用于虚拟测试单元的设备和方法。校准物理测试单元的方法包括以下步骤：部分地基于一组历史测试数据来确定一组要提供给物理测试单元的输入；将这些输入提供给物理测试单元并接收与之相关联的一组输出，其中所述提供包括执行顺次空间填充取样程序以基本上覆盖由那组历史数值所限定的区域；基于那组输出创建包括一个或多个响应面的虚拟测试单元；以及询问虚拟测试单元以确定至少一个输入和至少一个输出之间的校准关系。可使用平滑Kriging来确定虚拟测试单元。
部分地基于一组历史测试数据来确定一组要提供给物理测试单元的输入；
将这些输入提供给物理测试单元并接收与之相关联的一组输出，其中所述提供包括执行顺次空间填充取样程序以基本上覆盖由所述一组历史测试数据所限定的区域；
基于所述一组输出创建包括一个或多个响应面的虚拟测试单元；以及询问虚拟测试单元以确定至少一个输入和至少一个输出之间的校准关系。
2.如权利要求1所述的方法，其中创建虚拟测试单元包含执行Kriging插值步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中Kriging插值包含平滑Kriging。
4.如权利要求1所述的方法，还包含基于一组监测点对每个响应面执行收敛性检查。
5.如权利要求4所述的方法，其中响应面不是基于监测点的。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述询问步骤包含询问一组未包含在所述提供步骤中的数据点。
7.如权利要求1所述的方法，其中确定所述一组输入包含确定历史测试数据的边界、确定测试计划以及从该边界与该测试计划的交集确定输入。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述询问步骤包含利用包含目标函数和约束的优化程序。
9.如权利要求1所述的方法，其中顺次空间填充取样包含基于最小化惩罚措施来选择点。
10.如权利要求1所述的方法，其中确定所述一组输入包含确定一组与汽车动力系相关联的输入。
通信地耦联到物理测试单元上的测试系统，该测试系统设置成：部分地基于一组历史测试数据来确定一组要提供给物理测试单元的输入；将这些输入提供给物理测试单元并接收与之相关联的一组输出，其中所述提供包括执行顺次空间填充取样程序以基本上覆盖由所述一组历史测试数据所限定的区域；基于所述一组输出创建包括一个或多个响应面的虚拟测试单元；以及询问虚拟测试单元以确定至少一个输入和至少一个输出之间的校准关系。
12.如权利要求11所述的系统，其中测试系统设置成执行Kriging插值。
13.如权利要求11所述的系统，其中测试系统基于一组监测点对每个响应面执行收敛性检查，以及其中响应面不是基于监测点的。
14.如权利要求11所述的系统，其中测试系统设置成从与历史测试数据相关联的边界和测试计划的交集确定输入。
15.如权利要求11所述的系统，其中测试系统利用包含目标函数和约束的优化程序。
16.如权利要求11所述的系统，其中测试系统通过基于最小化惩罚措施而选择点来执行顺次空间填充取样。
17.如权利要求11所述的系统，其中物理测试单元是汽车动力系。
部分地基于一组历史测试数据来确定一组要提供给汽车构件的输入；
将这些输入提供给汽车构件并接收与之相关联的一组输出，其中所述提供包括执行顺次空间填充取样程序以基本上覆盖由所述一组历史测试数据所限定的区域；
基于所述一组输出和Kriging插值来创建包括一个或多个响应面的虚拟测试单元；
基于一组监测点来检查响应面的收敛性，其中监测点本身不用于计算响应面；
询问虚拟测试单元以确定至少一个输入和至少一个输出之间的校准关系。
19.如权利要求18所述的方法，其中确定所述一组输入包含确定历史测试数据的边界、确定测试计划以及从该边界与该测试计划的交集确定输入。
20.如权利要求18所述的方法，所述询问步骤包含利用包含目标函数和约束的优化程序。
用于虚拟测试单元的设备和方法
技术领域
