Powertrain Blockset

Modéliser et simuler des groupes motopropulseurs automobiles

 

Powertrain Blockset™ propose des modèles d'application de référence entièrement assemblés de groupes motopropulseurs (GMP) automobiles, et notamment des systèmes essence, diesel, hybrides et électriques. Il intègre une bibliothèque de composants pour la simulation des éléments moteur, des assemblages de transmission, des moteurs à traction, des blocs de batteries et des modèles de contrôleurs. Powertrain Blockset inclut également un modèle de banc d’essai pour les tests virtuels. Le support des fichiers MDF offre une interface normalisée aux outils de calibration pour l'importation de données.

Powertrain Blockset offre une architecture de modèle standard qui peut être réutilisée tout au long du processus de développement. Vous pouvez l'utiliser pour l'étude de compromis, le dimensionnement de composants, l'optimisation des paramètres de contrôle et les tests Hardware-in-the-Loop (HIL). Vous pouvez personnaliser des modèles en paramétrant les composants dans une application de référence avec vos propres données, ou en remplaçant un sous-système par votre propre modèle.

Premier pas :

Modéliser un groupe motopropulseur

Applications de référence

Powertrain Blockset propose un ensemble d'applications de référence prêtes à l’emploi, notamment des systèmes de véhicules essence (Spark-Ignition, SI), diesel (Compression-Ignition, CI), hybrides et électriques, à utiliser comme point de départ pour votre modèle de groupe motopropulseur. Pour modéliser un GMP pour votre projet, vous pouvez sélectionner une application de référence en fonction du type de système de propulsion. Chaque application de référence comprend des modèles de moteurs, des contrôleurs, un modèle pilote longitudinal et des cycle de conduite.

Les applications de référence sont fournies avec une configuration Simulink® Projects. Simulink Projects permet la gestion et le contrôle des versions pour les fichiers de modèles de niveau supérieur, les fichiers de modèles de composants et les scripts.

Niveau supérieur du modèle d'application de référence de groupes motopropulseurs essence

Modèle de système adapté à votre projet

Les applications de référence servent de point de départ pour votre modèle système. Pour personnaliser une application de référence en fonction de votre GMP, paramétrez les composants dans l'application de référence à partir de données issues d'un outil spécifique au domaine, d'un banc d’essai ou d'un véhicule en exploitation. En fonction de votre application et de la configuration de votre GMP, il pourra être nécessaire de personnaliser davantage le modèle du système.

La bibliothèque de composants de Powertrain Blockset propose des blocs de systèmes physiques et de contrôleurs pour :

  • La propulsion
  • La boîte de vitesses
  • Le système de transmission
  • Le stockage d'énergie
  • La dynamique longitudinale d'un véhicule
  • Les données de cycle de conduite et le modèle pilote longitudinal

Tous les modèles disponibles dans Powertrain Blockset, y compris les applications de référence et les composants de la bibliothèque, sont entièrement personnalisables. Vous pouvez utiliser Simulink Projets pour gérer les variantes de modèles, notamment pour la sélection, la gestion des versions et la comparaison des variantes.

Projet Simulink de l'application de référence de groupe motopropulseur essence.

Modèles de moteur à combustion dynamiques et cartographiés

Powertrain Blockset propose deux types de modèles de moteur à combustion : cartographiés et dynamiques. Les moteurs cartographiés représentent le comportement du moteur au niveau macro sous la forme d'un ensemble de lookup tables (couple effectif, débit de carburant, débit d'air massique, température des gaz d'échappement, efficacité et émissions), en fonction de la charge commandée et du régime moteur. Les moteurs dynamiques décomposent le comportement du moteur en modèles de composants individuels qui tiennent compte de la dynamique du moteur, et notamment du débit d'air d'admission et de la dynamique du turbocompresseur.

Vous pouvez passer rapidement d'un type de modèle de moteur à l'autre, en fonction de votre application. Les modèles de moteurs dynamiques peuvent être utilisés pour la conception d'algorithmes de contrôle, d'estimation et de diagnostic qui dépendent des états des sous-systèmes dynamiques, par exemple, dans le cadre du développement d'algorithmes de contrôle AFR en boucle fermée. Les modèles de moteurs cartographiés conviennent aux activités d'analyse et de conception qui ne nécessitent pas de caractéristiques dynamiques du sous-système moteur, par exemple dans le cadre de l'analyse de correspondance entre le moteur et le système de transmission pour trouver un compromis entre économie de carburant, émissions et performances.

