阅读说明：本技术 使用测功器进行测试的设备和方法 (Apparatus and method for testing using a dynamometer ) 是由 托马斯·赫尔 利奥·阿方斯·杰勒德·布雷顿 亚历克斯·马森 于 2018-12-27 设计创作，主要内容包括：一种测试方法,包括从由对于第一车辆操作性地设置的测功器产生的测试规范扭矩输出中得出道路坡度信息或风载荷信息,以及根据速度规范控制与第一车辆或第二车辆相关联的加速器踏板、加速器踏板信号、燃料喷射器、歧管压力、马达控制器或油门阀,以使被编程有道路坡度信息或风载荷信息并且对于第一车辆或第二车辆操作性地设置的测功器或另一个测功器向第一车辆或第二车辆施加反映道路坡度信息或风载荷信息的载荷。(A testing method includes deriving road grade information or wind load information from a test specification torque output produced by a dynamometer operatively disposed for a first vehicle, and controlling an accelerator pedal, an accelerator pedal signal, a fuel injector, a manifold pressure, a motor controller, or a throttle valve associated with the first vehicle or a second vehicle in accordance with a speed specification such that a dynamometer operatively disposed for the first vehicle or the second vehicle or another dynamometer programmed with the road grade information or wind load information applies a load reflecting the road grade information or wind load information to the first vehicle or the second vehicle.)

使用测功器进行测试的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月27日提交的美国临时申请第62/610,541号的权益，其内容通过引用并入本文。

背景技术

本公开属于机动车废气排放的测量和分析以及车辆能效的测量的技术领域。更具体而言，它属于预测具有内燃机(ICE)的车辆的废气排放(包括混合动力车辆(HEV)的排放)以及基于在实验室测试期间模拟真实世界的条件来预测在真实世界中操作的所有动力系类型的车辆的能效的领域。

具有ICE的现代汽车可以在地球上发现的环境、道路坡度和驾驶条件的几乎任何组合下可靠地操作。这样的车辆在世界各地都很普遍，并且可以在从远远低于0摄氏度到超过40摄氏度的环境温度下、从干旱的沙漠条件到潮湿的雨林以及在拥堵的缓慢城市交通到德国高速公路的高速操作中规则而可靠地操作。

拥有大量汽车的许多国家具有废气排放标准，即，汽车制造商必须遵守的“尾管”标准。但是经验表明，在已知影响真实世界中车辆的排放和燃料经济性的各种各样的真实世界的环境、道路和驾驶条件下对车辆进行测试是困难且昂贵的。并且，众所周知，在较低的环境温度下，HEV的能效和单次充电的BEV的可行驶里程会降低。

历史上已经在有限范围的环境条件、车辆速度模式和驾驶条件下执行了基于实验室的尾管排放测试。由于近年来全球范围内车辆数量急剧增加，并且由于车辆越来越受到计算机控制，因此政府和汽车制造商有必要更好地了解车辆在更广泛的操作条件下的排放，使得国家环境空气质量(NAAQ)标准可以在当前的环境空气“达到区域”中继续得到满足，并最终可以在当前的“未达到区域”中得到满足。车辆制造商还必须能够在更广泛的环境和操作条件下评估车辆排放控制和动力系校准变化的影响。

新的车辆废气排放法规部分地受到测得的已知直接或间接影响人类健康的特定标准污染物和控制温室气体排放的NAAQ水平的驱动。根据移动排放源和固定污染源，NAAQ水平在全球范围内差异很大。人口密度、大气条件、车辆排放性能、当地在用车队的车龄和组成、固定的空气污染源以及地理特征都是影响NAAQ的因素。例如，由于人口密度高，加上地理特征和大气条件导致的众所周知的大气温度反转，南加州的空气质量可能特别差。

具有ICE的汽车和卡车成为来自“移动源”、最主要来自“尾管排放”的总体污染的原因之一。BEV成为污染的“固定源”(即，来自发电厂的排放)的原因之一。在真实世界中操作的任何特定车辆的尾管排放和能效决于许多因素，包括各种环境条件、道路坡度、驾驶员行为、交通状况以及与这些因素相关的车辆排放控制的有效性。

由于BEV从电网获取能量，因此如果BEV的生产数量越来越大，则它们将来可能成为来自“固定源”的总体污染的重要因素。因此，了解BEV在真实世界驾驶中的能效也很重要。

颁布用于控制来自具有ICE的车辆的标准污染物和温室气体排放的新排放标准传统上已与基于实验室的测试制度和相关方法有关联，因为基于实验室的测试可以具有很强的重复性，并且直到最近(即，自便携式排放测量系统(PEMS)的商业化以来)才能够进行基于质量的真实世界(即，上路)的测试。

尽管已知实验室测试方法对于在实际测试条件下的排放测量非常准确且可重复，但是真实世界的驾驶可能使车辆经历传统实验室测试方案不会使其经历的各种各样条件。造成这种情况的原因有很多，包括难以在实验室中模拟真实世界的温度和大气压力条件的全部范围、在实际交通状况下的真实世界的驾驶员行为的影响等。

为了解决用于ICE车辆的仅实验室测试制度的局限性，已经开发了用于在车辆在真实世界中驾驶的同时对来自移动车辆的废气质量排放和燃料经济性进行准确的真实世界的测试的PEMS设备和方法。这对于了解影响NAAQ的车辆排放、温室气体排放和车辆的燃料经济性已经越来越重要。

