日产汽车加快发动机控制软件的开发与测试

日产汽车工程师使用 Simulink 和 Powertrain Blockset 实现更高效的工作流，用于开发和验证发动机控制软件。

“Simulink 和 Powertrain Blockset 使我们能够从动态发动机参考模型开始，针对多种发动机变体自动调整其大小，然后针对 MIL 和 HIL 重用生成的参数化模型，从而节省时间并提高我们发动机控制软件的整体质量。”

—— Hiroshi Katoh，日产汽车公司

到 2022 年，日产汽车公司计划更新所有核心车型并推出 20 款新车型，加强以日产智能移动为中心的产品阵容。为了帮助实现此目标，日产汽车工程师正在使用 MATLAB 和 Simulink 采用基于模型的设计来缩短发动机控制软件的开发和验证时间。

日产汽车使用被控对象模型的仿真来评估用 Simulink 编写的应用层中的所有软件组件 （SW-C）。为了处理公司不断扩大的产品线中的大量发动机变体，日产汽车工程师建立了标准化的工作流。在该工作流中，他们使用 Simulink 和 Powertrain Blockset 开发发动机模型变体，并执行模型在环 （MIL） 和硬件在环 （HIL） 测试。

日产汽车公司动力总成控制工程部副总经理 Hiroshi Katoh 表示：“使用 Powertrain Blockset 动态发动机模型作为起点，我们能够高效地创建和完善被控对象模型变体。我们可以将同一个模型用于 MIL 和 HIL 测试，从而大大减少所需的工作量，加快开发速度。”

Powertrain Blockset 动态发动机模型。

挑战

日产汽车发动机控制软件包含近 1500 个 SW-C。日产汽车工程师使用仿真针对带有变体的多种发动机来评估其中每个 SW-C，这些变体包括排量、气缸数量和排列以及最大扭矩。过去，工程师需要手动调节发动机模型变体的参数。使用这些模型进行的仿真带来了沉重的计算负荷，导致仿真时间过长。更简单模型的仿真速度更快，但精确度更低。

由于他们使用不同工具集进行 MIL 和 HIL 测试，日产汽车团队需要创建一个全新被控对象模型来进行实时 HIL 测试。为了消除重复劳动和缩短测试时间，日产汽车希望在 MIL 和 HIL 测试中使用相同的被控对象模型。

解决方案

日产汽车使用基于模型的设计以及 Simulink 和 Powertrain Blockset 开发和测试用于控制动力总成的应用软件 （ASW）。ASW 包含一些来自供应商的个别 SW-C。

日产汽车工程师使用 Powertrain Blockset 中的火花点火 （SI） 发动机测功机参考应用作为其发动机被控对象模型的基础。他们使用调整发动机大小和重新标定控制器功能，根据气缸数量和发动机排量等设置自动调整发动机模型大小和调整标定参数。他们还根据需要对模型做了进一步修改，例如，对废气再循环 （EGR） 或涡轮增压器子系统进行建模。

为了验证发动机模型，团队执行参考应用的内置测试，并检查仿真的发动机扭矩和其他性能指标。然后，他们在 Simulink 中通过将经过验证的发动机模型与控制器模型、变速箱模型和简单的车辆模型相结合来创建系统模型。

工程师使用在 MATLAB 中创建的自动化测试框架进行 MIL 测试，以确保控制器模型符合规范。该框架设置测试条件、启动仿真并生成可视化结果的图形。

为了准备 HIL 测试，团队使用 Simulink Coder 从发动机模型中生成代码，并将其部署到 dSPACE 硬件中。他们运行与 MIL 相同的测试用例，用于实时 HIL 设置。

日产汽车已使用此工作流评估用于量产车的发动机控制软件，他们还计划在即将推出的新车型中使用该工作流开发被控对象模型，用于发动机变体的 HIL 和 MIL 测试。

Powertrain Blockset 发动机测功机参考应用中发动机调整功能的用户界面。

结果

创建发动机变体的模型仅需几小时，而不是几天。

Katoh 说：“以前，为新发动机变体修改发动机模型需要几天时间，但有了 Powertrain Blockset，现在我们在几个小时内即可完成。因此，我们在保证质量的同时，加快了应用软件的开发。”

代码开发成本降低三分之二。

Katoh 说：“我们在 Simulink 中对控制应用软件进行建模并将该模型用作可执行规范，从而消除了 OEM 和供应商之间可能发生的误解。此外，我们从模型中生成代码，从而消除了手动编码带来的 bug 和人为错误。这些改进帮助我们将代码开发成本降低约三分之二，并缩短了开发时间。”

HIL 准备时间明显减少。

Katoh 说：“有了 Simulink 和 Powertrain Blockset，我们可以使用相同的模型进行 MIL 和 HIL 测试。我们能在两种测试环境中使用同一套测试用例、被控对象模型和工具，从而将 HIL 测试所需的工程时间从一周减少到一天。”

审核编辑 ：李倩