Vývoj a testování elektronických řídicích jednotek pro automobily

Vývoj a testování elektronických řídicích jednotek pro automobily Jiří Sehnal Humusoft spol. s r.o. [email protected]

EVV 2011 Automobilová elektronika Praha, 7. 6. 2011

Jiří Sehnal, Humusoft spol. s r. o., [email protected]

1

O společnosti HUMUSOFT

Název firmy: Humusoft s.r.o. Založena: 1990 Počet zaměstnanců: 18 Sídlo: Praha 8, Pobřežní 20

    

MATLAB, Simulink Comsol Multiphysics dSPACE - vývojové systémy Vývoj vlastního SW & HW Multiprocesorové stanice HeavyHorse  Výukové modely


2

Počítačová síť na kolech

Software v Mercedesu S-Class: Počet elektronických řídicích jednotek (ECU):

 1990 1 MByte

 40 ve Volkswagenu Golf

 1998 100 MByte

 BMW 7 a Mercedes S-Class cca. 70

 2005 > 500 MByte


3

Složitost elektronických systémů je vážný problém  Složitost architektury ECU – Celkem 40 až 80 ECU – Několik subsystémů ECU – ECU si musí předávat data  Složitost propojení - Stovky až tisíce signálů - Různé komunikační protokoly - Diagnostika a správa po sběrnici  Složitost jednotlivých ECU - 50 až 500 softwarových modulů - Aplikační SW a základní software


4

Vývojový proces jako V-cyklus

Návrh řízení a offline simulace Kalibrace

Rapid Control Prototyping

Simulace Hardware-in-the-Loop

Automatické generování produkčního kódu Jiří Sehnal, Humusoft spol. s r. o., [email protected]

5

MATLAB

Prostředí pro technické výpočty – – –

–

–

Numerické výpočty Analýza a vizualizace dat de facto industry-standard, programovací jazyk vysoké úrovně umožnující snadný vývoj algoritmů Toolboxy pro zpracování signálu a obrazu, statistiku, optimalizaci, symbolickou matematiku a další oblasti Základ nástrojů firmy MathWorks


6

Simulink

Prostředí pro modelování, simulace a implementace dynamických systémů –

–

– –

Lineární, nelineární, diskrétní, spojité a hybridní systémy včetně systémů s více vzorkovacími frekvencemi Prostředí pro Model-Based Design, fyzikální modelování, automatické generování kódu, verifikaci Otevřená architektura umožňuje integraci modelů z jiných prostředí Aplikace v řízení, zpracování signálu, komunikacích a dalších oblastech inženýrské praxe


7

Vývojový cyklus - Model Based Design Požadavky a specifikace Modely Modelyprostředí prostředí Modely Modelychování chování systému systému

Návrh Implementace

Modely Modelyprostředí prostředí Modely Modelyfyzických fyzických komponent komponent

Algoritmy Algoritmy

Algoritmy Algoritmy

Spustitelný model

Simulace - Snižuje potřebu fyzických prototypů - Umožňuje systematickou “what–if” analýzu

C, C,C++ C++

VHDL, VHDL, Verilog Verilog

MCU MCU DSP DSP

FPG FPG ASIC ASIC AA

Testy a Verifikace

Automatické generování kódu - Redukce času a úsilí - Minimalizace chyb při programování

Hardware-in-theLoop Processor-in-theLoop


8

Model Based Design - modelování a simulace

Vytvoření modelu regulované soustavy • MATLAB • Simulink • System Identification Toolbox • Simulink Design Optimization

Návrh regulátoru

• MATLAB • Simulink • Stateflow • Control System Toolbox • Simulink Control Design • Simulink Design Optimization

Ověření návrhu offline simulací • MATLAB • Simulink • Stateflow


9






10

Model Based Design - Rapid Control Prototyping Simulink Coder

Překladač C

Knihovna I/O

Návrh regulátoru

Zdrojový kód C

Prototypová řídicí jednotka

• MATLAB • Simulink • Simulink Coder • Knihovna I/O podle cílové platformy - dSPACE RTI • Překladač C • Prototypová řídicí jednotka dSPACE MicroAutoBox, RapidPro Jiří Sehnal, Humusoft spol. s r. o., [email protected]

11






12

Model Based Design - Generování produkčního kódu  Produkční řídicí jednotka - Navržena s ohledem na minimální náklady v sériové výrobě - Malý výkon CPU - Málo paměti - Většinou nemá floating-point ALU - Náročné na optimalizaci