[0001] 本发明大体上涉及自动测试系统，更具体地，涉及包含虚拟测试单元方法学的测试系统，该方法学用于校准机电构件例如汽车动力系等。
背景技术
[0002] 自动测试程序——尤其是那些用来表征复杂机电系统的程序——通常是昂贵和耗时的。随着技术水平的提高，与这样的构件相关联的变量的数目和复杂程度也在急剧增加。
[0003] 例如，在动力系和其它汽车构件的情形中，存在如此众多的与系统相关联的输入和输出以致于需要正确校准哪怕仅一方面的测量值的数目就可能要花费数周来完成。例如，现代柴油发动机可具有多达13个需要校准的变量。系统性和穷尽地测量这样的系统将极其耗费时间和金钱。
[0004] 现有技术中的方法一般通过为每个感兴趣的校准进行单独的测试来应对这个问题。实验设计(DOE)技术被用于达到测试效率，这是通过将测试条件限制在小的集合内并假设某些输入不会在其效果上作用于输出和/或测试的输出遵循假定的数学关系来实现的。这些现有技术中的测试方法学可能无法正确地将多个变量之间的相互作用纳入考虑范围，因此不会产生可以优化的模型——例如，关于燃油经济性、性能、质量等方面的优化。
[0005] 因此，需要改进的方法和系统来校准和测试复杂机电系统。
发明内容
[0006] 总体而言，本发明提供了采用虚拟测试单元(virtual test cell)方法学来自动测试物理测试单元的设备和方法。总体而言，如下文将进一步详述的，从测试单元顺次地、策略性地采集有限组的测试数据，并基于所测量的响应创建数学模型。所得到的模型或模型组构成虚拟测试单元，该单元本身可在未包含于有限组原始测试数据中的点处测量。这样，可大大减少与构件的校准相关联的时间和花费。
[0007] 根据一个实施例，校准物理测试单元的方法包括以下步骤：部分地基于一组历史测试数据来确定一组要提供给物理测试单元的输入；将这些输入提供给物理测试单元并接收与之相关联的一组输出，其中所述提供包括执行顺次空间填充取样程序以基本上覆盖由那组历史数值所限定的区域；基于那组输出创建包括一个或多个响应面的虚拟测试单元；以及询问虚拟测试单元以确定至少一个输入和至少一个输出之间的校准关系。
附图说明
[0008] 通过参考具体实施方式和权利要求并结合附图来考虑，将对本发明有更全面的理解，其中，在各图中相似的标记号指代相似的元件。
[0009] 图1是示出了示例性测试系统的总览的总体模块图；
[0010] 图2是示出了根据一个实施例的虚拟测试单元的流程图；
[0011] 图3示出与示例性顺次空间填充取样计划相关的示例概念性绘制图；
[0012] 图4示出了根据一个实施例的示例性测试计划区域；
[0013] 图5示出了根据一个实施例的示例性空间填充；以及
[0014] 图6进一步示出了示例性空间填充程序。
具体实施方式
[0015] 本发明涉及采用虚拟测试单元方法学进行的构件(或“物理测试单元”)的自动测试，其中，采用空间填充程序从物理测试单元采集有限组的测试数据，并基于所测量的响应创建数学模型。所得到的模型或模型组构成虚拟测试单元，该单元本身可在未包含于有限组原始测试数据中的点处测量。
[0016] 在正文前需要说明的是，下面的具体实施方式实质上仅为说明性的，并非用来限制本发明的实施例或者这些实施例的应用和使用。因此，尽管可结合发动机动力系和其它汽车构件来描述本发明，但本发明不应局限于此，而是可以被用来测量和校准任何合适的机电系统。
[0017] 此外，可在本文中就功能性和/或逻辑块构件以及各种处理步骤方面来描述本发明的实施例。应当理解，可以用任何数量的、设置成执行指定功能的硬件构件、软件构件和/或固件构件来实现这些逻辑块构件。例如，本发明的一个实施例可采用各种集成电路构件，如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等等，它们可在一个或多个计算机、微控制器或其它控制器件的控制下执行多种功能。
[0018] 为行文简洁起见，本文中不再详细描述与这些系统的数据处理、曲线拟合、汽车构件和其它众所周知的功能性方面相关的常规技术。此外，在本文中所包含的各幅图中所示出的连接线是用来表示各元件之间的示例功能性关系和/或物理耦联的。
