Principy návrhu dopravních prostředků. Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL) Ing. Radek Havlík (TME)

Principy návrhu dopravních prostředků

Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL)

Ing. Radek Havlík (TME)

8.4.2015

FD - 16PDP – Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík, 8.4.2015

Obsah :

 Úvod  Funkce

V - Diagram

Funkce

Kalibrace

 Systém  Řídící jednotka  Testování

Systém Testování

 Kalibrace  Automatizace

Řídící jednotka

2 FD - 16PDP – Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík, 8.4.2015

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Úvod – vývoj elektr(on)iky vozu 150

Počet ŘJ

100

50

1980

1990

2000

2010


2020

roky

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Náklady na provedení změny

Možnost provedení změny

Vývoj vozu

Náklady na provedení změny

Virtuální ověření

Reálné ověření

Možnost provedení změny

Definiční fáze

SOP


t

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

FUNKCE-základní popis  Účel – odůvodnění zavedení nové funkce (Komfort, bezpečnost, ….)  Funkčnost – popis jednotlivých podfunkcí  (Bezpečnostní) kritéria – kritéria aktivace / deaktivace fce - Parametrizace - Bezpečnostní kritéria - ………


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Příklad funkce: Parkovací asistent PLA (Park Lane Assist)  Účel – jednoduché, spolehlivé, komfortní parkování (příčné/podélné parkování) - snížení stresu při parkování - snížení poškození kol a pneumatik - zabránění kolize s dalšími vozy  Funkčnost – optimální pohyby volantem po předem dané trajektorii - měření parkovací metody - detekování překážek


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Příklad funkce: Parkovací asistent PLA  (Bezpečnostní)kritéria - Neustálá kontrola nad vozidlem - Zásahem do řízení, brzd / deaktivace systému - Nejvyšší povolená rychlost 30km/h - Automatické aktivace při zařazení zpátečky - Upozornění o nutnosti sledování okolí - Aktivace pravé/levé strany pomocí směr. světel


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Příklad: Architektura Superb vs. Favorit

Škoda Favorit

Škoda Superb


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Základní oblasti architektury Komfort

Pohon

Infotainment

Podvozek


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Zasíťování ŘJ


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Kalibrace

Testování

Automatizace

Příklad: Zasíťování funkce PLA (Park Lane Assist) PLA-Senzor přední levý PDC– Senzory přední

PLA-Sensor přední pravý

PLA-Senzor Zadní levý PDCSenzory zadní

PLA-Senzor Zadní pravý

Podvolantový modul

Repro přední Snímače otáček kol

Senzor momentu

Servořízení

ABS/ESP

ZAS Kl.15 Směrová světla

Repro zadní

Parklenkassistent

BCM

Spínač zpátečky

Přívěs

Zásuvka přívěsu

Kl.15

Antriebs-CAN

PDC-Taste

Převodovka

Motor PLA-Taste

Radio

InfotainmentCAN

Gateway

Kombi-CAN

KombiPřístroj

Venkovní teplota Komfort-CAN


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Komunikační sběrnice

Přenosová rychlost Max. počet uzlů na sběrnici

CAN 500kB/s(max 1Mb/s)

LIN

MOST

FLEXRAY

20 kbit/s

1-10 Mb/s

10 Mb/s

110

Master/slave

64

2047

Oblast využití

Standartní systémy

Nejméně náročné aplikace, nevyžadující vysokou přenosovou rychlost

Infotainment (media)

Řízení podvozku, bezpečnostní systémy..

Příklad použití

Klimatronik, BCM, přívěs,….

