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快速建模,确保杆位 |
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前言：高速公路上的车辆在经过长时间的高速行驶后进入了隧道，车流走走停停，此时的隧道内温度是30℃，而处于交通堵塞中的汽车发动机却依然保持沸腾状态。这样的情况在过去很常见，不仅产生了更多的废气，也浪费了大量的能源。如今，AVL李斯特公司的测试设备令发动机的性能得以不断改进，在他们的发动机试验台上可以进行精确的仿真分析，这一切都由贝加莱的自动化产品来完成。其中的软件首先利用了MATLAB®Simulink® 中的仿真技术，然后将仿真对象导入到贝加莱的Automation studio中直接生成为目标系统。通过这一方式，AVL相比其竞争对手可以更快地完成测试系统的开发。
在汽车工业中，很多创新成果源自赛车运动，因为赛车的底盘、发动机以及其它备件在运动中会承受巨大的物理载荷。在追求高效、节能的今天，我们不仅需要考虑马力和速度，油耗是否高效及运动是否符合其特性也成为了一项必要的标准，因此我们需要把成本效益作为一个整体加以考虑。目前，赛车运动的收益或许仍然是一个天文数字，但是多家车队都已经开始逐年削减预算。另外，严格的赛车规章制度规定，在一定时期内赛车发动机的设计必须保持不变。
AVL李斯特公司位于奥地利格拉茨，由Hans List博士于50多年前创立。AVL集团活跃于赛车领域，并为F1、Nascar全美房车赛中的大部分车队提供服务，她由四部分组成：先进模拟技术部门(AST)致力于动力总成及汽车的CAE分析软件的开发和应用，AVL Schrick公司是一家赛车引擎制造商，AVL Powertrain Engineering公司负责对动力总成系统进行优化，仪器及测试系统部门主要为外部测试实验室开发发动机试验台系统。“我们的这些测试系统取代了原来需要长期跟踪测试且并不成熟、昂贵的模型系统”，仪器及测试系统部门主管Michael Resl说道。
AVL李斯特公司拥有4000名员工，约50家分公司遍布全球。
位于格拉茨AVL总部大楼前的“大脑”雕塑，象征凝聚智慧的力量。
AVL的测试系统可以对赛车运动中的所有情况进行模拟，包括不同的车速情况、气流对汽车底盘的影响以及发动机的冷却情况。那么AVL的发动机试验台有什么特别的地方呢？AVL流体动力测试系统取代了大型且昂贵的风机，针对相应的外部条件直接控制流体介质的气流、压力和温度。因为之前提到了需要严格限制修改发动机设计，所以在开发赛车发动机时，在试验台上以这种方式优化和调整发动机就显得非常有意义。
基于在赛车领域的丰富经验，AVL在设计针对动力系统的发动机试验台时，放弃了常用的静态介质测试方式。在真实赛车比赛中存在不断的加速与减速，虽然测试条件并不像实际比赛中那么苛刻；然而，对于该项目的工程师们来说，这依然是一项艰巨的挑战，他们必须为测试介质的压力和温度，设计精确的仿真。另外，测试系统还要适应发动机的大批量生产，而且还需要考虑能对多个发动机品种进行测试。AVL竞赛应用部门首席工程师Josef Mayrhofer在视察发动机生产线时说：“发动机的温度取决于润滑油的粘度，而温度变化又会导致发动机各个运动部件上的压力分布不均，这样容易导致发动机受损。因此，模拟这样的情况是一项具有挑战性的任务。”
通过仿真快速完成任务
软件方案工程师Michael Hofer对分派给他的任务一直有这样的问题：“建立起来的模型，如何才能及时进行是否正确的验证呢？”针对这一问题，首先我们可以通过使用一些状态模型对一些控制组件进行仿真，这给我们进行验证工作提供了一个很好的切入点。来自美国知名软件开发商The Mathworks公司的MATLAB®Simulink®仿真软件显然是一个不错的选择。早在上世纪90年代初，AVL就引进了这款软件，用于控制技术产品的开发。随后，我们还可以利用该软件众多的模型库对整个过程进行仿真。“我们只花了差不多一个星期的时间，就对流体动力系统控制元件的性能得出了初步的结论”，Michael Hofer汇报说。
目前的一个市场要求是，流体动力系统应该独立于主试验台的整个自动化应用之外。Simulink®的使用得到了客户的称赞，部分原因是其技术语言相比程序代码更易理解和操作，而且系统可以处理大多数的文档任务。现在，大多数客户还可以将流体状态模型归档，这样无需额外编程就能直接使用Simulink®生成代码。
流体动力测试系统的核心是：贝加莱X20总线型CPU和14个集成I/O的子系统
自从基于工业PC的控制技术诞生之日起，AVL和贝加莱就在很多领域进行了广泛而卓有成效的合作。当然，其他控制系统制造商也被考虑过。“然而，事实证明贝加莱是唯一值得信赖的供应商，他们能够确保控制系统高效可靠”，Michael Hofer回忆道。因此，他们决定使用贝加莱X20总线型CPU和14个集成I/O的子系统。在这个项目中，自动化系统承担着十分重要的任务，十个控制单元拥有各自不同的确定的循环时间，从1Hz（1s）到100Hz（10ms）不等，定性分时多任务的PLC技术在这里发挥了很大的作用。
贝加莱Automation Studio编程软件可以编译从MATLAB®Simulink®仿真工具中自动生成的代码。
AVL李斯特公司仪器及测试系统部门主管Michael Resl说：“在制造商的开发过程中，对发动机、变速箱和零件的测试是对高成本跟踪测试的一个非常理想的补充。”
自动生成代码大大节省开发时间
结果表明，该研发模式相比在真实系统中进行冗长的测试，大大缩短了开发周期。从2008年5月到同年的11月，该流体动力系统仅仅花费了6个月的时间就完成了从设计到交货。“系统还可以快速完成调整，以便于测试不同种类的发动机”，Michael Hofer高兴地说。“当需要测试新种类的发动机时，通过增加另外的阀门和控制单元，我们在一个小时之内就能完成所有调整工作，在阀门安装的同时可以完成应用软件更新；在新版本的软件中还可以实现自动识别。”时间因素并不是该研发模式的唯一优势。“通过使用仿真技术，我们在不花费大量时间和精力的情况下，解决了如此复杂的问题，在以前是很难想象的”，Josef Mayrhofer在总结Simulink®和贝加莱自动化技术相结合的优势时说道。
AVL李斯特公司简介：
成立时间：1948年
员工人数：4100人
年营业额：6.35亿欧元
公司地址：总部位于格拉茨（奥地利），45个分公司遍布全球
产品＆服务：AVL是全球规模最大的从事内燃机设计开发、动力总成研究分析以及有关测试系统和设备开发制造的私有公司。
网址：www.avl.com (end)
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(11/14/2011) |
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