在过去20年中，PEMS已成为监管机构和汽车制造商广泛使用的商业产品。例如，从2017年开始，基于PEMS的真实世界的测试已成为欧盟车辆认证过程要求的测试方法。但是，实验室测试仍然是车辆制造商在车辆开发过程中的宝贵工具并且是监管机构的宝贵工具，因为测试方案产生重复性非常强的测试结果。例如，在引入车辆或动力系的大小变化之后，可以通过重复测试来精确确定这种变化对尾管排放的影响。

发明内容

这里，某些实施方式可能涉及对ICE车辆进行准确而可重复的废气质量排放测试以及所有车辆类型的能效测量—代表(适用时)针对任何车辆型号、在任何路线上以及在任何一组研究中的周围条件下的真实世界的能效和尾管排放的测量。更具体而言，某些实施方式涉及用于通过主要在实验室中进行测试来在各种各样的真实世界驾驶条件下测量车辆的排放和能效性能的设备和方法。例如，车辆测试方法可以包括：操作车辆和测功器，测功器被配置为分别根据真实世界车辆油门规范(schedule)和真实世界速度规范来向车辆提供道路载荷，真实世界车辆油门规范和真实世界速度规范限定了由上路车辆行驶的真实世界驾驶循环；捕获来自测功器的、由上述操作所得到的输出扭矩数据；分别根据输出扭矩数据和真实世界速度规范来操作车辆和测功器以重现在真实世界驾驶循环中由车辆经历的道路载荷；以及根据进一步限定了真实世界驾驶循环的真实世界换挡规范来操作车辆。可以捕获与真实世界周围环境条件和在真实世界驾驶循环中由车辆经历的道路载荷相对应的真实世界排放数据。可以捕获与真实世界周围环境条件和在真实世界驾驶循环中由车辆经历的道路载荷相对应的真实世界能效数据。可以捕获与由车辆经历的重现道路载荷结合的模拟的真实世界排放数据，并且可以通过将模拟的真实世界排放数据与真实世界排放数据进行比较，验证重现的道路载荷。可以捕获与由车辆经历的重现的道路载荷结合的真实世界能效数据，并且可以通过将模拟的真实世界能效数据与真实世界能效数据进行比较，验证重现的道路载荷。车辆测试方法还可以包括在模拟的周围环境条件下操作车辆并捕获排放数据，或者在模拟的周围环境条件下操作车辆并捕获能效数据。

车辆测试实验室配备有传统的底盘测功器或用于每个车辆驱动轮的单独的车轴测功器以及用于测试ICE车辆的质量排放采样仪器(适用时)和为了在车辆正在被测试时使测试车辆暴露在一组研究中的环境条件(例如，环境温度、压力和湿度)下的一套补充的测试仪器。

在实验室测试之前，在所需的任何环境和交通状况下，在真实世界的研究中的任何一条或多条路线上驾驶要测试的车辆。例如，NAAQ“未到达区域”中的高流量交通要道可能是研究者和监管机构特别关心的。寒冷天气燃料经济性能可能是寒冷气候中的客户更广泛使用的车辆型号的制造商特别关心的。

在一次或多次真实世界驾驶中，可以可选地在配备ICE的车辆上安装PEMS，以测量和记录质量排放，单位为克/英里或克/制动马力-小时，其取决于车辆的发动机排放认证法规要求。除了可选的排放数据，还记录了表征车辆操作所需的周围天气条件和其他测试参数，包括整个测试期间的车辆速度、加速器踏板或油门位置以及制动踏板位置或状态(即，开/关)。对于手动变速箱车辆，还必须记录档位选择和离合器踏板位置。

在一条或多条所需路线上进行真实世界的测试之后，然后将车辆带到特殊配备的实验室，并放置在底盘测功器上，或者可选地连接至车轴测功器(每个驱动轮一个测功器)，而实验室的质量排放采样仪器(对于ICE车辆)测量质量排放，并使用一套补充测试仪器在车辆操作过程中提供所需的研究中的环境条件，即，可能与真实世界的测试中实际遇到的环境条件相同或不同的环境条件。

对于第一次实验室测试，通过以下方式在底盘测功器上再现整组真实世界的测试条件(包括驾驶员交互作用和环境条件在内)：在同时控制加速器踏板移动或油门位置以及制动动作以重现上路驾驶和车辆响应时，控制测功器速度以重现上路车辆速度。以常规方式记录整个测试过程中根据动力系类型的质量排放或能效以及测功器输出(反馈)扭矩信号。

如果在真实世界驾驶过程中可选地收集了PEMS排放数据或能耗，则可以将其直接与相同条件下的实验室测试期间收集的实验室排放或能耗数据进行比较，以在可接受的范围内确保它们相等。该可选的“验证”过程用于证明实验室测量和真实世界测量都是正确而可再现的高可信度。

除了可选的验证之外，初始测功器测试还提供了代表所测车辆的真实世界车轮扭矩的全部扭矩输出历史，该全部扭矩输出历史是当同一车辆由同一驾驶员在相同交通状况下操作时在各种各样的环境条件下对于相同车辆发现的车轮扭矩的良好近似。然后，将在实验室中获得的这种真实世界扭矩历史用于在不同的模拟周围环境测试条件下执行的后续测功器测试中的“扭矩匹配”。因此，“扭矩匹配”原理可以针对相同的车辆、速度历史、驾驶员影响和交通模式在任何研究中的周围条件下准确且精确地模拟真实世界驾驶。

“扭矩匹配”还可以在进行其他动力系修改(例如，动力系校准变化或催化转换器贵金属加载)之后准确且精确地模拟真实世界驾驶，并针对不明显影响车辆道路载荷的任何修改，测量这样的修改对车辆排放或能效性能的影响。

