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挑战:新的污染物排放评估流程

从 2017 年 9 月开始,欧盟国家将新的排放测试流程作为轿车和轻型商用车的型号认证中的硬性指标。 新的排放测试程序规定必须在真实驾驶条件下评估排放情况。因此,真实驾驶排放 (RDE) 测试是对实验室条件下底盘测功机上传统测试的完善和补充。 

任务:高效前载 RDE 测试

驾驶体验和污染物排放的影响因素。

RDE 认证测试在不可预知的情况下执行,其中的影响因素包括道路、驾驶性能、交通、环境条件等。由于存在上述不定因素且车型众多,此外,RDE 认证测试的准备工作也完全依赖真实驾驶,所以在经济上不可行。此外,在真实驾驶条件下仅通过原型车辆进行评估是很不妥的,因为如果在这时改动系统组件(如尾气后处理系统)需要付出很高的成本。为了使开发过程尽可能高效,我们建议在开发过程中将某些 RDE 认证测试提前到合适的早期阶段进行。例如,可以尽早优化发动机和排放控制性能实现低排放。通过仿真,开发人员可以迅速判断正在开发的系统组件是否符合现行的排放法规。  

解决方案:基于仿真的排放分析

将基于仿真的 RDE 测试集成到开发过程中。

dSPACE 的无缝工具链通过早期开发阶段中的虚拟或真实发动机以及排气系统,为真实驾驶操作开辟了许多新的可能性。作为仿真的基础,工具套件 ASM(汽车仿真模型),为发动机、车辆、道路以及和驾驶操控的定义和仿真提供了高级工具。通过使用该工具套件,可以对郊区道路、公路和城区中的各种驾驶场景(包括周围复杂的交通场景)进行 RDE 测试的仿真。ASM 对发动机、车辆动力学和环境进行组合仿真,能够预测虚拟驾驶情况下的排放行为。通过这种方式定义的 RDE 测试可以高精度再现,并可通过修改参数用于分析各种车型、道路状况和操控性能。此外,通过 FMI 标准,还可以在仿真中加入定制化模型和第三方模型。

通过使用无缝工具链,借助成熟的模型在环、软件在环、硬件在环和发动机在环仿真(分别为 MIL、SIL、HIL、EIL)开发方法,可将预备的 RDE 测试提前到不同的开发阶段并加以优化。 

RDE 仿真无缝工具链

可以使用成熟的模型在环、软件在环、硬件在环和发动机在环仿真(MIL、SIL、HIL、EIL)开发方法无缝执行 RDE 测试。

这种基于仿真的测试方法为车辆开发过程中所测试的驾驶场景的排放行为提供初步的处理方案。这样可以尽早发现偏离标准值的违规排放,并以最经济有效的方式予以避免。   

在电控单元 (ECU) 开发的早期阶段,离线仿真平台 dSPACE VEOS 能以虚拟驾驶的形式,高效实现 RDE 测试的轻松设置和检查。在这些测试中,内燃机、排气系统、车辆动力学和环境的被控对象模型与发动机 ECU 的控制器模型或应用软件一起在该平台上执行。ASM 仿真工具套件中提供合适的模型。根据不同的应用,还可以加入定制化模型和第三方模型。所有组件和可能的在仿真中进行交互,从而能够尽早预测车辆的排放行为。 

实时仿真平台 dSPACE SCALEXIO 在实时条件下使用真实 ECU,通过综合的方法执行和优化 RDE 测试。MIL/SIL 阶段的模型、操控和轨迹定义可以按原样重复使用。HIL 操作还适用于各种 ECU 软件和发动机型号,所以不必更换真实的内燃机。这样可以确保发动机测试台架的后续操作中的高度成熟的真实发动机控制器和测试环境,节省测试台架上的测试时间,从而降低成本。  

若要在驾驶操控期间测量真实内燃机的实际排放情况,须同时运行测试台架上的内燃机和闭环系统配置中的的实时仿真器。实时仿真器对车辆动力学模型(包括变速箱模型)和一种符合 RDE 的驾驶操控行为进行仿真。仿真过程提供内燃机的扭矩请求和负载电机的发动机转速请求。在操作过程中,内燃机、负载电机和车辆仿真通过扭距(在发动机输出时测量扭矩)进行交互。dSPACE 的无缝工具链能够在发动机测试台架上直接重复使用 RDE 测试和预备的仿真模型,这些模型已在之前的开发阶段中进行了测试。  

测试台架连接

车辆动力学仿真器和发动机测试台架之间的高性能实时同步连接确保这两个系统之间低延迟同步交换信号。ACOSAR 研究项目(ACOSAR:=高级协同仿真开放系统架构)正在开发一种标准化接口以简化集成工作。 

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