Powertrain Blockset

자동차 파워트레인 시스템의 모델링 및 시뮬레이션

 

Powertrain Blockset™은 자동차의 가솔린, 디젤, 하이브리드 및 전기 파워트레인 시스템에 대한 완전 조립된 참조 응용 모델을 제공합니다. 또한, 엔진 서브시스템, 변속기 어셈블리, 구동 모터, 배터리 팩 및 제어기 모델의 시뮬레이션을 위한 구성요소 라이브러리를 포함합니다. Powertrain Blockset은 가상 테스트를 위한 동력계 모델도 포함합니다. MDF 파일 지원을 통해 보정 툴에서 파일을 가져올 수 있는 표준 기반 인터페이스를 제공합니다.

Powertrain Blockset은 개발 공정 전반에서 재사용할 수 있는 표준 모델 아키텍처를 제공합니다. 이 아키텍처는 설계 상충 분석, 구성요소 크기 조정, 제어 파라미터 최적화 및 HIL(hardware-in-the-loop) 테스트에 사용할 수 있습니다. 사용자는 참조 응용 모델의 구성요소를 자체 데이터로 파라미터화하거나 서브시스템을 자체 모델로 교체하여 모델을 사용자 지정할 수 있습니다.

시작하기:

파워트레인 시스템 모델링

참조 응용 모델

Powertrain Blockset은 파워트레인 시스템 모델 설계의 출발점으로 사용할 수 있는 가솔린(스파크 점화, SI), 디젤(압축 점화, CI), 하이브리드 및 전기 자동차 시스템 등에 대한 완전 조립된 참조 응용 모델을 제공합니다. 프로젝트에 사용할 파워트레인 시스템을 모델링하려면, 파워트레인 유형에 맞는 참조 응용 모델을 선택하면 됩니다. 각 참조 응용 모델에는 플랜트 모델, 제어기, 종방향 드라이버 및 드라이브 사이클 데이터가 포함되어 있습니다.

참조 응용 모델에는 Simulink® Projects 구성이 함께 제공됩니다. Simulink Projects는 최상위 모델 파일, 구성요소 모델 파일 및 스크립트에 대한 관리 및 버전 컨트롤을 지원합니다.

가솔린 파워트레인 참조 응용 모델의 최상위 레벨.

프로젝트에 맞춘 시스템 모델

참조 응용 모델은 시스템 모델 설계의 출발점으로 기능합니다. 원하는 파워트레인 프로젝트에 맞게 참조 응용 모델을 설정하려면 분야 특정 툴, 테스트 벤치 또는 차량의 데이터를 사용하여 참조 응용 모델의 구성요소를 파라미터화하면 됩니다. 원하는 응용 모델 및 파워트레인 구성에 따라 구성요소 모델의 유형을 선택하고 시스템 모델을 추가적으로 사용자 지정해야 할 수 있습니다.

Powertrain Blockset의 구성요소 라이브러리는 다음에 대한 물리적 시스템 및 제어기 블록을 제공합니다.

  • 추진기
  • 변속기
  • 드라이브 트레인
  • 에너지 저장소
  • 종방향 차량 동특성
  • 드라이브 사이클 데이터 및 종방향 드라이버

참조 응용 모델 및 라이브러리의 구성요소를 포함한 Powertrain Blockset의 모든 모델은 완전한 사용자 지정이 가능합니다. Simulink Projects를 사용하여 Variant 선택, 버전 관리, 비교를 비롯한 모델의 Variant 관리를 수행할 수 있습니다.

가솔린 파워트레인 참조 응용 모델을 담은 Simulink Project.

매핑된 연소 엔진 모델과 동적 연소 엔진 모델

Powertrain Blockset은 매핑된 연소 엔진 모델과 동적 연소 엔진 모델 등 두 가지 유형의 연소 엔진 모델을 제공합니다. 매핑된 엔진은 매크로 엔진 동작을 룩업 테이블의 세트(브레이크 토크, 연료 흐름, 대기 질량 흐름, 배기 온도, 효율, 배출)로서 명령된 부하 및 측정된 엔진 속도의 함수로 표현합니다. 동적 엔진은 엔진 동작을 엔진 동특성(특히 흡입 공기 흐름 및 터보차저 동특성)을 고려하는 개별 구성요소 모델로 분해합니다.