应理解的是，直接测量上路扭矩和随后实验室中的“扭矩匹配”是可选的，但是需要明显更多的工作来准备用于测试的车辆。例如，可以将提供输出扭矩信号的专用“扭矩车轮”代替普通车轮安装在车辆上。

在第一次实验室测试之后，然后可以进行周围条件、动力系校准、排放控制变化或其他动力系修改，并且通过控制加速器踏板和制动踏板以再现或“匹配”从测功器“验证”测试期间获得的记录测功器扭矩信号或从上路扭矩测量获得的扭矩信号而使测试重新进行。

可以在与所需的一样多的不同环境条件和动力系变化下执行采用“扭矩匹配”的附加测试，以充分表征测试车辆在与所需的一样多的环境条件和动力系配置下的排放特性或能效。

上述的“扭矩匹配”和验证方法使底盘或动力系测功器控制车辆或发动机的速度，同时在车辆动力系上提供载荷，包括由真实世界驾驶的道路坡度轮廓引起的部分载荷。此外，底盘测功器上的扭矩匹配可用于确定第一车辆的道路坡度轮廓，该道路坡度轮廓可用于相同真实世界路线的后续实验室模拟，以通过根据车辆速度、车辆加速度和道路坡度以常规方式控制测功器载荷来测试相同车辆或任何第二车辆。通常使用称为“惯性滑行”的方法来确定对车辆速度的适当依赖性。这里也考虑其他方法，包括使用风洞。

为了明确地确定驾驶路线轮廓的道路坡度，进行第一车辆的初始测功器测试以提供重现如上所述的车辆的真实世界总车轮扭矩的扭矩输出历史。然后，基于众所周知的车辆惯性滑行程序以及基于车辆的质量体的加速度以常见方式(即，根据车辆速度)计算第一车辆的零坡度(水平道路)恒速车轮扭矩和使车辆的质量体加速所需的扭矩。

针对要在实验室中模拟的整个真实世界路线计算通过测功器测得的真实世界总车轮扭矩与零坡度恒速车轮扭矩和克服车辆惯性所需的扭矩之和之间的差值。该差值是由于真实世界路线的道路坡度的影响造成的第一车辆上的所得到的附加载荷。随后应用三角学的基本原理来确定在第一车辆上引起附加载荷的对应的道路坡度轮廓。

真实世界驾驶的所得到的道路坡度轮廓与车辆无关。有用的是确定对于任何车辆的该轮廓，然后将该轮廓用于相同车辆或任何其他车辆的后续实验室测功器测试，以通过根据车辆地面速度、车辆空气速度、车辆加速度和/或道路坡度对测功器载荷进行编程来模拟原始真实世界驾驶或原始真实世界驾驶的一部分，因为现代测功器通常具有这种能力。

附图说明

图1示出了影响车辆的排放和/或能效的各种车辆、驾驶条件和交通状况。

图2示出了为了获得足以在测试实验室中再现测试的一组测量结果并可选地收集实际上路排放和/或能效数据而在真实世界中测试的车辆。

图3示出了如何为后续实验室测试目的获得测功器扭矩以及如何使用环境室执行可选的“验证”测试。

图4示出了用于在环境室内使用底盘测功器来模拟真实世界驾驶并从车辆收集模拟的真实世界排放数据的测试结构。

图5示出了如何为后续实验室测试目的获得测功器扭矩以及如何使用环境条件模拟器代替环境室来执行可选的“验证”测试。

图6示出了用于使用环境条件模拟器模拟真实世界驾驶并从车辆收集模拟的真实世界排放数据的测试结构。

图7示出了如何为后续实验室测试目的获得测功器扭矩以及如何使用车轴测功器执行可选的“验证”测试。

图8示出了用于使用车轴安装的测功器模拟真实世界驾驶并从车辆收集模拟的真实世界排放数据的测试结构。

图9是示出总体过程或测试方法的示例的流程图。

图10示出了适用于准确地测量车辆在道路上行驶时的空气速度的空气速度测量系统。

图11示出了从真实世界道路测试获得道路坡度信息并将道路坡度信息用于后续真实世界驾驶的实验室测功器模拟的总体过程。

具体实施方式

本文描述了本公开的各种实施方式。然而，所公开的实施方式仅仅是示例性的，并且其他实施方式可以采用未被明确示出或描述的各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域普通技术人员以不同方式采用本发明的代表基础。本领域普通技术人员将理解的是，参照任何一个附图示出和描述的各种特征可以与在一个或多个其他附图中示出的特征结合以形成未被明确示出或描述的实施方式。示出的特征的组合提供了典型应用的代表性实施方式。然而，对于特定的应用或实现方式，可以期望与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改。

PEMS的使用已经清楚地表明，由于进行代表性实验室测试所需的高昂成本和大量工作，当前基于实验室的测试方案常常不能准确地表征在真实世界中以及在上面列出的相关因素的广泛范围内操作的车辆的排放性能或能效(燃料经济性)。对于BEV存在类似的测试限制，从而限制了对在较低环境温度和真实世界驾驶条件下在真实世界中操作的那些车辆的能效的全面了解。

在一些例子中，考虑的是用于在实验室环境中通常无法再现的各种各样环境条件下以准确且可重复的方式收集任何车辆的准确的真实世界的排放和能效测试数据的设备和方法。以下描述示出了可以如何使用测试实验室来准确模拟任意车辆和所需环境条件的任意组合的真实世界条件。通过这种方式，监管机构可以确保符合排放和能效标准，汽车制造商可以准确确定车辆动力系或动力系校准变化的影响，以高效地实现排放合规性并为其客户最大化燃料经济性。

