Presented By: Robert Kraus, George Papaioannou and Arun Sivan

簡介與概要

當前狀態：當今的汽車傳動系統工程過程是“基于文檔的”

● 復雜的系統需求和規范通過大量電子數據進行溝通 

● 經常導致要求不完整或相互沖突 

● 低效、冗余、容易出錯 

● 運行變更會引入潛在問題

摘要：

● 獲得并解構現有的傳動系統方法和選型工具

● 確定了在傳動系統工程中改進需求可追溯性的需求

● 使用SysML創建詳細的傳動系統模型來應用MBSE的概念

● 為選型計算添加了參數約束

● 交付功能MBSE模型作為概念證明

傳動系統定義和概念

架構： 

● 傳動系統系統將動力系統輸出連接到驅動輪 

● 主要功能是將驅動扭矩從動力系統傳遞到地面（車輪）

● 驅動系統子類型，例如 FWD、RWD、AWD 在 SysML 中被視為泛化

組件： 

● 驅動軸/半軸 - 將扭矩傳遞到前/后或左/右 

● 車軸 - 將驅動軸扭矩倍增并引導至車輪 

● 附件 - 分動箱、PTU、斷開裝置、U 形接頭、CV 接頭、撓性耦合器

選型： 

● 每個組件、系統和子系統的設計優化是主要目標

● 選型工具將輸入數據轉換為所有車輛變化的扭矩輸出，并使用行業標準方程和一些校正因子。

系統工程概念

V 模型： 

○ 頂層需求被分解為子系統和組件級別，每個級別都有一個特定的驗證計劃，從 V 的左側向下流動并在右側返回。

上下文圖/背景圖： 

○ 代表系統與外部環境的交互 

○ 交互系統被定義為“黑盒”

