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Sperimentazione HIL di sistemi di frenatura attiva: Impostazione e sviluppo Relatori Prof. Mauro Velardocchia Ing. Paolo Guglielmi Ing. Giuliano Daniele.

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1 Sperimentazione HIL di sistemi di frenatura attiva: Impostazione e sviluppo Relatori Prof. Mauro Velardocchia Ing. Paolo Guglielmi Ing. Giuliano Daniele Candidato Lucchino Giovanni Politecnico di Torino I Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Tesi di Laurea 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 lutilizzo di opportuni sistemi, le condizioni di funzionamento reali.

4 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

5 Il banco Prova ABS/ESP Piano superiore Pinze e dischi Gruppo di potenza Attuatore idraulico Il piano superiore del banco ospita lintero impianto frenante di una vettura Alfa Romeo JTD Mjet. Unità ABS 450EV – TRW: Elettronic Control Unit (ECU) Hydraulic Control Unit (HCU) Pompa doppiaServofreno

6 Il banco Prova ABS/ESP Piano inferiore Il 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 dellunita PXI e gestisce la comunicazione con il PC Host e quindi con lutente. Si occupa della generazione e dellacquisizione 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 limpianto frenante si aspetterebbe se fosse realmente installato in vettura. Lassenza di tali segnali verrebbe diagnosticata come errore di sistema e pertanto non sarebbe possibile utilizzare il sistema ABS/ESP

7 Il banco Prova ABS/ESP Postazione di controllo Da questa postazione lutente 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 allutente 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 dellattuatore idraulico Attraverso questa manopola è possibile comandare manualmente lattuatore idraulico oppure impostarlo sulla modalità «AUTO» gestita dal SW Pannello alimentazione Da questo pannello si comanda lalimentazione di tutti i sistemi del banco, compresi pompa oleodinamica e generatore di vuoto installati separatamente

8 Architettura di Simulazione Modello Simulink veicolo 14 g.d.l. Ethernet RJ45 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 pressione Pinze 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 linstallazione 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

9 Configurazione Software Scheda FPGA La scheda FPGA è un dispositivo digitale, programmabile via software che consente allutente 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 loperazione 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 allinterno dei connector block.

12 Picofarad Racing Team Lattività formativa allinterno del Laboratorio Pirelli, presso lincubatore del Politecnico di Torino, oltre che per la stesura della presente Tesi di Laurea è stata fondamentale per lacquisizione di importanti tecniche di programmazione di sistemi di acquisizione dati che verranno utilizzate nel proseguimento della mia attività allinterno 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 lattenzione.


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