Für Autokunden in den USA sind Aufkleber wie diese nichts Neues, die sogenannten mononey -贴纸:
Automobilhersteller müssen diese Sticker in den USA an allen Neufahrzeugen anbringen, damit Kunden wissen, welchen kraftstoffverbruch sie erwarten können。Der Kraftstoffverbrauch ist nht nur in wichtiger Faktor für Autokäufer, sondern auch in wesentlicher Punkt für Umweltbehörden, die Normen and Standards festlegen，嗯die Kraftstoffökonomie in den kommenden Jahren zu verbessern。
Außerdem wurden在jüngster Zeit mehere Automobilhersteller von Verbrauchern verklagt, weil die Verbrauchszahlen auf dem monrony - sticker niht den realistischen kraftstoffverbruch在der Praxis wiedergeben。在德国的实践和安加本的蒙罗尼-斯蒂克恩哈本在德国的vergangenen Jahren stark zugenommen。Grund hierfür ist, dass die heutigen Kontrollsysteme in den vordefinierten Szenarien, die für Monroney-Kilometerschätzungen verwendet werden, sehr gut abschneiden。wid das Auto aber bei realistihen Bedingungen gefahren, z.B. bei höheren Geschwindigkeiten auf Fernstraßen, kann sich der Kraftstoffverbrauch stark von der Angabe auf dem Aufkleber unterscheiden。我们的车，我们的车，我们的车dafür，我们的车，我们的车können，我们的车Variabilität我们的车，我们的车，我们的车gegenüber Änderungen我们的车。
Daher werden Ingenieure beauftragt zu ermittel, welche参数die größten Auswirkungen auf das Verhalten ihrer Regelungssysteme und den kraftstoffverbruch ihrer fahrzeeuge haben。在diesel Artikel beschreiben wir einen interaktiven Workflow, bei dem Monte-Carlo-Simulationen und Sensitivitätsanalyse eingesetzt werden, um zu bestimmen, welche Komponenten im Antriebsstrang eines Autos die größten Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch haben。Durch die Identifizierung dieser Komponenten können wir Maßnahmen ergreifen, um die erforderlichen Kraftstoffverbrauchswerte zu erzielen。大足zählt etwa das Anpassen des design zur Reduzierung de kraftstoffverauhs oder das Erhöhen der鲁棒性des Regelungssystems gegenüber Veränderungen der参数柴油机组件。
Der Workflow basiert auf dem Sensitivitätsanalyse-Tool在Sim金宝appulink设计优化™。我们有一个大的问题，那就是我们的机器和berücksichtigen在费尔斯特雷ken和ortsverkerhr。Während diesel Artikel sich auf die Identifizierung von Parametern konzentriert, die auf den Kraftstoffverbrauch auswirken, kann der beschriebene Ansatz auh zur Analyse der Sensitivität eines beliebigen系统verwendet werden, das Schwankungen seniner设计参数unterliegt。
Systemmodellierung
蒙特-卡罗模拟和折叠模型Sensitivitätsanalyse durchzuführen, benötigen和zunächst在模型中，作为模型的动力，在法赫热厄格的快速和hinsichtlich在模型的基础上。在Beispiel muss model In Bezug auf die Parameter definiert werden, die sich auf den kraftstoffverbruch des Fahrzeugs auswirken können, wie z. B. Antriebsradradius， Übersetzung und Umgebungsbedingungen wie die temperature。Wir können dann die参数von Interesse in die engere Auswahl nehmen and einen Satz von parameters kombinationen für Monte-Carlo-Simulationen generieren。
在diesem Beispiel verwenden wir ein Si金宝appmulink®-模型，das im Powertrain Blockset™verfügbar ist (Abbildung 1).柴油机模型eines Fahrzeugs mit konventionellem Benzinmotor mit Fremdzündung和8-Gang-Doppelkupplungsgetriebe umfast sowohl Umgebungsbedingungen als auch Fahrzeugkomponenten。
Abbildung 1: Das 金宝appsimulink - fahrzeugmodel。
