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Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu November 2, 2000.
MATLABユーザ会@東京 1
MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
MATLABを用いた自動変速機の変速シミュレーション事例
松村 利夫, 勝 生水
先行開発部
ジヤトコ・トランステクノロジー株式会社
MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京
2MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
1.はじめに2.電子制御システムの構成3.シームレス開発支援システム4.自動変速機の電子制御システム5.変速シミュレーションシステム6.変速シミュレーション結果7.MATLABの新機能と効果8.まとめ
< 発 表 手 順 >
Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu November 2, 2000.
MATLABユーザ会@東京 2
3MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
1.は じ め に
1)背景
近年,自動変速機に対する性能向上要求は益々高まってきている.また,開発規模の拡大,開発期間の短縮など開発効率向上も不可欠である.
これらを達成するために,弊社では電子制御システム開発ツールとして,MATLABを中心としたシームレスな開発体制の整備を進めている.
2)本講演では,
MATLABを用いた弊社5速自動変速機の変速シミュレーションシステム概要と幾つかのシミュレーション結果の例を紹介する.
4MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
2.電子制御システムの構成
(車両等)
(フィードバック制御ルー(フィードバック制御ループ)
(追従型制御部)
[制御対象]
アクチュ エータアクチュ エータ
群群
制御量制御量
(出(出力)
センサセンサ
群群
(A/T) [多変数](設定(設定値)
(観測(観測量)
目標値
生成
[多目的]
追従制御系追従制御系
(フィードフォワード制御) and/or
(フィードバック制(フィードバック制御)
[多変[多変数]
目標値目標値
[多変数]
<フェイルセーフ機構 ><フェイルセーフ機構 >
・制御状況,状態の監視・制御状況,状態の監視
・制御システム異常時の対処
・制御システムの異常判断
(入(入力)
< 制御系の選択機構 > ・制御領域の監視,判定・制御領域の監視,判定
・状況に応じた制御系選択・状況に応じた制御系選択
操作量操作量
[多変数]
(目標値生成部など)
運転操作量
アクチュエータ運転操作
(運転操作)
状況,条件状況,条件
(運転操作量を
含む各種信号
から判断)
センサ
運 転 者運 転 者
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5MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
OK
OK
NG
OK
終了
2.1 電子制御システム開発の流れ
OK?
システム設計
性能予測(シミュレーション)
NGOK?
性能予測(シミュレーション)
ロジック設計
開始
評価実験
ソフト試作
ソフト機能検証
ソフトデバッグ
OK
NG
OK?NG
データ計測
OK?
<ねらい>
システマティックな開発
↓
バーチャルロット開発
6MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
"AutoCoding"
Drive Recorder
ADAMSDADSI_DEASABAQUSEasy5SaberAMESim
"Service"
"Automatic Calibration Systems"Data Base
Diagnostic Testing Tools
I/F
Monitoring ToolsI/F
ROM Emulation Tool
ECU
Hardware in the Loop Simulations
Performance
Time
Actuator
ECU I/F
"ECU Verification"
Data BasePerformance
Time
Plant Model
Controller
"Simulations"
(engine)-
"Actual Plant"
"Experimental Tools"
Bench Control Systems
Data & Information Management Systems
"Calibration Tools"
Monitoring Tools
Bypass SystemTime
I/F I/F
("HILS”) "Actual Plant"
Performance
Time
"Rapid Prototyping"
"Control Verification""Control Design"
“Simulations” using MATLAB and other tools
Mass Production Code
3.シームレス開発支援システム
“Other Tools”
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7MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
制御システム設計とその机上検証
制御ロジックのラピッドプロトタイピング
量産用の自動プログラム作成
量産制御装置の机上機能検査
量産制御パラメータのキャリブレーション制御性能評価
MATLAB,Simulink
AutoBox,マイクロオートボックス (MABX)
ターゲットリンク(TargetLink)
ハードウェアインザ ループシミュレーション (HILS)
ETASインカ (INCA)実験計測システム (VARTS,DIS)
(工程) (ツール) (ねらい) (備考)システマティックな 制御システム構築
実機による制御 ロジックのレベルアップ ,開発スピードアップ
プログラム作成工数削減ソフトバグの発生防止
制御機能検証の品質 向上と省力化の両立
フィーリングゾーンの味付け
