Powertrain Blockset

Modele y simule sistemas de propulsión de automoción

 

Powertrain Blockset proporciona modelos de aplicaciones de referencia completamente montados de sistemas de propulsión de automoción, incluidos sistemas de gasolina, diésel, híbridos y eléctricos. Incluye una librería de componentes para simular subsistemas de motores, bloques de transmisión, motores de tracción, conjuntos de baterías y modelos de controladores. Powertrain Blockset también incluye un modelo de dinamómetro para realizar pruebas virtuales. El soporte para archivos MDF proporciona una interfaz basada en estándares a las herramientas de calibración para importar datos.

Powertrain Blockset ofrece una arquitectura de modelado estándar que se puede reutilizar a lo largo de todo el proceso de desarrollo. Se puede emplear para diseñar análisis de tradeoff y determinar el tamaño de los componentes, controlar la optimización de parámetros y realizar pruebas hardware-in-the-loop. Puede personalizar los modelos parametrizando los componentes de una aplicación de referencia con sus propios datos o bien reemplazando un subsistema por su propio modelo.

Cómo empezar:

Modelado de un sistema de propulsión

Aplicaciones de referencia

Powertrain Blockset proporciona un conjunto de aplicaciones de referencia completamente montadas, incluidos sistemas de gasolina (encendido por chispa, SI), diésel (encendido por compresión, CI), híbridos y de vehículos eléctricos, como punto de partida para su modelo de sistema de propulsión. Para modelar un sistema de propulsión para su proyecto, puede seleccionar una aplicación de referencia según el tipo de propulsión. Todas las aplicaciones de referencia incluyen controladores, modelos de planta, un controlador longitudinal y datos del ciclo de conducción.

Las aplicaciones de referencia incluyen una configuración de Simulink® Projects. Simulink Projects permite administrar y controlar versiones para archivos de modelos de nivel superior, archivos de modelos de componentes y scripts.

Nivel superior del modelo de aplicación de referencia de sistema de propulsión de gasolina.

Modelo de sistema adaptado a su proyecto

Las aplicaciones de referencia sirven como punto de partida para su modelo de sistema. Para adaptar una aplicación de referencia a su proyecto de propulsión, parametrice los componentes de la aplicación de referencia utilizando datos de una herramienta específica del dominio, un banco de pruebas o un vehículo. Dependiendo de la configuración de la aplicación y del sistema de propulsión, es posible que deba seleccionar el tipo de modelos de componentes y personalizar aún más el modelo de sistema.

La librería de componentes de Powertrain Blockset proporciona bloques de sistemas físicos y controladores para:

  • Propulsión
  • Transmisión
  • Cadena cinemática
  • Almacenamiento de energía
  • Dinámica longitudinal de vehículos
  • Datos de ciclo de conducción y controlador longitudinal

Todos los modelos de Powertrain Blockset, incluidos los componentes de la librería y las aplicaciones de referencia, están completamente abiertos para poder personalizarlos. Puede utilizar Simulink Projects para gestionar variantes de modelos, incluida la selección de variantes, la gestión de versiones y la comparación.

Proyecto de Simulink de la aplicación de referencia de propulsión de gasolina.

Modelos de motores de combustión mapeados y dinámicos

Powertrain Blockset proporciona dos tipos de modelos de motores de combustión: mapeados y dinámicos. Los motores mapeados representan el comportamiento general del motor como un conjunto de tablas de búsqueda (par de frenado, flujo de combustible, flujo másico de aire, temperatura de escape, eficiencia y emisiones) como funciones de carga ordenada y velocidad medida del motor. Los motores dinámicos descomponen el comportamiento del motor en modelos de componentes individuales que tienen en cuenta la dinámica del motor, sobre todo el flujo de aire de admisión y la dinámica del turbocompresor.