上述测试方法可以采用其他车辆操作参数作为在真实世界驾驶中使用油门位置和/或使用扭矩控制测功器的替代。例如，燃料流速、燃料喷射器脉冲宽度和用于在车辆操作期间计算动力系扭矩的动力系计算机计算与用于在实验室测试的相同的真实或模拟环境条件下的后续车辆或测功器控制的油门位置或扭矩类似。

下面讨论特定实施方式。但是测试方法可以基本相同，而与所使用的设备无关。应理解的是，这些特定实施方式仅出于说明的目的，并且比该实施方式或任何其他单个实施方式具有更广泛的适用性。在此考虑所有这样的实施方式。

图1示出了影响具有ICE的车辆的尾管排放以及真实世界中所有车辆的能效和操作范围的众多因素中的许多因素。这些因素与车辆设计、车辆与其环境(环境温度、压力、湿度、道路坡度、交通状况)的相互作用、驾驶方式(速度、加速速率、制动习惯)以及驾驶员可选选项的使用有关。

图2示出了在真实世界中正在测试的任意车辆1。对于ICE动力系，在ICE车辆1的情况下，可选地从车载PEMS 4连续收集真实世界的尾管20排放和燃料经济性数据(共19个)，或者可选地从BEV动力系连续收集能耗和效率测量结果。尽管来自真实世界的测试的排放和燃料经济性数据或能效数据本身对于评估车辆的排放或能效性能非常有用，但它只是车辆1在通用条件下的总体真实世界性能的窄视角或“一部分”。这是因为任何给定的测试都是在任何单个真实世界的测试中遇到的非常特定的一组测试条件下进行的。一些实施方式提供了用于利用从相对少量的真实世界的测试中学到的知识来实现在各种各样的环境和动力系设计条件下对同一车辆的准确且可重复的模拟并收集在各种各样条件下的代表性的排放和燃料经济性数据的手段和方法。

更具体而言，真实世界道路测试组件的主要目的是双重的。第一，为了可选地获得排放和/或能效数据，以供以后在验证相同真实世界环境条件的实验室模拟中使用。第二，为了在不使用或安装专用“扭矩轮”58或其他扭矩测量装置的情况下，获得足以准确确定在整个真实世界的测试中施加到从动轮上的扭矩的数据。当然，也可以可选地使用“扭矩轮”测量。

通过确定(或直接测量)真实世界的测试扭矩规范，可以将相同的扭矩规范应用于从动轮，同时在后续在测试实验室中模拟的相同或可选的不同的环境条件下，将修改或未修改的车辆连接至底盘测功器。

研究者为了其目的选择真实世界的测试路线。例如，它可能是高峰时段的高交通量的轻型乘用车通勤走廊，或者可能是包括许多子路线(各个都是高容量通勤走廊)的持续时间长的路线，或者可能是任何监管机构或汽车制造商关心的其他路线。或者，测试路线可能是更适用于采用重型发动机的重型车辆的测试路线，这些重型发动机传统上是出于监管目的在发动机测功器上进行测试的。

参照图2，车辆1以正常驾驶方式或与特定测试目标一致的方式在道路2上驾驶。例如，驾驶员的积极主动性可以是测试排放控制系统的稳健性的测试条件。并且，对于真实世界的测试，根据需要选择与研究目的一致的驾驶员可选选项，其包括但不限于空调以及“运动”对“经济”驾驶模式。记录驾驶员选择，以便后续在实验室测试中再现。

对于真实世界的测试的整个持续时间，车辆速度信号16、加速器踏板位置或油门位置信号18、驾驶员的制动动作或制动力度信号20、离合器踏板位置信号21和齿轮选择信号55全部以适当的频率记录，例如对于车辆速度、加速器踏板或油门位置、离合器和制动力度信号为50-100Hz。如果可以以足够的频率获得CAN总线信号，则CAN总线信号对于此目的而言是理想的，否则，对于电子控制的动力系，可以通过在适当的布线线束位置处直接感测信号来轻松获得信号。也可以采用其他常用的数据记录方式。

还有许多其他记录车辆速度的方式，每种方式都有其自身的优点和缺点。例如，使用通过汽车的CAN总线可访问的、用于现代车辆的车辆自身的齿轮速度传感器是一种便利方式。如果研究者无法获得它，或者无法以大约50-100Hz或更高的频率获得它，或者希望在无需连接至车辆的CAN总线(例如，对于较旧的车辆)的情况下进行速度测量，则可以采用其他方法。

GPS通常用在PEMS上，但是速度可能无法在足够高的频率下更新，并且在高更新速率下的小速度变化可能会受到测量不确定性的支配。

可安装在测试车辆上的路面雷达系统是用于获得具有高更新速率的车辆速度的另一种选择，但是像GPS一样，较小的速度变化可能会被车辆垂直运动引入的误差所掩盖。如果相对道路的入射角是车辆有关的，则可能必须对系统进行校准。

以高频率确定车辆速度的另一种方法是采用远程光学传感器，更具体而言是后向反射传感器，在该后向反射传感器中，发送器和接收器都位于同一壳体中并且光束从施加于移动部件的反射表面反射。在这种情况下，将反光涂料或贴纸施加于车辆的一个轮胎上，并将传感器夹紧到车辆1悬架的控制臂上，该控制臂相对于轮胎的位置是固定的。来自速度感测装置的输出频率等于轮胎的旋转频率并且与车辆的速度成比例，比例常数容易以已知方式确定。

