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马自达加速SKYACTIV技术的下一代发动机开发

挑战

优化SKYACTIV发动机的效率,同时满足全球严格的排放标准

解决方案

使用Si万博1manbetxmulink和基于模型的校准工具箱,加速生成和开发最佳校准设置,ecu嵌入式模型,发动机模型的HIL仿真

结果

  • 发动机标定工作量减至最低
  • 模型复杂度减半
  • 模型精度提高

“基于模型的校准工具箱不仅使我们能够确定SKYACTIV-D发动机的最佳校准设置,而且大大减少了工程所需的工作量。它生成的模型加速了控制逻辑的发展,提供了有价值的见解,并使尝试新想法变得容易。”

香取Harada马自达
马自达的SKYACTIV-D引擎。

SKYACTIV技术的发动机开发使马自达能够将燃油效率高的柴油和汽油发动机商业化,而不依赖于缩小尺寸和稀薄燃烧。SKYACTIV-G是世界上第一个用于量产汽车的汽油发动机,其压缩比达到14.0:1,从而使效率和扭矩增加15%。其柴油版本SKYACTIV-D拥有世界上最低的柴油发动机压缩比,使其在满足严格的尾气排放规定(包括欧洲6号标准和日本的汽车尾气排放规定)的同时,燃油效率提高了20%,而无需使用成本高昂的尾气后处理,以减少氮氧化物(NOx)排放。

马自达的工程师依赖于MATLAB®,仿万博1manbetx真软件®,以及基于模型的校准工具箱用于发动机控制器的设计、验证和校准。

马自达副经理原田真果(Shingo Harada)表示:“SKYACTIV发动机集成了先进的硬件,可以提供更大的扭矩,并提高燃油经济性。“基于模型的校准工具箱帮助我们利用这些进步,比手动的、基于电子表格的校准方法获得更好的燃油效率和更低的尾气排放。”

图显示随着最大汽缸压力(Pmax)模型精度的提高,参数数量的减少。

挑战

随着马自达发动机变得越来越复杂,使用传统方法找到最佳校准设置变得越来越困难。Harada表示:“使用电子表格和测试单元进行反复试验需要大量的实验室时间,因此很难满足交付计划。“更重要的是,即使是经验丰富的校准工程师,也很难在五维或五维以上的搜索空间中找到最佳解决方案,所以我们永远无法确定我们找到了可能的最佳设置。”

马自达希望降低skyactive - d的压缩比,以最大限度地减少烟尘和氮氧化物的排放。为了实现这一目标和其他设计目标,工程师需要可嵌入ecu的最大气缸压力和排气温度统计模型。这些模型的初始版本每个都有40个参数,而且过于复杂,无法在ECU上运行。马自达需要在不牺牲精度的前提下降低车型的复杂性。

解决方案

马自达使用Simuli万博1manbetxnk和基于模型的校准工具箱来定义测试计划,开发统计模型,并为skyactid引擎生成最佳校准。他们使用相同的产品为SKYACTIV-s manbetx 845G开发了统计模型,并对发动机控制逻辑进行了半实物(HIL)仿真。

马自达在实验设计的基础上,利用基于模型的校准工具箱设计了SKYACTIV-D发动机的优化测试方案。该计划只包括表征发动机性能和排放响应所需的测试点,从而最大限度地缩短测试时间。

在测试单元进行测试后,工程师使用基于模型的校准工具箱导入测量数据,并开发发动机响应的统计模型。

使用基于模型校准工具箱中的校准生成(CAGE)工具和内部开发的基于MATLAB的优化界面,团队从发动机模型生成最佳校准。

为了为仿真、优化和嵌入式模型评估定义一个真实的操作区域,他们使用基于模型的校准工具箱创建边界模型。

通过使用基于模型的校准工具箱,马自达工程师生成了嵌入式模型,包括生产中skyactid ECU使用的最大气缸压力模型。

对于同一个ECU,它们产生了注入燃料的总质量作为多个操作点变量的函数。该模型与model - based Calibration Toolbox生成的排气温度模型一起使用,以提高燃油质量模型的可靠性和性能。

SKYACTIV-D发动机符合严格的欧洲和日本排放标准,并安装在生产车辆上,包括马自达CX-5。

SKYACTIV-G发动机的工程师使用基于模型的校准工具箱开发了一个统计发动机油耗模型。他们将该模型导出到Simulink,用于发动机控制逻辑的万博1manbetx开发、调试和HIL仿真。该模型在自动变速箱燃油消耗仿真中重复使用,进一步减少了模型开发的工作量。

结果

  • 发动机标定工作量减至最低.Harada说:“使用传统方法,在校准新引擎时获取数据需要进行大量测试。“使用基于模型的校准工具箱,我们重用了现有的数据并模拟了响应,这使我们能够最小化获取测试数据和测试单元使用的工作量。”

  • 模型复杂度减半.“我们最初的嵌入式最大气缸压力模型有38个参数。使用基于模型的校准工具箱,我们将这个数字减少到20,这反过来降低了CPU的负载,”Harada说。“同样,这个工具箱使我们能够将废气温度模型中的参数数量从大约40个减少到20个,同时保持相同的精度水平。”

  • 模型精度提高.Harada说:“使用基于模型校准工具箱创建的边界模型,我们提高了烟雾模型的准确性,并将其均方根误差(RMSE)降低了80%。”

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