DYNACAR ‑ teljes járműszimuláció modellalapú dinamométerrel

A Tecnalia Research & Innovation cég által az NI LabVIEW és NI VeriStand, valamint az INERTIA felhasználásával kialakított járműszimulációs és erő­mérő rendszer annak köszönheti gyors megvalósulását, hogy a mérnöki gondolkodáshoz közel álló, univerzális mérő- és adatfeldolgozó rendszerrel a fejlesztők nem „nulláról” indultak.

A kihívás

A járműrendszerek prototípusának elkészítése rendkívül munka- és időigényes feladat, amely a fejlesztésre fordított teljes idő számottevő részét teszi ki. Célszerűnek látszott egy olyan modellalapú, dinamométerben használható, könnyen konfigurálható, moduláris járműmodell és tesztrendszer kifejlesztése, amely a prototípus elkészítésének feladatait megkönnyítve a teljes fejlesztési időt képes redukálni.

A megoldás

Megoldásként kínálkozott a National Instru­ments (NI) mérnöki tervező, szimulációs és mérőeszközökön alapuló, átfogó tesztrendszer létrehozása, amelyben a szimulációt az NI LabVIEW, a gerjesztés előállítását, az adatgyűjtést és a jegyzőkönyvkészítést pedig az NI VeriStand szoftvere végzi az INERTIA beépülő modullal kiegészítve.
    A Tecnalia – Európa egyik legnagyobb, magántulajdonú kutató, fejlesztő és innovációs vállalatcsoportja – az alábbi feladatokhoz kívánt eszközt kifejleszteni:

• fennakadásmentes váltás a beágyazott szoftverek fejlesztésének tervezési fázisa és a vezérlő rendszer gyors prototípustervezési fázisa között;

• a járművek erőátviteli rendszerében alkalmazott szabályozási stratégiák korszerű tesztelése.

Az alapgondolat magva az volt, hogy egy valósidejű rendszerbe beágyazott „virtuális jármű” létrehozásával pontosan kiszámíthatók a járműre vezetés közben ható, valódi fizikai hatások paraméterei.

Úgy döntöttünk, hogy a járműmodellt az alábbi alrendszerekre osztjuk:

• erőátvitel,

• hajtáslánc,

• kerekek,

• alváz,

• fékek.

Ez a felosztás több jelentős előnnyel jár: az egyes modell alrendszerek kifejlesztését arra a fejlesztőre bízhatjuk, akinek az adott alrendszerben a legtöbb tapasztalata van, a modellt pedig lépésenként bővíthetjük a fokozatosan elkészülő alrendszerekkel. Ebben a moduláris megközelítésben ­ a szimulált összetevőket – amint azok rendelkezésre állnak – könnyen lecserélhetjük valódi összetevőkre, a felhasználó pedig az általunk megtervezett alrendszereket más környezetekben létrehozott alrendszerekkel helyettesítheti.

A tesztrendszer időkövetelményei

Tesztszoftverünknek a következő képességekkel kellett rendelkeznie:

• legyen képes a valósidejűség elvárásainak megfelelő rendszermodellt előállítani különböző alrendszer-modellek integrá­lásával;

• az alrendszer-modellek fejlesztését, a programnyelvtől függetlenül, különböző nyelvi környezetben lehessen elvégezni;

• tegye lehetővé a rendszermodellek könnyű cseréjét;

• adjon lehetőséget arra, hogy az alrendszer-modellek egyszerűen valódi összetevőkre legyenek cserélhetők, amint azok rendelkezésre állnak;

• támogassa az adatgyűjtést és jegyzőkönyv készítését.

DYNACAR-rendszerünk teszt­szoftvereként a National Instruments VeriStand programjára esett a választás, mert az összes fenti követelményt minden további „ráfejlesztés” és külön beállítások nélkül támogatja. Rendszerünk tesztarchitektúráját nem a nulláról hoztuk létre, hanem az NI VeriStand termékével konfiguráltuk, ami jelentősen felgyorsította a fejlesztést. Ezenfelül a VeriStand révén több időt fordíthattunk a tesztelésre és a modell fejlesztésére is. Ábránk a fenti elvárásokat kielégítő rendszer megvalósításának összefoglaló vázlatát szemlélteti.

