Optimalizácia systémov vstrekovania paliva
Systém vstrekovania paliva hrá kľúčovú úlohu pri znižovaní spotreby paliva vozidla a emisií znečisťujúcich látok. Benzínové a naftové motory s priamym vstrekovaním vyžadujú mimoriadne spoľahlivé vysokotlakové vstrekovacie systémy pre pokročilé stratégie spaľovania a na zlepšenie procesov rozprašovania paliva a zmiešavania vzduchu a paliva. V týchto zariadeniach však môže rýchle otvorenie a zatvorenie vstrekovačov a prietok čerpadla spôsobiť kolísanie tlaku paliva, čo môže viesť k horšej presnosti, nepravidelnému vstrekovaniu paliva medzi valce a relatívne zlej kvalite postreku. Preto musí byť konštrukcia vstrekovacieho systému podložená presnými výpočtovými modelmi, ktoré sú schopné predvídať skutočný prietok vstrekovača a správanie celého palivového systému.
Magneti Marelli ako celosvetový dodávateľ Tier 1 pre automobilový priemysel prináša svoje know-how a rozsiahle odborné znalosti v oblasti elektroniky vďaka neustálej inovácii a environmentálnej udržateľnosti. Skupina si dala za úlohu vyvinúť inteligentné systémy s ohľadom na aktívnu a pasívnu bezpečnosť vozidiel, palubné pohodlie a technológiu pohonných jednotiek.
Spoločnosť Magneti Marelli si vybrala softvér Simcenter™ Amesim, ktorý je súčasťou portfólia Simcenter od spoločnosti Siemens Digital Industries Software. Nasadili ho v rámci podpory procesu navrhovania svojich špičkových komponentov a systémov vstrekovania paliva pre osobné automobily, motocykle a ľahké vozidlá.
„Systémové inžinierstvo založené na modeloch je jediný možný prístup k riešeniu skutočnej zložitosti návrhu vstrekovacieho systému,“ hovorí Domenico Paolino, strojný inžinier spoločnosti Magneti Marelli. So Simcenter Amesim spoločnosť Magneti Marelli presne modeluje viaczložkové komponenty moderných systémov vstrekovania paliva s cieľom regulovať kolísanie tlaku paliva, vstrekovať presné množstvo paliva do spaľovacej komory a znížiť tak spotrebu paliva a spĺňať prísne emisné predpisy. Pomocou Simcenter Amesim technici kontrolujú správne rozmery palivového systému a správne umiestnenie obmedzovačov prietoku a tlmičov, aby sa zvýšila ich účinnosť.
Podporný dizajn ovládacích prvkov
Spoločnosť nedávno vyvinula novú technológiu Controlled Low-Pressure Pump Supply (COLPS), aby optimalizovala svoj predchádzajúci palivový systém, ktorý zahŕňal regulačný ventil tlaku (PRV) a ventily na meranie paliva (FMV). Zjednodušenie systému vstrekovania umožnilo spoločnosti znížiť výrobné náklady. Pri COLPS je nízkotlakové čerpadlo ovládané elektromotorom, ktorý umožňuje lepšie riadenie a optimalizáciu zmeny tlaku. Nízkotlakové čerpadlo môže navyše generovať presný prietok na dosiahnutie požadovaného tlaku s možnou úsporou energie a znížením emisií.
„Využitie zavedených hydraulických komponentov Simcenter Amesim umožňuje optimalizáciu štruktúry softvéru od prvého kroku návrhu. Ďalšie výhody sa týkajú simulácie možných mechanických porúch a nesprávnych funkcií softvéru, ktoré nám pomáhajú porozumieť účinkom na systém a poskytujú tak dôležité informácie o celom návrhu diagnostiky“, Domenico Paolino, strojný inžinier Magneti Marelli
Aj keď bol návrh vstrekovacieho systému značne zjednodušený, nová technológia vyžaduje omnoho sofistikovanejšiu stratégiu riadenia. Pri riešení ovládacích prvkov používajú systémoví technici spoločnosti Magneti Marelli Simcenter Amesim na podporu tímov vyvíjajúcich riadenie a softvér, ktoré potrebujú dostávať informácie o správaní hydraulických komponentov. Spoločná simulácia so Simcenter Amesim a prostredím Simulink® umožňuje algoritmu riadenia komunikovať s modelom zariadenia v pevnom časovom kroku ako v skutočnej riadiacej jednotke motora (ECU).