车载“气象站”提供周围大气条件的连续更新30，来自连续更新的大气压力、温度、湿度和空气速度测量结果均以适当的频率(例如，1Hz)记录。

对于ICE车辆1，可以可选地使用PEMS 4收集用于道路测试的真实世界的尾管排放和燃料经济性(通过碳平衡技术)数据19，或者，可以使用其他方式(例如，燃料流量计(未被示出))来获得可选燃料消耗数据。对于BEV车辆1，可选地使用本领域中常用的电气方式(未被示出)在整个真实世界驾驶中记录电功耗。

图3示出了实验室测试设备的第一实施方式，其中，如图2所示先前在真实世界中进行测试的车辆1后续在配备有电动底盘测功器10的实验室中进行测试，如图3所示，该电动地盘测功器位于温度、压力和湿度受控的环境室50中。对于普通技术人员显而易见的是，参照附图所描述的用于在底盘测功器上的车辆测试的技术当然适用于在发动机测功器上的动力系测试等。

底盘测功器10被设置为以“速度模式”进行控制，即，通过使用所需的车辆1速度作为控制信号16而命令随时间而变的所需的滚轮12的速度来控制测功器滚轮12的速度。当车辆1使测功器滚轮12转动或阻止测功器滚轮12转动时，还使用记录装置(未被示出)监视和记录来自测功器控制面板11的、指示由车辆1施加到测功器滚轮12上的扭矩的动态扭矩输出信号17。

还采用本领域常用的机器人驾驶员13或者类似的电子信号驱动控制装置(未被示出)。当不能或不需要与车辆进行电子连接时，机器人驾驶员13可能对研究者更具吸引力。例如，当对用于与电子控制机构的连接的必要信息的访问不受限制时，电子信号装置可能对车辆制造商或供应商更具吸引力。机器人驾驶员13能够通过编程方式并且在适当的配合下控制车辆1的加速器踏板、制动踏板、离合器踏板和档位选择杆。或者，在适用时，可以使用直接电子信号控制装置来实现相同结果。

将车辆1以常规方式放置在电动测功器滚轮12上，以进行实验室排放和/或能效测试。测功器10可以具有任意数量的独立滚轮，最高可达每个车辆轮胎一个滚轮。环境控制的测试单元室50的温度、压力和湿度控制机构(未被示出)全部被设置为所需值或被置于程序控制下以保持用于预期测试条件的一组变化的值。例如，可能需要动态程序控制来重新创建在先前的真实世界的测试中经历的变化的环境条件，特别是在真实世界的测试是在不同高度下进行的时。在BEV的情况下，可能仅将环境测试单元室50的温度控制到所需的固定温度或采用动态温度规范就够了。

使用大型变速风机15来模拟车辆1下方和周围的气流，或者可以使用小型变速风机来为车辆1的一个或多个散热器提供冷却。对于冷启动测试，特别是对于使用催化转化器56的车辆1，能够模拟动态上路气流的大型风机可能是优选的，因此再现了真实世界的冷却效果。在任何一种情况下，冷却空气的速度被理想地或与真实世界空气速度或测功器滚轮12速度成比例地控制，以模拟通过气象站捕获的上路空气速度。

使用先前在真实世界驾驶期间记录的100Hz车辆速度数据16规范来在实验室测试期间控制测功器10的速度。

使用环境测试室50模拟在真实世界的测试期间测量的大气条件30。对于BEV车辆1，可能仅控制测试单元温度就够了。环境条件在适当时可以是固定值，或者可以通过编程方式与车辆速度和其他车辆参数进行配合，使得它们与先前在图2中所示的真实世界的测试期间记录的车辆操作正确对应。

然后，使用来自真实世界驾驶的记录的车辆速度16来控制测功器滚轮12的速度，同时将加速器踏板或油门位置、制动作用或力度、离合器踏板和手动变速箱情况下的变速器档位选择器全部控制到在图2所示的真实世界驾驶期间获得的相同位置或值35。此外，这些控制、测功器速度和其他模拟条件都可以在时间上正确同步，以精确模拟真实世界的测试中经历的条件。通过这种方式，使由车辆1轮胎施加到测功器滚轮12上的扭矩非常近似地匹配在真实世界的测试期间相同车辆1先前施加到路面2上的扭矩。

从测功器控制面板11记录输出测功器扭矩信号17，以用于将在不同的模拟环境条件下进行的后续测试。

采用标准的实验室排放测量采样14或可选的PEMS排放测量仪器4来以常见方式测量ICE车辆1的质量排放数据，并以常见方式对BEV车辆1进行能耗测量。

如果在真实世界驾驶期间(图2)可选地记录了PEMS数据19或能耗数据，则可能希望第一次实验室测试也用作图3所示的“验证”测试。出于验证的目的，可以将实验室测得的排放和能效数据与实际真实世界的测试期间可选地获得的类似结果进行比较，以证明测试和方法相对于一组验收标准的有效程度。

参照图4，然后可以进行后续的测功器测试，以便评估或证明在相同路线上、在相同交通状况下等但在不同的环境或周围条件下操作的同一车辆的排放和/或能效。或者，后续测试可以是为了评估车辆1或车辆的排放控制系统的设计变化、动力系校准的变化或车辆1的任何不显著影响车辆1的道路载荷的变化。

