Powertrain Blockset

Modellieren und Simulieren von Automobilantriebssystemen

 

Powertrain Blockset bietet vollständig montierte Referenzanwendungsmodelle von Automobilantriebssystemen, einschließlich Benzin-, Diesel-, Hybrid- und Elektrosystemen. Im Lieferumfang enthalten ist auch eine Komponentenbibliothek zum Modellieren von Motorkomponenten, Getriebesystemen, Motoren, Batteriepaketen und Reglermodellen. Zum Powertrain Blockset gehört zudem ein Prüfstandsmodell für das virtuelle Testen von Motoren. Die Unterstützung von MDF-Dateien bietet eine standardbasierte Schnittstelle zu Kalibrierungswerkzeugen für den Datenimport.

Das Powertrain Blockset stellt eine Standardmodellarchitektur zur Verfügung, die durchgängig im gesamten Entwicklungsprozesses angewendet werden kann, Sie können es beispielsweise für Tradeoff-Analysen und zur Dimensionierung von Komponenten, zur Optimierung von Reglerparametern und für Hardware-in-the-Loop-Tests verwenden. Sie können die Modelle an eigene Anforderungen anpassen, etwa durch Parametrieren der Komponenten in einer Referenzanwendung mit eigenen Daten oder durch Ersetzen von Subsystemen durch eigene Modelle.

Erste Schritte:

Modellierung eines Antriebssystems

Referenzanwendungen

Powertrain Blockset bietet eine Reihe von vollständig montierten Referenzanwendungen, einschließlich Benzin- (Fremdzündung, SI), Diesel- (Selbstzündung, CI), Hybrid- und Elektrofahrzeugsystemen, als Ausgangspunkt für Ihr Antriebssystemmodell. Um ein Antriebssystem für Ihr Projekt zu modellieren, können Sie eine Referenzanwendung basierend auf dem Antriebstyp auswählen. Jede Referenzanwendung umfasst Anlagenmodelle, Regler, einen Längstreiber und Fahrzyklusdaten.

Die Referenzanwendungen werden mit einer Simulink® Projects-Konfiguration geliefert. Simulink Projects ermöglicht die Verwaltung und Versionskontrolle für Top-Level-Modelldateien, Komponentenmodelldateien und Skripte.

Oberstes Niveau des Referenzanwendungsmodells für den Benzinantrieb.

Auf Ihr Projekt zugeschnittenes Systemmodell

Referenzanwendungen dienen als Ausgangspunkt für Ihr Systemmodell. Um eine Referenzanwendung auf Ihr Antriebsprojekt zuzuschneiden, parametrieren Sie die Komponenten in der Referenzanwendung mit Daten aus einem domänenspezifischen Werkzeug, einem Prüfstand oder einem Fahrzeug. Je nach Ihrer Anwendung und Antriebskonfiguration müssen Sie möglicherweise die Art der Komponentenmodelle auswählen und das Systemmodell weiter anpassen.

Die Komponentenbibliothek im Powertrain Blockset stellt Blöcke von physikalischen Systemen und Reglern zur Verfügung:

  • Antrieb
  • Getriebe
  • Antriebsstrang
  • Energiespeicher
  • Fahrzeuglängsdynamik
  • Fahrzyklusdaten und Längstreiber

Alle Modelle im Powertrain Blockset, einschließlich der Referenzanwendungen und Komponenten in der Bibliothek, können vollständig auf die kundenspezifischen Anforderungen abgestimmt werden. Sie können Simulink Projects verwenden, um Modellvarianten einschließlich Variantenauswahl, Versionsverwaltung und Vergleich zu verwalten.

Simulink Project der Benzinantrieb-Referenzanwendung.

Kartierte und dynamische Modelle für Verbrennungsmotoren

Powertrain Blockset bietet zwei Arten von Verbrennungsmotor-Modellen: kartierte und dynamische Modelle. Abgebildete Motoren stellen das Makro-Motorverhalten als eine Reihe von Lookup-Tabellen (Bremsmoment, Kraftstofffluss, Luftmassenstrom, Abgastemperatur, Wirkungsgrad und Emissionen) als Funktionen der befohlenen Last und der gemessenen Motordrehzahl dar. Dynamische Motoren zerlegen das Motorverhalten in einzelne Komponentenmodelle, die die Motordynamik, insbesondere den Ansaugluftstrom und die Turboladerdynamik, berücksichtigen.

