TNO使用Optimus最佳化重卡排放控制器實現歐盟VI排放標準
為了達到2013年底生效的歐盟VI排放法規的要求，重型卡車製造商要在非常短的時間內完成動力系統的研發。TNO使用模擬流程整合和最佳化設計軟體Optimus，整合排氣建模軟體SIMCAT完成這項工作。透過Optimus驅動SIMCAT模擬並應用最佳化設計方法，使得排放控制器成功地實現了最佳化設計。在發動機和催化劑性能受到有限影響的前提下實現油耗降低並減少NOx排放。TNO工程師也透過Optimus的強健性設計功能改善由感測器和致動器不精確造成的控制器強健性問題，使控制器性能更穩健。透過SIMCAT和Optimus的整合，非常複雜的傳動系統設計最佳化流程得以自動化的方式實現。這種創新的研發方式幫助製造商以更快的速度和更低的成本研發出滿足歐盟VI排放標準的產品。
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荷蘭國家應用科學院（TNO）使用Optimus自動化SIMCAT模擬流程，來進行排放控制器最佳化設計。這種研發方式幫助卡車製造商找到滿足動力系統認證要求和重卡量產一致性要求的設計方案。
根據歐盟VI標準的實施目標，重型卡車和大型巴士要在2013年底前進一步降低新車氮氧化物（NOx）的排放。這些嚴格的排放標準要求必須進行監管測試，需要達到動力系統認證和卡車量產一致性要求（ISC）。TNO透過使用新技術，幫助重卡製造商在強制的時間範圍內達到歐盟VI排放標準。
即使在強大的CAE工具幫助下，發動機和後處理系統之間的複雜交互作用對工程師來說仍然是不得不面對的難題。而苛刻的減排目標和專注於實際情況的卡車排放測試程序給工程師的研發工作帶來了更多挑戰，更遑論還有提高燃油效率的設計要求。多家重卡製造商，都為解決歐盟VI標準帶來的傳動系統複雜度，和所造成研發時間增加的壓力而努力。
為了應對追求更嚴格廢氣排放的立法，TNO開發了特有的選擇性觸媒還原（SCR）概念，以符合歐盟VI要求。TNO通過有限排氣再循環（EGR）技術，基於最大化SCR效率，以這種較低成本的方式達到更好的燃油效率，來實現降低排放的目標。TNO的SIMCAT軟體能夠進行排氣後處理系統物理建模，實現精確的模擬計算。
排放控制器是重卡動力系統中動態排放管理的關鍵元件。TNO決定透過Optimus進行排放控制器管理策略的最佳化。程序整合和最佳化軟體Optimus的作用是整合模擬流程，盡可能地平衡發動機的最佳化和後處理系統控制，藉此找到最佳化設計方案。這意味著在確保滿足排放標準歐盟VI認證要求和量產一致性要求的前提下，盡可能降低油耗。
歐盟VI認證意味著對發動機冷熱狀態都要執行世界統一的瞬態循環工況（WHTC），量產一致性要求是任意卡車在道路上隨機測試的標準化測試流程，在本案例中，要執行的是2.6小時完成102公里的駕駛循環工況測試。
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Optimus成功地促成SIMCAT 模擬流程並找到排放控制器的最佳化設計方案，幫助重卡製造商降低油耗並達到歐盟VI排放標準。
TNO工程師在Optimus軟體中建立最佳化設計所需的模擬工作流程，而動力系統中的發動機、管道和後處理系統是使用SIMCAT軟體中包含觸媒子模型的模型模組所建立的。在SIMCAT中建立的1D模擬模型包含了一級反應動力學，阿倫尼烏斯反應速率方程和其他相關物理參數。
SIMCAT模擬建立在Matlab/Simulink環境中，透過對Matlab/Simulink的直接介面，Optimus 能夠在最佳化和強健性設計過程中自動修改SIMCAT設計參數，並且自動提取計算結果。首先以歐盟VI認證要求為目標的最佳化排放控制器，以及滿足歐盟VI認證要求的最佳化設計方案作為下一步最佳化的起點，下一步則是把歐盟VI認證要求和歐盟VI標準量產一致性要求都作為最佳化目標，且找到同時滿足兩個目標的最佳化設計方案。經過測試獲得的氮氧化物（NOx）結果是0.45g/kWh，滿足歐盟VI認證要求的0.46g/kWh門檻。對於量產一致性要求，NOx排放符合性指數的90％積累百分數（CF90）等於1.38，遠低於歐盟VI要求達到的1.5門檻。
然而，由於動力系統中的感測器和致動器本身有一定的工作誤差，生產線上產出的重卡中會有一部分排放超出歐盟VI標準。Optimus通過計算NOx排放符合性指數CF90的標準方差來評價系統波動，並把量產一致性最佳化目標從CF90改成CF90+1δ，Optimus就能把排放控制器的強健性也考慮到最佳化設計範疇中，進而找到滿足所有要求的設計方案。相較於僅考慮名義值最佳化的設計方案，強健性及最佳化設計方案在認證要求方面有了一定的提升，同時僅稍微犧牲了一點量產一致性。為了控制最佳化成本，Optimus平衡了法規許可並超出歐盟VI認證標準的重卡數量（由於系統誤差造成）和減少超過許可數量的超標卡車所需的投入成本。
