ユーザー事例

トヨタにおける包括的なエンジンモデルおよびSIL + Mを使用したエンジン制御システムのフロントローディング開発

課題

複雑なエンジン制御システムソフトウェアの開発を促進すること

ソリューション

包括的なエンジンモデルを開発し,それをSIL + Mテストに組み込むことで開発プロセスをフロントローディング化

結果

  • 包括的なエンジンモデルを開発
  • 開発初期段階でデザインを検証
  • テストが困難な状態をシミュレーション

“Simscapeを使うことで,全てのチームが理解しやすい,当社の設計作業に最適な包括的なエンジンモデルを作成できます。当社のフロントロードした開発プロセスにとって,仿万博1manbetx真软件で実行されるECUおよびエンジンの閉ループシミュレーションを,できるだけ早く完了させることが重要です。」

伊藤久宏博士,丰田汽车公司
トヨタのエンジン。トヨタでは,Simscapeモデリングによりターボチャージャーや後処理システムなどの高度なエンジンコンポーネントをさらに細かく制御しています。

自動車メーカーが燃費の向上,排出ガスの低減およびより良い運転環境の提供に取り組むにつれて,エンジン制御ユニット(ECU)ソフトウェアは次第に高度化しています。特に,排出ガスに関する規制がさらに厳しくなることで,混合気および燃焼のタイミングを正確に制御することが必要です。

このような複雑なシステムと厳しい要求のため,欠陥または設計上の不具合が開発の終盤で発見されると,大幅な作業のやり直しが発生したり,コスト増をまねくことになります。これらを回避するには,ECU開発プロセスのできるだけ早期にエンジンの正確なシミュレーションモデルを用意することが不可欠です。トヨタの技術者は,開発プロセスをフロントローディングするために使用されるエンジンモデルを開発し,車両の量産プログラムでのモデルインザループ(MIL)およびソフトウェアインザループ(SIL)テストを可能にしました。

“モデルベースデザインを用いたフロントローディング開発により,開発サイクルを短縮化して,作業のやり直しを最小限に抑えることができました。これにより,競合他社より早く製品の提供を行うことができます。“とトヨタの伊藤久弘氏は述べています。“MATLAB仿万博1manbetx真软件およびSimscapeを利用して,制御ソフトウェア,プラントモデルおよび閉ループシミュレーターを同一環境で作成することで,制御システム開発を大幅に簡略化しています。」

課題

これまでトヨタの技術者は,比較的単純なプラントモデルを使用して,ECU機能の小さいサブセットのみをテストしていました。そのため,制御ソフトウェアのテストおよび最適化ができませんでした。また新しいエンジンを最適に稼働させるために,燃料,燃焼および排気ガスの再循環(EGR)システムを含めたエンジン全体をカバーするエンジンモデルや,これらのシステムを記述する方程式を直接実装することで,システムの動作をモデリングする必要がありました。

トヨタの技術者は,ECUをより効率的に開発するために,自身のSILおよびMILテクノロジーの柔軟性と拡張性を向上させることを必要とし,さらに,ECU間の可以バス通信のシミュレーション,制御コードのソースレベルでのデバッグおよび割り込みサービスルーチン(ISR)とタイマータスクの正しい順序での実行をサポートするSIL環境を必要としていたのです。

ソリューション

トヨタの技術者はSimscape™を使用して,数千もの方程式からなるエンジンモデルを開発しました。このモデルにより,ECUソフトウェアのモデルベースデザインに基づくフロントロードされた開発プロセスが可能となりました。

技術者は空気,気化燃料および既燃ガスなど,複数のガスの種類を含む物理ドメインをカスタムで作成するためにSimscape言語を使用し,さらに燃焼シリンダーおよび空気経路(EGRを含む)を表すためのカスタムのコンポーネントモデルを作成しました。これらのモデルとSimscapeで提供されているコンポーネントモデルを組み合わせることで,トルクコンバーター,オートマチックトランスミッションおよびその他のドライブトレインコンポーネントのモデリングを行うことが可能になったのです。

彼らは,物理ネットワークの手法を使用し,Simscapeのこれらのコンポーネントを組み合わせて,非因果モデルを作成しました。これらの非因果モデルは,万博1manbetx仿真软件®および基于模型的标定工具箱™を使用して開発された燃焼ダイナミクスのデータ駆動型因果モデルと結合されました。

ECUアルゴリズムの実行可能な仕様書を仿万博1manbetx真软件およびStateflow®で開発するために,接続されたプラントのダイナミクスを考慮する一方で,万博1manbetx仿真软件ではMILシミュレーションを導入して新しい制御ロジックの設計を分析しました。

万博1manbetx仿真软件编码器™を使用して制御モデルからコードを生成し終わると,トヨタの技術者はSILテストを使用して,低レベルのドライバー,ISRおよびタイマーの正確な実行順およびその他のMILシミュレーションではテストできない詳細項目について検証しました。またSILにおいては,制御コードのソースレベルのデバッグのために微软®Visual Studio®を使用しました。コードに設定されたブレークポイントで仿万博1manbetx真软件のシミュレーションが一時停止することで,技術者は実行を再開する前に制御変数の状態を調査できました。

モデル+ソフトウェアインザループ(SIL) + M)シミュレーションを使用して,技術者は新しい制御モジュールをモデルとして開発し,それを制御ソフトウェアに統合しています。

このSIL + Mによって,技術者は新しい制御ロジックを完全な制御システムに組み込むことができるようになり,ECU開発のフロントローディングをさらに推進することが期待されています。

MATLAB®を使用して,技術者はパラメーターを最適化している間のシミュレーションを自動化して,シミュレーションとテスト結果に対するデータ分析を実行しました。

トヨタは現在,エンジン制御,トランスミッション制御およびハイブリッド電気制御システムの開発で,モデルベースデザインのフロントローディング開発を適用しています。

結果

  • 包括的なエンジンモデルを開発.“因果モデリングの手法と比較して,Simscapeで利用できるプラントモデリングのワークフローはより迅速でありロバストです。そしてSimscapeを使用して構築したプラントモデルは直感的で簡単に物理システムを表します。“と,伊藤氏は述べています。“Simscapeのおかげで,数千の方程式からなる包括的なエンジンモデルを作成し,シミュレーションを実行できました。これは,因果的な手法では不可能だったでしょう。」

  • 開発初期段階でデザインを検証.“モデルベースデザインおよびSILシミュレーションを使用して,新しい制御デザインをさらに早期に検証できます。“と,伊藤氏は述べています。“たとえば,エンジン制御およびトランスミッション制御ソフトウェアを,閉ループシミュレーションにて可以の設定を用いて検証しましたが,こうすることで自信を持って車載テストに進むことができました。」

  • テストが困難な状態をシミュレーション.“万博1manbetx仿真软件で作成したSILプラットフォームによって,技術者は実際の車両やプロトタイピングのテスト環境で調整するのが困難な,さまざまな運用条件で,制御ソフトウェアの細かな調査を実行できます。“と,伊藤氏は述べています。

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