Wir führen zunächst eine基线-模拟mithillife der FTP75-Fahrzyklusdaten durch, die von der US-Umweltbehörde EPA für Automobilhersteller spezifiziert wurde, die Fahrzeuge in den USA verkaufen。Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der Kraftstoffverbrauch für etwa 40 Minuten Stadtverkehr bei约30 MPG(每加仑英里)轻(Abbildung 2)。
Abbildung 2: Simulationsergebnisse für eine 40-minütige Fahrt im Stadtverkehr。
蒙特卡洛模拟
Für die Monte-Carlo-Simulationen bestimmen wir die Auswirkungen von fünf参数auf den Kraftstoffverbrauch:
- Fahrzeugmasse
- Radradius
- 走读生Luftdruck
- Durchmesser der Drosselklappe
- 冲洗der Einspritzdüse
farhrzegmasse and Radradius erklären sich von selbst。在外面有路，有路，有路Atmosphärendruck在天上。Der Durchmesser Der Drosselklappe beeinflusst den Luftstrom in den Motor, während die Flussrate Der Einspritzdüse den Kraftstofffluss durch die Einspritzdüsen angibt, was die Motorleistung bestimmt。“Drosselklappe和在水水率下Einspritzdüse können durch abweichengen bei der Komponentenherstellung and Teilealterung wie z. B.“Drosselverkokung”和Kraftstoffrückstände和Einspritzdüse verursacht werden。Wir haben uns hier aus Gründen der Einfachheit für einkleineren Satz von参数entschieden, doch kann der Satz erweitert werden und auch参数wie die Anzahl der Zylinder, Hubraum und alle im模型定义的sonstigen参数umfassen。
Um einen neuen参数satz zu erstellen, der aus den fünf oben angegebenen参数best, wählen wir im Sensitivitätsanalyse-Tool einfach die选项“选择参数”aus。参数组合计算公式，参数组合计算公式，计算公式，计算公式，计算公式fünf参数计算公式。Wir könnten diesen Satz mithillife溃烂bekannter Werte erstellen。Wir verwenden hier aber eine quasi-zufällige Folge, eine soboll - sequenz, um einen großen Bereich möglicher Kombinationen gleichmäßig und efficient abzudecken。Andere Generierungsmethoden umfassen zufälliges抽样和多变量抽样。
Wir können die wahrscheinlichkeits vertelung angeben, die zur Generierung von Stichproben für jeden参数verwendet werden soll, und obere und untere Schranken für die möglichen Werte festlegen。Wir nehmen beispielsweise an, dass die Fahrzeugmasse gleichmäßig zwischen 1200 und 1400 kg vertet sein soll，是dem Gewicht des Fahrzeugs mit einem bzw。vier Insassen entspricht。Ähnliche Grenzen legen wir für die vier anderen Parameter fest and generieren 100 Kombinationen, die wir dann plot (Abbildung 3)。
Abbildung 3: Parametersätze und die sich damit ergebenden Streudiagramme。
Dann wählen wir das信号在unserem模型aus, das den kraftstoffverbruch für diesen Fahrzyklus (Stadtverkehr) berechnet。在unserem Fall liefert das von uns gewählte Si金宝appmulink-Signal, das im“可视化”-子系统verfügbar ist, eine kontinuierliche Schätzung des Kraftstoffverbrauchs。Indem wir den letzten Wert dieses Signals betrachten, können wir den MPG-Wert für die jeweilige Simulation schätzen。Dann klicken wir auf die Schaltfläche“评估模型”im Sensitivitätsanalyse-Tool，嗯sämtliche Parametersätze zu evaluieren。Das Tool führt eine Simulation des models für jede Parameterkombination aus und berechnet den relevanten Wert (in unserem Fall MPG) für jede Simulation。在diesem model well der MPG-Wert durch ein Signal im“可视化”-子系统geschätzt。Wir können dann basierend auf diesen Ergebnissen eine Sensitivitätsanalyse für den MPG-Wert durchführen。