制御性能評価,実車データフィードバック
世界標準
世界標準(新機種も豊富)
量産型は新市場→ 世界標準化
多くの機種,メーカが乱立状態→ 世界標準化
世界標準
自社標準
3.1 開発手順と開発支援ツール
8MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
A/TController
Vehicle
“Feedback as Human-Machine Systems”
“Environments”
AutomaticTransmissionEngine
EngineController (CAN)
“Driver”
4.自動変速機の電子制御システム
1)適正な駆動力の伝達
2)燃費の低減
3)スムーズな変速
4)適正な機構系や制御系設計
<特徴> *エンジンや車両系を含む
*エンジン制御系との協調制御
*ヒューマンマシンシステム
“小型化” “軽量化” “高機能化”
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9MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
EngineCombustion
(Intake)
Operations Accelerator, Shift position, Brake, (Steering)
(CAN)
(AT)
Shift ChangeController
Locked upController
Locked upActuator
Shift ChangeActuators
“Models of engine, engine controller and vehicle are needed to do the simulations”
Torque ConverterHydraulic(Stiffness)
TorqueConverter(Inertia)
TransmissionInput Shaft(Stiffness)
Transmission&Differential
(Inertia)(&loss)
& Clutches
Oil pump(Inertia)(& loss)
Damper(Stiffness)(& Inertia)
Locked upClutch
(Stiffness)
Enginerevolution(Inertia)(& loss)
Driveshaftand Vehicle(Stiffness)(& Inertia)
EngineController
4.1 ATを含む車両システム全体像
10MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
5.変速シミュレーションシステム
1)物理メカニズムに基づくモデル化
・AT系,エンジン系,車両系のモデル
・部位毎の階層的なモデル
・制御系のモデル
2)ねらい,機能
・変速挙動の予測
・加減速応答など動力性能予測
・制御系のパラメータ感度予測
・制御パラメータの机上チューニング
・制御プログラムの機能検証
A/Tメカ系のモデル
ATCUのモデル
(S-Function)
車両系のモデル
エンジン系のモデル
A/T油圧系のモデル
<MATLABでのモデル構成イメージ>
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11MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
Vehicle acceleration
Engine revolutions
Driving torque
6.変速シミュレーションの結果
12MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
0 0.5 1 1.5 2 2.50
100
200
300
400
500
600
time [sec]
torq
ue [
Nm
]
experimentsimulation
0 0.5 1 1.5 2 2.50
1000
2000
3000
4000
5000
time [sec]
engi
ne r
evol
utio
ns [
rpm
]
experimentsimulation
0 0.5 1 1.5 2 2.50
500
1000
1500
time [sec]
pres
sure
[kPa
]
experimentsimulation
0 0.5 1 1.5 2 2.50
10
20
30
40
50
time [sec]
vehi
cle
spee
d [k
m/h
]
experimentsimulation
6.1 実験値との比較:1-2アップシフト
(1-2 shifting)
“oil pressure”
“shaft torque”
“vehicle speed”
“engine revolutions”
Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu November 2, 2000.
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13MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
7.MATLABの新機能と効果
1)MATLABの新機能
・S-Function化 (RTW) ・C-MEX S-Function (Simulink)
2)効果
・ブロック図の隠蔽 ・シミュレーションの高速化 ・記憶容量の低減
(C-MEX) ・マルチレートシステム ・外部パラメータ
プログラムファイル パラメータファイル (C言語ファイル)
MATLAB/Simulinkブロック図 A/Tメカ系のモデル
リンクファイル:C言語ファイルをSimulinkにリンクするファイル
変数
インタフェース部 (ブロック図)
(C-MEX型 S-Function)
MATLAB/Simulinkブロック図 A/T油圧系のモデル
MATLAB/Simulinkブロック図 ATCUのモデル
14MATLAB 自動車業界ユーザ事例発表会 2000年11月2日東京Toshio Matsumura and Fuyuku Katsu
8.まとめ
1)MATLABを用いた ・シームレスな開発の全体イメージ例を紹介した. ・変速性能シミュレーションシステム例を紹介した.
2)弊社5速ATでの 変速性能シミュレーション結果例を紹介した.
3)MATLABの新機能が モデル化に与えた効果を紹介した.