为了在与真实世界的测试不同的条件下进行这样的附加测试，再次以“速度模式”控制测功器10。但是，不同地控制车辆1的加速器踏板或油门位置。不是如上述那样模拟真实世界的加速器踏板位置或移动18，而是通过机器人驾驶员13或通过使用反馈回路的直接电子装置来控制加速器踏板或油门位置。反馈回路的反馈信号是输出的测功器扭矩信号。要达到的动态设定点或动态目标值是在上述模拟真实世界的测试期间从测功器控制面板11记录的扭矩规范17。通过以这种方式控制车辆，可以评估由对车辆1进行的变化或由于在相同路线上在相同的交通状况下但在所需的不同环境条件下操作相同的车辆1所引起的变化对车辆1的排放和/或能效造成的影响。在对车辆1本身引入任何所需的变化(不会显著影响道路载荷的变化)之后，也可以进行其他测试。

使用这种新的测试方法，可以使用在非常有限的温度、压力和湿度值范围内执行的单个道路测试来实现与所需的一样多的实验室测试，以在各种各样的周围条件和车辆设计变化下表征相同的车辆1的排放和/或能效性能。由于测试是在实验室中进行的，因此能够以重复性非常强的方式进行。并且，可以通过在进行这样的变化前后进行重复测试来评估不显著影响车辆的道路载荷的变化对排放控制或动力系校准的影响。

如上进行不同的所需大气测试条件下的重复测试，以了解车辆1在各种各样的环境条件下的排放和/或能效。

另外，如果不需要进行“验证”测试，则真实世界的测试所需的仪器仅仅是数据记录器和用于测量由驾驶员施加的各种踏板位置或踏板力度的装置。

在图5中示出了用于测试配备ICE的车辆的第二实施方式。采用排放测试仪器制造商最近提供的“环境条件模拟器”57，而不是采用资本投入更大的环境测试室。这允许使用标准的排放测试单元51。通过环境条件模拟器57模拟周围空气条件，环境条件模拟器57还是可移动的并且可以与其他测试单元共享。模拟器57通过进气软管26连接至车辆的发动机3的车辆1进气系统，并通过废气软管27连接至车辆的尾管20，由此模拟器57将进气压力和废气背压控制为固定的选定值，或者控制为程序控制的动态值，以模拟在真实世界的测试期间记录的、与测功器滚轮12的速度正确同步的条件30(图2)。还控制进气的湿度，并且使PEMS排放测量系统4或标准的实验室排放测量结果14证明车辆在模拟的环境条件下的排放和燃料经济性能。

使用环境模拟器57的测试以与上述相同的方式进行。变速风机25提供动力系冷却，并且使用车辆地面速度或者优选使用在路上驾驶期间用气象站记录的测得风速来进行控制。

再次，第一次实验室测试可以用作验证测试，或者可以用于简单地获取扭矩规范17，该扭矩规范代表将要用于在不同的模拟环境条件下或在进行车辆1设计变化之后的后续测试的相关联的真实世界道路载荷扭矩。

参照图6，如上所述进行不同的环境和/或车辆设计测试条件下的重复测试，以帮助了解在各种各样的环境和设计条件下的车辆1的排放和/或能效。与真实世界道路载荷相关联的先前获取的扭矩规范17用作参考信号，与用作反馈信号的输出测功器扭矩44结合来采用机器人驾驶员13(作为扭矩反馈回路的致动器)控制油门。

图7示出了设备的又一个实施方式。除了使用驱动桥测功器34、35代替图5中使用的底盘测功器10和测功器滚轮12之外，它类似于图5所示的实施方式。采用可锁定的轮毂轴承50、51的专用车轮32、33被用来允许驱动桥轴45、46在这些车轮内自由旋转，以在测功器输入轴36、37被设置为“解锁”位置时驱动测功器输入轴36、37。当它们被设置为“锁定”位置时，驱动桥轴以正常方式驱动专用车轮32、33，因此可以驱动车辆并将其移动到所需位置进行测试。

在测试期间，以适当的旋转频率控制测功器34、35的旋转速度，该适当的旋转频率相对于在先的真实世界的测试期间使用的车轮直径与模拟的真实世界的车辆速度16相对应的。

否则，以与上述相同的方式进行测试。在进行图2所示的真实世界的测试之后，使用来自真实世界的测试的车辆1的控制踏板位置35来控制车辆，同时使用环境室50或环境条件模拟器57来模拟真实世界的测试环境条件。记录测功器34、35的扭矩17(两个信号)，并且如果需要，可选地以与上述验证相同的方式测量和使用排放。

图8显示了如何使用驱动桥测功器34、35完成后续的实验室测试。使用上述的容纳测试单元的环境控制室50或环境模拟器57，将模拟的环境条件改变为其他所需的关心值。不是在真实世界的测试期间控制加速器踏板以达到相同的踏板位置，而是使用机器人驾驶员13控制加速器踏板以实现在初始实验室或验证测试期间使用上述反馈回路从测功器34、35记录的相同的扭矩规范17。如果在真实世界驾驶期间收集了废气排放和/或能效参数，则在出于验证目的的测试期间测量并记录它们。否则，将它们与原始实验室测试结果进行比较，以估计对模拟的环境条件或车辆设计进行的任何变化的影响。

图7和图8所示的实施方式可能对于进行采用内燃机或动力传动系统组件的车辆和机器的代表性“真实世界的”排放和能效测试是最有用的，所述内燃机或动力传动系统组件已经过认证符合发动机或组件排放或效率标准而不是车辆排放或效率标准。

用于收集有限数量的真实世界的驾驶数据以及使用该数据获得真实世界的扭矩规范以便后续在实验室中模拟真实世界的驾驶的测试过程在上面进行了描述并在图9中进行了示出。在真实世界的驾驶期间收集PEMS或能效数据允许真实世界的驾驶也用于测试验证目的。

