软件加速日产基于模型的设计

一目了然 汽车控制设计 基于模型的设计软件 法规遵从性 开发时间减少50% 更少的传感器

新的排放标准、具有环保意识的客户和工程工具对汽车制造商构成了挑战。然而，尽管面临这些挑战，日产汽车有限公司仍试图成为世界上第一家将废气减排技术推向市场的汽车制造商，该技术符合加州空气资源委员会(CARB)的部分零排放汽车(PZEV)标准。
从历史上看，日产依赖于一个冗长的、基于纸张的开发过程，使用真实的发动机硬件。这个过程需要冗余的设计步骤和成千上万的迭代来实现期望的系统性能。

通过使用The Mathworks Inc.的基于模型设计的软件工具取代基于纸张的设计过程，日产设计了一种减排系统，该系统首次应用于2000年的Sentra Clear Air (CA)车型。Sentra CA成为第一辆汽油动力汽车通过CARB认证的PZEV标准。

日产第二发动机管理系统工程集团副经理Shigeaki Kakizaki说:“如果你开着Sentra上班，然后再开10英里回家，你产生的污染仍然比一辆停在车道上一整天不开引擎的普通汽车要少。”

Kakizaki说:“用传统的开发过程很难减少开发时间和成本。“我们已经达到了能力的极限，需要一个新的流程。”

更少的时间，更好的控制

为了实现目标，日产需要缩短开发时间，实施一种新的、复杂的控制策略，并通过减少传感器的数量来最大限度地降低系统成本，以实现低排放。

日产使用Mathworks Inc.的Matlab、Simulink和Stateflow来开发其排放控制策略的模型。这些模型成为系统的主要工具，工程师可以在整个开发过程中重用它们。工程师们首先使用Simulink创建了发动机的工厂模型，以验证设计并完善排放控制策略。

“Simulink使我们能够在设计过程的早期进行模拟，”Kakizaki说。“这有助于我们快速验证我们的设计理念并完善我们的控制策略。”Kakizaki的团队在真实的发动机硬件上验证了算法，并满足了排放要求。然后他们开始实施他们的设计并开发软件。

对于第三代排放控制，日产使用Simulink实现了“滑模控制”策略，这是排放控制的最新进展之一。日产将这一策略应用于其Maxima、Quest、Murano、Z-car和Titan卡车，并在不失去控制能力的情况下减少了传感器的数量。

“Simulink帮助我们将滑模控制等先进的控制策略从研究转移到量产车辆的实施，”Kakizaki说。

目前，日产正在通过应用一种他们称之为“基于模型的测试”的概念来改进测试和验证。通过从Simulink模型中生成测试用例，并将结果与实际的硬件实现进行比较，基于模型的测试将减少程序验证时间和软件质量量化工作。日产正在与MathWorks的合作伙伴Reactive Systems合作开发这项技术。

通过更好的工具获得的结果

Kakizaki指出:“将基于模型的设计进一步发展到测试阶段，将大大提高我们开发过程的整体效率。”改进的工具和过程包括:

• 减少50%的开发时间。Kakizaki说:“在应用先进的控制理论时，Matlab和Simulink在分析和设计方面远远优于内部工具。“MathWorks工具帮助我们减少了一半的编程，并改善了工程团队之间的沟通。”

• 因在提高燃料经济性和减少消耗区域的氢氟碳化合物方面的创新而获得美国环境保护局气候保护奖。在撰写本文时，日产是唯一一家获得此类表彰的汽车制造商。

• 减少所需传感器的数量，这一策略首先应用于2003年日产森特拉车型。

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