前言：
高速公路上的車輛在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的高速行駛后進(jìn)入了隧道，車流走走停停，此時(shí)的隧道內(nèi)溫度是30℃，而處于交通堵塞中的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)卻依然保持沸騰狀態(tài)。這樣的情況在過去很常見，不僅產(chǎn)生了更多的廢氣，也浪費(fèi)了大量的能源。如今，AVL李斯特公司的測(cè)試設(shè)備令發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得以不斷改進(jìn)，在他們的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上可以進(jìn)行精確的仿真分析，這一切都由貝加萊的自動(dòng)化產(chǎn)品來完成。其中的軟件首先利用了MATLAB®Simulink® 中的仿真技術(shù)，然后將仿真對(duì)象導(dǎo)入到貝加萊的Automation studio中直接生成為目標(biāo)系統(tǒng)。通過這一方式，AVL相比其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可以更快地完成測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)。
在汽車工業(yè)中，很多創(chuàng)新成果源自賽車運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橘愜嚨牡妆P、發(fā)動(dòng)機(jī)以及其它備件在運(yùn)動(dòng)中會(huì)承受巨大的物理載荷。在追求高效、節(jié)能的今天，我們不僅需要考慮馬力和速度，油耗是否高效及運(yùn)動(dòng)是否符合其特性也成為了一項(xiàng)必要的標(biāo)準(zhǔn)，因此我們需要把成本效益作為一個(gè)整體加以考慮。目前，賽車運(yùn)動(dòng)的收益或許仍然是一個(gè)天文數(shù)字，但是多家車隊(duì)都已經(jīng)開始逐年削減預(yù)算。另外，嚴(yán)格的賽車規(guī)章制度規(guī)定，在一定時(shí)期內(nèi)賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)必須保持不變。
AVL李斯特公司位于奧地利格拉茨，由Hans List博士于50多年前創(chuàng)立。AVL集團(tuán)活躍于賽車領(lǐng)域，并為F1、Nascar全美房車賽中的大部分車隊(duì)提供服務(wù)，她由四部分組成：先進(jìn)模擬技術(shù)部門(AST)致力于動(dòng)力總成及汽車的CAE分析軟件的開發(fā)和應(yīng)用，AVL Schrick公司是一家賽車引擎制造商，AVL Powertrain Engineering公司負(fù)責(zé)對(duì)動(dòng)力總成系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，儀器及測(cè)試系統(tǒng)部門主要為外部測(cè)試實(shí)驗(yàn)室開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。“我們的這些測(cè)試系統(tǒng)取代了原來需要長(zhǎng)期跟蹤測(cè)試且并不成熟、昂貴的模型系統(tǒng)”，儀器及測(cè)試系統(tǒng)部門主管Michael Resl說道。
AVL李斯特公司擁有4000名員工，約50家分公司遍布全球。位于格拉茨AVL總部大樓前的“大腦”雕塑，象征凝聚智慧的力量。
AVL李斯特公司擁有4000名員工，約50家分公司遍布全球。位于格拉茨AVL總部大樓前的“大腦”雕塑，象征凝聚智慧的力量。
AVL的測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)賽車運(yùn)動(dòng)中的所有情況進(jìn)行模擬，包括不同的車速情況、氣流對(duì)汽車底盤的影響以及發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻情況。那么AVL的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)有什么特別的地方呢？AVL流體動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)取代了大型且昂貴的風(fēng)機(jī)，針對(duì)相應(yīng)的外部條件直接控制流體介質(zhì)的氣流、壓力和溫度。因?yàn)橹疤岬搅诵枰獓?yán)格限制修改發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，所以在開發(fā)賽車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，在試驗(yàn)臺(tái)上以這種方式優(yōu)化和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)就顯得非常有意義。
基于在賽車領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，AVL在設(shè)計(jì)針對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)時(shí)，放棄了常用的靜態(tài)介質(zhì)測(cè)試方式。在真實(shí)賽車比賽中存在不斷的加速與減速，雖然測(cè)試條件并不像實(shí)際比賽中那么苛刻；然而，對(duì)于該項(xiàng)目的工程師們來說，這依然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，他們必須為測(cè)試介質(zhì)的壓力和溫度，設(shè)計(jì)精確的仿真。另外，測(cè)試系統(tǒng)還要適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的大批量生產(chǎn)，而且還需要考慮能對(duì)多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)品種進(jìn)行測(cè)試。