通过收集真实世界的车辆1的数据并结合上述设备和方法之一使用该数据，可以在各种各样的环境条件下表征车辆1(或其一部分)的排放和/或能效。也可以通过针对任何所需路线或一组真实世界的交通状况所建议的测功器(例如，底盘测功器、发动机测功器等)来评估由于车辆设计变化(不影响车辆道路载荷的变化)对车辆(或其一部分)的排放性能或能效造成的影响。

上述方法使测功器隐式地再现来自各种原因的车辆动力系上的真实世界载荷或扭矩的总数，所述各种原因包括车辆加速度、空气动力学阻力、路面与轮胎的摩擦力、动力系损失以及同一车辆的真实世界驾驶的道路坡度轮廓。

替代地，如上所述，“扭矩匹配”过程可用于估算由第一车辆进行的真实世界的驾驶的道路坡度，即，其可用于明确地确定整个真实世界的驾驶路线或真实世界的驾驶路线的选定部分的道路坡度轮廓。此外，通过在道路驾驶之前安装风速测量装置并通过在驾驶期间收集风速数据，可以获得更准确的道路坡度估算值，并且可以执行真实世界的载荷的更准确的测功器模拟。一旦这被完成，就可以通过常规方式控制测功器，以准确模拟由于道路载荷、与时间有关的大气风力、瞬时道路坡度和惯性力引起的加载。

图10示出了用于可拆卸地安装在车身的外部车辆表面107上的测风系统。在正确地安装在车辆上时，超声风测量计101能够随着车辆在大气中移动而测量风速和风向。测量计101通过支撑结构104被保持在远离车辆表面107的、空气运动相对不受移动车辆的存在的影响的位移位置，并且使用为此目的用于调节安装平台102的取向的铰接的摩擦接头103进行定向。气动抽吸安装平台105将系统可拆卸地固定到车辆表面107上。数据/通信电缆106将来自风测量计101的、指示瞬时风速和风向的电子信号传送到远程数据采集系统(未被示出)。

通过首先使用测功器重现并记录作用在道路上驾驶的车辆(图2)上的真实世界的力的总数，然后可以使用由在道路上操作的第一车辆1所经历的真实世界的道路坡度轮廓和实际风速来进行相同车辆的相同真实世界的驾驶路线或任何第二车辆的相同真实世界的驾驶路线的后续仿真实验室模拟，所述任何第二车辆的标准道路载荷系数是已知的或是可以确定的。

使用所得到的道路坡度控制参数结合常用于测功器载荷控制的适当的道路载荷模拟参数来控制测功器10，以模拟车辆加速度、随车辆速度而变的轮胎摩擦力和动力传动系统损失以及随空气速度而变的空气动力学力，形成了与任意车辆的真实世界驾驶或真实世界驾驶的一部分相关联的动力系上的载荷的仿真模拟。

为了明确地从第一车辆1的真实世界驾驶中确定真实世界的道路坡度轮廓，如上所述，进行第一车辆1的初始测功器10测试以提供考虑每个驱动轮或轮轴的总扭矩输出历史数组[T]，其代表了如上所述在道路上驾驶时由车辆车轮或轮轴经历的总真实世界的扭矩历史。以阵列表示并作用在车辆上的相关联的总力可以表示为[F]。

然后，基于用于确定车辆特定的道路载荷因子(A、B和C系数)以表征包括滚动阻力和空气动力学阻力的牵引力的众所周知的车辆惯性滑行程序，以出于排放合规性目的而根据车辆速度进行测功器道路载荷控制的领域中已知的常规方式在真实世界的车辆(地面)速度16循环上计算第一车辆1的零坡度(水平道路)条件的总牵引力。

由底盘测功器滚轮12施加到测试车辆轮胎上的、随时间而变的总体牵引力通常表示为

其中，A、B和C是通常使用惯性滑行程序确定的零坡度道路载荷系数，v(t)是车辆的地面速度以及车辆通过周围空气的速度(即，地面风速度被忽略)，M是可以通过测量车辆重量确定的质量，g是重力加速度常数，例如9.81m/s²，α(t)是随时间而变的道路的倾斜角度，其中

但是在真实世界中，作用在车辆1上的空气动力学阻力还取决于地面上风的速度和方向以及周围空气密度，周围空气密度与气压和温度30都相关。为了提供在道路驾驶期间作用在车辆上的真实世界的力的更准确的重现的目的，可以将这些附加影响考虑在内。考虑到上述影响，底盘测功器需要施加在测试车辆上以准确模拟真实世界的力的牵引力的更一般的处理由下面的公式2给出：

其中，A、B和C是首先通过上述且在测得的大气温度和压力条件下(即，在已知的空气密度ρ₀下)进行的正常的惯性滑行过程确定的道路载荷系数，ρ(t)是通过大气温度、压力和湿度测量确定的、上路车辆移动通过的实际空气密度，v_g(t)是通过任何方式测量的随时间而变的车辆的地面速度，所述任何方式包括但不限于车载GPS接收器、车辆的CAN总线信号或车辆的车载诊断端口数据流，v_a(t)是使用车载空气速度测量装置测得的、随时间而变的车辆的空气速度。

公式2可以替代地写成

示出了作为时间变化函数的C，包含了变化的空气密度的影响。C(t)等于每当空气密度等于最初使用惯性滑行程序确定空气密度的密度条件时来自该程序的常数C，但随着车辆在表现出不同的大气温度、压力和湿度(其中一些是由于高度变化引起的)的动态环境中操作，另外随时间进行校正以考虑真实世界空气密度条件随时间变化的可变影响。