Les modèles de moteur à allumage par compression et à allumage commandé s'exécutent en temps réel pour les tests Hardware-in-the-Loop (HIL) .

Modèle de moteur à allumage commandé dynamique.

Composants de groupe motopropulseur électrifié

Powertrain Blockset comprend des applications de référence pour les groupes motopropulseurs électrifiés courants, comme les systèmes électriques et hybrides multimodes. Ces applications de référence sont accessibles pour que vous puissiez configurer et paramétrer les composants du groupe motopropulseur électrifié, y compris les moteurs, les générateurs et les systèmes de stockage d'énergie.

Par exemple, vous pouvez intégrer les phénomènes de commutation de l’électronique de puissance et prévoir les rendements et les pertes électriques en utilisant des blocs de Simscape Electrical™.

Blocs de moteur électrique.

Concevoir et tester un modèle de contrôleur

Modèles de contrôleurs intégrés

Powertrain Blockset met à disposition des modèles de contrôleurs simples pour les sous-systèmes, tels que les moteurs à combustion, les transmissions et les moteurs électriques. Ces modèles de contrôleurs ont deux objectifs principaux.

Tout d'abord, les modèles de contrôleurs complètent un modèle de GMP. Ce facteur est important, par exemple, lorsque vous testez l'interaction du contrôleur de transmission avec les autres systèmes d'un véhicule. En intégrant le contrôle moteur avec le moteur dans le modèle système, vous pouvez reproduire l'interaction entre la transmission et le moteur lors d'un changement de vitesse en simulation.

Deuxièmement, les modèles de contrôleurs intégrés servent de point de départ pour le développement de votre contrôleur, ce qui vous évite d'avoir à le concevoir en partant de zéro. Les modèles de contrôleurs sont basés sur des pratiques courantes du marché et reposent sur les capacités les plus récentes dans Simulink®.

Contrôle du phaseur d’arbre à cames dans le système de gestion de la boucle d’air du moteur à allumage commandé.

Modèles de contrôleurs définis par l'utilisateur

Les modèles de contrôleurs au sein de chaque application de référence sont conçus de manière modulaire et hiérarchique. À mesure que vous développez vos propres contrôleurs, vous pouvez remplacer chaque composant du contrôleur intégré. Cette méthode vous permet d'utiliser le modèle d'application de référence en tant que banc de test virtuel ou véhicule virtuel pour tester pas à pas votre contrôleur. Vous commencez avec une caractéristique à la fois, puis groupez ces modèles dans un modèle de contrôleur global pour les tests d'intégration par rapport au modèle du moteur.

Remplacement du module d’injection par votre propre modèle au sein d'un contrôleur de moteur à allumage par compression.

Estimateurs embarqués

Les estimateurs embarqués sont largement utilisés dans la conception de systèmes de contrôle pour éliminer un capteur ou implémenter un capteur virtuel lorsqu'il n'est pas possible d'utiliser un capteur physique. Les contrôleurs de moteurs à combustion comprennent des estimateurs d'état pour l'estimation du couple, de la température des gaz d'échappement, du flux d’EGR, de la contre-pression, du débit d'air, de la pression d'admission, du rapport air-carburant et de la charge du moteur. Vous pouvez tirer parti de ces éléments du modèle lors du développement de votre propre estimateur, réduisant ainsi l'effort initial de conception et de construction. En outre, ces estimateurs sont identiques à leurs sous-systèmes respectifs dans les modèles de moteurs. Ainsi, une fois qu'un modèle de moteur est paramétré, les valeurs de paramètres peuvent être automatiquement réutilisées pour l'estimateur. Les modèles d'estimateurs sont conçus pour être implémentable dans un ECU avec Embedded Coder®.