„Tento prístup nám umožňuje paralelne posudzovať správanie hydraulických komponentov a softvéru, čo by bolo mimoriadne náročné na čas, ak by sa vykonávali priamo na skúšobnom zariadení,“ objasňuje D. Paolino. „Využitie odskúšaných hydraulických komponentov Simcenter Amesim umožňuje optimalizáciu štruktúry softvéru od prvého kroku návrhu. Ďalšie výhody sa týkajú simulácie možných mechanických porúch a nesprávnych funkcií softvéru, ktoré nám pomáhajú porozumieť účinkom na systém a poskytujú tak dôležité informácie o celom návrhu diagnostiky.“
Výhody dvoch simulačných prostredí
Spoločnosť Magneti Marelli sa rozhodla vyvinúť svoju stratégiu riadenia v prostredí Simulink, zatiaľ čo na modelovanie komponentov s viacerými zložkami používa Simcenter Amesim. Obidva tieto nástroje navzájom komunikujú, pričom si vzájomne vymieňajú vstupy a výstupy. Vytvorenie kompletného prostredia virtuálneho systému umožňuje simuláciu správania tohto systému pre hydraulické komponenty aj softvér. Simcenter Amesim a Simulink tak spolupracujú na zlepšení spoľahlivosti stratégie riadenia. „Podarilo sa nám spojiť výhody týchto dvoch prostredí s cieľom vytvoriť kompletný softvér založený na modeloch vrátane viacdoménového systému postaveného pomocou Simcenter Amesim a modelu riadenia vytvoreného pomocou Simulink. To nám umožňuje optimalizovať vývoj výrobkov a komponentov od prvých fáz,“ vysvetľuje D. Paolino.
Spustenie virtuálnych testov
Magneti Marelli vďaka spoločnej simulácii v uvedených dvoch prostrediach spúšťa virtuálne testy, ktoré by nebolo možné v skutočnosti opakovať. Ich cieľom je analyzovať reakciu príkazov vedenia vozidla, výstupný tlak a teplotu paliva a merať prietok čerpadla ako funkciu rôznych vonkajších faktorov. Simulácia možných mechanických porúch a nesprávnych funkcií softvéru pomáha technikom porozumieť ich vplyvu na systém a poskytuje tak relevantné informácie na optimalizáciu návrhu.
„Spoločná simulácia pomocou Simcenter Amesim a Simulink nám umožnila znížiť náročnosť overenia riadenia o 50 %. Následne sa značne znížil aj čas na testovacích prípravkoch“, Marco Parotto, strojný inžinier Magneti Marelli
„Ďalšou skutočne užitočnou funkciou Simcenter Amesim je možnosť simulovať niektoré podmienky, ktoré sa v skutočnosti dajú len ťažko zopakovať,“ uvádza Marco Parotto, strojný inžinier spoločnosti Magneti Marelli. „Vývojár prvkov riadenia dokáže tieto informácie použiť na presnejšie zostavenie stratégie od začiatku procesu navrhovania. Vykonávanie všetkých týchto overovaní na testovacom pracovisku by bolo mimoriadne náročné na čas a náklady. Spoločná simulácia s nástrojmi Simcenter Amesim a Simulink nám umožnila znížiť náročnosť kontroly riadenia o 50 %. V dôsledku toho sa výrazne znížil aj čas na skúšobnom stanovisku.“ Tieto virtuálne testy sú navyše pre regulačné orgány čoraz cennejšie. „Úzko spolupracujeme s BSim Engineering, softvérovým partnerom spoločnosti Siemens Digital Industries Software v Taliansku,“ pokračuje M. Parotto. „Vysoká pripravenosť odborníkov spoločnosti BSim Engineering nám pomáha zefektívniť proces vývoja modelu.“
Zlepšenie spolupráce s partnermi
V automobilovom priemysle je bežné poskytovať nielen skutočné produkty, ale aj súvisiace simulačné modely. Na jednej strane dostáva Magneti Marelli ako zákazník od svojich dodávateľov simulačné modely Simcenter Amesim, na druhej strane spoločnosť ako dodávateľ poskytuje modely svojim zákazníkom. „Simcenter Amesim sa stal štandardným jazykom, ktorý vám umožňuje rýchlejšie a jednoduchšie komunikovať so zákazníkmi a dodávateľmi,“ dodáva na záver M. Parotto.
„Simcenter Amesim sa stal štandardným jazykom, ktorý vám umožňuje rýchlejšie a jednoduchšie komunikovať so zákazníkmi a dodávateľmi“, Marco Parotto, strojný inžinier Magneti Marelli
Zdroj: Magneti Marelli: International automotive supplier reduces controls validation effort by 50 percent with Simcenter Amesim. Prípadová štúdia, Siemens Digital Industries Software 2020. [online]. Citované 10. 4. 2020. Dostupné na: https://www.featuredcustomers.com/vendor/siemens-plm/case-studies?ind=9&p=2&size=&fl=&qty=.