Sie können je nach Anwendung zwischen den Motormodelltypen wechseln. Dynamische Motormodelle eignen sich für den Entwurf von Steuer-, Schätz- und Diagnosealgorithmen, die von dynamischen Subsystemzuständen abhängen, z.B. bei der Entwicklung von AFR-Regelalgorithmen im geschlossenen Regelkreis. Kartierte Motormodelle eignen sich für Analyse- und Konstruktionsaktivitäten, die keine dynamischen Eigenschaften des Motorteilsystems erfordern, z.B. bei der Analyse der Übereinstimmung von Motor und Getriebeantrieb hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Leistungskompromissen.

Sowohl das SI- als auch das CI-Motormodell laufen in Echtzeit für Hardware-in-the-Loop (HIL) -Tests.

Dynamisches SI-Motormodell.

Elektrifizierte Antriebskomponenten

Das Powertrain Blockset umfasst Referenzanwendungen für gängige elektrifizierte Antriebe wie elektrische und Multimode-Hybrid-Elektroantriebe. Diese Referenzanwendungen sind individuell zu modifizieren, sodass Sie die Komponenten des elektrifizierten Antriebs, einschließlich Motoren, Generatoren und Energiespeicher, konfigurieren und parametrisieren können.

Sie können zum Beispiel die Auswirkungen des Schaltens der Leistungselektronik einbeziehen und elektrische Wirkungsgrade und Verluste mit Blöcken von  Simscape Electrical vorhersagen.

Elektrische Motorblöcke.

Entwurf und Test eines Reglermodells

Eingebaute Reglermodelle

Das Powertrain Blockset bietet einfache Steuerungsmodelle für Subsysteme, einschließlich Verbrennungsmotoren, Getriebe und Elektromotoren. Diese Reglermodelle dienen den beiden folgenden Zwecken.

Zunächst vervollständigen die Reglermodelle ein Modell des Antriebssystems. Dies ist z.B. wichtig, wenn Sie die Interaktion der Getriebesteuerung mit anderen Systemen in einem Fahrzeug testen. Durch die Einbeziehung einer Motorsteuerung mit dem Motor in das Systemmodell können Sie die Interaktion zwischen Getriebe und Motor während eines Schaltvorgangs in der Simulation nachbilden.

Zweitens dienen die eingebauten Controller-Modelle als Ausgangspunkt für Ihre Controller-Entwicklung, sodass Sie diese nicht von Grund auf neu erstellen müssen. Die Controller-Modelle basieren auf branchenüblichen Praktiken und nutzen die neuesten Möglichkeiten von Simulink®.

Nockenwellenverstellersteuerung innerhalb des Luft-Teilsystems des Ottomotorsteuergeräts.

Benutzerdefinierte Reglermodelle

Die Reglermodelle innerhalb jeder Referenzanwendung sind modular und hierarchisch aufgebaut. Wenn Sie Ihre eigenen Regler entwickeln, können Sie jede Komponente des eingebauten Reglers ersetzen. Mit dieser Methode können Sie das Referenzanwendungsmodell als virtuellen Prüfstand oder als virtuelles Fahrzeug verwenden, um Ihren Regler Schritt für Schritt zu testen. Sie beginnen mit jeweils einem Merkmal und gruppieren dann Merkmalsmodelle zu einem vollständigeren Reglermodell für Integrationstests am Anlagenmodell.

Ersetzen eines Funktionsmodells innerhalb des eingebauten CI-Motorreglers durch Ihr eigenes Modell.

Eingebettete Schätzer

Eingebettete Schätzer werden beim Steuerungsentwurf häufig verwendet, um einen Sensor zu eliminieren oder einen virtuellen Sensor zu implementieren, wenn ein physischer Sensor nicht verwendet werden kann. Die Regler für Verbrennungsmotoren enthalten Zustandsabschätzer zur Abschätzung von Drehmoment, Abgastemperatur, AGR-Durchfluss, Gegendruck, Luftstrom, Ladedruck, AFR und Motorlast. Sie können diese Modellkomponenten bei der Entwicklung Ihres eigenen Schätzers nutzen und so den anfänglichen Entwurfs- und Architekturaufwand reduzieren. Außerdem sind diese Schätzer identisch mit ihren entsprechenden Subsystemen innerhalb der Motoranlagenmodelle. Folglich können die Parameterwerte, sobald ein Motoranlagenmodell parametrisiert ist, automatisch für den Schätzer wiederverwendet werden. Die Schätzmodelle sind für die Steuergeräte-Implementierung mit Embedded Coder® ausgelegt.