응용 사례에 따라 엔진 모델 유형 간사이를 전환할 수 있습니다. 동적 엔진 모델은 동적 서브시스템 상태에 종속되는 제어, 추정기 및 진단 알고리즘(예: 폐루프 AFR 제어 알고리즘)을 설계하는 용도로 적합합니다. 매핑된 엔진 모델은 엔진 서브시스템 동적 특성이 필요하지 않은 분석 및 설계 작업(예: 연비, 배출, 성능의 상충 분석을 위한 엔진 및 변속 전동기관 매칭 분석)에 적합합니다.

SI 엔진 모델과 CI 엔진 모델 모두 HIL(hardware-in-the-loop) 테스트를 위해 실시간으로 실행됩니다.

동적 SI 엔진 모델.

전기 파워트레인 구성요소

Powertrain Blockset은 전기 및 멀티모드 하이브리드 전기 파워트레인과 같은 일반적인 전기 파워트레인을 위한 참조 응용 모델을 포함합니다. 참조 응용 모델은 모터, 생성기, 에너지 저장소를 포함하여 전기 파워트레인 구성요소를 구성 및 파라미터화할 수 있도록 개방되어 있습니다.

예를 들어, Simscape Electrical™의 블록을 사용하여 전력 전기 스위칭의 영향을 포함하고 전기 효율과 손실을 예측할 수 있습니다.

전기 모터 블록.

제어기 모델의 설계 및 테스트

내장 제어기 모델

Powertrain Blockset은 연소 엔진, 변속기, 전기 모터를 비롯한 서브시스템에 대한 간단한 제어기 모델을 제공합니다. 이러한 제어기 모델은 두 가지 중요한 용도가 있습니다.

첫째, 제어기 모델은 파워트레인 시스템 모델을 완성합니다. 예를 들어 차량 내 변속 제어기와 다른 시스템 간의 상호 작용을 테스트할 때 중요합니다. 시스템 모델의 엔진에 엔진 제어기를 포함시키면 시뮬레이션을 진행할 때 변속 이벤트에서 변속기와 엔진 사이의 상호 작용을 재현할 수 있습니다.

둘째, 내장 제어기 모델은 제어기 개발을 위한 출발점으로 기능하므로 제어기를 처음부터 구축할 필요가 없습니다. 제어기 모델은 업계의 일반적인 방식을 기반으로 하며, Simulink®의 최신 기능을 지원하고 있습니다.

SI 엔진 제어기의 공기 서브시스템을 사용한 Cam Phaser 제어.

사용자 정의 제어기 모델

각 참조 응용 모델의 제어기 모델은 모듈식·및 계층 구조식으로 설계되었습니다. 사용자가 직접 제어기를 개발할 때 내장 제어기의 각 구성요소를 교체할 수 있습니다. 이 방식으로 참조 응용 모델을 가상 동력계나 가상 자동차로 사용하여 제어기를 단계별로 테스트할 수 있습니다. 한 번에 하나의 기능으로 시작하여 여러 기능 모델을 보다 완전한 제어기 모델로 묶어서 플랜트 모델에 대해 통합 테스트를 수행할 수 있습니다.

내장 CI 엔진 제어기의 기능 모델을 자체 모델로 교체하기.

임베디드 추정기

임베디드 추정기는 제어 설계 분야에서 센서를 없애거나 물리적 센서를 사용할 수 없는 경우 가상 센서를 구현하기 위해 널리 사용됩니다. 연소 엔진 제어기에는 토크, 배기 온도, EGR 흐름, 역방향 압력, 공기 흐름, 매니폴드 압력, AFR 및 엔진 부하를 추정하는 상태 추정기가 포함되어 있습니다. 자체 추정기를 개발할 때 이러한 모델 구성요소를 활용하면 초기 설계 및 구성에 드는 노력을 줄일 수 있습니다. 또한, 이런 추정기는 엔진 플랜트 모델 내의 대응되는 서브시스템과 동일합니다. 따라서 엔진 플랜트 모델을 파라미터화해 두면 파라미터 값을 추정기에서 자동으로 재사용할 수 있습니다. 추정기 모델은 Embedded Coder®를 사용하여 ECU 구현을 할 수 있도록 설계되었습니다.