TNO工程師對於Optimus快速方便地實現排放控制器最佳化設計感到印象深刻，Optimus解決了感測器和致動器性能波動造成的排放控制器性能波動，實現了強健性的最佳化設計。Optimus在兩周時間內突破了兩個研發瓶頸，完成了模擬分析和自動化最佳化流程，並且透過最佳化演算法找到了最合理的排放控制器設計方案。這幫助企業在設計前期就能確定重卡排放設計方案達標的可行性，同時確保設計方案通過歐盟VI測試。Optimus幫助製造商大大降低大量校正工作所帶來的研發風險。他們了解到當今越來越短的研發週期要求，以企業使用系統級的整合最佳化方式來應對，才能在較短的項目週期內實現設計目標。
透過SIMCAT和Optimus的協同運用，建立了最佳化排放控制器的有效研發方式。這種創新的方法成功地解決了下一代重卡傳動系統研發中的技術挑戰和時間要求。
TNO工程師對於Optimus快速方便地實現排放控制器最佳化設計感到印象深刻，Optimus解決了感測器和致動器性能波動造成的排放控制器性能波動，實現了強健性的最佳化設計。Optimus在兩周時間內突破了兩個研發瓶頸，完成了模擬分析和自動化最佳化流程，並且透過最佳化演算法找到了最合理的排放控制器設計方案。這幫助企業在設計前期就能確定重卡排放設計方案達標的可行性，同時確保設計方案通過歐盟VI測試。Optimus幫助製造商大大降低大量校正工作所帶來的研發風險。他們了解到當今越來越短的研發週期要求，以企業使用系統級的整合最佳化方式來應對，才能在較短的項目週期內實現設計目標。
透過SIMCAT和Optimus的協同運用，建立了最佳化排放控制器的有效研發方式。這種創新的方法成功地解決了下一代重卡傳動系統研發中的技術挑戰和時間要求。
通過計算標準方差（1δ、2δ、3δ等），Optimus能夠確定由於系統不確定性因素造成的卡車排放超過歐盟VI限制的概率。
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通過選擇性觸媒還原（SCR），氮化物在廢氣中的含量明顯減少。
模擬工作流程整合
- 整合排放模擬流程
- 模擬工程師在Optimus中透過接口整合模擬工作流，該工作流可以參數化和自動化運行。
- 模擬工程師在Optimus中透過接口整合模擬工作流，該工作流可以參數化和自動化運行。
- 自動化模擬流程
- Optimus自動修改SIMCAT模型中的設計參數，在兩周時間內實現控制器最佳化設計。
- Optimus自動修改SIMCAT模型中的設計參數，在兩周時間內實現控制器最佳化設計。
- 提供Matlab/Simulink直接介面
- Optimus透過Matlab/Simulink直接介面，在最佳化過程中自動修改SIMCAT 模型輸入參數，並且自動提取計算結果。
- Optimus透過Matlab/Simulink直接介面，在最佳化過程中自動修改SIMCAT 模型輸入參數，並且自動提取計算結果。
設計最佳化
- 找到控制器最佳化設計方案
- Optimus驅動SIMCAT模擬，找到油耗和NOx排放最低的最佳化設計方案，總體性能改善10％以上。
- Optimus驅動SIMCAT模擬，找到油耗和NOx排放最低的最佳化設計方案，總體性能改善10％以上。
- 建立系統級最佳化的研發手段
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透過系統級最佳化方法，在較短的研發週期內找到了複雜傳動系統的最佳化設計方案。
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強健性最佳化
- 解決感測器和致動器誤差造成的控制器強健性問題
- Optimus通過計算符合性測試中NOx排放標準方差，並且透過最佳化手段解決感測器和致動器誤差造成的排放控制器波動性，實現強健性最佳化。
- Optimus通過計算符合性測試中NOx排放標準方差，並且透過最佳化手段解決感測器和致動器誤差造成的排放控制器波動性，實現強健性最佳化。
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平衡歐盟VI通過率和重卡改型成本最佳化控制器設計，在實現排放法規標準的前提下，將改造成本最小化（考慮所有實際系統誤差前提下的符合性測試）。