El.střecha, el.dveře

Radio, zesilovač,TV

Motor, ESP, Airbag


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice CAN CAN (Controller Area Network). Fa. BOSCH -80. léta Odstranění nedostatků komunikace (Signál x Vodič) Kroucená dvojlinka (CAN_H a CAN_L) Zakončovacími rezistor 120 Ω Přenosová rychlost 100/500 kb/s

Napěťová úroveň na CAN


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice CAN  Přenos dvou logických stavů: aktivní (dominant - dominantní) - log.0 pasivní (recessive - recesivní) - log.1  Dominantní stav - alespoň jeden její uzel v dominantním stavu.  Recesivní stav - všechny její uzly jsou v recesním stavu. – nulový rozdíl napětí mezi CAN_H a CAN_L Napěťová úroveň na CAN


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice CAN Výhody  Vysoká rychlost přenosu dat až 1Mbit/s při délce sběrnice do 40m  Rozlišení zpráv identifikátorem CAN 2.0A 11bitů a CAN 2.0B 29bitů  Selekce přijímaných identifikátorů zpráv  Diagnostika sběrnice např.: chyba doručení zprávy, chyba CRC, přetečení bufferu  Značná úroveň zabezpečení přenosu  Vysoká provozní spolehlivost  Stále se rozšiřující součástková základna  Nízká cena


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Datová komunikační sběrnice CAN Nevýhody  Omezený počet dat přenášených v rámci jedné zprávy (0 až 8 Byte)  Prvotní náročnost nastavení registrů CAN sběrnice


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice LIN  1998 sběrnice LIN LIN (Local Interconnect Network)  Potřeba vzniku levné sběrnice  Nahrazení CAN sběrnice (potřeba nižší zabezpečení a nižší přenos. rychlosti)  Cena 2-3 krát nižší než u CAN  Sběrnici typu single-master/multipleslave  Jednovodičová sběrnice  Přenosová rychlost 2400, 9600 a 19200 bit/s.


LIN sběrnice

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice LIN LIN -implementován prostřednictvím pouze 1 vodiče (1-wire network) LIN-Slave : inteligentním smart senzor aktuátor Využití:  ovládání a polohování zrcátek, oken, střešního okna  ovládání zámků dveří  polohování sedadel,  ovládání klimatizace,  stěračů  osvětlení


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice LIN

Nevýhody: vyšší hodnotu EME (Electromagnetic Emission) X CAN

LIN fyzická vrstva


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice MOST MOST -Media Oriented System Transport  CAN sběrnice - nevhodná pro přenost dat. medií.  1998 Vznik nezisková organizace MOST Cooperation(založena společnostmi Audi, BMW, Daimler-Chrysler, Hraman - Becker a Oasis)  První nasazení v roce 2001  (BMW řady 7, audiovizuální systém realizován výhradně s použitím MOST technologie)  MOST - optická vysokorychlostní sběrnice se synchronním datovým přenosem  Přenosová rychlost v rozsahu Mbit/s


Prvky využívající MOST

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Datová komunikační sběrnice MOST MOST - přenos dat třech různých typů:  synchronní data, jako např. audio a video signály;  asynchronní data, jako např. obrázky, pakety TCP/IP, zprávy SMS;  řídicí data


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice MOST Výhody:  Necitlivost vůči elektromagnetickému rušení  Výrazně vyšší rychlost přenosu dat  Náklady a hmotnost úspory díky snížení vedení Nevýhody:  Vyšší náklady  Optická vlákna jsou mnohem méně snadno aplikovatelná, něž elektrické kabely


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice MOST

Jádro (core) Vlastní přenos dat. Obal jádra (cladding) Ochrana a zpevnění jádra. Primární ochrana (buffer) Tvrzený akrylátový lak Řez optickým vláknem


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice FLEXRAY Flexible Ray = flexibilní paprsek Flexray Consortium (BMW,VW,Daimler AG,Adam OPEL AG, Robert Bosch GmbH, NXP Semiconductors, Freescale). Vysoká přenosová rychlost (až 10 Mb/s), Vysoká odolnost proti EMC x CAN/LIN.  Využíván jako: hlavní páteřní sběrnice systémy, závislé na přenosové rychlosti (Drive-by-Wire - plné elektrické ovládání auta, Airbag, ABS, ESP..) Poznámka - CAN a LIN vytváří propojení s méně náročnými částmi systému (dveřní jednotky,klimatizace,….)