시스템 설계 상충 분석 수행

참조 응용 모델은 제어기의 설계 및 테스트 외에도 배출, 연비, 성능과 같은 파워트레인 설계의 상충관계 연구에도 사용할 수 있습니다. 매핑된 엔진 및 모터 블록은 구성요소 공급자가 제공하는 데이터를 사용하므로 조기 상충 분석에 적합합니다. 미세 조정된 상충관계 연구에서 동적 영향이 파워트레인에 미치는 영향을 고려하려면, 예를 들어 터보차저 와인드업 또는 전기 모터 제어 알고리즘의 영향이 필요한 연구에서 동적 엔진과 모터 블록을 사용할 수 있습니다.

설계 상충관계 연구에는 수만 번의 시뮬레이션 실행이 필요한 경우가 많습니다. MATLAB®을 사용하면 시뮬레이션을 자동화하고 결과를 분석할 수 있습니다. Optimization Toolbox™의 고급 최적화 함수는 가장 적합한 설계 파라미터를 자동으로 찾아 줍니다. 전체적인 시뮬레이션 시간을 줄이려면 Parallel Computing Toolbox™를 사용하여 컴퓨터 코어 클러스터로 파워트레인 시스템 시뮬레이션을 배포할 수 있습니다.

파워트레인 매칭 설계 연구의 엔진 BSFC 동작점.

HIL(hardware-in-the-loop) 테스트를 위한 배포

모델에 대한 HIL 테스트를 실행하려면 신뢰성과 시뮬레이션 속도 사이의 적절한 균형을 찾아야 합니다. Powertrain Blockset의 블록은 높은 시뮬레이션 성능과 빠른 실시간 실행을 달성하면서도 중요한 물리적 영향(터보차저 와인드업, 매니폴드 채우기 및 비우기 동특성, 드라이브라인 동특성 등)을 포착하는 데 필요한 세부 정보를 제공합니다. 동적 엔진 모델과 매핑 기반 엔진 모델은 둘 다 참조 응용 모델에서 HIL 테스트를 위해 사용할 수 있습니다. 이로써 참조 응용 모델로 시작하여 필요에 맞게 데이터를 사용자 지정하고 제어기 모델에 대해 HIL 테스트를 수행할 수 있습니다.

Powertrain Blockset 모델을 사용한 HIL 테스트.

상세한 서브시스템 모델 적용

상세한 서브시스템 모델 수정

Powertrain Blockset은 다양한 자동차 서브시스템을 위한 블록을 제공합니다. 서브시스템 중 하나에서 특정 관심 동특성을 포착하려는 경우가 있을 수 있습니다. 블록이 개방형이고 설명서가 지원되므로 필요에 맞게 라이브러리를 수정할 수 있습니다. 예를 들어, 라이브러리에서 동적 CI 엔진 블록의 복사본을 만들어서 스로틀을 추가하여 공기 흡입 및 배기 동특성의 영향을 포착할 수 있습니다. 참조 응용 모델에서 새 CI 엔진 블록을 추가 서브시스템 variant로 포함하면 디폴트 엔진 또는 사용자 지정 버전의 엔진을 사용하여 자동차 구성을 만들 수 있습니다.

라이브러리 블록을 사용자 지정하여 새로운 엔진 variant 만들기.

Simscape와의 통합

Powertrain Blockset의 참조 응용 모델을 사용하면 내장 서브시스템을 사용자 자체 variant로 교체하여 개별 구성요소의 사용자 지정 모델을 테스트할 수 있습니다. 예를 들어, Simscape Driveline™Simscape Fluids™를 사용하여 물리적 연결을 기반으로 드라이브트레인 모델을 구축한 다음 이를 Powertrain Blockset의 폐루프 자동차 모델에 적용할 수 있습니다. 이런 식으로 사용자 지정 설계를 Powertrain Blockset과 결합하면 시스템 레벨에서 포괄적인 테스트를 수행할 수 있습니다. 참조 응용 모델의 프레임워크를 재사용하면 서브시스템 테스트의 설정 및 실행 속도가 빨라지는 한편 필요에 맞게 자동차 모델을 사용자 지정할 수도 있습니다.

Simscape Driveline을 사용하여 사용자 지정 드라이브트레인 변형 만들기.

최신 기능

변속 제어 모듈

알고리즘 설계 및 성능, 연비, 배기 분석을 위해 변속 스케줄 최적화

드라이브 사이클 결함 추적

표준화된 테스트로 지정된 주행 사이클 결함 식별

Longitudinal Driver 블록

가속 및 감속 명령을 제어하는 입력값 구성

위 기능과 해당 함수에 대한 자세한 내용은 릴리스 정보를 참조하십시오.