Puede cambiar el tipo de modelo de motor en función de su aplicación. Los modelos de motores dinámicos son adecuados para diseñar algoritmos de control, estimador y diagnóstico que dependen de los estados del subsistema dinámico, por ejemplo, en el desarrollo de algoritmos de control AFR de lazo cerrado. Los modelos de motores mapeados son adecuados para actividades de análisis y diseño que no requieren características dinámicas de los subsistemas del motor, por ejemplo, el análisis de correlación de motor y propulsión de transmisión para tradeoffs de economía de combustible, emisiones y rendimiento.

Tanto el modelo de motor de encendido por chispa como el de encendido por compresión funcionan en tiempo real para pruebas hardware-in-the-loop (HIL).

Modelo de motor SI dinámico.

Componentes de propulsión electrificados

Powertrain Blockset incluye aplicaciones de referencia para sistemas de propulsión electrificados comunes, tales como sistemas eléctricos y sistemas eléctricos híbridos multimodo. Estas aplicaciones de referencia están abiertas para poder configurar y parametrizar los componentes de propulsión electrificados, incluidos motores, generadores y almacenamiento de energía.

Por ejemplo, puede incluir los efectos de la conmutación de la electrónica de potencia y predecir eficiencias y pérdidas eléctricas utilizando bloques de Simscape Electrical.

Bloques de motor eléctrico.

Diseño y pruebas de un modelo de controlador

Modelos de controladores integrados

Powertrain Blockset proporciona modelos de controladores simples para subsistemas, incluidos motores de combustión, transmisiones y motores eléctricos. Estos modelos de controladores tienen dos propósitos principales.

En primer lugar, los modelos de controladores completan un modelo de sistema de propulsión. Esto es importante cuando, por ejemplo, se está probando la interacción del controlador de transmisión con otros sistemas de un vehículo. Al incluir un controlador de motor con el motor en el modelo del sistema, puede reproducir la interacción entre la transmisión y el motor durante un evento de cambio en simulación.

En segundo lugar, los modelos de controladores integrados sirven como punto de partida para el desarrollo de su controlador, por lo que no es necesario crear uno desde cero. Los modelos de controladores se basan en prácticas habituales en la industria y emplean las prestaciones más recientes de Simulink®.

Control de sincronización de leva dentro del subsistema de aire de un controlador de motor SI.

Modelos de controladores definidos por el usuario

Los modelos de controladores de cada aplicación de referencia están diseñados de manera modular y jerárquica. A medida que desarrolla sus propios controladores, puede reemplazar cada componente del controlador integrado. Con este método, puede utilizar el modelo de aplicación de referencia como dinamómetro virtual o vehículo virtual para probar su controlador paso a paso. Se empieza con una funcionalidad en cada ocasión y luego se agrupan los modelos de funcionalidades en un modelo de controlador más completo para realizar pruebas de integración con respecto al modelo de planta.

Sustitución de un modelo de funcionalidad dentro del controlador de motor CI integrado por su propio modelo.

Estimadores embebidos

Los estimadores embebidos se utilizan ampliamente en el diseño de sistemas de control para eliminar un sensor o para implementar un sensor virtual cuando no se puede utilizar un sensor físico. Los controladores de motores de combustión incluyen estimadores de estado para calcular el par, la temperatura de escape, el flujo de EGR, la contrapresión, el flujo de aire, la presión del colector, la AFR y la carga del motor. Puede aprovechar estos componentes de modelo al desarrollar su propio estimador, reduciendo así el esfuerzo inicial de creación del diseño y la arquitectura. Además, estos estimadores son idénticos a sus subsistemas correspondientes dentro de los modelos de planta de motor. En consecuencia, una vez parametrizado el modelo de planta de un motor, los valores de los parámetros se pueden reutilizar automáticamente para el estimador. Los modelos de estimadores están diseñados para la implementación de ECU utilizando Embedded Coder®.

