As ferramentas da NI mantêm a FORD na vanguarda da inovação

As ferramentas da NI mantêm a FORD na vanguarda da inovação
"A Ford tem uma longa história com a NI, e nós
usamos o NI LabVIEW para desenvolver vários
aspectos de toda célula de combustível dos
veículos elétricos que nós produzimos e com
sucesso projetamos e implementamos um sistema
de controle embarcado em tempo real para um FCS
automotivo."
- Kurt D. Osborne, Ford Motor Company (http://www.ford.com/)
O desafio:
Desenvolver uma unidade de controle eletrônico (ECU) para um sistema automotivo de célula de combustível capaz de demonstrar progressos
significantes para torná-lo comercialmente viável e que seja competitivo com os sistemas de transmissão convencionais baseados em combustão
interna.
A solução:
Projetar e implementar um sistema de controle embarcado em tempo real para um sistema automotivo de célula de combustível usando o NI
LabVIEW Real-Time e os módulos LabVIEW FPGA e uma controladora NI CompactRIO e verificar o sistema com o NI LabVIEW e um sistema
hardware-in-the-loop (HIL) com o chassi PXI de tempo real.
Autor(es):
Kurt D. Osborne - Ford Motor Company (http://www.ford.com/)
(http://www.ni.com/gsdawards/)
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Na vanguarda da inovação
Desde 1992, a Ford Motor Company tem se
dedicado ao desenvolvimento e pesquisa para um
sistema de célula de combustível (FCS). Apesar do
nosso progresso significante, várias deficiências
impediram os FCSs de se tornarem uma tecnologia
comercialmente viável que seja competitiva com os
sitemas de transmissão baseados em cobustão
interna. Nosso esforço em eliminar estas
deficiências começa demonstrando melhorias
significantes em áreas como o tempo de vida do
sistema e partida a frio.
Em conjunto com nosso projeto inovador FCS, nós
projetamos um novo sistema de controle usando
prototipagem rápida. Mudanças ocorreram durante
o desenvolvimento enquanto a equipe de projeto
melhorava o projeto através da verificação de regras
de sistemas de engenharia modelo V. Estes
projetos mudam frequentemente afetando a
interface entre os componentes do subsistema,
como os módulos de controle dos compressores de
ar e os módulos de controle das células de
combustíveis. Apesar das ECUs terem sido
amplamente sucedidas para produção de veículos,
existem melhores escolhas para sistemas de
controle de prototipagem. Em vez de modificar a
produção dos circuitos de E/S da ECU para adaptar
as mudanças de interfaces, nós usamos o
CompactRIO para prototipar rapidamente nossa
unidade de controle de combustível (ECU). Com o
CompactRIO, nós adaptamos rapidamente estas
mudanças de projeto e experimentamos novos
sensores e atuadores para novas soluções de
projeto.
Nós implementamos um sistema HIL composto de
uma controladora NI PXI-8186 em um NI PXI-1010
combinando o chassi PXI/SCXI com placas de E/S
PXI e SCXI associadas, incluindo uma rede
controller area network (CAN), para verificar a
estratégia de funcionalidade de controle embarcado
na controladora CompactRIO (
http://www.ni.com/compactrio/). Este sistema HIL,
implementado com o LabVIEW Real-Time (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/2381),
tem uma interface gráfica direcionada ao usuário
(GUI) que fornece um estímulo de entrada manual e
automática para a ECU para validar a operação de
controle de estratégia enquanto exibe um aviso do
CompactRIO no monitor HIL. A validação do
sistema HIL era muito bem sucedida , e nós
tinhamos que fazer apenas pequenas mudanças na
estratégia após o CompactRIO começar a controlar
a atual planta FCS.
Desempenho garantido
Controle de sistemas de transmissão automotivos
demandam desempenho em tempo real. Para
fornecer um determinismo necessário para um
desempenho em tempo real, o módulo LabVIEW
Real-Time fornece um sistema de operação em
tempo real (RTOS) comercial para uma determinada
controladora. Quando nós mudamos a utilização de
um NI cRIO-9002 (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/14160)
para uma controladora embarcada de tempo real NI
cRIO-9012 (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/203347
) para aumentar o desempenho, o LabVIEW
Real-Time automaticamente transfere de um
Pharlap RTOS para um VxWorks RTOS. Com os
produtos NI operando para suportar aplicações
RTOS, nossa equipe focou em fornecer um sistema
de controle de célula combustível ao invés de focar
em detalhes do RTOS.
O controlador FCS recebe várias entradas de
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O controlador FCS recebe várias entradas de
sensores, atuadores, outros controladores e
sistemas dentro do veículo. Com o CAN agora
presente no projeto automotivo, transmite e recebe
uma quantia significativa de E/S interna ou externa
do FCS. Durante o teste de laboratório, nós
simulamos o controle mestre do veículo em um
teste de desempenho baseado no LabVIEW (
http://www.ni.com/labview/), que se comunicou via
CAN com a controladora slave do FCS. Por estes
motivos , o CompactRIO CAN suporta aplicações
críticas para um FCS automotivo. Quando
necessitamos de mais desempenho para nossa
aplicação CAN, a NI nos forneceu rapidamente um
recente método de desenvolvimento para suportar o
CAN em maior velocidade nas plataformas
baseadas em VxWorks, assim como o cRIO-9012.
Adicionalmente para permitir o uso da canal API do
CAN, a nova biblioteca CAN de conversão de canal
era tão rápida quanto antes, e assim reduziu nosso
tempo de desenvolvimento.
