Multiphysics Simulation and Model-based System Testing of Automotive E-Powertrains

Resum

Os ensaios de sistemas baseados en modelos xorden como un novo paradigma de desenvolvemento que actualmente está gañando popularidade, especialmente na industria automotriz. Este novo enfoque céntrase en combinar a simulación por ordenador coa experimentación para desprazar a maior parte da detección de problemas e redeseños cara as fases iniciais do ciclo de produto. Deste xeito, os ensaios de sistemas baseados en modelos fundaméntanse en diminuír a cantidade de recursos investidos nestas tarefas e habilitar a identificación temperá de erros de deseño e problemas durante a operación, aínda se os prototipos do vehículo completo non están dispoñibeis. Porén, o uso desta estratexia require implementar algunhas tecnoloxías críicas, tres das cales serán tratadas nesta tese. A primeira tarefa tratada nesta tese é o deseño dun entorno multiplataforma para avaliar a descripción e resolución das ecuacións da dinámica dos modelos virtuais empregados nas simulacións. Este entorno permite unha avaluación eficiente dos diferentes xeitos de modelar os sistemas e dos métodos de resolución e implementación. Neste contexto de ensaios baseados en modelos, os sistemas virtuais interactúan cos compoñentes dos sistemas físicos, polo tanto é necesario garantir as súas capacidades de execución en tempo real, independentemente da plataforma de hardware e software escollida. En segundo lugar, as técnicas de estimación baseadas en filtros de Kalman son de grande interese nas aplicacións que usan ensaios baseados en modelos para avaliar os seus parámetros, entradas ou estados dos modelos virtuais dun certo sistema. Estes procedementos pódense combinar co uso de xemelgos dixitais, homólogos virtuais dun sistema físico, co cal manteñen un fluxo bidireccional de intercambio de información. As medidas dispoñíbeis procedentes dos sensores instalados nun sistema físico pódense combinar cos resultados obtidos da simulación do sistema virtual. Deste xeito, este enfoque mellora o coñecemento das magnitudes que non poden ser medidas directamente polos sensores. Á súa vez, os resultados da simulación dos sistemas dos modelos virtuais poden servir para tomar decisións e aplicar medidas correctivas ao sistema real. En terceiro lugar, as técnicas de co-simulación son necesarias cando un sistema é dividido en varios subsistemas, coordinados a través do intercambio dun reducido número de variables en momentos puntuais. Este é o caso da maior parte das aplicacións que seguen a estratexia de ensaios baseados en modelos, nos cales os compoñentes físicos e virtuais se acoplan mediante unha comunicación en tempo discreto. Como resultado as aplicacións ciberfísicas son esencialmente un exemplo de co-simulación en tempo real, na que tódolos subsistemas necesitan cumprir os requisitos de execución en tempo real. Debido á presenza de compoñentes físicos, que non poden reiterar os seus pasos de integración, o uso de esquemas explícitos é polo xeral necesario. Con todo, estes esquemas introducen erros asociados cos atrasos derivados dunha interface de tempo discreto. Estes erros poden provocar resultados incorrectos e incluso inestabilizar a co-simulación, de non seren eliminados. Esta tese aborda a corrección da co-simulación a través de métodos enerxéticos baseados na potencia intercambiada polos subsistemas. Este traballo conclúe cun exemplo de aplicación ciberfísica, na que os compoñentes reais son conectados a un entorno virtual. Isto require o emprego de tódalas tecnoloxías de ensaios baseadas en modelos presentadas ao longo desta tese.