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

Transkript

1 Principy návrhu dopravních prostředků Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL) Ing. Radek Havlík (TME) FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

2 Obsah : V - Diagram Úvod Funkce Systém Řídící jednotka Testování Kalibrace Automatizace Funkce Systém Řídící jednotka Kalibrace Testování 2 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

3 Úvod vývoj elektr(on)iky vozu Počet ŘJ roky 3 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

4 Vývoj vozu Možnost provedení změny Náklady na provedení změny Virtuální ověření Reálné ověření Náklady na provedení změny Možnost provedení změny Definiční fáze SOP t 4 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

5 FUNKCE-základní popis Účel odůvodnění zavedení nové funkce (Komfort, bezpečnost,.) Funkčnost popis jednotlivých podfunkcí (Bezpečnostní) kritéria kritéria aktivace / deaktivace fce - Parametrizace - Bezpečnostní kritéria - 5 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

6 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 6 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

7 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 7 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

8 Příklad: Architektura Superb vs. Favorit Škoda Favorit Škoda Superb 8 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

9 Základní oblasti architektury Komfort Infotainment Pohon Podvozek 9 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

10 Zasíťování ŘJ 10 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

11 Příklad: Zasíťování funkce PLA (Park Lane Assist) PLA-Senzor přední levý PLA-Senzor Zadní levý PDC Senzory přední Senzor momentu PLA-Sensor přední pravý PLA-Senzor Zadní pravý Snímače otáček kol PDC- Senzory zadní Repro přední Repro zadní ABS/ESP Servořízení Parklenkassistent Kl.15 Podvolantový modul BCM ZAS Kl.15 Směrová světla Spínač zpátečky Antriebs-CAN PDC-Taste Převodovka Motor PLA-Taste Přívěs Zásuvka přívěsu Radio Infotainment- CAN Gateway Kombi-CAN Kombi- Přístroj Venkovní teplota Komfort-CAN 11 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

12 Komunikační sběrnice Přenosová rychlost Max. počet uzlů na sběrnici Oblast využití Příklad použití CAN LIN MOST FLEXRAY 500kB/s(max 20 kbit/s 1-10 Mb/s 10 Mb/s 1Mb/s) 110 Master/slave Standartní systémy Klimatronik, BCM, přívěs,. Nejméně náročné aplikace, nevyžadující vysokou přenosovou rychlost El.střecha, el.dveře Infotainment (media) Radio, zesilovač,tv Řízení podvozku, bezpečnostní systémy.. Motor, ESP, Airbag 12 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

13 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 13 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

14 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 14 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

15 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 15 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

16 Datová komunikační sběrnice CAN Nevýhody Omezený počet dat přenášených v rámci jedné zprávy (0 až 8 Byte) Prvotní náročnost nastavení registrů CAN sběrnice 16 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

17 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 bit/s. LIN sběrnice 17 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

18 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 18 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

19 Datová komunikační sběrnice LIN Nevýhody: vyšší hodnotu EME (Electromagnetic Emission) X CAN LIN fyzická vrstva 19 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

20 Datová komunikační sběrnice MOST MOST -Media Oriented System Transport CAN sběrnice - nevhodná pro přenost dat. medií 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 20 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

21 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 21 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

22 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 22 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

23 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 23 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

24 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,.) 24 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

25 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 25 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

26 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 26 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

27 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 27 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

28 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 28 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

29 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 29 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

30 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 30 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

31 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. 31 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

32 Testovací místa Testování/ Verifikace Laboratorní zkoušky Jízdní zkoušky Klimatické zkoušky Speciální zkoušky Vlastní funkcionalita Integrace Komunikace Klidové proudy EMC 32 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

33 Proces testování Specifikace testů Implemntace testů Testování carts Vyhodnocení Ukládání výsledků 33 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

34 Kalibrace / Parametrizace - přizpůsobení SW pro dané vozidlo - využití modulárního systému architektury Výhody - jedna ŘJ pro více typů automobilu - rychlá změna SW 34 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

35 Příklad: Kalibrace / Parametrizace PLA (Park Lane Assist) Totožná řídící jednotka Superb x Yeti (modulárnost) Totožná řídící jednotka Superb x Superb Kombi 35 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

36 Automatizace Testování/ Verifikace Laboratorní zkoušky Jízdní zkoušky Klimatické zkoušky Speciální zkoušky Vlastní funkcionalita Integrace Komunikace Klidové proudy EMC Manuální testování Automatizace 36 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

37 Automatizace Testovací místo Mat. model Ovl. Interface Rozpoznávání obrazu Ovl. Interface SW ŘJ Test.platform Kamera Robot HW 37 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

38 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 38 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

39 Princip HiL simulace Řízení a vyhodnocování procesu Odezvy Testovací HIL platforma dspace Podněty IN OUT OUT ŘJ motoru IN Control Desk OUT ŘJ ABS IN Proces běžící v reálném čase v HIL simulátoru 39 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

40 HW testovací platformy carts 40 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

41 Simulator dspace Obsahuje: - výkonný zdroj - procesorovou kartu - O/I karty 41 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

42 Tvorba modelu 42 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

43 Mat. model elektromechan. okolí ŘJ Vytvoření modelu v programu MATLAB-Simulink Vygenerování zdrojových kódů v jazyce C Překlad a upload do simulátoru 43 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

44 ControlDesk Grafický nástroj tvořící interaktivní rozhraní pro vizualizaci a testování s dspace simulátorem 44 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

45 Přiklad: Automatizace testování funkce PLA PLA Valeo Karte RBS RBS: Rest Bus Simulace 45 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

46 Automatizační (HW) PC Robot Kamery Breadboard HIL simulátor El. zátěž C A N B u s Rozdělovač vzduchu 46 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

47 Automatizační (SW) EXAM (správa testů) PC Vision Builder (NI) (zprac. obrazu) Breadboard ControlDesk (rozhraní) Modena (CAN monitor) CAN Bus dspace simulátor model (compiled) hardware I/O 47 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

48 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. 48 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

49 Rozpoznávání obrazu Optical Character Recognition - po zkonvertování barev jsou znaky analyzovány pomocí vektorové databáze písmen 49 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

50 Rozpoznávání obrazu Object recognition - pokud se obrazce shodují s pravděpodobností větší než např. 90%, je obrazec na displeji prohlášen za rozpoznaný 50 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

51 Rozpoznání obrazu PC Kamera Breadboard akce Robot Simulátor 51 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

52 Back Up 52 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

53 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 53 FD - 16PDP Elektrické systémy automobilu, zkoušky elektroniky (HIL), Ing. Havlík,

54 Ing. Radek Havlík TME Vedoucí vývoje vozu elektriky ŠKODA AUTO a.s., Tř. Václava Klementa 869, Mladá Boleslav, Czech Republic T , F , ef , M Radek.Havlik@skoda-auto.cz, Děkuji za pozornost