Des analyses le plus en amont possible
Le prototypage virtuel réduit les temps de développement et gagne de ce fait sans cesse en importance. L’add-on INTECRIO-VP d’ETAS permet d’étudier des modèles de systèmes sans disposer d’un coûteux matériel de prototypage. Des validations open loop sur la base de données de test existantes ou Model-in-the-Loop (MiL) peuvent ainsi être utilisés dès la phase précoce du développement pour valider et précalibrer de nouvelles fonctions.
Grâce à INTECRIO-VP, le prototypage virtuel s’effectue sur le PC du poste de travail. L’utilisation d’un système d’exploitation temps réel virtuel et la transmission de signaux entre les composants logiciels dans le respect des conditions du calculateur aboutit à des résultats particulièrement explicites. Il est possible d’intégrer des modèles de véhicules ou d’environnement, en plus des modèles de fonctions, ce qui autorise des applications MiL. Il est ainsi possible de valider des fonctions, mais aussi d’effectuer des précalibrations par exemple.
La durée de la simulation peut être modulée dans INTECRIO-VP. Des expérimentations virtuelles peuvent ainsi être réalisées « en accéléré », ce qui présente de gros avantages pour les processus automatisés par exemple. Les expérimentations virtuelles réalisées « au ralenti » permettent en revanche de mieux identifier les différents processus d’une simulation.
Les stimulations sont produites par le générateur de signaux de l’environnement d’expérimentation Experiment Environment d’ETAS.
Ses potentiels variés font d’INTECRIO-VP l’outil optimal pour le prototypage virtuel.
Avantages
- Prototypage virtuel avec différents artéfacts de développement
- Possibilité d’étudier des modèles de systèmes sans disposer d’un coûteux matériel de prototypage
- Utilisation de simulations MiL pour valider et précalibrer de nouvelles fonctions dès la phase précoce du développement
- Intégration de modèles de véhicules ou d’environnement en plus des modèles de fonctions
- La durée de la simulation peut être modulée dans INTECRIO-VP grâce à la fonction ralenti/accéléré
Exemple d’application : développement d’une pile à combustible chez GM
Les équipes qui ont développé le logiciel de calculateur pour la régulation et le modèle d’environnement du système de pile à combustible dans le cadre de la Fuel Cell Activity (FCA) de GM ont modélisé des régulateurs et environnements avec les outils Simulink® et Stateflow de The Mathworks. En l’absence d’algorithmes issus de projets précédents, l’ensemble de l’environnement de développement devait être réalisé sur la base de modèles pour le régulateur de pile à combustible. Des modèles validés lors d’études préliminaires à l’aide d’un équipement de prototypage rapide ont pu être utilisés afin d’en déduire la mise en œuvre du régulateur pour le calculateur. Le code des algorithmes de régulation généré automatiquement a été intégré dans une infrastructure logicielle de calculateur existante via un environnement d’intégration de calculateur pour commandes moteur modifié.
L’enjeu
Pour pouvoir utiliser les algorithmes de régulation dans un environnement Model-in-the-Loop (MiL) et dans un environnement Hardware-in-the-Loop (HiL), il faut reproduire le système de pile à combustible complet à l’aide d’un modèle d’environnement à la fois vaste et détaillé.
La solution
Avec l’add-on INTECRIO-VP, INTECRIO-IP remplace le calculateur par une simulation MiL efficace. L’environnement MiL est utilisé comme plateforme commune par les développeurs des algorithmes de régulation et des modèles d’environnement et par des testeurs logiciels. Grâce à un système de gestion de configuration, les différents groupes peuvent modifier l’environnement MiL indépendamment les uns des autres.
GM-FCA utilise INTECRIO-IP pour intégrer les modèles de régulateur et d’environnement séparés. Au début de l’évaluation d’INTECRIO-IP, le modèle de régulateur était basé sur la version MATLAB® R14SP2, tandis que le modèle d’environnement reposait sur la version 2006b. Un script MATLAB® simple rend les entrées et sorties du modèle de régulateur et d’environnement conformes à INTECRIO-IP en vue de la préparation de l’intégration. Si les combinaisons d’entrées / sorties présentent le même nom, l’environnement et le régulateur peuvent être associés automatiquement dans INTECRIO-IP.
INTECRIO-IP permet d’intégrer du code généré par Real Time Workshop (RTW) ou Embedded Coder (EC) sur la base de plusieurs modèles partiels, et avec différentes versions de MATLAB®/Simulink®. Le comportement du modèle intégré peut ensuite être testé lors d’une simulation sur PC.
Les avantages
Les développements et tests peuvent être réalisés à un stade précoce du processus de développement et une fois obtenus, les résultats peuvent être réutilisés.
