Powertrain Blockset

汽车动力总成系统建模和仿真

 

Powertrain Blockset™ 提供了汽车动力总成的完整参考应用模型,包括汽油发动机、柴油发动机、混合动力和纯电动系统。它具有完善的组件库,可用于仿真发动机子系统、变速器总成、驱动电机、电池组和控制器模型。Powertrain Blockset 同时提供了测功机模型,可用于虚拟测试。它还支持 MDF 文件,为标定工具数据导入提供了基于标准的接口。

Powertrain Blockset 提供的标准模型架构可在整个开发过程中重用。您可以使用它来进行设计权衡分析、组件选型、控制参数优化和硬件在环测试。您可使用自己的数据对参考应用中的组件进行参数化,也可以使用自己的模型替换某一子系统,从而实现模型的自定义。

快速入门:

动力总成系统建模

参考应用

Powertrain Blockset 提供了一套完整的参考应用,包括汽油发动机(火花点火 - SI)、柴油发动机(压缩点火 - CI)、混合动力和纯电动汽车系统,您可以将其作为动力总成系统建模的起点。要为工程中的动力总成系统建模,可以根据动力总成类型选择一个参考应用。每个参考应用包含被控对象模型、控制器、纵向驱动器和行驶工况数据。

参考应用附带 Simulink® Projects 配置。Simulink Projects 可对顶层模型文件、组件模型文件和脚本进行管理和版本控制。

汽油发动机动力总成参考应用模型顶层。

针对工程量身定制的系统模型

您可以将参考应用作为系统建模的起点。要为动力总成工程定制参考应用,您可使用来自领域专用工具、测试平台或车辆的数据将参考应用中的组件参数化。根据您的应用和动力总成配置,您可能需要选择组件模型的类型并进一步定制系统模型。

Powertrain Blockset 中的组件库提供多种物理系统和控制器模块,可用于构建:

  • 推进系统
  • 变速器
  • 动力传动系统
  • 储能
  • 车辆纵向动力学
  • 行驶工况数据和纵向驱动器

Powertrain Blockset 中的所有模型(包括参考应用和库中的组件)都全面支持自定义。您可以使用 Simulink Projects 管理模型变体,包括变体选择、版本管理和比较。

汽油发动机动力总成参考应用的 Simulink 工程。

静态和动态内燃机模型

Powertrain Blockset 提供两种类型的内燃机模型:静态模型和动态模型。静态发动机将宏观发动机行为表示为一组查找表(制动转矩、燃油流量、空气流量、排气温度、效率和排放),作为指令载荷和测量引擎转速的函数。动态发动机将发动机行为分解为单独的组件模型,这些模型考虑了发动机动力学,尤其是进气气流和涡轮增压器动力学。

您可以根据应用情形在两种发动机模型类型之间切换。动态发动机模型适用于依赖于动态子系统状态的控制、估计器和诊断算法设计,例如闭环 AFR 控制算法开发。静态发动机模型适用于不需要发动机子系统动态特性的分析和设计,例如,在发动机和变速器动力总成匹配分析中,用于权衡燃油经济性、排放与性能。

SI 和 CI 发动机模型均可实时运行,以进行硬件在环 (HIL) 测试。

动态 SI 发动机模型。

电气化动力总成组件

Powertrain Blockset 包括常见电气化动力总成(例如电动和多模式混合动力电动)的参考应用。这些参考应用是开放的,因此您可以配置和参数化电气化动力总成组件,包括电机、发电机和储能。

例如,您可以使用来自 Simscape Electrical™ 的模块来加入电力电子开关效应,并预测电效率和损耗。

电动机模块。

设计和测试控制器模型

内置控制器模型

Powertrain Blockset 为子系统(包括内燃机、变速器和电机)提供简单的控制器模型。这些控制器模型有两大用途。

首先,控制器模型使动力总成系统模型更为完整。举例来说,在测试变速器控制器与车辆中其他系统的交互时,这一点很重要。通过在系统模型中为发动机包含一个发动机控制器,可以在仿真中再现换挡事件期间变速器和发动机之间的交互。