Felhasználási példa

A projekt célja egy meglévő próbapad frissítése volt. A próbapad egy teljes erőátviteli rendszert tartalmazott, amelyben egy elektromos hajtású gépkocsi vontatómotorja a differenciálművön és két féltengelyen keresztül kapcsolódott két kerékhez. A Dynacar-szoftverrel valósidejű, „Vehicle-in-the-Loop” és „Human-in-the-Loop” jellegű szimulációkat hoztunk létre, amelyek a jármű mechanikai alkatrészeit a valódi autóban tapasztalható igénybevételeknek és sebességeknek megfelelő terhelésnek vetették alá. Segítségükkel a beágyazott szoftverünket a laborban pontosan be tudtuk vizsgálni, ami csökkentette a helyszíni tesztelés időigényét.
    A rendszerben három motor jeleníti meg a modellre ható legfontosabb erőket. Az első a rendszer elektromos hajtását (a fő nyomatékképző elemet), a másik kettő pedig a kerék és az út közötti súrlódóerő által kifejtett ellenállást szimulálja. Ezt az erőt kell legyőznie az elektromos hajtásnak a vezetés valós környezeti feltételei között. A táblázat a tesztrendszer követelményeit tartalmazza.
A tesztkörnyezetként választott NI VeriStand-platform gyárilag támogatja a többmagos végrehajtást. A DYNACAR-rendszerben például a modellt három magon futtatjuk, ami 1 ms-os feldolgozási időt tesz lehetővé, míg a negyedik mag a többi funkciót – például a riasztások kezelését és a gerjesztőjelek előállítását – hajtja végre. Az adatfeldolgozásnak ez az elkülönítése tette lehetővé a valósidejű rendszer kellően gyors reagálását.

Az NI VeriStand-szoftverrel kifejlesztett Dynacar megvalósítási diagramja

Adatátvitel és tesztek

A három motor között minden adatátvitel CAN-protokollal történik. A CAN-üzenetek be-kimeneti (I/O) eszközéül az NI PXI-8512/2 modulját választottuk, amely NI-XNET-protokollt használ. Ez utóbbi egy intuitív API-csatolót is tartalmaz, amely egyedi üzenetekkel is kiegészíthető.
    Tesztrendszerünk mind a kézi tesztelést, mind a valós idejű tesztek automatikus elvégzését lehetővé teszi. A kézi tesztelés során a kezelő az autót a virtuális környezetben vezetve vizsgálhatja, hogyan reagál a rendszer a vezetési stílusból adódó különböző helyzetekre. Automatikus tesztelés során a modellt egy virtuális vezető vezeti egy előre definiált mintázat szerint. Mindkét fajta vizsgálatnál a mérnökök olyan üzemi pontokat is tesztelhetnek, amelyeket egy helyszíni mérés során nehéz vagy lehetetlen lenne reprodukálni.

A paraméterek beállítása

Az NI LabVIEW segítségével kifejlesztettünk egy grafikus kezelőfelületet. Ezen keresztül konfiguráljuk a modell paramétereit a vizsgálat követelményeinek megfelelően. A modellnek 150 konfigurálható jellemzője van. Ezzel számos járművet lehet emulálni, továbbá vezetési helyzeteket és automatikus vezetési ciklusokat lehet létrehozni.

Következtetések

A Tecnalia mind a járműmodell fejlesztőkörnyezetéhez, mind a járműmodellnek a végleges tesztrendszerben való megvalósításához az NI LabVIEW és az NI VeriStand szoftvert választotta. Ez a környezet megkönnyíti a programozást és a hardverrel való érintkezést, továbbá natív módon támogatja a jelenleg forgalmazott különböző protokollokat. Az NI VeriStand szoftver futásidőben szerkeszthető kezelőfelületét valós­időben ki lehet bővíteni vezérlőkkel, kijelzőkkel, grafikákkal és rekordokkal anélkül, hogy le kellene állítani a PXI-vezérlőn futó motor mozgását.
A Dynacar és a National Instruments eszközei segítségével olyan korszerű rendszert tudtunk építeni, amely lehetővé teszi járműalkatrészek és -vezérlők fejlesztését, ellenőrzését.
    Az Automotive Testing Technology Inter­­national szaklap a Dynacarnak ítélte oda „A 2011-es év CAE innovációja” díjat.

Szerző: Miguel Allende Marcos et al. – Tecnalia Research & Innovation, Spanyolország

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest
Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400, fax: +36 1 203 3490
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hungary.ni.com
Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Még több National Instruments