参照图10，v_a(t)可以直接使用风速指示器(例如，在所示的上路测试期间安装在车辆1的车身的表面107上的超声风测量计101)测量。对于不能使用动态C系数进行控制或不能使用单独的地面速度和空气速度值进行控制的测功器，F(t)可以用便利的替代形式表示

其中，修改后的道路坡度参数α'(t)表示修改后的道路坡度，更具体而言是每当车辆和风速的大小不相等时考虑到真实世界风载荷影响而修改后的实际道路坡度。当然，F(t)还可以假定为测试工程师所希望使用的任何其他形式，并且还考虑用于计算移动车辆上的力的其他数学过程。

替代地，如果A、B、C系数、车辆地面速度、车辆质量和道路坡度均为已知值，那么可以根据公式3确定车辆空气速度。或者，如果A、B、C系数、车辆地面速度、车辆质量和车辆空气速度均是已知的或测量的，并且如下所述确定道路坡度，首先根据公式3使用空气速度计算F(t)，然后通过用地面速度代替空气速度(即，用v_g(t)代替v_a(t))来计算F(t)，然后减去这两个值，由此通过计算的F(t)的值的差值而得出明确的风载荷信息。因此，可以从由测功器生成的测试规范扭矩输出中得出风载荷信息。同样地，通过从真实道路行驶中获知或测量车辆地面速度、空气速度和道路坡度，可以使用测功器并应用公式3来确定代表性的A、B、C道路载荷系数或等效项。这种确定道路载荷系数的方法消除了执行费力又费时的单独的惯性滑行程序的需要。如果在水平道路上进行真实道路驾驶，通过完全消除道路坡度项来简化公式3。

由底盘测功器滚轮在测试车辆的轮胎上或由桥轴测功器34、35在测试车辆的桥轴上施加的总体牵引测功器扭矩在测功器滚轮的情况下由下式给出：

T(t)＝F(t)*R

其中R是圆形滚轮的半径，替代地，对于桥轴测功器的情况，T＝T轴。

因此，在变化的模拟风况下施加在车辆上的零坡度底盘测功器的牵引力(即在α(t)＝0时的F0(t))可以通过以下公式计算：

公式5考虑了由于道路载荷、风速度和车辆惯性造成的力，但没有考虑道路坡度。替代地，公式5可以表示为时间序列阵列[F0]，其中，在半径为R的底盘测功器滚轮12的情况下，[F0]＝[T0]/R。

由测功器10重现并施加在车辆上的、由第一车辆1的每个车轮或桥轴的初始测功器测试输出扭矩17确定的真实世界总牵引力与计算的要在实验室中模拟的真实世界驾驶循环的总体的零坡度牵引力之间的差值等于由于真实世界路线的道路坡度和车辆1的质量的影响造成的车辆1上的所得到的附加载荷，并且由下式表示：

[F]-[F0]＝[T]/R-[F0]＝M*g*[sinα]，

并且

其中[α]是真实世界中由车辆1通过的道路的倾斜角度。然后，道路坡度[G]可以表示为下式并通过下式计算

[G]＝[tanα]＝〔sinα/cosα〕＝〔sinα/(1-sin2α)^1/2*100％

然后，将代表真实世界中由第一车辆所行驶的路线的实际道路坡度的所得到的道路坡度轮廓[G]以及任何车辆的质量M在后续任何车辆的实验室测功器测试中用于通过如上所述的使用由惯性滑行或其他方法确定的适当的A、B和C系数根据车辆地面速度、考虑风的车辆空气速度对测功器载荷进行有效编程、针对空气密度的影响校正系数并考虑道路坡度来模拟该车辆的原始真实世界驾驶(图1)或真实世界驾驶的一部分。

使用上述方法，可以对测功器10进行编程以在任何大气或风况下通过以下过程模拟在相同道路路线上虚拟驾驶的任何车辆上的适当载荷(图1)：首先使用标准的惯性滑行程序确定适当的A、B和C系数；通过针对沿路线模拟的可变空气温度和压力校正C来计算C(t)；基于车辆的地面速度和要模拟的风况计算v_a(t)；以及最后根据特定测功器10进行编程的方式使用一组参数(包括A、B、C(t)、v_g(t)和v_a(t)或它们的等效项)对测功器控制器进行编程。该过程在图11中示出。

在进行任何上述实验室测试时，可以以上述方式在实验室中测量废气排放、燃料经济性或能效。在对车辆进行变化前后，使用实验室测功器10在模拟驾驶上测量车辆的废气排放是评估变化对车辆排放或能效性能的影响的有效方法。

本文公开的过程、方法或算法可以可传递至可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元的处理装置、控制器或计算机，或者可以由该处理装置、控制器或计算机实现。类似地，过程、方法或算法可以以多种形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述形式包括但不限于永久存储在不可写存储介质(例如，只读存储器(ROM)装置)上的信息以及可更改地存储在可写存储介质(例如，软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其他磁性和光学介质)上的信息。过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。替代地，过程、方法或算法可以全部或部分地使用诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件组件或装置的合适的硬件组件或硬件、软件和固件组件的组合来实现。

说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应理解的是，在不脱离本公开和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种变化。

如前所述，各种实施方式的特征可以组合以形成可能没有明确被描述或示出的其他实施方式。尽管各种实施方式已被描述为对于一个或多个所需的特性提供了优势或比其他实施方式或现有技术的实现方式优选，但是本领域的普通技术人员认识到，可以损害一个或多个特征或特性来实现所需的总体系统属性，这取决于特定的应用和实现方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、组装容易性等。因此，对于一个或多个特性，与其他实施方式或现有技术的实现方式相比不太可取的所描述的实施方式不超出本公开的范围，并且对于特定的应用可能是可取的。