Das Sensitivitätsanalyse-Tool kann parallel Simulationen ausführen，是besonders wichtig ist, wenn wir die große Zahl an Fahrzyklusläufen berücksichtigen müssen, die für die Sensitivitätsanalyse erforderlich sind。Der gegebene Parametersatz wiw automatich并行von Workern im Cluster evaluiert, mit dem wir eine verindung hergestellt haben, und die Ergebnisse werden in einem streugraph visualisiert (Abbildung 4). die x-Achsen zeigen die Variationen Der fünf Parameterwerte an, während die y-Achse den Wert des berechneten Kraftstoffverbrauchs für jede Parameterkombination anzeigt。Das streugraph zeigt, dass der MPG-Wert des fahrzyeugs in unserem Szenario für den gleichen Fahrzyklus zwischen 24 und 32 variieren kann。
Abbildung 4:评价Ergebnis和sich daraus ergebende Streudiagramme。
分析der Sensitivität von MPG bezüglich einzelner参数
Wir können eine lineare Anpassung über das streudiagram legen, um Trends bei den Simulationsdaten zu identifizieren (Abbildung 5). Daraus erkennen Wir, dass der MPG-Wert für den stadtverkerhr siich mit zunehmendem Radradius verbessert。平行大足sehen wir, dass der kraftstoffverbruch mit abnehmendem fahrzeuggeicht sinkt。
替代können wir die MPG-Sensitivität gegenüber参数变量mithillife eines statisscheren Ansatzes mit dem Sensitivitätsanalyse-Tool berechnen。Wir können mit dem工具统计Werte wie correlationseffizienten für den MPG-Wert in Bezug auf参数变化en berechnen。In diesem Beispiel betrachten wir die correlationswerte, die im tornado - diagram In Abbildung 5 dargestellt werden。
Abbildung 5: Ergebnissen龙卷风图Sensitivitätsanalyse。
Das chart zeigt, dass der MPG-Wert positive mitd Radradius and negative mitf fahrzegmasse korreliert。这是我的权利，这是我的权利和我的权利。andhand der Größe des Balkens im diagram, die durch den korrelationskoeffizientbeestimmt wund, lässt sicicerkennen, dass der Einfluss des Radradius aufden MPG-Wert größer ist als der fahrzegmasse。Auf ähnliche MPG-Wert miter Reduzierung der Flussrate der Einspritzdüse。Änderungen德国德罗塞尔克拉普和德国国外Luftdrucks haben nur serhr geringe Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch ihre niedrigen korrelationsswerte angezeigt wude。
Anschließend betrachten wir, wie das Fahren im Fernverkehr sich auf den kraftstoffverbruch auswirkt。Die Simulationsergebnisse für eine 13-minütige Fahrt im Fernverkehr werden in Abbildung 6 dargestellt。Diese模拟nutzt die von der EPA vorgegebenen HWFET-Fahrzyklusdaten。Als Ergebnis werden大约35 MPG angezeigt。Wir führen die Monte-Carlo-Simulationen und eine Sensitivitätsanalyse für diesen Fahrzyklus auf der Fernstraße durch, wobei der gleiche Parametersatz wie zuvor verwendet wd。龙卷风图für die Korrelationskoeffizienten zeigt, hat der Luftdruck die größten Auswirkungen und der Kraftstoffverbrauch wiwbei geringerem Luftdruck reduziert。Die Auswirkungen der anderen Parameter wie Flussrate der Einspritzdüse oder Fahrzeugmasse sind viel geringer (Abbildung 7)。
Abbildung 6: Simulationsergebnisse für eine 13-minütige Fahrt auf der Fernstraße。
