MATLAB und Simulink zur Entwicklung von Elektrofahrzeugen

Modellierung, Simulation und Entwicklung von Batterien, Motoren und Reglern mit Model-Based Design

MATLAB®, Simulink® und Simscape™ ermöglichen Ingenieuren das Vorverlagern und Ausweiten (Frontloading) der Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EV) durch die systematische Verwendung von Daten und Modellen. Vorgefertigte Referenzanwendungen senken die Einstiegsschwelle beim Verwenden von Simulationen. Mit MATLAB und Simulink können Sie:

  • Mit Model-Based System Engineering komplexe EV-Architekturen entwerfen und Systeme optimieren
  • Batterien modellieren und Batterie-Management-Systeme (BMS) entwickeln
  • Brennstoffzellensysteme (FCS) modellieren und Brennstoffzellen-Regelungssysteme (FCCS) entwickeln
  • Motoren modellieren und Motorsteuerungen (MCU) entwickeln
  • Regelungsalgorithmen bereitstellen, integrieren und testen
  • Datenbasierte Workflows und künstliche Intelligenz (KI) bei der EV-Entwicklung verwenden
Elektrofahrzeuge – Überblick

Entwicklung von Systemarchitekturen und Durchführung von Systemsimulationen

Bei Elektrofahrzeugen sind Entwurf und Analyse auf Fahrzeugebene erforderlich, darunter auch die Integration von Mehrdomänen-Systemen. Mit MATLAB, Simulink und Simscape können Sie:

  • Eine vollständige EV-Simulation mit Motoren, Generatoren und Energiespeicherkomponenten zügig mithilfe von vorgefertigten Referenzanwendungen für gängige Antriebsstrangkonfigurationen funktionsfähig machen
  • Analysen wie den Vergleich verschiedener Architekturen, Motoren und Batteriegröße sowie die Optimierung der Regelungsparameter durchführen
  • Mehrdomänen-Systeme integrieren, analysieren und testen
  • Die Systemarchitektur, einen detaillierten Entwurf und Einzelheiten zur Implementierung in einer einzigen Umgebung durch die digitale Nachverfolgung der Modelle aus verschiedenen Prozessschritten erfassen
  • Modelle im gesamten Entwurfsprozess von der Architektur über die Analyse bis hin zu Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests wiederverwenden

Modellierung von Batterien und Entwicklung von BMS

Durch das genaue Modellieren von Batterien wird die Entwicklung von Batterien und BMS frühzeitig auf vielfältige Laden-Entladen- und Umgebungsbedingungen ausgeweitet. Mit MATLAB, Simulink und Simscape können Sie:

  • Batterien modellieren und simulieren und BMS entwickeln
  • Batterien mit äquivalenten Schaltkreisen modellieren und mit ausführlichen Schaltkreistopologien präzisieren
  • Nichtlinearitäten, Wärmeeffekte, Batteriesystemzustand/Ladezustand (SOC/SOH) und Leistungsverschlechterung von Batterien simulieren
  • BMS-Entwicklung ermöglichen, darunter Regelungslogik, automatische Codegenerierung und Simulation im geschlossenen Kreislauf für AUTOSAR- und Zertifizierungsabläufe
  • Funktionalitäten wie Spannungs- und Temperaturüberwachung, Wärme- und Überladungsschutz sowie Zellenausgleich und Isolierung im BMS erzielen

Modellierung von Brennstoffzellensystemen und Entwicklung von Brennstoffzellen-Regelungssystemen

Die genaue Modellierung von Brennstoffzellensystemen (FCS), beispielsweise die Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM), schließt bei der Entwicklung von FCS und Brennstoffzellen-Regelungssystemen (FCCS) schon frühzeitig die verschiedensten Betriebs- und Umgebungsbedingungen mit ein. Mit MATLAB, Simulink und Simscape können Sie:

  • FCS modellieren und simulieren sowie FCCS entwickeln
  • PEM-Brennstoffzellen mithilfe von elektrochemischen Grundprinzipien oder experimentellen Daten modellieren
  • Kraftstoffeffizienz, Leistung und thermische Effekte in Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen simulieren
  • FCCS-Entwicklung ermöglichen, darunter Regelungslogik, automatische Codegenerierung und Validierung im geschlossenen Kreislauf mit Unterstützung für AUTOSAR- und Zertifizierungsabläufe
  • Funktionalitäten wie Strom-, Spannungs- und Leistungsüberwachung sowie Wärmemanagement erzielen

Modellierung von Umrichtern und Motoren sowie die Entwicklung von Motorregelungssoftware