其次,您可以将内置控制器模型作为控制器开发的起点,而不必从零开始。控制器模型基于行业通常实践构建,并采用 Simulink® 中的最新功能。

SI 发动机控制器的空气子系统内的凸轮相位器控制

用户定义的控制器模型

每个参考应用内的控制器模型都采用模块化分层设计。在您开发自己的控制器时,可以替换内置控制器的每个组件。使用此方法,您可以将参考应用模型用作虚拟测功机或虚拟车辆来逐步测试控制器。您可以首先逐一测试每个特性,然后将特性模型分组到一个更完整的控制器模型中,以便针对被控对象模型进行集成测试。

用您自己的模型替换内置 CI 发动机控制器中的特性模型。

嵌入式估计器

嵌入式估计器广泛应用于控制设计中不能使用物理传感器的情况,可以省去传感器或实现虚拟传感器。内燃机控制器包括用于估计转矩、排气温度、EGR 流量、背压、气流、歧管压力、AFR 和发动机负载的状态估计器。您在开发自己的估计器时,可以利用这些模型组件,从而减少初始设计和架构设计工作。而且,这些估计器与它们在发动机被控对象模型内的相应子系统相同。因此,一旦将发动机被控对象模型参数化,参数值就可以自动地重用于估计器。估计器模型是为使用 Embedded Coder® 实现 ECU 而设计的。

执行系统设计权衡

除了控制器设计和测试之外,您还可以使用参考应用进行动力总成设计权衡研究,例如排放、燃油经济性和性能。静态发动机和电机模块使用组件供应商提供的现成数据,因此适用于初始权衡分析。如果要开展精细权衡研究并考虑对动力总成的动态效应,例如涉及涡轮增压器饱和效应或电动机控制算法的研究,则可以使用动态发动机和电机模块。

设计权衡研究通常需要数万次的仿真运行。您可以使用 MATLAB® 自动化仿真并分析结果。Optimization Toolbox™ 中的高级优化函数可以自动求出最佳设计参数集。为了缩减整体仿真时间,您可以使用 Parallel Computing Toolbox™ 将动力总成系统仿真部署到计算机核心集群。

动力总成匹配设计研究中的发动机 BSFC 工况点。

硬件在环测试部署

为了支持 HIL 测试的需要,模型必须在保真度和仿真速度之间取得平衡。Powertrain Blockset 中的模块提供了采集重要物理效应(涡轮增压器饱和、歧管充排动力学、动力传动系统动力学等)所需的细节,同时能够实现高仿真性能和快速实时执行。您可以在参考应用中同时使用动态和静态发动机模型进行 HIL 测试。这让您可以从参考应用开始,根据自身需要灵活地定制数据,然后对控制器模型执行 HIL 测试。

使用 Powertrain Blockset 模型进行 HIL 测试。

整合详细子系统模型

修改详细子系统模型

Powertrain Blockset 为各种汽车子系统提供了相应的模块。然而,您可能想要自定义其中一个子系统来捕获您要研究的特定动力学。这些模块是开放的,并且有文档记录,因此您可以修改库来满足您的需要。例如,您可以从库中复制动态 CI 发动机模块,并添加一个节气门来捕获对进气和排气动力学产生的效应。您可以将新的 CI 发动机模块作为额外的子系统变体包含在参考应用中,从而使用默认发动机或您的自定义版本创建车辆配置。

自定义库模块以创建新的发动机变体。

与 Simscape 集成

利用 Powertrain Blockset 中的参考应用,您可以使用自定义变体替换内置子系统,从而测试单个组件的自定义模型。例如,您可以使用 Simscape Driveline™Simscape Fluids™ 构建基于物理连接的动力传动系统模型,然后将其放入来自 Powertrain Blockset 的闭环车辆模型中。以这种方式将自定义设计与 Powertrain Blockset 耦合,可以在系统级别进行全面测试。重用参考应用的框架可以加快子系统测试的设置和执行,同时让您能够根据自身特定需求灵活地定制车辆模型。

使用 Simscape Driveline 创建自定义动力传动系统变体。

最新特性

变速器控制模块

为算法设计和动力性、燃油经济性及排放分析优化换挡策略

行驶工况故障跟踪

识别由标准化测试指定的行驶工况故障

Longitudinal Driver 模块

配置输入以控制加速和减速命令

关于这些特性和相应函数的详细信息,请参阅发行说明