Exécuter des études de compromis

En plus de la conception et du test du contrôleur, vous pouvez utiliser les applications de référence pour les études de compromis lors de la conception de groupes motopropulseurs, comme les émissions, l'économie de carburant et les performances. Le moteur cartographié et les blocs de moteur exploitent des données aisément accessibles auprès des fournisseurs de composants, ce qui les rend adaptés à l'analyse des compromis initiale. Pour prendre en compte les effets dynamiques sur le GMP dans les études de compromis précises, vous pouvez utiliser le moteur dynamique et les blocs de moteur dans les études nécessitant la prise en compte, par exemple, des phénomènes de wind-up du turbocompresseur ou encore des algorithmes de contrôle de moteur électrique.

Les études de compromis nécessitent souvent d'effectuer des dizaines de milliers de simulations. Vous pouvez utiliser MATLAB® pour automatiser les simulations et analyser les résultats. Les fonctions d'optimisation avancées dans Optimization Toolbox™ permettent de déterminer automatiquement le meilleur ensemble de paramètres de conception. Pour réduire le temps de simulation total, vous pouvez utiliser Parallel Computing Toolbox™ pour déployer des simulations de groupes motopropulseurs sur un cluster de cœurs d'ordinateurs.

CSE sur différents points de fonctionnement moteur lors d’une étude paramétrique d’un GMP.

Déployer des tests Hardware-in-the-Loop

Pour répondre aux besoins des tests HIL, les modèles doivent parvenir à un équilibre entre la fidélité et la vitesse de simulation. Les blocs dans Powertrain Blockset fournissent les détails nécessaires pour capturer des effets physiques importants (sortie du turbocompresseur, dynamique de remplissage et de vidange du collecteur, dynamique de la transmission, etc.), tout en obtenant des performances de simulation élevées et une exécution rapide en temps réel. Vous pouvez utiliser les modèles de moteurs dynamiques et cartographiés dans des applications de référence pour les tests HIL. Cela vous offre la possibilité de débuter avec une application de référence, de personnaliser les données en fonction de vos besoins, puis d'effectuer des tests HIL sur votre modèle de contrôleur.

Tests HIL avec des modèles Powertrain Blockset.

Intégrer des modèles de sous-systèmes détaillés

Modification de modèles de sous-systèmes détaillés

Powertrain Blockset propose des blocs pour différents sous-systèmes automobiles. Cependant, vous avez la possibilité de personnaliser l'un des sous-systèmes pour capturer des dynamiques spécifiques. Les blocs sont ouverts et documentés, de sorte que vous puissiez modifier les bibliothèques en fonction de vos besoins. Par exemple, vous pouvez faire une copie du bloc de moteur à allumage par compression dynamique à partir de la bibliothèque et ajouter un papillon d'accélérateur pour capturer les effets sur la dynamique d'admission et d'évacuation d'air. Vous pouvez inclure le nouveau bloc de moteur à allumage par compression en tant que variante de sous-système supplémentaire dans l'application de référence en créant des configurations de véhicules, soit avec le moteur par défaut, soit avec votre propre version personnalisée.

Personnalisation d'un bloc de bibliothèque pour créer une nouvelle variante de moteur.

Intégration avec Simscape

Les applications de référence dans Powertrain Blockset vous permettent de tester des modèles personnalisés pour des composants individuels en remplaçant les sous-systèmes intégrés par votre propre variante. Par exemple, vous pouvez créer un modèle de transmission basé sur des connexions physiques avec Simscape Driveline™ et Simscape Fluids™, puis l'intégrer à un modèle de véhicule de Powertrain Blockset. En combinant ainsi des conceptions personnalisées avec des modèles issus de Powertrain Blockset, vous avez la possibilité d'effectuer des tests complets au niveau système. La réutilisation de l'environnement de l'application de référence accélère l’implémentation et l'exécution des tests de sous-systèmes, tout en offrant la flexibilité nécessaire pour adapter le modèle du véhicule à vos besoins spécifiques.

Création de variantes de transmissions personnalisées avec Simscape Driveline.

Nouveautés

Module de contrôle de transmission

Optimisez les lois de changement de vitesse, la performance, les économies de carburant et l’analyse des émissions

Suivi des incidents dans les cycles de conduite

Identifiez des incidents de cycle de conduite spécifiés par des tests standardisés

Bloc Longitudinal Driver

Configurez des entrées pour contrôler les commandes d'accélération et de décélération

Consultez les notes de version pour en savoir plus sur ces fonctionnalités et les fonctions correspondantes.