[0019] 以下描述可能会涉及“连接”或“耦联”在一起的元件或节点或部件。除非另有明确规定，如在本文中所使用的，“连接”的意思是一个元件/节点/部件直接接合到(或直接与...通信)另一个元件/节点/部件上，而无须以机械方式。同样，除非另有明确规定，“耦联”的意思是一个元件/节点/部件直接或间接地接合到(或者直接或间接地与...通信)另一个元件/节点/部件，而无须以机械方式。术语“示例性”是使用了其“示例”而不是“模型”的含义。虽然各幅图描绘了各元件的示例布置，但是附加的介入元件、器件、部件或构件可存在于本发明的实施例中。
[0020] 参照图1，有助于描述本发明的一个实施例的概念性测试环境大体上包括两部分：测试系统102和通信地耦联到测试系统102上的物理测试单元(如动力系)104。本文中使用术语“动力系”作为示例物理测试单元而不乏普遍性。通常会包括一个或多个数据库103的测试系统102，以任何合适的方式向动力系104提供一个或多个输入110，并同时测量一个或多个输出120。通常使用合适的传感器(未示出)和致动器来测量输出120以及向动力系104提供输入110。
[0021] 图2提供了根据本发明的总体方法200。首先，在步骤202处，执行动力系特征测试202。这牵涉到，开始时，确定所有可从动力系104的物理测试单元校准中进行的测量。仅需要对步骤202指定变量范围(如600rpm-6000rpm)。与此相反的是，传统测试需要指定离散的变量水平(如600rpm、1000rpm、2000rpm、3000rpm等)。校准所需的精度决定物理测试量，而非遵循传统程序中的固定的测试计划。
[0022] 随后，创建了虚拟测试单元204，优选使用顺次空间填充取样法。即，系统采用下列各项来校准虚拟测试单元以产生所需水平的输出的精度：(a)采用空间填充取样法的高效测试计划，(b)被相似动力系用来创建安全和稳定的测试区域的历史边界，(c)在空间填充序列中所选择的每个测试点的条件，其中空间填充序列系统性地在整个工作区域取样，(d)在为估量与虚拟测试单元相关联的响应面模型的预测误差而选择的预定监测点处所进行的物理测试测量，(e)采用Kriging插值法的响应面模型(针对每个输出)，以及(d)对每个模型的收敛性检查。
[0023] 最后，使用虚拟测试单元(204)创建各种校准210。这涉及为所有期望的测试点“运行”虚拟测试单元，其中测试点包括在其处没有结合步骤202进行测量的点。然后，可将虚拟测试单元“运行”所需的次数以产生在所有所期望的点处的数据，这些点包括那些在其处没有进行过测量的点。这个步骤可以使用目标函数和约束来对虚拟测试单元的输出采用数学优化。在动力系的情形下所阐述的实施例中，校准步骤210包括转矩模型校准和凸轮相位器校准。可以这种方式执行任何数量的这种校准步骤。
[0024] 最后，使用数学优化来产生优化燃油经济性、性能、质量、调节度量标准(regulatory metrics)等的校准。如上文所提到的，当有很多可同时变化的变量时，如先进的动力系技术愈发是这种情况，手工校准离最佳还很遥远。
[0025] 所描述的使用“顺次空间填充法”测试取样计划的方法实质上更有效率，并已发现比传统测试计划少需大约15％-80％的数据。在传统程序中所需的很多单独测试可以被取消。
[0026] 图3描绘了与根据简化的实施例的顺次空间填充法相对应的顺次响应面。如上文所提到的，空间填充序列系统地在整个或几乎整个工作区域中取样。即，所测量的输出是随着测试点数目的增加而逐渐变化的响应面(在绘制图302、304、306和308中)。在这幅图解中，为清楚起见，仅有两个输入(“输入1”和“输入2”)。本领域技术人员将认识到通常的系统可包括更多这样的输入。