P-圖： 

○ 擴展和細化上下文以獲得更詳細的黑匣子 

○ 包括有關輸入信號、控制因素、噪聲因素、輸出和潛在故障模式的詳細信息

MBSE 

○ 建模語言（SysML、UML 等） 

○ 建模方法 

○ 建模工具（Magicdraw、IBM Rational Rhapsody 等）

基于模型的系統工程概念：系統需求

● 需求以技術術語定義客戶和利益相關者的需求 

● 在 SysML 中，系統需求陳述被定義為對象 

● 每個對象都包含需求文本和唯一標識符 

● 需求類型定義了需求可以關聯的特征 

● 泛化通過繼承關系管理和分配需求

● 需求必須通過測試用例進行驗證 

● 測試用例是檢查點，例如設計評審或物理測試

SysML中的標準類型需求用于在定義系統時提供嚴格性和清晰性

基于模型的系統工程概念：功能和邏輯架構

● 功能定義必須完成或完成哪些動作/活動才能獲得預期結果 

● 操作是塊的屬性 

● 塊是系統任何部分的抽象表示，如物理硬件或信號 

● 功能通過與各個子系統和組件的邏輯關系相互關聯  

● 邏輯架構描述了系統將如何實現 

● 邏輯架構抽象地定義了基于系統所需的子系統、組件及其關系的技術解決方案 

● 邏輯架構只能在明確定義系統的功能和需求后創建

● 邏輯架構沒有定義任何特定的系統實現，而是定義通用指南，以保持解決方案中立

建模方法：功能分解

● 從 P 圖中識別出傳動系統的五個基本操作 

● 系統需要 

○ 傳遞扭矩 

○ 向左/向右直接扭矩 

○ 向前/向后直接扭矩 

○ 倍增扭矩 

○ 斷開輔助傳動系統 

● 每個功能相關聯，或 映射到至少一個邏輯塊 

● 然后通過泛化繼承功能或操作

● 從動力傳動系統到車輪的推進力傳輸是最基本、最明顯的傳動系統功能 

● 在抽象的功能層面上，傳遞的扭矩的程度或數量不一定相關——重要的是所有的傳動系統都傳遞扭矩 

● 在我們的模型中，所有機械子系統和部件都繼承了“傳遞扭矩”功能 

● 重要的是要注意，沒有一個部件單獨提供或滿足傳遞扭矩功能——它是整個系統的緊急功能 

● 下一個功能是控制左/右扭矩，這是車橋/變速驅動橋差速器邏輯塊的操作或行為 

● 下一個功能是控制前后扭矩，這是分動箱的行為，僅存在于 AWD 或 4X4 動力傳動系統配置 

● 在動力傳動系統模型中，倍增扭矩功能僅是車橋的行為 

● 最后一個功能是斷開功能，即行為斷開設備

建模方法：邏輯分解

● 定義功能塊后構建邏輯塊，需要一定的經驗和工程判斷 

● 良好的邏輯分解應該不受任何特定設計概念的束縛，因為第一個設計概念不太可能是最好的設計概念 

● 傳動系統邏輯圖提供了捕獲車輛輸入所需的結構，以支持用于計算傳動系統沖擊扭矩的參數方程，這是選型的基礎

需求和測試用例管理

● 使用MagicDraw 中的導入功能將需求導入到需求包中。

● 使用與導入需求類似的方法導入現有測試方法 

● 驗證矩陣已創建，并且每個需求都通過一種或多種測試方法進行驗證。

需求管理：滿足關系

● 物理元素滿足需求 

● 在 MBSE 中，這種關系是在邏輯抽象級別創建的，在設計任何物理部件之前 

● 滿足矩陣表示每個需求通過滿足關系映射到至少一個邏輯塊，該滿足關系表示邏輯塊需要交付或滿足需求 

● 該表顯示了傳動系統模型中滿足需求的所有邏輯元素，并將需求分為七種不同的 SysML 需求類型

參數關系

● 在系統工程中，設計涉及在備選解決方案之間做出決策 

● 一般過程是： 

○ 產生想法 

○ 評估備選方案 - 工程分析 

○ 在備選方案之間做出決定 - 解釋結果 

● SysML 提供了一種語言來通過參數圖表達和執行數學系統分析 

● 參數圖表顯示了系統模型塊之間的數學關系

● 參數圖作為系統設計的約束。

參數關系：選型輸入

● 參數輸入參數是從行業標準公式中獲得的（選型工具）。

● 此處顯示了參數輸入作為與基于屬性的邏輯所有權的邏輯塊關聯的值屬性的映射 

● 沖擊扭矩大小輸入是與相應邏輯塊關聯的值屬性

● 在邏輯架構級別，將定義這些值屬性與任何特定實例無關的變量 

● 可以在需要時創建特定實例

參數關系：約束建模

● 參數約束指定邏輯塊之間的等價關系 

● 以類似于 IBD 的方式定義，但它們使用帶有約束參數的內部關系而不是part參數 

● 僅限于僅通過綁定連接器進行連接，通常在連接的一端帶有參數約束 

● 關鍵元素是約束塊，用于約束一個或多個其他塊的屬性 

● 約束塊由約束表達式{τ = F * d } 和約束參數（如τ、F 和d）組成

參數關系：傳動系統sizng

● 目標：展示計算確定扭矩的概念證明 

● 總共八個不同的約束塊用于模擬沖擊扭矩，包括扭矩流方程、邏輯流和布爾賦值 

● 需要使用特定輸入創建實例以完成參數動力傳動系統尺寸分析 

● 已為提議的車輛程序完成了沖擊扭矩的參數計算，并與從現有分析工具獲得的值進行了比較 

● 成功的概念驗證需要更多的時間和工作來可靠地替換現有的分析工具

應用 MBSE 的好處

● 面向對象的建模同樣適用于全機械系統 

● MBSE 提高了工程生產力和效率 

● 系統模型在所有子系統中更加靈活、一致和可擴展 

● 通過使所有關鍵輸入和輸出參數可用于 所有模型用戶 

● 更好的可追溯性和需求及其驗證方法之間的聯系 

● 需求冗余的減少和測試用例驗證的自動驗證可能導致追溯的消除 

● 通過參數化持續更新和管理組件設計輸入的能力與車輛級輸入的關系 

● 有權訪問模型的每個人不僅可以查看和驗證他或她的子系統，還可以查看其子系統與整個系統其他部分的所有交互，最大限度地減少跨功能問題和誤傳

● 我們強調對現有需求進行仔細分類，并在導入過程中消除了冗余，將 500 多個減少到 ~300 個 

● 通過我們對 SysML 類別的集成努力，我們發現了改進現有需求的提取和劃分的明確需求和好處 

● 需求測試用例可以很容易地添加到模型中，并且可以很容易地與整個傳動系統鏈接。

● 基于文檔的方法的新需求將需要與其他需求進行大量交叉引用，并且很可能出現冗余和遺漏

應用 MBSE 的好處：參數輸入級聯和控制

● 通過參數關系，頂層假設的變化立即級聯下來，并可以與現有的組件變量屬性進行驗證 

○ 例如，如果一檔發動機扭矩上升，它會立即計算為變速器輸出扭矩并與軸最大值進行比較 輸入扭矩限制。這些是計算出的 SysML 值用作警報，但還需要存在詳細信息以定義過去的系統級別。不要太深太復雜，你會看不到大局。

○ 輪胎特性的變化可以與半軸接頭設計限制自動關聯和比較 

● 如果輸入假設超過設計限制，模型會顯示輸出錯誤，提醒工程采取行動

文章來源：系斯?？萍?/p>