簡述
Maplesoft、ISKO Engineers AG 和 IPG Automotive 的一個團隊對 HEV 動力總成的燃油效率和性能進行了比較研究。動力總成模型是在 MapleSim 中開發的，然後将其轉換為功能模型單元 (FMU)，以便使用 IPG CarMaker®（一個開放式內建和測試平台）與測試環境內建。虛拟車輛、道路和駕駛員使用 CarMaker 進行設定，然後将整個虛拟環境與 Noesis 的流程內建和設計優化 (PIDO) 平台 Optimus® 連接配接起來，以執行全面的多目标優化。
軟體架構示意圖
案例内容
多域動力系統模型是使用 MapleSim 的電氣和機械庫中的元件以及 MapleSim 的 Driveline Component Library 和 Battery Component Library 中的商業化庫元件開發的。為了實作具有最大效率的無級變速器 (CVT) 的現實 HEV 動力系統的目标，選擇了商用動力系統示例作為參考模型。所選動力總成配置是帶有 CVT 的并聯 HEV 車型，其靈感來自 2006 年本田思域內建電機輔助 (IMA) 動力總成。
基于 1.36L 發動機的發動機性能資料，該模型的内燃機子系統的發動機映射是使用 MapleSim 的 Driveline 發動機元件實作的。鎳金屬氫化物 (NiMH) 等效電路電池模型選自 MapleSim 電池元件庫，以代表參考動力系統中的鎳氫電池。它提供 HEV 所需的電能存儲和額外的電荷，以操作通常會運作 12V 電氣系統的輔助元件。從 MapleSim 的 Driveline Component Library 中選擇了允許根據指定的傳動比調整傳動比的 CVT 元件，并實施了能量管理政策，以确定電動機之間的功率配置設定。
圖 1 MapleSim fmu 動力總成模型
然後使用 MapleSim Connector for FMI 為 FMU 導出準備完整的動力系統模型。連接配接器支援 FMI 标準模型交換和協同仿真。
通過 CarMaker 對 FMI 協同仿真獨立标準的支援，動力系統 FMU 被導入并內建到測試環境中。CarMaker 使使用者能夠将他們的車輛元件（從單個元件一直到互連系統）內建到虛拟車輛原型中，并在真實駕駛條件下研究子系統之間的整體行為和互動。
圖 2 在 CarMarker 中使用 MapleSim fmu 模型
測試環境為整車模型提供了詳細的比對接口，便于內建進口動力總成模型。它由一個參數化的車輛模型組成，該模型代表了真實世界汽車的車輛動力學和整體行為。它被放置在可以定義交通對象、交通标志和信号燈、道路标記和環境的虛拟道路上，并由具有操縱控制的內建駕駛員模型驅動。通過将代表車輛、駕駛員、交通和環境的模型與詳細的動力系統模型相結合，CarMaker 能夠對動力系統進行全面分析。
圖 3 設計優化的工作流程
在将 MapleSim 生成的動力系統 FMU 內建到CarMaker 測試環境後，Optimus 被用來承擔自動啟動 CarMaker 模拟、分析結果和執行所需優化的任務。針對激進的駕駛員和保守的駕駛員運作模拟，結果用于執行動力系統 FMU 的多目标優化，以滿足預定義的性能目标。
圖 4 多目标優化結果
圖 5 多目标優化結果
這種內建設計過程可以在工具之間輕松共享模型，讓工程師更深入地了解 HEV 動力總成設計在不同情況下的表現，并讓他們能夠優化性能，而成本僅為傳統設計的一小部分方法。