Sperimentazione HIL di sistemi di frenatura attiva:

Impostazione e sviluppoRelatori

Prof. Mauro Velardocchia

Ing. Paolo Guglielmi

Ing. Giuliano Daniele

CandidatoLucchino Giovanni

Politecnico di TorinoI Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Tesi di Laurea

13 Ottobre 2010

Indice

Sistemi Hardware In the Loop (HIL) Il banco Prova ABS/ESP Architettura di simulazione Configurazione software

Sistemi HIL

Con Hardware-in-the-Loop (HIL) si indicano quelle tecniche di sperimentazione (testing) che prevedono di estrapolare un componente in esame (Hardware) dal sistema in cui è inserito e di ricreare a banco, mediante l’utilizzo di opportuni sistemi, le condizioni di funzionamento reali.

Sistemi HIL

Scopo delle prove HIL è di anticipare le verifiche su componenti, sottosistemi e sistemi già nella fase di progettazione e prototipazione, senza attendere la disponibilità del prodotto finale cui sono destinate: test di fault-tolerance (robustezza rispetto ai

malfunzionamenti) affidabilità e durata su nuovi componenti possibilità di automatizzare l'esecuzione di

lunghe sequenze di test

Il banco Prova ABS/ESP

Piano superiorePinze e dischi

Gruppo di potenza

Attuatore idraulico

Il piano superiore del banco ospita l’intero impianto frenante di una vettura Alfa Romeo 159 1.9 JTD Mjet. Unità ABS

450EV – TRW:• Elettronic

Control Unit (ECU)

• Hydraulic Control Unit (HCU)

Pompa doppia

Servofreno

Il banco Prova ABS/ESP

Piano inferioreIl piano inferiore ospita tutta la circuiteria di condizionamento e la strumentazione per il funzionamento in Real-Time del banco.

Unità Real Time National Instrument (PXI Target)

Scheda FPGA

Scheda CAN

Controller

E’ il cuore dell’unita PXI e gestisce la comunicazione con il PC Host e quindi con l’utente.

Si occupa della generazione e dell’acquisizione dei segnali analogici e digitali da e per il banco.

Si occupa della comunicazione di tutti i sottosistemi del banco attraverso una rete seriale, utilizzando il protocollo CAN (Controlled Area Network)

Ogni scheda di acquisizione è dotata di un connector block necessario a collegare ogni canale di acquisizione con il relativo sensore o attuatore.

Un terzo connector block è stato creato per generare e distribuire tutti i segnali che l’impianto frenante si aspetterebbe se fosse realmente installato in vettura. L’assenza di tali segnali verrebbe diagnosticata come errore di sistema e pertanto non sarebbe possibile utilizzare il sistema ABS/ESP

Il banco Prova ABS/ESP

Postazione di controlloDa questa postazione l’utente è in grado di controllare il banco a distanza e in completa sicurezza.Computer Host

Su questo terminale sono installati i SW che realizzazione la simulazione in Real Time e che quindi consentono all’utente di impostare tutti i parametri prima della prova e di analizzare i risultati a test ultimato

Switch controllo logiche

Attraverso questo selettore è possibile scegliere se utilizzare la logica di controllo delle elettrovalvole di serie piuttosto che quella sviluppata internamente al laboratorio di dinamica e sicurezza del veicolo

Comandi dell’attuatore idraulico

Attraverso questa manopola è possibile comandare manualmente l’attuatore idraulico oppure impostarlo sulla modalità «AUTO» gestita dal SW

Pannello alimentazione

Da questo pannello si comanda l’alimentazione di tutti i sistemi del banco, compresi pompa oleodinamica e generatore di vuoto installati separatamente

Architettura di Simulazione

Modello Simulink veicolo 14 g.d.l.

EthernetRJ45 I/O Analog/digital

PXI 7831R FPGA

I/O PXI 8461: Genera la

rete CAN veicolo

Pannello di controllo Labview

NI PXI

Messaggi CAN generati dal modello

Simulink

Centralina TRW450

Circuiti di condizionamento

segnali

Messaggi CAN generati dalla

centralina

Segnali velocità ruota simulati dal modello - Velocità ruote

- TC switch- TC Lamp- BLS- VIGN

Circuito freni Alfa 159 – Banco prova

Sensori di pressionePinze freno

Dal pannello di controllo LabView si impostano tutti i parametri della prova come condizioni iniziali, tipologia di intervento sui freni, condizioni del fondo strada e degli pneumatici,…

Il modello di veicolo implementato in Simulink genera i segnali necessari a simulare l’installazione su reale vettura e simula il comportamento dinamico della vettura in base ai segnali provenienti dai sensori

Le informazioni elaborate dai due SW vengono inviate al PC Target che provvederà a inoltrarle in tempo reale agli attuatori del banco.

I segnali giungono a tutti gli azionamenti

Viceversa i sensori installati su tutti gli azionamento producono dei segnali di feedback che completano il loop

Configurazione Software

Scheda FPGALa scheda FPGA è un dispositivo digitale, programmabile via software che consente all’utente di gestire in qualsiasi momento le funzionalità implementate. Questo rende ideale il loro uso nelle attività di prototipazione. La programmazione di articola in più punti:Creazione del file base di progetto (.lvproj) dove viene configurato il PXIConfigurazione delle periferiche, quindi della FPGA e della CAN

Creazione degli strumenti di gestione e programmazione delle periferiche (.VI)

Compiling delle istruzioni in linguaggio macchina (.dll) e invio al PXI

Configurazione Software

Mapping canali (software)L’ operazione di mapping consiste nel collegare tra loro i tre ambienti del banco così da renderne possibile la comunicazione:

Collegamento tra variabili e parametri del modello Simulink con gli indicatori e i controlli di LabView

Associazione delle porte I/O del modello Simulink ai canali analogici e digitali di acquisizione del banco

Tutte le informazioni raccolte durante la simulazione vengono salvate in un file dal DATA LOGGING configurabile durante l’operazione di Mapping

Configurazione Hardware

Mapping canali (Hardware)Unitamente al Mapping SW è necessario collegare fisicamente i sensori del banco con le relative porte delle schede di acquisizione all’interno dei connector block.

Picofarad Racing Team

L’attività formativa all’interno del Laboratorio Pirelli, presso l’incubatore del Politecnico di Torino, oltre che per la stesura della presente Tesi di Laurea è stata fondamentale per l’acquisizione di importanti tecniche di programmazione di sistemi di acquisizione dati che verranno utilizzate nel proseguimento della mia attività all’interno del Picofarad Racing Team. Tale team ha messo a punto un veicolo completamente elettrico ad alte prestazione che, tra le tante attività, ha partecipato, con grande successo, alcuni giorni fa alla FORMULA ATA EHI.

Grazie per l’attenzione.