Schneller Simulationscode

Bei AISIN AW wird die Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation in großem Umfang eingesetzt, um die Entwicklung von Automatikgetrieben zu beschleunigen. Die Anlagenmodelle für HIL-Simulationen müssen eine ausreichend hohe Genauigkeit aufweisen, um die für die Konstrukteure wichtigen Aspekte der Systemdynamik genau darzustellen. Gleichzeitig müssen diese Modelle einen geringen Berechnungsaufwand haben, um eine Ausführung in Echtzeit zu ermöglichen. Nach einer formalen Bewertung der verfügbaren Software entschied sich AISIN AW für die Modellierungs- und Simulationssoftware MapleSim zusammen mit der Driveline Component Library, um echtzeitfähige Getriebeanlagenmodelle für ihre HIL-Simulationen zu erstellen.

Die MapleSim Driveline Component Library bietet einen speziellen Satz von Komponenten, die Getriebeherstellern - wie auch anderen Entwicklern in der Automobilindustrie - helfen sollen, Anlagenmodelle für die Steuerung und Simulation bequem zu erstellen. Das Modell wurde so erstellt, dass es Kupplungen, Bremsen und verschiedene Getriebesätze enthält. MapleSim profitierte von der Leistungsfähigkeit des symbolischen Rechnens und generierte extrem schnellen Code, was bei der Simulation eines komplexen Systems mit einer großen Anzahl von Interaktionen in Echtzeit entscheidend ist.

Der optimierte C-Code, der von MapleSim aus den Modellen der Übertragungsanlage generiert wurde, ermöglichte es AISIN AW, detailliertere HiL-Simulationen durchzuführen. In einer Fallstudie wurde gezeigt, dass der von MapleSim generierte S-Funktionscode doppelt so schnell lief wie der von einem ähnlichen Tool generierte S-Funktionscode. Neben der Nutzung der in MapleSim integrierten Komponentenbibliothek konnten auch benutzerdefinierte Komponenten leicht entwickelt werden. MapleSim ermöglichte es dem Team, in kurzer Zeit Modelle mit hoher Wiedergabetreue zu erstellen und spielte eine Schlüsselrolle für den Erfolg des Projekts.

Eine der wichtigsten Komponenten eines hybrid-elektrischen oder vollelektrischen Fahrzeugs ist die Batterie. Ein gutes virtuelles Modell der Batterie ist unerlässlich, damit sowohl das Verhalten der Batterie als auch die physikalische Interaktion der Batterie mit allen anderen Komponenten im Modell korrekt wiedergegeben werden.

Die Forschungsarbeiten von NSERC/Toyota (mit Unterstützung von Maplesoft) erforderten ein detailliertes Modell des Fahrzeugs einschließlich der Batterie, das auf Änderungen der Motorbedingungen mit unterschiedlichen Gelände- und Leistungsreglern reagieren würde. Sie entschieden sich für MapleSim, weil der symbolische Ansatz in MapleSim die Erstellung von Simulationsmodellen ermöglichte, die schnelle Echtzeitgeschwindigkeiten für Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests und eine sehr hohe Modelltreue im Vergleich zu Modellen, die mit herkömmlichen Modellierungswerkzeugen erstellt wurden, aufweisen.

MapleSim wurde auch zur Entwicklung eines Mehrdomänenmodells eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) verwendet, einschließlich eines automatisch generierten optimierten Satzes systembestimmender Gleichungen. Das HEV-Modell besteht aus dem Mittelwert-Modell eines Verbrennungsmotors (ICE), Gleichstrommotoren, die von einem chemiebasierten NiMH-Batteriepaket angetrieben werden, und einem Mehrkörperfahrzeugmodell. Mit Hilfe von Simulationen wurde die Leistung des entwickelten HEV-Systems nachgewiesen.

Die Simulationsergebnisse zeigten, dass das Modell praktikabel war und dass dank der verlustfreien symbolischen Techniken von MapleSim die Anzahl der Gleichungen erheblich reduziert werden konnte, was zu einem berechnungstechnisch effektiven System führte. Dieses HEV-Modell kann für den Entwurf, die Steuerung und die Vorhersage des Fahrverhaltens von Fahrzeugen unter verschiedenen Fahrszenarien verwendet werden. Das Modell kann auch für Sensitivitätsanalysen, Modellreduktion und Echtzeitanwendungen wie HIL-Simulationen verwendet werden.

"Durch den Einsatz von MapleSim wird die Entwicklungszeit für diese Modelle erheblich verkürzt, und die Systemdarstellungen sind viel näher an der Physik der tatsächlichen Systeme", so Dr. John McPhee, Inhaber des NSERC/Toyota/Maplesoft Industrial Research Chair for Mathematics-based Modeling and Design.