，在另一实施例中使用大于大约0.75的松弛增益因子，并且在另一实施例中使用大于大约0.8的松弛增益因子。使用较大的松弛增益因子大大地减小了收敛于最终驱动所需的迭代次数，从而节省大量时间和成本，而随着松弛增益因子增大，所需的迭代次数通常减少；因此，由于迭代次数减少，期间的松弛增益因子的任何增大可以提供显著优势。 [0058] 在这点上，还应当注意的是，对于在用于获得新驱动信号的处理或计算期间使用的任何类型的模型，可以获得前述优势。所使用的模型的类型不重要，这是因为通过在测试系统中使用一个或多个柔性致动器组件已经实现了迭代次数的减少。因此，本发明不限于在驱动信号的迭代期间使用的示例性测试系统方法，而是可以用于例如线性模型和非线性模型二者。 [0059] 现有技术测试系统和方法与具有柔性致动器组件的本测试系统和方法之间的另一区别在于，例如通过(在至少一些自由度上)将测试系统调节为比测试样品柔软得多(诸如像测试样品的10％一样硬)，来将测试系统(物理测试台)的柔度调节为相对于测试样品具有选定柔度或选定刚度。这再次允许使用较大的松弛增益因子，从而减少迭代次数。对测试系统的刚度或柔度的这种调节可以允许松弛增益因子独立于相似测试样品，例如，如果在一个测试中道路模拟器被调节为具有汽车的刚度的10％并且在另一测试中具有货车的刚度的10％，则对于每个车辆需要相同或几乎相同的迭代次数。 [0060] 在美国专利8,135,556、美国公开的专利申请US 2013/0304441A1以及相同日期提交的名称为“Methods and Systems for Testing Coupled Hybrid Dynamic Systems(用于测试耦合混合动力系统的方法和系统)”的美国专利申请中描述了可以获益于本发明的多方面的其他示例性迭代过程和实施例，它们全部一并在此作为参考。 [0061] 通常，前述专利和申请提供用于控制耦合混合动力系统的仿真的布置。在一个示例性布置中，该布置包括物理测试台，该物理测试台被配置为驱动系统的物理结构组件并由于将驱动信号输入施加于测试台而产生测试台响应。处理器配置有物理组件的互补系统的虚拟模型(本文中还称为“虚拟模型”)(即，物理组件和互补系统的虚拟模型包括完整的混合动力系统)。处理器接收测试台响应的第一部分作为输入，并且通过将接收的测试台响应的第一部分和虚拟驱动用作输入来产生互补系统的模型响应。处理器还被配置为将测试台响应的不同的第二部分与来自互补系统的虚拟模型的相应响应进行比较以形成差，所述差被用于形成系统动态响应模型，所述系统动态响应模型将被用于产生测试台驱动信号。 [0062] 在实施例中，处理器还被配置为产生测试驱动信号，接收测试台响应，产生来自互补系统的虚拟模型的响应，并将测试台响应与来自互补系统的虚拟模型的响应进行比较，以产生混合仿真过程误差。然后，以迭代方式使用系统动态响应模型的逆来减小该误差，直到来自互补系统的虚拟模型的响应与测试台响应之间的差在定义的阈值以下。 [0063] 图8描绘了用于控制耦合混合动力系统的仿真的示例性布置，应当理解的是，本发明的多个方面不限于这里所描述的示例性布置，而是还可以应用于上面提到的专利和专利申请中的任何其他布置。 [0064] 在示例性布置中，在适当的非暂时性计算机可读介质(诸如计算机的硬盘)中提供互补车辆模型370，并且处理器可以访问互补车辆模型370。然而，车辆的模型仅是示例，在不脱离本公开的情况下，可以对其他系统进行建模。此外，出于说明的目的，物理组件是在车辆悬架系统中采用的支杆。支杆仅是物理组件的示例，可以测试其他组件，包括但不限于：如上面提到的专利申请中所述，测试去掉实际轮胎和车轮的整个车辆。还提供测试台372，测试台372接受驱动并将响应提供给上述柔性致动器组件中的任何一个，上述柔性致动器组件是测试台372的一部分。在该示例中，测试台372被配置为测试安装在测试台372内的物理支杆。然而，测试台372可以被配置为测试其他结构组件。测试台372具有台控制器 374。 [0065] 该布置形成了或确定了系统动态响应模型，该系统动态响应模型可以被采用以产生用于驱动测试台372的驱动信号。作为一个示例，系统动态响应模型376可以是频率响应函数(FRF)。还可以由运行互补模型370的相同处理器来确定或计算系统动态响应模型376。然而，还可以在单独处理器上确定和计算系统动态响应模型376。 [0066] 图8描绘了用于形成系统动态响应模型376的布置和步骤。这可以被称为系统响应建模步骤。可以在稍后描述的图9的迭代过程中采用该系统动态响应模型376。在图8中，随机测试台驱动378被播放到测试台372中，其中，测试台372具有安装的车辆组件380(诸如支杆)。随机测试台驱动378可以是通用驱动，诸如随机幅度、宽带频率驱动。虽然在公开的实施例中测量了两个响应，但是布置不限于两个响应。这些响应之一(诸如随机测试台力信号382)被施加于互补系统的车辆模型370。