Die genaue Modellierung von Motoren verlagert den Entwurf von Motoren und Motorsteuerungen (MCU) auf den Zeitraum vor den Hardwaretests. Mit MATLAB, Simulink und Simscape können Sie:

  • Motoren, Leistungselektronik und MCUs modellieren und simulieren
  • Motoren mit dem gewünschten Genauigkeitsgrad auf System-, Regelungsentwurfs- oder Motorentwurfsebene mithilfe von Funktionen wie automatisierte Parameterabschätzung modellieren
  • Leistungsumwandlungssysteme mithilfe von Modellbibliotheken für Energiequellen, Leistungshalbleiter und für Maschinen wie Permanent-Magnet-Synchronmotoren (PMSM) und Induktionsmotoren (IM) entwerfen, simulieren und validieren
  • Die MCU-Entwicklung mithilfe von Blöcken zur Erstellung und Justierung der feldorientierten Steuerung, zur automatischen Justierung von PID-Reglern und zur automatischen Codegenerierung ermöglichen sowie in geschlossenen Simulationen wie HIL validieren, und zwar mit Unterstützung für AUTOSAR- und Zertifizierungsabläufe

Bereitstellung, Integration und Tests von Regelungsalgorithmen

EV-Entwickler müssen immer häufiger Sicherheitsstandards einhalten. Mit MATLAB und Simulink können Sie:

  • Automatisch optimierten C und HDL Code generieren
  • Automatisch Anforderungen nachverfolgen, Code-/Modellqualität messen und Testfälle generieren
  • Einen  ISO-26262-Referenz-Workflow einhalten, um Anforderungen an die funktionale Sicherheit zu erfüllen
  • Für ISO 26262 vorqualifizierte Tools verwenden
  • AUTOSAR Blockset (Classic und Adaptive) nutzen, um AUTOSAR-Softwarekomponenten zu modellieren, Baugruppen zu simulieren und ARXML-Dateien zu importieren/exportieren
  • Mithilfe von CI-/CD-/CT-Pipelines integrieren, Code generieren, zur Bereitstellung paketieren und automatisch Regressionstests durchführen

Verwendung von datenbasierten Workflows und von KI bei der EV-Entwicklung

Verwendung datenbasierter Workflows und von KI bei der EV-Entwicklung

Mithilfe von Testdaten und realen Fahrdaten können Sie Entwurfsentscheidungen treffen, Modelle reduzierter Ordnung erstellen, die Simulationen beschleunigen, und Wartungsdienste entwickeln. Mit MATLAB und Simulink können Sie:

  • Den vollständigen KI-Ablauf nutzen: Datenaufbereitung, KI-Modellierung, Simulation und Test sowie Entwicklung auf Embedded Hardware, Edge-Geräten, Unternehmensservern oder in der Cloud
  • Mit vorgefertigten Algorithmen, Modellen und Referenzbeispielen für KI-Modellierung beginnen
  • Auf Daten aus Datenbanken, Cloud-Quellen, Binärdateien wie MDF und mehr zugreifen
  • Modelle mit Point-and-Click-Apps für Machine Learning und Deep Learning trainieren
  • Modelle aus der breiteren KI-Community zum Lerntransfer und zur Bereitstellung importieren
  • KI in systemweite Modelle integrieren sowie vor dem Kopieren auf Hardware simulieren und verifizieren
  • KI-Funktionen zur Prognose der verbleibenden Nutzungsdauer, vorausschauenden Instandhaltung und zum Erstellen digitaler Zwillinge verwenden und KI in Simulink nutzen

Gründe für MATLAB und Simulink bei der EV-Entwicklung

Integration

Simulink kann in über 153 Drittanbietertools und Sprachen eingebunden werden, was es zu einer weitverbreiteten Integrationsplattform macht.

Geschwindigkeit

Wählen Sie aus einer Vielzahl von Modellen, um den für Ihren Anwendungsfall geeigneten Kompromiss zwischen Modellgenauigkeit und Ausführungsgeschwindigkeit zu finden.

Geschwindigkeit

Senken Sie die Einstiegsschwelle beim Verwenden von Simulationen mit Referenzbeispielen, Schulungskursen und Dokumentation.

Beratung

Nutzen Sie die Fachkenntnisse von MathWorks Consulting, um Entwicklungsprojekte zu beschleunigen.

Standards

Erfüllen Sie Auflagen und Zertifizierungsstandards (ISO 26262, ASPICE, MISRA-C und mehr) mit Model-Based Design-Abläufen.

Entwicklungszyklus

Arbeiten Sie vom Konzept bis hin zur Bereitstellung in der MATLAB- und Simulink-Umgebung.