La possibilité de regrouper les outils performants que sont INCA et LABCAR autour d’INTECRIO-IP autorise l’utilisation des mêmes outils dans les différentes phases du développement pour les mesures et calibrations, ainsi que pour les tests et leur automatisation.
INTECRIO-IP accélère par ailleurs la simulation et réduit les temps de réaction pour la modification, puis pour un nouveau test des modèles.
Pour plus de détails, veuillez vous reporter à l’article de RealTimes sur le prototypage virtuel chez GM [en anglais].
Exemple d’application : Software-in-the-Loop par cosimulation d’un modèle EDC et d’un modèle GT en prenant comme exemple un moteur MAN à 6 cylindres en ligne de la série D2676LF 25
Les commandes moteur actuelles telles que le système EDC (Electronic Diesel Control) de BOSCH comportent des centaines de fonctions destinées notamment à garantir le respect des seuils d’émissions fixés par la législation pour les gaz d’échappement. En raison de sa grande complexité, un moteur MAN à 6 cylindres en ligne de la série D2676LF 25 (cylindrée : 12,4 l, puissance : 353 kW à 1900 tr/min) constitue le support de test idéal pour utiliser Software-in-the-Loop. Des moteurs de ce type sont utilisés dans les séries de véhicules lourds TGS et TGX. Grâce à la turbocompression à 2 étages avec refroidissement de l’air de suralimentation et refroidissement intermédiaire, injection haute pression Common Rail, recyclage des gaz d’échappement (AGR) haute pression régulé via la sonde lambda, et à un post-traitement des gaz d’échappement composé d’un catalyseur d’oxydation, d’un filtre à particules diesel (DPF) et d’un catalyseur SCR (réduction catalytique sélective), ce moteur affiche des valeurs inférieures aux seuils d’émissions fixés par la norme EURO 6.
L’enjeu
Le développement et la précalibration des fonctions interviennent en règle générale sur le calculateur physique, au cours d’un processus long et très complexe qui nécessite l’intégration partielle d’autres composants matériels et d’entraînement sur des bancs d’essai réels.
La solution
Grâce à un banc d’essai virtuel, la connexion à des composants et matériels existants n’est plus nécessaire. Cette flexibilité a pu être mise à profit pour renforcer encore l’efficacité du processus de développement.
La plateforme d’intégration et de configuration INTECRIO-IP d’ETAS et l’add-on INTECRIO-VP ont permis de créer un environnement de développement virtuel (servant aussi de banc d’essai virtuel) pour les cas d’application que sont la calibration, le développement de fonctions et l’optimisation. Des modèles d’environnement (par exemple GT-Suite, Matlab®/Simulink®) ont pour ce faire été connectés à des modèles logiciels (Bosch EDC (Electronic Diesel Control)), et un code exécutable pouvant être ensuite commandé avec INCA a été généré.
Le banc d’essai virtuel utilisé était composé de modèles simulables de posttraitement des gaz d’échappement et du moteur, en association avec un logiciel également simulable sur PC.
Les avantages
Cette solution ouvre un large éventail d’applications, tant pour le développement de nouvelles fonctions que pour l’application de fonctions nouvelles ou déjà existantes, tout en garantissant une grande reproductibilité et adaptabilité des essais. Le travail de précalibration de processus longs tels que la charge du filtre à particules diesel peut être fortement réduit car les cycles de test dans un environnement virtuel peuvent être calculés en une fraction du temps réel.
La simulation du logiciel sur le banc d’essai virtuel avec ou sans modèles d’environnement associés permet un véritable front-loading dans les différentes phases du processus de développement. Il est ainsi possible de précalibrer et/ou de tester des fonctions hors ligne et sans matériel spécifique, dès une phase très précoce, et cela sans devoir utiliser la cible réelle. L’utilisation du banc d’essai virtuel intervient dans l’environnement habituel avec l’outil d’application INCA, ce qui améliore considérablement la convivialité et renforce donc l’acceptation par les utilisateurs.
Le fait que les modules logiciels utilisés, qui peuvent fonctionner sur PC, soient identiques aux composants logiciels cibles réels, et que leur exécution intervienne sur un système d’exploitation temps réel permet de garantir un comportement réaliste des modèles logiciels. Les résultats pouvant être obtenus sur le banc d’essai virtuel dépendent dans une large mesure de la qualité des modèles d’environnement utilisés. L’utilisation de modèles d’environnement issus du développement de moteurs a permis une bonne disponibilité des modèles avec une qualité à l’avenant.
Il existe d’autres scénarios d’application différents pour l’environnement de développement virtuel. Outre la calibration classique des fonctions, cet outil permet également une optimisation automatisée à l’aide d’outils d’optimisation. Un échange de fonctions est par ailleurs possible à tout moment grâce à la structure modulaire de l’environnement virtuel. L’environnement de développement peut de ce fait être également utilisé pour le développement de fonctions.