La simulazione di veicoli virtuali è diventata un elemento fondamentale nell’ingegneria automobilistica moderna poiché consente riduzioni di costi e tempi di sviluppo. L'articolo illustra un flusso di lavoro completo che sfrutta MATLAB e Simulink per creare, personalizzare e simulare modelli di veicoli. Grazie all’utilizzo di Virtual Vehicle Composer, è possibile configurare modelli di base e integrarvi funzionalità aggiuntive come algoritmi di controllo, sensori e scenari di guida specifici. Le simulazioni eseguite inizialmente su ambienti desktop permettono una validazione preliminare, mentre gli studi su larga scala vengono condotti in modo efficiente nel cloud tramite MATLAB Parallel Server. L'approccio supporta un’analisi approfondita dei parametri, identifica scenari critici di fallimento e ottimizza le prestazioni dei veicoli in condizioni operative diversificate. Combinando strumenti computazionali avanzati e risorse scalabili del cloud, la metodologia semplifica il design basato su modelli, migliorando flessibilità, produttività e innovazione nell’industria automobilistica.
Introduzione
Lo sviluppo virtuale rappresenta una trasformazione per l'industria automobilistica contemporanea. I modelli tradizionali, basati su prototipi fisici per validazione e test, si stanno rivelando sempre meno efficienti in un contesto in cui la velocità di innovazione e la riduzione dei costi assumono un ruolo primario. L'utilizzo di modelli virtuali consente di anticipare molti aspetti del processo progettuale, integrando prototipazione, test e analisi in un unico ambiente simulativo.
Uno degli obiettivi principali di questo approccio è ridurre la dipendenza da prototipi fisici, limitandoli alle sole fasi finali di verifica. Il raggiungimento di tale risultato richiede però la soluzione di alcune criticità, come la creazione di modelli sufficientemente dettagliati da catturare tutte le dinamiche rilevanti, senza compromettere l'efficienza computazionale. A questo si aggiunge la necessità di integrare modelli fisici e software, nonché di sviluppare scenari di guida che permettano di testare il veicolo virtuale in condizioni realistiche e diversificate. Il presente articolo descrive un flusso di lavoro che copre tutte le fasi principali del processo di progettazione virtuale. Si parte dalla generazione di un modello base tramite strumenti come Virtual Vehicle Composer, passando per la sua personalizzazione, fino ad arrivare all'esecuzione di simulazioni su desktop e su larga scala nel cloud (vedi Figura 1), che permette di ottimizzare i tempi ed i costi migliorando la qualità complessiva del processo progettuale.
Figura 1: Un modello di veicolo virtuale Simulink creato inizialmente con l'app Virtual Vehicle Composer e poi personalizzato
Il Flusso di Lavoro per la Simulazione di Veicoli Virtuali
Un processo ben strutturato per la simulazione di veicoli virtuali deve seguire una sequenza logica di fasi, ciascuna delle quali contribuisce a garantire l'efficacia del progetto. La prima fase riguarda la creazione del modello iniziale, che rappresenta la base per le successive personalizzazioni. Strumenti come il Virtual Vehicle Composer consentono di configurare rapidamente i principali parametri del veicolo, offrendo agli ingegneri una piattaforma flessibile e intuitiva. Per far fronte a queste esigenze, MathWorks fornisce soluzioni precompilate e applicazioni di riferimento del veicolo per un'ampia varietà di test e manovre.
Dopo aver generato un modello di riferimento, il passo successivo consiste nella sua personalizzazione, integrando funzionalità avanzate, come algoritmi di controllo, sensori o scenari di guida specifici. Una volta completata questa fase, il modello può essere sottoposto ad una prima serie di test su desktop, che permettono di verificare la correttezza della configurazione e di validare i criteri di successo. La simulazione su larga scala nel cloud rappresenta la fase finale di questo processo. Grazie alle risorse computazionali disponibili, è possibile eseguire migliaia di test in tempi estremamente ridotti, ottenendo una visione completa delle prestazioni del sistema e individuando eventuali aree di miglioramento.
Generazione di Modelli Virtuali
Creare un modello di veicolo partendo da zero richiede impegno in termini di risorse e competenze tecniche. Utilizzare modelli di riferimento preconfigurati rappresenta una soluzione efficace per ridurre la complessità iniziale. Virtual Vehicle Composer, disponibile in Powertrain Blockset e Vehicle Dynamics Blockset, offre un'interfaccia intuitiva che permette di configurare in pochi passaggi le caratteristiche principali del veicolo, tra cui gruppo propulsore, dinamiche longitudinali o laterali, e parametri come la massa, le dimensioni dei pneumatici e la coppia massima del motore.
Di seguito, è riportata una breve animazione che mostra i pochi click necessari in MATLAB per la generazione di un modello Simulink a partire dalla tipologia, dinamica, e test che si vuole condurre.
Una volta generato il modello base, è possibile personalizzarlo per soddisfare requisiti specifici. Per esempio, uno studio sulle prestazioni di un sistema di frenata autonoma (AEB, dall'inglese Autonomous Emergency Breaking) potrebbe richiedere l'aggiunta di sensori, algoritmi di controllo e scenari di guida particolari. Grazie alla modularità di strumenti come Automated Driving Toolbox, è possibile integrare rapidamente tali componenti, assicurando che il modello sia pronto per essere testato in condizioni realistiche. In Figura 2 è riportato il modello a circuito chiuso di un impianto di un veicolo elettrico con il controllore AEB.
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