钢索können，钢索参数für钢索法兹克伦beträchtlich。diesel Unterschied kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass der Motor bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen für die verwendeten Fahrzyklen anders läuft。在Abbildungen 2和6 ersichtlich中，死亡的鸟在Vergleich der Motordrehzahl (zweite Achse)。Die Motordrehzahl hat beim Fahrzyklus在der Stadt mehr Spitzen und Tiefen。Auf der Fernstraße hingegen ist sie gleichmäßiger。Auf größerer Höhe, wo der Atmosphärendruck geringer ist, muss sich das Drosselventil für eine bestimmte Drehzahl weiter öffnen。Das Ergebnis: Weniger Energie geht verloren, wodurch der Kraftstoffverbrauch sinkt。Konsequenterweise sind die Auswirkungen des Luftdrucks auf der Fernstraße viel größer als im Stadtverkehr (Abbildung 7)。
Abbildung 7: Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse für den Fahrzyklus auf der Fernstraße。
德国数据中心，德国数据中心，德国数据中心abhängen。温维尔die Monte-Carlo-Simulationen für einen engeren Bereich von Radradiuswerten oder einen größeren Bereich von Fahrzeugmassewerten durchführen würden, würde die Sensitivitätsanalyse wahrscheinlich zu anderen Ergebnissen führen。
蒙特卡罗模拟生命并行计算模型
Unser 金宝appsimulink - modelweist mehr als 6000 Blöcke auf und enthält模型-参照，变量和数据字典，die verschiedenen Teams erlauben, das model für viele verschiedene Anwendungen einzusetzen。Aufgrund der Größe des model ist die Ausführung von hunderten oder tausenden simulation auf einem lokalen PC sehr zeitaufwändig。嗯die Leistung zu verbessern, führen wir die Simulationen parallel aus。大足gibt es mehere Möglichkeiten: Wir können die Möglichkeit für Parallelberechnungen des台式机mithilife der并行计算工具箱™nutzen oder auf ein Hochleistungs-Cluster im Netzwerk zugreifen，在dem MATLAB中®ausgefuhrt将。在diesem Fall verwenden wir einen 12核集群，auf dem MATLAB并行服务器™ausgeführt wd und under einem lokalen Netzwerk verfügbar ist, um die Gesamtsimulationszeit um den Faktor 10 zu reduzieren。
大足aktivieren wir einfach die Nutzung unseres集群im Menü“选项”des Sensitivitätsanalyse-Tools。Das Werkzeug sucht dann自动匹配die erforderlichen Datei und Pfadabhängigkeiten和fügt diese hinzu。Dadurch wid sichergestellt, dass jder parallel arbeitende Worker alle Informationen hat, die er für den erfolgreichen Abschluss der Simulation benötigt。
Zusammenfassung and weitere Schritte
Unsere分析zeigt, dass der Radradius im stadtverkerhr den größten Einfluss hat, während sich im Fernverkehr der Luftdruck，也eine Umgebungsbedingung, am stärksten auf den kraftstoffverbruch auswirkt。
艾因布利克柴油艺术machen die Sensitivitätsanalyse zu einem sehr nützlichen Hilfsmittel。Damit können Ingenieure besser verstehen, welche妥协sie berücksichtigen müssen和welche Designänderungen sich am stärksten auf das Systemverhalten auswirken。In diesem Fall können Ingenieure für exakte Angaben auf dem MPG-Sticker beim Autohändler sorgen, indem sie die Regelung um Spezialfunktionen ergänzen und so die Kraftstoffverbrauchswerte Veränderungen der Raddurchmesser gegenüber robuster werden。Wir könnten beispielsweise den Raddurchmesser mittels Raddrehzahlsensoren schätzen und den Getriebeschaltplan ändern, um Durchmesseränderungen zu berücksichtigen und dafür zu sorgen, dass der Motor möglichst高效arbeitet。Auf ähnliche Weise könnten wir den Kraftstoffverbrauch im Stadtverkehr mithilife einer größeren Drosselklappe reduzieren。