Durchführen eines Tradeoffs für den Systementwurf

Zusätzlich zum Reglerentwurf und -test können Sie die Referenzanwendungen für Kompromissstudien zum Antriebsdesign, wie Emissionen, Kraftstoffverbrauch und Leistung, verwenden. Der kartierte Motor sowie die kartierten Motorblöcke verwenden Daten, die von den Komponentenlieferanten leicht verfügbar sind, sodass sie sich für eine erste Tradeoff-Analyse eignen. Um dynamische Auswirkungen auf den Antrieb in feinkörnigen Tradeoff-Studien zu berücksichtigen, können Sie den dynamischen Motor und die Motorblöcke z.B. in Studien verwenden, die die Wirkung von Turbolader-Windup- oder Elektromotor-Steuerungsalgorithmen erfordern.

Design-Tradeoff-Studien erfordern oft Zehntausende von Simulationsläufen. Mit  MATLAB®  lassen sich dann die Simulationen automatisieren und die Ergebnisse analysieren. Die erweiterten Optimierungsfunktionen in der Optimization Toolbox können automatisch den besten Satz von Entwurfsparametern finden. Um die Gesamtsimulationszeit zu verkürzen, können Sie die Parallel Computing Toolbox verwenden, um Simulationen des Antriebsstrangsystems über einen Cluster von Rechnerkernen zu verteilen.

Motor-BSFC-Betriebspunkte aus einer Studie des Antriebsdesigns.

Bereitstellung für Hardware-in-the-Loop-Tests

Um die Anforderungen der HIL-Tests zu unterstützen, müssen die Modelle ein Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und Simulationsgeschwindigkeit finden. Die Blöcke im Powertrain Blockset liefern die notwendigen Details, um wichtige physikalische Effekte (Turbolader-Windup, Dynamiken des Befüllens und Leerens des Verteilers, Antriebsdynamik usw.) zu erfassen und gleichzeitig eine hohe Simulationsleistung und schnelle Echtzeitausführung zu erzielen. Sie können sowohl das dynamische als auch das kartenbasierte Motormodell in Referenzanwendungen für HIL-Tests verwenden. Dies gibt Ihnen die Freiheit, mit einer Referenzanwendung zu beginnen, die Daten auf Ihre Anforderungen zuzuschneiden und dann HIL-Tests an Ihrem Reglermodell durchzuführen.

HIL-Tests mit Powertrain Blockset-Modellen.

Detaillierte Subsystemmodelle einbeziehen

Detaillierte Subsystemmodelle ändern

Powertrain Blockset bietet Blöcke für verschiedene Automobil-Subsysteme. Möglicherweise möchten Sie jedoch eines der Subsysteme anpassen, um bestimmte Dynamiken von Interesse zu erfassen. Die Blöcke sind offen und dokumentiert, sodass Sie die Bibliotheken auf Ihre Anforderungen abstimmen können. Beispielsweise können Sie eine Kopie des dynamischen CI-Motorblocks aus der Bibliothek erstellen und eine Drosselklappe hinzufügen, um die Auswirkungen auf die Lufteinlass- und Abgasdynamik zu erfassen. Sie können den neuen CI-Motorblock als zusätzliche Subsystemvariante in die Referenzanwendung aufnehmen und so Fahrzeugkonfigurationen entweder mit dem Standardmotor oder Ihrer kundenspezifischen Version erstellen.

Anpassen eines Bibliotheksblocks zur Erstellung einer neuen Motorvariante.

Integration in Simscape

Referenzanwendungen im Powertrain Blockset ermöglichen es Ihnen, benutzerdefinierte Modelle für einzelne Komponenten zu testen, indem Sie die eingebauten Subsysteme durch eine eigene Variante ersetzen. Beispielsweise können Sie mit Simscape Driveline und Simscape Fluids ein auf physikalischen Verbindungen basierendes Antriebsstrangmodell erstellen und dieses dann in ein Fahrzeugmodell mit geschlossenem Regelkreis aus dem Powertrain Blockset einfügen. Die Kombination des kundenspezifischen Designs mit dem Powertrain Blockset ermöglicht auf diese Weise umfassende Tests auf Systemebene. Die Wiederverwendung des Rahmens der Referenzanwendung beschleunigt den Aufbau und die Durchführung von Subsystemtests und bietet gleichzeitig die Flexibilität, das Fahrzeugmodell auf Ihre speziellen Bedürfnisse zuzuschneiden.

Erstellen benutzerdefinierter Antriebsvarianten mit Simscape Driveline.

Neueste Funktionen

Modul Getriebesteuerungen

Optimierung von Schaltplänen für Algorithmenentwurf und -leistung, Kraftstoffverbrauch und Emissionsanalyse

Verfolgen von Fehlern im Fahrzyklus

Identifizieren von Fehlern im Fahrzyklus, wie von normierten Tests vorgegeben

Längstreiberblock

Konfiguration von Eingaben für die Steuerung der Befehle für Beschleunigung und Verzögerung

Details zu diesen Features und den zugehörigen Funktionen finden Sie in den Release Notes.