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Dongfeng Electric Vehicle sviluppa un sistema di gestione delle batterie per veicoli elettrici ibridi usando la progettazione Model-Based
“La progettazione Model-Based ci fornisce un processo di sviluppo integrato che parte dall’idea fino ad arrivare alla generazione del codice di produzione. Gli strumenti MathWorks ci hanno consentito di sviluppare una tecnologia chiave per la gestione delle batterie utilizzando le nostre competenze, in un ambiente che ha facilitato la verifica anticipata e continua del nostro progetto.”
Sfida
Soluzione
Risultati
- Progetto completato prima del previsto
- Riutilizzo del design abilitato
- 100% del codice dell'applicazione generato
Dongfeng Electric Vehicle (DFEV) è responsabile degli sforzi di ricerca e sviluppo per veicoli elettrici e veicoli elettrici ibridi (HEV) all'interno di Dongfeng Motor Company in Cina. L'azienda acquista la maggior parte dei componenti, come i motori di trazione e le batterie, dai fornitori. Tuttavia, poiché le strategie di controllo per la gestione delle batterie e la gestione dell’energia del veicolo sono fondamentali per le prestazioni e l’efficienza nei consumi nei veicoli ibridi (HEV), e questi controller devono essere ottimizzati e integrati a livello di veicolo, DFEV ha deciso di sviluppare internamente i sistemi di controllo elettronici per i propri HEV come parte della sua proprietà intellettuale originale.
Gli ingegneri di Dongfeng hanno utilizzato gli strumenti MathWorks e la progettazione Model-Based per sviluppare un sofisticato sistema di controllo della gestione delle batterie per il Dongfeng EQ6110, un autobus urbano ibrido che offre un'efficienza del carburante superiore del 30% rispetto agli autobus urbani standard, riducendo al contempo le emissioni.
“Un team di soli sei ingegneri ha sviluppato il modello di controller e generato il codice di produzione nei tempi previsti e rispettando il budget,” afferma il Dottore. Xiaokang Liu, ingegnere capo presso DFEV. “La verifica continua e l'utilizzo di modelli d'impianto per la simulazione in loop chiuso ci hanno permesso di identificare e risolvere i problemi in anticipo, garantendo che i nostri elevati standard di qualità fossero rispettati o superati.”
Sfida
Gli ingegneri di Dongfeng avevano esperienza nello sviluppo di controller in C, ma il progetto del sistema di gestione delle batterie era notevolmente più complesso. Anche l'integrazione dei sistemi di controllo del veicolo è stata una sfida.
"Nei progetti che coinvolgono più discipline ingegneristiche, gli stili di sviluppo variano notevolmente, il che rende le implementazioni basate su C difficili da correggere e mantenere", spiega Liu. "Con le nostre limitate risorse umane e materiali, la codifica manuale non era fattibile, visti i nostri stretti tempi di lavorazione di 18 mesi."
Gli ingegneri Dongfeng devono rispettare le linee guida di gestione della qualità ISO/TS 16949 e il codice che producono deve soddisfare l'insieme degli standard MISRA ® C seguiti da Dongfeng. “Abbiamo bisogno di un ambiente di sviluppo che consenta una verifica continua e generi codice di produzione coerente, conforme ed efficiente.”
Soluzione
Gli ingegneri Dongfeng hanno utilizzato gli strumenti MathWorks e la progettazione Model-Based per prima progettare, simulare e verificare il sistema di controllo della gestione delle batterie e poi generare il codice di produzione.
Dopo che i requisiti per il progetto sono stati stabiliti, è stata sviluppata una versione di base del modello di controller in virgola mobile utilizzando MATLAB®, Simulink® e Stateflow®. In parallelo, il team ha utilizzato dati di test per sviluppare un modello Simulink della batteria, che, quando utilizzato con il modello del controller, ha fornito informazioni sulla dinamica della batteria necessarie per verificare il design del controller.
Dopo i test unitari, il team ha collegato il modello del controller con il modello della batteria in Simulink ed ha eseguito simulazioni desktop per verificare la funzionalità di base degli algoritmi.
Per perfezionare ulteriormente gli algoritmi del controller, gli ingegneri hanno generato rapidamente il codice dal modello utilizzando Simulink Coder™ e hanno eseguito questo codice su un controller per una prototipazione rapida sulla batteria reale.
Con Fixed-Point Designer™, il gruppo ha convertito il modello da virgola mobile a virgola fissa ed ha eseguito un secondo ciclo di simulazioni desktop per verificare la qualità della conversione. Gli ingegneri hanno raccolto metriche di copertura delle condizioni/decisioni modificate (MC/DC) per valutare la completezza dei test.
Gli ingegneri hanno generato il codice di produzione dal modello utilizzando Embedded Coder®. Gli ingegneri hanno verificato che il codice generato si comportasse come atteso eseguendo test Software-In-the-Loop, nei quali il codice è stato eseguito in simulazione a loop chiuso utilizzando il modello di batteria sviluppato in Simulink.
Come fase di verifica finale, il team ha distribuito il codice alla ECU di destinazione, basata sul microcontrollore Freescale™ S12. Utilizzando il codice generato dal modello dell'impianto, hanno eseguito l'ECU in simulazione Hardware-In-the-Loop (HIL) per verificare l'integrazione tra il software del controller e l'hardware dell'ECU.
Il controller è stato quindi calibrato utilizzando CANape e installato su veicoli prototipo per test di affidabilità e durata su strada, sfruttando il file di calibrazione ASAP2 generato insieme al codice di produzione.
Il sistema di controllo delle batterie integrato è installato sugli autobus Dongfeng EQ6110, che sono attualmente in fase di prova.
Risultati
- Progetto completato prima del previsto. "Abbiamo avuto soltanto 18 mesi per trasformare l’idea iniziale in un proof-of-concept e successivamente consegnare un prodotto completo", afferma Liu. "Utilizzando la progettazione Model-Based, generando automaticamente il codice e semplificando la conversione da virgola mobile a virgola fissa, un piccolo team di sei ingegneri ha completato il lavoro in anticipo rispetto al programma."
- Riutilizzo del design abilitato. Gli ingegneri di Dongfeng stanno riutilizzando parti del design del controller per la berlina HEV dell'azienda, attualmente in fase di sviluppo. “Utilizzando la progettazione Model-Based e Simulink, gli ingegneri possono facilmente visualizzare le modifiche che devono essere apportate per la nuova applicazione, riducendo al minimo l'ambito delle modifiche e il tempo necessario per implementarle,” afferma Liu.
- 100% del codice applicativo generato. Il team ha generato oltre 100.000 righe di codice applicativo per il controller utilizzando Embedded Coder. "Poiché veniva generato automaticamente, il codice era coerente e più facile da gestire. Altrettanto importante è che il codice era di alta qualità, conforme alle linee guida MISRA C che dobbiamo seguire", afferma Liu. “Raggiungere questo livello di coerenza e qualità con la codifica manuale sarebbe molto difficile.”