Os produtos da NI sempre foram bem conhecidos
por oferecer um sistema de arquitetura aberta. O NI
Measurement & Automation Explorer (MAX)
importou facilmente mensagens CAN da base de
dados desenvolvidas em uma ferramenta fabricada
por outro CAN. Esta característica nos permitiu
trocar a base de dados sem decodificar ou gravar
mensagens CAN da base de dados.
Perfeita Integração Tecnológica
Para este projeto, nós implementamos uma
estratégia de controle com o NI LabVIEW
Professional Development System em conjunto com
dois módulos add-on. Inicialmente, nós usamos o
módulo LabVIEW Real-Time para implementar o
software em tempo real para programar a
controladora de tempo real. Depois, nós
implementamos o software baseado em FPGA
usando o LabVIEW FPGA Module (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/11834)
para conduzir todas as E/S, incluindo o CAN. Cada
um destes módulos add-on do NI LabVIEW foram
perfeitamente integrados no ambiente de
desenvolvimento NI LabVIEW , e o NI LabVIEW tem
como diferencial a visualização gráfica que foi uma
das característas essenciais que nós usamos.
Adicionalmente, o NI Real-Time Execution Trace
Toolkit rapidamente se tornou uma ferramenta
importante de ajuda para solucionar problemas
cronométricos. Usando esta ferramenta gráfica, nós
encontramos áreas no código embarcado de tempo
real que não tinham o desempenho desejado, e
também, otimizamos o código para garantir um
desempenho adequado em tempo real. Sem um
produto como o NI Real-Time Execution Trace
Toolkit (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/13746)
, nós precisaríamos de um equipamento de teste
caro, como um emulador de circuitos e analizadores
lógicos.
Enquanto alguns desenvolvedores tem dificuldades
ao implementar controle de versão, no NI LabVIEW
é diferente , devido à excelente integração do NI
LabVIEW com o programa de controle de versão
Microsoft Visual SourceSafe, nós usamos durante o
desenvolvimento do software, com sucesso e sem
problemas integramos o controle de versão. Com
um simples clique no botão direito do mouse na
origem do ícone do VI na janela de projeto no NI
LabVIEW, nós podemos exibir uma lista de funções
como verificação de arquivos na entrada e saída. É
um software de fácil utilização e fundamental para
ganhar apoio para o desenvolvedor de software de
gerenciamento de versão.
LabVIEW em todos os lugares - Nossa
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LabVIEW em todos os lugares - Nossa
motivação para utilizar LabVIEW
Nós desenvolvemos o controle estratégico para
nosso primeiro projeto de FCS usando o LabVIEW
por várias razões. Primeiro que, o número de
desenvolvedores necessários para implementação
no nosso processo padrão de desenvolvimento de
software excedeu os recursos disponíveis. No
entanto, usando o NI LabVIEW, nós tivemos um
maior número de recursos por que vários
engenheiros já tinham experiência em LabVIEW e
os demais foram treinados. Segundo que, com a
sinergia natural entre o desenvolvimento do
software para o controlador de prototipagem rápida
e bancadas de testes , que já estavam
desenvolvidas usando o LabVIEW, as VI podiam ser
compartilhadas, os ambientes de desenvolvimento
são os mesmos, e os hardwares são similares.
Terceiro que, por causa dos VIs modulares do NI
LabVIEW que eram compatíveis à versões
anteriores, nós reutilizamos VIs que foram
desenvolvidos há mais de 10 anos atrás como base
de nosso sistema HIL. Adicionalmente, nosso
sistema de teste de laboratório, baseado no
hardware NI e no LabVIEW, armazenou facilmente
os dados de teste no formato de arquivos technical
data management streaming (TDMS) para análise
no NI DIAdem data management software (
http://www.ni.com/diadem/). Junto com a
visualização de dados normal , nós usamos o
DIAdem para procurar rapidamente e
automaticamente através de múltiplos arquivos de
dados para encontrar alguma anomalia de
desempenho e plotá-las nos gráficos com
observações. E finalmente, o suporte técnico da NI a chave do sucesso – que sempre foi o melhor da
indústria.
A Ford tem uma longa história com a NI , e nós
temos utilizado o NI LabVIEW para desenvolver os
vários aspectos de célula de combustível elétricas
automotivas que nós produzimos e com sucesso
projetamos e implementandos um controle de
sistema embarcado para um FCS automotivo.
Informações do autor:
KurtD. Osborne
Ford Motor Company (http://www.ford.com/)
1201 Village Rd
Dearborn, MI 48121
Tel: 313-322-3202
[email protected] (mailto:[email protected])
Nossas pesquisas em sistemas de células de combustível(FCS) resultaram em veículos de primeiro mundo, com desempenho de carros com células de combustível
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Nossas pesquisas em sistemas de células de combustível(FCS) resultaram em veículos de primeiro mundo, com desempenho de carros com células de combustível
(P2000) e o primeiro carro com célula de combustível híbrida plug-in (Ford Edge)
Usamos CompactRIO para controlar o inovador sistema de célula de combustível.
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No diagrama de blocos, a interface do controlador de tempo real CompactRIO FCS no sitema HIL de tempo real usada para executar a verificação de software.
Um simples, e claro GUI oculta o VI de tempo real do sistem HIL.
Informações legais
Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO
ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA
NOS TERMOS DE USO DA NI.COM (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/ (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/)).
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