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice FLEX RAY Přenosová rychlost až 10 Mb/s Lze adresovat až 2047 uzlů v clusteru Vzdálenost mezi uzly až 24 m Sériový přenos po dvouvodičové sběrnici Dva nezávislé kanály pro každou jednotku Zvýšená odolnost proti rušení (zabezpečení přenosu, diferenční přenos)  Mnoho konfigurací možného přenosu dat  Společná synchronizace všech jednotek v síti  Služba dálkové "probuzení" libovolného uzlu      

Propojení FLEXRAY s CAN a LIN


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice FLEX RAY Topologie FlexRay sběrnice/sítě  FlexRay - v rámci jednoho clusteru několik různých typů topologií a komunikačních cest.  FlexRay - konfigurace single channel/dual channel sběrnice  Sběrnice typu -hvězda (star network) -hybridní kombinace

Topologie sběrnice FLEXRAY


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice FLEX RAY Kritérium max. délky sběrnic:  Maximální zpoždění přenosu 2.4 mikrosekund  Maximální vzdálenost mezi uzly/komunikačními stanicemi 24 m  Maximálně 3 vzájemně propojené aktivní hvězdy


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Datová komunikační sběrnice FLEX RAY Využití:      

Automobilový průmysl Ostatní dopravní prostředky (letadla, lodě, vlaky) Automatizace a řízení budov Požární zabezpečí a zajištění vstupu a ostrahy budov Kompletní automatizace rozsáhlé výrobní linky Zdravotnické systémy - komunikace lékařským přístrojů, podpora života


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Řídící jednotka Technický popis funkce – Popis všech částí funkce (funkční oblasti, komunikace, propojení s ostatními ŘJ) Vytvoření mat. modelu:  Matlab - Numerické výpočty, analýzu dat a jejich vizualizaci, - Toolboxy pro zpracování signálu a obrazu, statistiku, optimalizaci


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Řídící jednotka  Simulink

-

Modelování, simulace a implementace dynamických systémů Fyzikální modelování, automatické generování kódu Otevřená architektura /integrace modelů z jiných prostředí Aplikace v řízení, zpracování signálu Aplikovaná matematika

 Stateflow - Teorie konečných automatů (stav. popis, výv.diag....) - Aplikovaná matematika Automatické řízení a regulace - Automatické řízení a regulace  Simscape, SimMechanics, SimHydraulics a SimElectronics - Nástoje pro modelování fyzikálních modelů


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Řídící jednotka Tvorba SW - (generování) kódu z modelu Návrh a vývoj hardwaru Simulace typu hardware-in-the-loop (HIL) RCP rychlé otestování navržené řídící strat. v ,,real-time“ s reálnými I/O  Rozdíl mezi HIL a RCP - řídící SW je simulován v real-time - okolí systému je reálný.  Využití RCP – letecký prům. - kosmický prům. - automobilový prům. - lékařské přístroje.


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Testovací místa

Testování/ Verifikace

Laboratorní zkoušky

Vlastní funkcionalita

Integrace

Jízdní zkoušky

Komunikace

Klimatické zkoušky

Klidové proudy


Speciální zkoušky

EMC

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Proces testování Specifikace testů

Implemntace testů

carts

Testování

Vyhodnocení

Ukládání výsledků


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Kalibrace / Parametrizace - přizpůsobení SW pro dané vozidlo - využití modulárního systému architektury Výhody - jedna ŘJ pro více typů automobilu - rychlá změna SW


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Příklad: Kalibrace / Parametrizace PLA (Park Lane Assist)  Totožná řídící jednotka Superb x Yeti (modulárnost)

