玛涅蒂·马瑞利使用 Simcenter 产品组合解决方案优化燃油喷射系统
玛涅蒂·马瑞利是一家为汽车行业开发和生产高科技组件和系统的跨国集团。该集团分布于 19 个国家/地区,拥有 38,000 多名员工、89 个生产部门、12 个研发 (R&D) 中心和 26 个应用中心。玛涅蒂·马瑞利为欧洲、亚洲、北美和南美的主要汽车制造商供货。其业务线涵盖汽车照明、动力总成、电子系统、悬架系统、排气系统、售后零件与服务、塑料组件以及赛车运动。
使用 Simcenter Amesim 和 Simulink 进行协同仿真使我们能够将控制验证工作减少一半。由此,测试台架上花费的时间也显著缩短。
燃油喷射系统在降低车辆油耗和污染物排放方面发挥着关键作用。汽油和柴油直喷发动机需要高度可靠的高压喷射系统才能实现先进的燃烧策略,同时优化燃油雾化和空气燃料混合过程。
然而,在这些装置中,喷油器的快速开启和关闭以及泵的流速可能会导致燃油压力波动。这些波动会导致精度差、气缸间燃油不规则喷射以及喷雾质量相对较差。因此,必须要由能够预测实际喷油器流量和整个燃油系统行为的准确计算模型来支持喷射系统设计。
作为全球汽车一级供应商,玛涅蒂·马瑞利在不断创新和提高环境可持续性的过程中,提供其在电子领域的专业技术及广泛的专业知识。该集团希望开发可用于主动和被动车辆安全、车载舒适性和动力总成技术的智能系统。2009 年,玛涅蒂·马瑞利选择了 Simcenter Amesim™ 软件(Siemens Digital Industries Software Simcenter 产品组合的一部分)来支持其用于汽车、摩托车和轻型车辆的高科技燃油喷射组件和系统的设计流程。
“基于模型的系统工程是处理喷射系统设计实际复杂难题的唯一可行方法”,玛涅蒂·马瑞利的机械工程师多梅尼科·保利诺说道。
借助 Simcenter Amesim,玛涅蒂·马瑞利对现代燃油喷射系统的多领域组件进行了精确建模,以此控制燃油压力波动,将准确数量的燃油喷射到燃烧室中,从而降低油耗并满足严格的排放法规。通过使用 Simcenter Amesim,工程师可以检查燃油系统的正确尺寸以及限流器和阻尼器的正确位置,从而提高其有效性。
近期,该公司开发了一项新技术,即可控低压泵供应 (COLPS),旨在优化其以前的燃油系统,其中包括压力调节阀 (PRV) 和燃油计量阀 (FMV)。喷射系统导轨的简化使玛涅蒂·马瑞利得以降低生产成本。使用 COLPS 时,低压泵由电机控制,从而实现更好的控制和压力变化优化。此外,低压泵可以产生能够满足目标导轨压力的精确流量,还可以节约能源并减少排放。
尽管喷射系统设计得到了显著的简化,但新技术需要更复杂的控制策略。为了解决控制的复杂难题,玛涅蒂·马瑞利系统工程师使用 Simcenter Amesim 来支持需要接收液压元件行为指示的控制和软件设计团队。使用 Simcenter Amesim 和 Simulink® 环境进行协同仿真使控制算法能够在固定时间步长与被控对象模型进行通信,就像在真实的发动机控制单元 (ECU) 中一样。
“这种方法使我们能够并行评估液压元件和软件行为,但如果直接在测试台架上执行,这将非常耗时”,保利诺说道。“通过处理 Simcenter Amesim 经验证的液压元件,可以从设计的初始步骤就开始优化软件结构。其他优势包括对可能的机械故障和软件故障进行仿真的相关功能,这有助于我们了解对系统的影响,从而提供有关所有诊断设计的重要信息。”
玛涅蒂·马瑞利选择使用 Simulink 开发其控制策略,同时使用 Simcenter Amesim 对多领域发动机组件进行建模。两个求解器处于通信状态,输入和输出在两个环境之间进行交换。创建完整的虚拟系统环境可以模拟液压元件和软件的系统行为。Simcenter Amesim 和 Simulink 协同工作,可提高控制策略的可靠性。
“我们能够匹配这两个环境的优势来构建完整的基于模型的软件,包括使用 Simcenter Amesim 构建的多领域系统和使用 Simulink 构建的控制模型。它使我们能够从初始阶段便能够开始优化产品和组件设计”,保利诺说道。
通过使用协同仿真,玛涅蒂·马瑞利成功运行了在现实中无法重现的虚拟测试。他们的目标是分析驾驶的响应命令、出口压力和燃油温度,测量泵流量,作为各种外部因素的函数。对可能的机械故障和软件故障进行仿真有助于工程师了解它们对系统的影响,从而为设计优化提供相关信息。
“Simcenter Amesim 另一个真正有用的功能是可以模拟一些在现实中难以重现的条件”,玛涅蒂·马瑞利的机械工程师马可·帕罗托说道。“控制设计师可以从设计流程的初始阶段就使用这些信息来更精确地构建控制策略。在测试台架上执行所有这些验证将非常耗时且成本高昂。使用 Simcenter Amesim 和 Simulink 进行协同仿真使我们能够将控制验证工作减少一半。由此,测试台架上花费的时间也显著缩短。”此外,这些虚拟测试对于监管机构而言越来越有价值。
“我们与 Siemens Digital Industries Software 在意大利的合作伙伴 BSim Engineering 密切合作”,帕罗托说道。“BSim Engineering 专家的快速应能力帮助我们简化了模型开发流程。”
在汽车行业,既提供实体产品又提供相关仿真模型的做法已经变得很普遍。一方面,作为客户,玛涅蒂·马瑞利从其供应商那里得到了 Simcenter Amesim 仿真模型;另一方面,作为供应商,该公司为其客户提供模型。“Simcenter Amesim 已成为一种标准语言,可以让您更快、更轻松地与客户和供应商进行沟通”,帕罗托说道。
Simcenter Amesim 已成为一种标准语言,可以让您更快、更轻松地与客户和供应商进行沟通。