[0027] 在第一幅绘制图302中，示出了10个点的组312，其中8个点对应于边界。随着空间填充的增加，在以前数据点的基础上又选择了20个点，结果导致30个数据点的组314。接下来，随着点的数量增加到70个点，响应面绘制图306呈现出更详细的形状。如在绘制图308中所示的对应于点组318的附加点，被用来监测当在空间填充序列中添加了新的取样点时响应面变化多少。在这些点处不采集物理测量值，相反，系统仅对监测点处的输出做出预测并跟踪当添加了新的取样点时这些预测所变化的程度。当预测的变化很小时，就确定响应面已“收敛”，这为系统提供了适合的模型。如上文所提到的，监测点本身并不用作为响应面建模的数据，而是仅仅用来检查收敛性的。
[0028] 图5和图6示出了更详细的空间填充程序，这是在图3所示的基础上放大的。即，图5示出了分布在序列化的(sequenced)、二维(strength-two)正交阵列中的第一批10个点(320-329)。相似地，图6示出了针对前16个点的添加各点的顺序(p1、p2、p3......P16)。逐个添加各点，但是并不对监测点进行物理测试。相反，监测点被用作预测Kriging响应面模型的输出的输入位置。它们通常位于原始输入区的更精细的网格点处。
通过计算自两个连续的Kriging响应模型的预测误差的均方根(RMS)来进行收敛性检查。
RMS各值之间的差将决定是否发生了收敛。因此，如果两个连续的面之间的RMS差落入预先指定的容限内，则不再需要继续进行物理测试。
[0029] 可以根据所期望的效率和精度来选择实现空间填充的方法。例如，在一个实施例中，系统使新点和各环绕点之间的最小距离最大化(采用惩罚措施(penalty measure)。
[0030] 图4示出了为相同或相似的动力系使用历史边界来确定安全和稳定的测试区域。更具体来说，提供了一组历史测试数据组402。随后确定这些数据的边界404。这个边界可以是凸包形状，但无论如何优选为封闭的多边形，其基本上围绕数据组402中的大部分数据点。也提供了与实验设计(DOE)测试计划相关联的数据点组403。这个测试计划可包括规则阵列(在n-维空间中)的数据点，如所示的，或者可以具有其它合适的构型。随后，将边界404叠加到DOE测试计划403上以提供两个组的交集(intersection)，结果得到所期望的稳定测试计划406。
[0031] 下面的表1示出了这种方法在减少测试点方面典型的益处，该益处随着变量数目的增加而急剧地增加。例如，柴油发动机可具有多达13个要校准的变量，而现代汽油发动机可具有三个这样的变量。
[0032] 表1：示例性的测试点的减少与传统测试法相比测试
变量数目 实例
点数目减少的百分比
2 无凸轮相位器(如负载、速度) 15-20％
双等凸轮相位器(Dual Equal Cam
3 50％
Phaser)发动机
双独立凸轮相位器(Dual
4 80％
Independent Cam Phaser)发动机
5或更多 SIDI发动机、柴油发动机 ＞95％
[0033] 无论评估是通过测试还是通过计算机辅助工程(CAE)来完成的，本文所描述的方法都可以应用。
[0034] 在一个实例中，在动力系的转矩模型校准中使用了所描述的方法。若使用传统方法，使用一组测力计进行这个转矩模型测试通常需耗费大约40天才能完成。而若使用本文中所公开的虚拟测试单元方法学，则所需的数据点的数量从2688个减少到600个，并且程序的总持续时间从40天减少到9天，这极大地节约了成本。另外，从转矩模型测试所构造的虚拟测试单元允许取消用于凸轮相位器校准、容积效率校准等的若干其它耗时的独立物理测试。
[0035] 尽管在前面的具体实施方式部分介绍了至少一个示例实施例，但是应该理解，存在众多变型。也应该理解，本文所描述的示例实施例或复数个实施例不是用来以任何方式限制本发明的范围、应用性或结构的。相反，前面的具体实施方式部分将为本领域技术人员提供用于实施所描述的实施例或复数个实施例的方便的路线图。应该理解，可对元件的功能和布置做出各种变化，而不偏离本发明的范围，其中本发明的范围被权利要求所限定，其包括在提交本专利申请时已知的等同物和可预见的等同物。