AVL競(jìng)賽應(yīng)用部門首席工程師Josef Mayrhofer在視察發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線時(shí)說：“發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度取決于潤(rùn)滑油的粘度，而溫度變化又會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件上的壓力分布不均，這樣容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)受損。因此，模擬這樣的情況是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。”
通過仿真快速完成任務(wù)
軟件方案工程師Michael Hofer對(duì)分派給他的任務(wù)一直有這樣的問題：“建立起來的模型，如何才能及時(shí)進(jìn)行是否正確的驗(yàn)證呢？”針對(duì)這一問題，首先我們可以通過使用一些狀態(tài)模型對(duì)一些控制組件進(jìn)行仿真，這給我們進(jìn)行驗(yàn)證工作提供了一個(gè)很好的切入點(diǎn)。來自美國知名軟件開發(fā)商The Mathworks公司的MATLAB®Simulink®仿真軟件顯然是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。早在上世紀(jì)90年代初，AVL就引進(jìn)了這款軟件，用于控制技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)。隨后，我們還可以利用該軟件眾多的模型庫對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行仿真。“我們只花了差不多一個(gè)星期的時(shí)間，就對(duì)流體動(dòng)力系統(tǒng)控制元件的性能得出了初步的結(jié)論”，Michael Hofer匯報(bào)說。
目前的一個(gè)市場(chǎng)要求是，流體動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)該獨(dú)立于主試驗(yàn)臺(tái)的整個(gè)自動(dòng)化應(yīng)用之外。Simulink®的使用得到了客戶的稱贊，部分原因是其技術(shù)語言相比程序代碼更易理解和操作，而且系統(tǒng)可以處理大多數(shù)的文檔任務(wù)。現(xiàn)在，大多數(shù)客戶還可以將流體狀態(tài)模型歸檔，這樣無需額外編程就能直接使用Simulink®生成代碼。
自從基于工業(yè)PC的控制技術(shù)誕生之日起，AVL和貝加萊就在很多領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛而卓有成效的合作。當(dāng)然，其他控制系統(tǒng)制造商也被考慮過。“然而，事實(shí)證明貝加萊是唯一值得信賴的供應(yīng)商，他們能夠確保控制系統(tǒng)高效可靠”，Michael Hofer回憶道。因此，他們決定使用貝加萊X20總線型CPU和14個(gè)集成I/O的子系統(tǒng)。在這個(gè)項(xiàng)目中，自動(dòng)化系統(tǒng)承擔(dān)著十分重要的任務(wù)，十個(gè)控制單元擁有各自不同的確定的循環(huán)時(shí)間，從1Hz（1s）到100Hz（10ms）不等，定性分時(shí)多任務(wù)的PLC技術(shù)在這里發(fā)揮了很大的作用。
流體動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)的核心是：貝加萊X20總線型CPU和14個(gè)集成I/O的子系統(tǒng)。
貝加萊Automation Studio編程軟件可以編譯從MATLAB®Simulink®仿真工具中自動(dòng)生成的代碼。
AVL李斯特公司儀器及測(cè)試系統(tǒng)部門主管 Michael Resl說：“在制造商的開發(fā)過程中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和零件的測(cè)試是對(duì)高成本跟蹤測(cè)試的一個(gè)非常理想的補(bǔ)充。”
自動(dòng)生成代碼大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間
結(jié)果表明，該研發(fā)模式相比在真實(shí)系統(tǒng)中進(jìn)行冗長(zhǎng)的測(cè)試，大大縮短了開發(fā)周期。從2008年5月到同年的11月，該流體動(dòng)力系統(tǒng)僅僅花費(fèi)了6個(gè)月的時(shí)間就完成了從設(shè)計(jì)到交貨。“系統(tǒng)還可以快速完成調(diào)整，以便于測(cè)試不同種類的發(fā)動(dòng)機(jī)”，Michael Hofer高興地說。“當(dāng)需要測(cè)試新種類的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，通過增加另外的閥門和控制單元，我們?cè)谝粋€(gè)小時(shí)之內(nèi)就能完成所有調(diào)整工作，在閥門安裝的同時(shí)可以完成應(yīng)用軟件更新；在新版本的軟件中還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別。”時(shí)間因素并不是該研發(fā)模式的唯一優(yōu)勢(shì)。“通過使用仿真技術(shù)，我們?cè)诓换ㄙM(fèi)大量時(shí)間和精力的情況下，解決了如此復(fù)雜的問題，在以前是很難想象的”，Josef Mayrhofer在總結(jié)Simulink®和貝加萊自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)時(shí)說道。
