Wie sich große Verbrennungsmotoren in Echtzeit simulieren lassen

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Einfach konfigurierbare Simulink-Blocksets zur Anbindung der motorspezifischen In- und Outputs

Die einfache Anbindung der motorspezifischen Inputs und Outputs ist die Basis für den erfolgreichen Einsatz von Modellen zur Simulation von Verbrennungsmotoren. In NovaSim sind hierfür eine Reihe von einfach zu konfigurierenden Simulink-Blocksets vorhanden. Diese umfassen:

• Analoge Ein- und Ausgabe,
• Digitale Ein- und Ausgabe,
• PWM Ein- und Ausgabe,
• Tabellen gesteuerte Erzeugung von Kurbel- und Nockenwellensignalen,
• Einspritz- und Zünderfassung (auch Mehrfach-Einspritz- und Zünderfassung),
• Simulink-Blocksets für CAN,
• Simulink-Blocksets für LIN.

Diese Blocksets wurden bereits auf zahlreichen NovaSim-HiL-Simulatoren eingesetzt. Auch sogenannte Multirate-Modelle, d.h. Modelle, die Teile mit unterschiedlichen Zykluszeiten beinhalten, werden von NovaSim unterstützt und nutzen die hohe Rechenleistung von Mehrprozessor-Plattformen. In der beschriebenen Anwendung rechnen Teile des Modells parallel auf mehreren Prozessoren, so dass die zeitlichen Anforderungen der Simulation erfüllt wurden. In NovaSim stehen Simulink-Blöcke zur Verfügung, die es ermöglichen, einzelne Berechnungen graphisch verschiedenen Prozessoren zuzuweisen. Die auf den einzelnen Prozessoren ablaufenden Modellteile müssen vom Anwender lediglich in entsprechenden Subsystemen untergebracht werden. Die NovaSim-Plattform sorgt für eine effiziente Zuweisung von Berechnungen an Einzelprozessoren und für die Synchronisation der einzelnen parallelen Berechnungen. Die Nutzung mehrerer Prozessoren wird damit für den Anwender zum Kinderspiel.

So arbeiten die vier Prozessoren reibungslos zusammen

Bild 5 zeigt einen Modellschritt mit einer Zykluszeit von 1 ms. Die Hauptschleife hellrosa dargestellt, die Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern rot. Die Berechnung für jeweils vier Zylinder ist in einem Thread zusammengefasst. Die Rechenzeiten für die einzelnen Zylinder sind unterschiedlich lang, weil ein Verbrennungsvorgang z.B. mehr Rechenzeit erfordert als das Ausstoßen der Abgase. Bei den blau dargestellten Threads handelt es sich um die sogenannten Idle-Threads. Diese stellen die Reserve der Rechenzeit am HiL-Simulator dar. Wie man sieht, ist noch ausreichend Spielraum für zukünftige Erweiterungen vorhanden.

Der HiL-Simulator kann auf zwei Arten bedient werden

• Zum einen steht eine komfortable, in LabVIEW realisierte Oberfläche zur Verfügung.
• Zum anderen ist ein vollautomatischer Betrieb des Simulators über eine auf Python basierende Testautomation möglich.

Die Bedienoberfläche für den HiL-Simulator ist in Bild 6 zu sehen. Zur einfachen Bedienung des HiL-Simulators sind alle Ein- und Ausgänge sowie wichtige Modellvariablen und -parameter an der Bedienoberfläche vorhanden.

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