 Totožná řídící jednotka Superb x Superb Kombi


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Kalibrace

Testování

Automatizace

Automatizace

Testování/ Verifikace

Laboratorní zkoušky

Vlastní funkcionalita

Manuální testování

Integrace

Jízdní zkoušky

Komunikace

Klimatické zkoušky

Klidové proudy

Automatizace


Speciální zkoušky

EMC

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Automatizace

Testovací místo

Mat. model

ŘJ

Ovl. Interface

Test.platform

Rozpoznávání obrazu

Ovl. Interface

Kamera

Robot

SW

HW


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Hil Simulace  Hardware In the Loop (HiL) simulace - testovaný objekt připojen k simulátoru - v reálném čase simulace skutečného el. okolí  Simulace složitých systémů pracujících v reálném čase  Simulace různých poruchových stavů


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Princip HiL simulace Řízení a vyhodnocování procesu

Testovací HIL platforma dSPACE

Odezvy IN

Podněty OUT

ŘJ motoru OUT

IN

ŘJ ABS

Control Desk

OUT

IN


Proces běžící v reálném čase v HIL simulátoru

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

HW testovací platformy

carts


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Simulator dSPACE Obsahuje: - výkonný zdroj - procesorovou kartu - O/I karty


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Tvorba modelu


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Mat. model elektromechan. okolí ŘJ  Vytvoření modelu v programu MATLAB-Simulink  Vygenerování zdrojových kódů v jazyce C  Překlad a upload do simulátoru


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

ControlDesk Grafický nástroj tvořící interaktivní rozhraní pro vizualizaci a testování s dSpace simulátorem


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Přiklad: Automatizace testování funkce PLA

PLA

Valeo Karte RBS

RBS: Rest Bus Simulace


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Automatizační (HW) PC

Kamery Robot

Breadboard

HIL simulátor El. zátěž Rozdělovač vzduchu


C A N B u s

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Automatizační (SW) PC

Breadboard

EXAM (správa testů)

Vision Builder (NI) (zprac. obrazu)

ControlDesk (rozhraní)

Modena (CAN monitor)

dSpace simulátor model (compiled)

hardware I/O


CAN Bus

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Rozpoznávání obrazu Funkce pro rozpoznávání v TOMLine, Vision Builder  Optical Character Recognition (OCR) - Jednotlivé znaky jsou porovnávány s databází znaků v TOMLine a poté jsou spojeny do slov  Object recognition - Využívá se vytvořený databázový soubor obrazců - Vhodné k testování kontrolních světel, čínských znaků, atd.


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Rozpoznávání obrazu  Optical Character Recognition - po zkonvertování barev jsou znaky analyzovány pomocí vektorové databáze písmen


Automatizace

Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Rozpoznávání obrazu  Object recognition - pokud se obrazce shodují s pravděpodobností větší než např. 90%, je obrazec na displeji prohlášen za rozpoznaný


Úvod

Funkce

Systém

Ř. Jednotka

Testování

Kalibrace

Automatizace

Rozpoznání obrazu PC

Kamera

Breadboard akce

Robot


Simulátor

Back Up


Automatické testování ŘJ - souhrn  Výhody:  přesnost provádění a vyhodnocování testů ŘJ  rychlé testování funkce ŘJ s novou verzí SW, HW ŘJ  rychlé testování ŘJ pro různé startovací impulsy  rychlé testování různých přepětí a podpětí v palubní síti  rychlé měření klidových proudů  snadná opakovatelnost testů  Nevýhody:  náročná tvorba modelů okolí řídících jednotek (př. klimatizace)  drahý HW a SW pro HIL testování


Ing. Radek Havlík

TME – Vedoucí vývoje vozu elektriky ŠKODA AUTO a.s., Tř. Václava Klementa 869, 293 60 Mladá Boleslav, Czech Republic T +420 326 8 15910, F +420 326 8 15185, eF +420 326 8 43568, M +420 604 292 074 [email protected], www.skoda-auto.com

Děkuji za pozornost

Principy návrhu dopravních prostředků. Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL) Ing. Radek Havlík (TME)

Recommend Documents