日產(chǎn)汽車工程師使用 Simulink 和 Powertrain Blockset 實(shí)現(xiàn)更高效的工作流，用于開發(fā)和驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件。

“Simulink 和 Powertrain Blockset 使我們能夠從動(dòng)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)參考模型開始，針對(duì)多種發(fā)動(dòng)機(jī)變體自動(dòng)調(diào)整其大小，然后針對(duì) MIL 和 HIL 重用生成的參數(shù)化模型，從而節(jié)省時(shí)間并提高我們發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件的整體質(zhì)量。”

—— Hiroshi Katoh，日產(chǎn)汽車公司

到 2022 年，日產(chǎn)汽車公司計(jì)劃更新所有核心車型并推出 20 款新車型，加強(qiáng)以日產(chǎn)智能移動(dòng)為中心的產(chǎn)品陣容。為了幫助實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，日產(chǎn)汽車工程師正在使用 MATLAB 和 Simulink 采用基于模型的設(shè)計(jì)來縮短發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件的開發(fā)和驗(yàn)證時(shí)間。

日產(chǎn)汽車使用被控對(duì)象模型的仿真來評(píng)估用 Simulink 編寫的應(yīng)用層中的所有軟件組件 （SW-C）。為了處理公司不斷擴(kuò)大的產(chǎn)品線中的大量發(fā)動(dòng)機(jī)變體，日產(chǎn)汽車工程師建立了標(biāo)準(zhǔn)化的工作流。在該工作流中，他們使用 Simulink 和 Powertrain Blockset 開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)模型變體，并執(zhí)行模型在環(huán) （MIL） 和硬件在環(huán) （HIL） 測(cè)試。

日產(chǎn)汽車公司動(dòng)力總成控制工程部副總經(jīng)理 Hiroshi Katoh 表示：“使用 Powertrain Blockset 動(dòng)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)模型作為起點(diǎn)，我們能夠高效地創(chuàng)建和完善被控對(duì)象模型變體。我們可以將同一個(gè)模型用于 MIL 和 HIL 測(cè)試，從而大大減少所需的工作量，加快開發(fā)速度。”

Powertrain Blockset 動(dòng)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)模型。

挑戰(zhàn)

日產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件包含近 1500 個(gè) SW-C。日產(chǎn)汽車工程師使用仿真針對(duì)帶有變體的多種發(fā)動(dòng)機(jī)來評(píng)估其中每個(gè) SW-C，這些變體包括排量、氣缸數(shù)量和排列以及最大扭矩。過去，工程師需要手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)模型變體的參數(shù)。使用這些模型進(jìn)行的仿真帶來了沉重的計(jì)算負(fù)荷，導(dǎo)致仿真時(shí)間過長(zhǎng)。更簡(jiǎn)單模型的仿真速度更快，但精確度更低。

由于他們使用不同工具集進(jìn)行 MIL 和 HIL 測(cè)試，日產(chǎn)汽車團(tuán)隊(duì)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)全新被控對(duì)象模型來進(jìn)行實(shí)時(shí) HIL 測(cè)試。為了消除重復(fù)勞動(dòng)和縮短測(cè)試時(shí)間，日產(chǎn)汽車希望在 MIL 和 HIL 測(cè)試中使用相同的被控對(duì)象模型。

解決方案

日產(chǎn)汽車使用基于模型的設(shè)計(jì)以及 Simulink 和 Powertrain Blockset 開發(fā)和測(cè)試用于控制動(dòng)力總成的應(yīng)用軟件 （ASW）。ASW 包含一些來自供應(yīng)商的個(gè)別 SW-C。

日產(chǎn)汽車工程師使用 Powertrain Blockset 中的火花點(diǎn)火 （SI） 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)參考應(yīng)用作為其發(fā)動(dòng)機(jī)被控對(duì)象模型的基礎(chǔ)。他們使用調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)大小和重新標(biāo)定控制器功能，根據(jù)氣缸數(shù)量和發(fā)動(dòng)機(jī)排量等設(shè)置自動(dòng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)模型大小和調(diào)整標(biāo)定參數(shù)。他們還根據(jù)需要對(duì)模型做了進(jìn)一步修改，例如，對(duì)廢氣再循環(huán) （EGR） 或渦輪增壓器子系統(tǒng)進(jìn)行建模。

為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)模型，團(tuán)隊(duì)執(zhí)行參考應(yīng)用的內(nèi)置測(cè)試，并檢查仿真的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和其他性能指標(biāo)。然后，他們?cè)?Simulink 中通過將經(jīng)過驗(yàn)證的發(fā)動(dòng)機(jī)模型與控制器模型、變速箱模型和簡(jiǎn)單的車輛模型相結(jié)合來創(chuàng)建系統(tǒng)模型。

工程師使用在 MATLAB 中創(chuàng)建的自動(dòng)化測(cè)試框架進(jìn)行 MIL 測(cè)試，以確保控制器模型符合規(guī)范。該框架設(shè)置測(cè)試條件、啟動(dòng)仿真并生成可視化結(jié)果的圖形。

為了準(zhǔn)備 HIL 測(cè)試，團(tuán)隊(duì)使用 Simulink Coder 從發(fā)動(dòng)機(jī)模型中生成代碼，并將其部署到 dSPACE 硬件中。他們運(yùn)行與 MIL 相同的測(cè)試用例，用于實(shí)時(shí) HIL 設(shè)置。

日產(chǎn)汽車已使用此工作流評(píng)估用于量產(chǎn)車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件，他們還計(jì)劃在即將推出的新車型中使用該工作流開發(fā)被控對(duì)象模型，用于發(fā)動(dòng)機(jī)變體的 HIL 和 MIL 測(cè)試。

Powertrain Blockset 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)參考應(yīng)用中發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整功能的用戶界面。

結(jié)果

創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)變體的模型僅需幾小時(shí)，而不是幾天。

Katoh 說：“以前，為新發(fā)動(dòng)機(jī)變體修改發(fā)動(dòng)機(jī)模型需要幾天時(shí)間，但有了 Powertrain Blockset，現(xiàn)在我們?cè)趲讉€(gè)小時(shí)內(nèi)即可完成。因此，我們?cè)诒ＷC質(zhì)量的同時(shí)，加快了應(yīng)用軟件的開發(fā)。”

代碼開發(fā)成本降低三分之二。

Katoh 說：“我們?cè)?Simulink 中對(duì)控制應(yīng)用軟件進(jìn)行建模并將該模型用作可執(zhí)行規(guī)范，從而消除了 OEM 和供應(yīng)商之間可能發(fā)生的誤解。此外，我們從模型中生成代碼，從而消除了手動(dòng)編碼帶來的 bug 和人為錯(cuò)誤。這些改進(jìn)幫助我們將代碼開發(fā)成本降低約三分之二，并縮短了開發(fā)時(shí)間。”

HIL 準(zhǔn)備時(shí)間明顯減少。

Katoh 說：“有了 Simulink 和 Powertrain Blockset，我們可以使用相同的模型進(jìn)行 MIL 和 HIL 測(cè)試。我們能在兩種測(cè)試環(huán)境中使用同一套測(cè)試用例、被控對(duì)象模型和工具，從而將 HIL 測(cè)試所需的工程時(shí)間從一周減少到一天。”

審核編輯 ：李倩