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
Relatori
Prof. Mauro Velardocchia
Ing. Paolo Guglielmi
Ing. Giuliano Daniele
Candidato
Lucchino Giovanni
13 Ottobre 2010
Indice
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

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 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:
• Elettronic
Control Unit
(ECU)
Pompa doppia
Servofreno
• Hydraulic
Control Unit
(HCU)
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)
Controller
Scheda FPGA
Scheda CAN
Un
terzo
connector
block
stato
creato
per
E’ iloccupa
Si
Ogni
cuore
scheda
della
dell’unita
di acquisizione
generazione
comunicazione
PXI eègestisce
èe dotata
di
dell’acquisizione
tutti
la idisottosistemi
un
dei
generare
eblock
distribuire
tutti
iada
segnali
l’impianto
comunicazione
segnali
del
connector
banco
analogici
attraverso
con
necessario
e ildigitali
PC
una
Host
rete
collegare
eseriale,
equindi
perche
ilcon
utilizzando
banco.
ogni
l’utente.il
frenante
aspetterebbe
fosse
realmente
protocollo
canale
disiacquisizione
CAN
(Controlled
conseilArea
relativo
Network)
sensore o
installato
attuatore.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 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
Attraverso
Su
questo terminale
questo selettore
sono installati
è possibile
i SWscegliere
che realizzazione
se utilizzare
la la
simulazione
logica di in
Attraverso
Da
questo pannello
questa manopola
si comanda
è possibile
l’alimentazione
comandare
di tutti
manualmente
i sistemi dell’attuatore
banco, compresi
idraulico
pompa
Real Timedelle
controllo
e cheelettrovalvole
quindi consentono
di serie
all’utente
piuttostodiche
impostare
quella sviluppata
tutti i parametri
oppure impostarlo
oleodinamica
e generatore
sulla modalità
di vuoto
«AUTO»
installati
gestita
separatamente
dal SW
prima della prova
internamente
al laboratorio
e di analizzare
di dinamica
i risultati
e sicurezza
a test ultimato
del veicolo
Architettura di Simulazione
Viceversa i sensori installati su tutti gli azionamento producono dei segnali di
feedback che completano il loop
Segnali velocità ruota
simulati dal modello
Modello Simulink
veicolo 14 g.d.l.
Pannello di
controllo Labview
Circuiti di
condizionamento
segnali
- Velocità ruote
- TC switch
- TC Lamp
- BLS
- VIGN
Le informazioni elaborate dai due SW vengono
inviatedialdiveicolo
PC
Target
che provvederà
a inoltrarle
Dal
pannello
controllo
LabView
si inimpostano
tutti i
Il modello
implementato
Simulink
genera
in tempo
reale
attuatori
del banco.
i parametri
della
prova
come
condizioni
iniziali,
segnali
necessari
a agli
simulare
l’installazione
su reale
Centralina TRW450
tipologia
intervento
sui freni, condizioni
deldella
fondo
vettura edisimula
il comportamento
dinamico
strada
degli
vetturae in
basepneumatici,…
ai segnali provenienti dai sensori
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
NI PXI
I/O
PXI 8461: Genera la
rete CAN veicolo
Messaggi CAN
generati dalla
centralina
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
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.