Realización de pruebas de tradeoff de diseño de sistemas

Además de para el diseño y las pruebas del controlador, puede utilizar las aplicaciones de referencia para los estudios de tradeoff de la propulsión, tales como emisiones, ahorro de combustible y rendimiento. Los bloques de motor y de motor mapeado utilizan datos fácilmente disponibles mediante los proveedores de componentes, lo que los hace adecuados para el análisis de tradeoff inicial. Para tener en cuenta los efectos dinámicos en la propulsión en los estudios de tradeoff detallados, puede utilizar los bloques de motor y de motor dinámico, por ejemplo, en estudios que requieren el efecto de bobinado del turbocompresor o algoritmos de control de motor eléctrico.

Los estudios de tradeoff de diseño a menudo requieren decenas de miles de ejecuciones de simulación. Puede utilizar MATLAB® para automatizar simulaciones y analizar los resultados. Las funciones avanzadas de optimización de Optimization Toolbox pueden determinar automáticamente el mejor conjunto de parámetros de diseño. Para reducir el tiempo total de simulación, puede utilizar Parallel Computing Toolbox para desplegar simulaciones de sistemas de propulsión en un clúster de núcleos de ordenador.

Puntos operativos de BSFC de un motor en un estudio de diseño de correlación del sistema de propulsión.

Despliegue para pruebas hardware-in-the-loop

Para sustentar las necesidades de las pruebas HIL, los modelos deben alcanzar un equilibrio entre fidelidad y velocidad de simulación. Los bloques de Powertrain Blockset proporcionan los detalles necesarios para capturar efectos físicos importantes (bobinado del turbocompresor, llenado del colector y dinámica vacía, dinámica de transmisión, etc.), al tiempo que logran un alto rendimiento de simulación y una ejecución rápida en tiempo real. Puede utilizar los modelos de motores dinámicos y los basados en mapas de las aplicaciones de referencia para las pruebas HIL. Esto ofrece la flexibilidad para comenzar con una aplicación de referencia, adaptar los datos para satisfacer sus necesidades y luego realizar pruebas HIL en su modelo de controlador.

Pruebas HIL con modelos de Powertrain Blockset.

Incorporación de modelos detallados de subsistemas

Modificación de modelos detallados de subsistemas

Powertrain Blockset proporciona bloques para varios subsistemas de automoción. Sin embargo, es posible que desee personalizar uno de los subsistemas para capturar dinámicas de interés específicas. Los bloques están abiertos y documentados para que pueda modificar las librerías según sus necesidades. Por ejemplo, puede hacer una copia del bloque de motor CI dinámico desde la librería y agregar una válvula reguladora para capturar los efectos en la dinámica de admisión de aire y escape. Puede incluir el nuevo bloque de motor CI como una variante de subsistema adicional en la aplicación de referencia, creando configuraciones de vehículo con el motor predeterminado o su versión personalizada.

Personalización de un bloque de librería para crear una nueva variante de motor.

Integración con Simscape

Las aplicaciones de referencia de Powertrain Blockset permiten probar modelos personalizados para componentes individuales reemplazando los subsistemas integrados por una variante propia. Por ejemplo, puede crear un modelo de transmisión basado en conexiones físicas utilizando Simscape Driveline y Simscape Fluids, y luego colocarlo en un modelo de vehículo de lazo cerrado de Powertrain Blockset. El acoplamiento de diseños personalizados con Powertrain Blockset de esta manera permite realizar pruebas exhaustivas en el nivel de sistema. La reutilización del marco de la aplicación de referencia acelera la configuración y la ejecución de las pruebas de subsistemas, al tiempo que proporciona la flexibilidad necesaria para adaptar el modelo de vehículo a sus necesidades específicas.

Creación de variantes de transmisión personalizadas con Simscape Driveline.

Funcionalidades más recientes

Módulo de control de transmisión

Optimice las planificaciones de cambio de marcha para el diseño y el rendimiento de los algoritmos, el ahorro de combustible y el análisis de las emisiones.

Seguimiento de fallos en el ciclo de conducción

Identifique los fallos del ciclo de conducción especificados por pruebas estandarizadas.

Bloque Longitudinal Driver

Configure las entradas para controlar los comandos de aceleración y desaceleración.

Consulte las notas de la versión para obtener detalles sobre estas funcionalidades y las funciones correspondientes.