TargetLink

 Model-Based Design - Model odladěný na prototypové ECU se použije i na produkční ECU - Použije se generátor produkčního kódu - Implementace fixed-point aritmetiky - Optimalizace využití paměti - Optimalizace na konkrétní CPU - Kvalita ručně psaného kódu

 TargetLink Jiří Sehnal, Humusoft spol. s r. o., [email protected]

13

TargetLink - Pracovní postup

 Bloky TargetLinku a Simulinku lze kombinovat v jednom modelu  Uživatel rozhodne která část modelu se použije pro generování kódu  Možnost simulovat systémy s uzavřenou smyčkou s částmi používajícími TargetLink  Je možná simulace celého modelu

 Standardní Simulinková část – stimulace – soustava  Část s TargetLinkem pro generování kódu


14

TargetLink - Pracovní postup TargetLink Blockset

Simulink Blockset

ECU

automatický převod

generování kódu

Host floating-point simulation (MIL) návrh algoritmů  testy chování systému  scaling (aut. nebo ruční)  detekce přetečení  referenční data

Host Prod. Code simulation (SIL) efekty pevné řádové čárky  kvantizační chyby  saturace a přetečení  implementační volby

Target Prod. Code simulation (PIL)

E V M

validace kódu  doba výpočtu  velikost zásobníku  velikost RAM / ROM  konečná verifikace


15

TargetLink - Příklad meziblokové optimalizace RCP Code bool1 = (In >= 10); bool2 = (In <= -10); bool3 = bool1 || bool2; tmp1 = table_lookup(Table, In); tmp2 = In; if (bool3) out = tmp1; else out = tmp2; TargetLink Code

 - Odstraní zbytečný kód - Zkrátí dobu výpočtu - Odstraní dočasné proměnné

if ((In >= UT) || (In <= LT)) out = table_lookup(Table, In); else out = In;


16

TargetLink - Scaling proměnných Princip: scaling po blocích, autoscaling

- na základě výsledků simulace - pro nejhorší případ

Kompromis rychlosti, nároků na paměť a přesnosti: velká

rychlost výpočtu

scaling mocninou scaling mocninou dvou dvou s offsetem n

f=2 i malá

malá

obecný scaling

obecný scaling s offsetem

f=Si

f = S i + offs

n

f = 2 i + offs přesnost

velká

Scaling dialog:


17

TargetLink - AUTOSAR Library AUTOSAR (AUTomotive Open System Architecture)

 Generování SWC podle standardu AUTOSAR  Generování XML popisu SWC podle standardu AUTOSAR  Snadná integrace navržených algoritmů do vývojového prostředí AUTOSAR (například EB Tresos Studio)


18






19

Simulace Hardware In the Loop (HIL)

     

Systém je ověřen jako ve skutečném prostředí Testování implementace HW i SW Testování bez fyzických efektů prototypů (chyby, vadné kontakty, stárnutí součástek) Možnost simulace poruch (přerušené spoje, zkraty, poruchy čidel atd.) Reprodukovatelnost testů Testování kritických situací bez rizika Jiří Sehnal, Humusoft spol. s r. o., [email protected]

20

Soft ECU

Simulační modely ASM  Soft ECU Soft ECU Signals

Sensor Signals

 Model motoru

Engine

– Zážehový, vznětový

 Model pohonu

– – – – – –

Pohyb vozidla Pneumatiky Odpružení, tlumiče Řízení Aerodynamika Brzdový systém (BrakeHydraulics)

 Okolní prostředí

Drivetrain

Sensor signals to ECU

 Dynamika vozidla

Engine Speed Torque Engine

Actuator signals from ECU

– Pohon předních/zadních/všech kol – Automatická/manuální převodovka – Elasticita hřídelí

Torque Differential Tire Speed

Vehicle Dynamics

Sensor Signals

Environment Signals

Environment

– Silnice – Řidič – Manévry Jiří Sehnal, Humusoft spol. s r. o., [email protected]

21

HIL Simulátor motoru dSPACE      

Reálná řídicí jednotka Real-time hardware s aplikací a I/O Simulace poruch Reálné a simulované zátěže Reálné i virtuální přístroje Diagnostika


22






23

Nové trendy

 Nové návrhy jsou dělané jako Model Based Design  Generování cílového kódu je zavedená technologie  Nové oblasti aplikací – sofistikované asistenční systémy  Nové snímače (radar, kamera, GPS)  HIL je standardem pro testování  Redukce počtu ECU sdružováním funkcí  problémy se přesouvají ze síťové integrace do SW integrace (SystemDesk)  AUTOSAR  FPGA implementace, generování VHDL


24

Děkuji za pozornost


25

Vývoj a testování elektronických řídicích jednotek pro automobily

Recommend Documents