另一个响应(诸如随机台位移384)是将与互补系统的虚拟模型370的响应进行比较的响应。在公开的图8的实施例中，第一响应382是由测试台 372上的支杆施加的力，而第二响应384是支杆380的位移，第二响应384还可以被提供作为台控制器374的输入。应当注意的是，力信号和位移信号仅是示例性的，可以从测试台372提供其他响应信号。 [0067] 来自测试台372的响应(诸如随机台力382)被提供作为输入以形成互补系统的虚拟车辆模型370的随机模型驱动386。互补系统的虚拟车辆模型370不包括测试下的组件，在这种情况下是支杆380。互补系统的虚拟车辆模型370利用随机模型响应信号88(在这种情况下是位移)来响应随机模型驱动输入信号386。 [0068] 在处理的第三步骤中，将互补系统的虚拟模型370的随机响应88与相关联的测试台随机响应384进行比较。执行比较390以形成随机响应差392(在本文中的示例是位移)。随机响应差392与随机台驱动378之间的关系建立系统动态响应模型376。系统动态响应模型376将被取逆并被用于图2的迭代仿真控制处理中的测试台驱动预测。 [0069] 系统动态响应模型376的确定可以通过离线处理来完成，从而不需要高功率和高速的计算能力。此外，由于不需要获取数据，因此可以在不知晓组件在虚拟模型内如何进行响应的情况下测试任何组件，或者可以在物理环境中测试任何组件。当组件380在物理系统中时，系统动态响应模型376的离线测量用于测量互补系统的虚拟模型的响应88与台输入的台响应384的差的灵敏度。一旦台驱动378与系统响应差392之间的关系已被建模，则执行离线迭代过程，如图2所示。这可以被视为测试驱动开发步骤。 [0070] 在作为离线迭代的图2的迭代过程中，操作不包括测试组件380的互补系统的虚拟模型370。在示例性实施例中，虚拟模型370是虚拟车辆的互补系统，被排除的测试组件是支杆380。在测试道路上驱动虚拟车辆，以产生互补系统的虚拟模型370的响应400。作为示例，响应400可以表示支杆380的位移，但是由于支杆380实际上不存在，因此响应400事实上是被通过响应400测量的支杆380所占用的空间的位移。除了虚拟测试道路输入之外，还将互补系统的虚拟模型370的附加输入示出为参考标号398。互补系统的车辆模型370的附加模型输入398基于来自测试台372的测试台响应394。附加模型输入398(诸如在测试台372测量的力)在测试期间被同时施加于车辆模型370。对于初始迭代(N＝0)，互补系统的虚拟模型370的输入398通常将处于零。 [0071] 互补系统的虚拟模型370的响应400与来自测试台372的测试台响应396进行比较。如果互补系统的虚拟模型370的响应400是位移，则该测试台响应396也必须是位移。在测试台响应396和互补系统的虚拟模型370的响应400之间进行比较402，以形成响应差403。 [0072] 响应差403(在这种情况下是位移差)与期望差404进行比较。通常，对于迭代控制处理，期望差404将被设置在零。然而，在另外的实施例中，在不脱离本公开的范围的情况下，可以采用其他期望差。 [0073] 响应差403与期望差404之间的比较406产生仿真误差407，其中，仿真误差407被之前在图1所示的步骤中确定的系统动态响应模型376的逆(FRF-1)所使用。在图9中系统动态响应模型376的逆被表示为参考标号408。在412，将驱动校正409与之前测试台驱动信号410相加，以产生下一测试台驱动信号414。通常，仿真误差407通过松弛增益因子而减小。松弛增益因子(或迭代增益)稳定迭代过程，并权衡针对迭代超调的收敛速率。此外，迭代增益使测试组件由于物理系统中的非线性而将在迭代过程期间超负荷的可能性最小化。如本领域技术人员理解的，可以将迭代增益应用于驱动校正409，如果需要的话。 [0074] 将下一测试台驱动信号414施加于测试台372，并且测量第一响应和第二响应。将被施加于车辆模型370的响应394经由处理器和互补系统的虚拟模型370产生与测试台响应396进行比较的响应400。迭代地重复该处理(由箭头397和399表示)，直到产生的仿真误差 407减小到期望容差值。 [0075] 车辆模型370的处理和最终测试台驱动信号414的确定能够在单处理器内被执行。然而，在某些实施例中，可以采用多处理器。此外，应当理解的是，确定仿真误差407的处理和测试台驱动信号414的确定可以被离线执行。 [0076] 虽然已经使用对结构特征和/或方法动作特定的语言描述了主题，但是应当理解的是，在权利要求中限定的主题不必受限于以上描述的特定特征或动作，如法院所保持的。相反，上面描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而公开的。 |
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