Riassunto analitico
La crescente complessità e variabilità dei powertrain attuali riflette richieste di mercato sempre più stringenti in termini di consumi di carburante, emissioni, prestazioni e soddisfazione del cliente. Allo stesso tempo, una forte concorrenza di mercato ha spinto gli OEM ad accorciare continuamente i tempi di sviluppo del prodotto. Per soddisfare contemporaneamente i requisiti legislativi globali e le esigenze specifiche del mercato dei clienti, lo sviluppo dei powertrain prevede soluzioni sempre più innovative, in merito sia alle prestazioni che alla riduzione delle emissioni inquinanti. Al fine di garantire la continua riduzione degli intervalli di time-to-market e tenendo conto dell’estensivo numero di test necessari, in particolare per la conformità RDE, è necessario testare il motore e i componenti del veicolo nelle fasi iniziali nel processo di sviluppo veicolo per evitare modifiche tardive dell'hardware al momento della produzione. Pertanto, emerge che l'industria automobilistica si trova ad affrontare una sfida impegnativa che richiede il rispetto dei requisiti di progettazione e prestazioni del veicolo, nonché severe normative sulle emissioni.
In questo documento viene descritta la piattaforma di test basata sull'approccio Engine-in-the-loop (EiL), su cui ho lavorato durante il periodo di tirocinio presso Alma-Automotive S.r.l. per Maserati S.p.A. L'accoppiamento del motore reale con un veicolo simulato offre la possibilità di variare e ottimizzare sia il progetto che la calibrazione in modo da soddisfare obiettivi e vincoli specifici già a partire dalla fase iniziale dello sviluppo prodotto. L'approccio Engine-in-the-loop sta diventando uno strumento potente e sarà sempre più ampiamente utilizzato nel prossimo futuro e funziona con lo stesso principio dell'approccio Hardware-in-the-loop (HiL), realizzando una combinazione sinergica della parte reale (il motore) e delle parti virtuali (ogni componente del veicolo ad eccezione del motore), facilitando lo sviluppo del sistema e riducendo notevolmente i tempi e i costi di sviluppo.
Durante questo lavoro sono state coinvolte diverse attività relative allo sviluppo dei modelli, ai test, allo studio delle logiche della centralina (ECU), all'analisi dei dati e alla calibrazione. Prima di tutto, è stato realizzato un modello di simulazione del veicolo con tutti i suoi sottosistemi in MATLAB/Simulink. Il modello viene compilato e successivamente eseguito in una piattaforma basata sull’ambiente LabVIEW ed interfacciata con il sistema di controllo del banco prova motore. Il modello scambia informazioni in tempo reale con il banco prova motore: il freno dinamometrico viene controllato sulla base della velocità di rotazione del motore che risulta come output dal modello; la coppia misurata al freno viene restituita come input al modello stesso.
L'approccio EiL può essere utilizzato per diversi scopi a causa dei suoi vantaggi intrinseci. L'obiettivo principale del presente lavoro risulta l’esecuzione dei cicli di omologazione direttamente al banco prova motore.
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Abstract
The continuously increasing legal and customer requirements regarding emissions and fuel consumptions as well as the ever-challenging requirements for engine and vehicle performance in all global markets are the drivers for a constantly increasing complexity and variability of vehicle powertrains. At the same time, a fierce market competition has driven OEMs to continually shorten the product development time.
To simultaneously fulfil the global legislative requirements and the market-specific customer demands, one approach is to deploy powertrains with innovative and sophisticated solutions, to further improve vehicle performance and to reduce polluting emissions.
In order to ensure the continuous reduction of time-to-market intervals and taking into account the extensive additional testing efforts required, especially for RDE compliance, it is necessary to test powertrain and vehicle components on the overall vehicle level at the earliest possible stage in the vehicle development process to avoid late hardware or even concept changes shortly before the start of production.
Therefore, it emerges that the automotive industry is facing a demanding challenge, where the design and performance requirements of the vehicle as well as strict emission regulations must be respected.
In this document the testing platform based on the Engine-in-the-loop (EiL) approach is described, on which I worked during my traineeship period at Alma-Automotive S.r.l. for Maserati S.p.A.
Coupling the real engine with a simulated vehicle offers a chance to vary and optimize component and subsystem designs and calibrations based on specific goals and constraints at an early stage. That is the Engine-in-the-loop approach, which is becoming a powerful tool and will be more widely used in the near future. It works with the same principle of Hardware-in-the-loop (HiL) approach, realizing a synergistic combination of the real (the engine) and virtual (every component of the vehicle except for the engine) parts, which facilitates system development and greatly reduces development time and cost.
Different activities regarding model development, testing, analysis of ECU logic, data analysis and calibration were involved during this work.
First of all, a simulation model of the vehicle with all its subsystems has been developed in MATLAB/Simulink. The model is compiled and subsequently deployed as generated code in a LabVIEW-based platform which is interfaced to the test bench control system.
The model runs and exchanges information in real time with the test bench control system: the dynamometer is controlled with a target engine speed which results as output from the model and the measured engine torque is returned as input to the model itself.
The EiL approach can be used for several scopes because of the intrinsic advantages that brings. The main aim of the present work is the execution of drive cycles directly at the engine test bench.
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