Sperimentazione HIL di sistemi di frenatura attiva: Impostazione e sviluppo

1. Politecnico di Torino I Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Tesi di Laurea Sperimentazione HIL di sistemi di frenatura attiva:Impostazione e sviluppo Candidato Lucchino Giovanni Relatori Prof. Mauro Velardocchia Ing. Paolo Guglielmi Ing. Giuliano Daniele 13 Ottobre 2010

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

3. 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.

4. Sistemi HIL Scopo delle prove HILè 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

5. Il banco Prova ABS/ESP • Piano superiore Pinze e dischi Il piano superiore del banco ospita l’intero impianto frenante di una vettura Alfa Romeo 159 1.9 JTD Mjet. Gruppo di potenza Attuatore idraulico Unità ABS 450EV – TRW: • ElettronicControl Unit (ECU) • Hydraulic Control Unit (HCU) Pompa doppia Servofreno

6. Il banco Prova ABS/ESP • Piano inferiore Unità Real Time National Instrument (PXI Target) Il piano inferiore ospita tutta la circuiteria di condizionamento e la strumentazione per il funzionamento in Real-Time del banco. Controller Scheda FPGA Scheda CAN 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 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 blocknecessario a collegare ogni canale di acquisizione con il relativo sensore o attuatore.

7. Il banco Prova ABS/ESP • Postazione di controllo Da questa postazione l’utente è in grado di controllare il banco a distanza e in completa sicurezza. Computer Host Switch controllo logiche Comandi dell’attuatore idraulico Pannello alimentazione 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 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 Da questo pannello si comanda l’alimentazione di tutti i sistemi del banco, compresi pompa oleodinamica e generatore di vuoto installati separatamente Attraverso questa manopola è possibile comandare manualmente l’attuatore idraulico oppure impostarlo sulla modalità «AUTO» gestita dal SW

8. Architettura di Simulazione Viceversa i sensori installati su tutti gli azionamento producono dei segnali di feedback che completano il loop Circuiti di condizionamento segnali Segnali velocità ruota simulati dal modello • Velocità ruote • TC switch • TC Lamp • BLS • VIGN Modello Simulink veicolo 14 g.d.l. Pannello di controllo Labview Le informazioni elaborate dai due SW vengono inviate al PC Target che provvederà a inoltrarle in tempo reale agli attuatori del banco. 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 Centralina TRW450 Ethernet RJ45 I/O Analog/digital PXI 7831R FPGA Sensori di pressione Pinze freno Circuito freni Alfa 159 – Banco prova Messaggi CAN generati dal modello Simulink I segnali giungono a tutti gli azionamenti I/O PXI 8461: Genera la rete CAN veicolo Messaggi CAN generati dalla centralina NI PXI

9. Configurazione Software • Scheda FPGA La 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 PXI Configurazione 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

10. 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

11. 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.

12. 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.

13. Grazie per l’attenzione.