MATLAB e Simulink aiutano Toyota a fare progetti per il futuro

Sotto la crescente pressione di accelerare la progettazione, aumentare la qualità e ridurre i costi di R&S, gli ingegneri di Toyota sapevano che era necessaria un’alternativa ai metodi di progettazione tradizionali. Tali metodi non erano né economici né efficienti e presentavano una serie di svantaggi tra cui prototipi hardware costosi o incompleti e un processo di progettazione che richiedeva la reingegnerizzazione e la riprogrammazione in varie fasi del percorso. Toyota ha iniziato a cercare un modo per colmare le lacune nello sviluppo dell’elettronica automobilistica tradizionale e per creare delle specifiche eseguibili per consolidare il lavoro di scrittori tecnici, progettisti di controllo e programmatori.

Toyota ha adottato strumenti MathWorks come MATLAB, Simulink, Simulink Coder e Stateflow come soluzione di progettazione completa.

L’iniziativa di Toyota e la sua collaborazione per lo sviluppo con MathWorks, è stata avviata quando i produttori automobilistici hanno scelto prima MATLAB e poi Simulink. “Il nostro utilizzo [di questi strumenti] sta via via crescendo”, afferma il portavoce di Toyota, Akira Ohata. “Ora abbiamo più di 400 licenze per MATLAB, Simulink e Stateflow, che sono diventati lo standard “de facto” a Toyota per la simulazione, l’elaborazione dei dati e la progettazione dei controlli. Sarebbe impossibile elencare tutte le applicazioni di questi strumenti a Toyota”.

Gli strumenti MathWorks sono ormai diventati di casa nello sviluppo delle unità di controllo elettronico (ECU) di Toyota (i controller sotto al cruscotto che eseguono il software che gestisce i veicoli). Di fronte a rigorosi standard sulle emissioni e richieste di aumento delle prestazioni, gli ingegneri di Toyota si stanno concentrando sul miglioramento di aspetti di logica vitale come l’iniezione del carburante e i controlli della trasmissione.

Con le soluzioni di progettazione di MathWorks, gli ingegneri di Toyota hanno il grande vantaggio di poter progettare, modellare, simulare, testare e programmare strategie di controllo in un unico ambiente. Ad esempio, le specifiche per i controller dei motopropulsori di Toyota nascono ora nell’ambiente intuitivo e auto-documentante di Simulink e Stateflow, che sono entrambi supportati dalle funzionalità industriali di calcolo, analitiche e di visualizzazione di MATLAB.

Gli ingegneri che si occupano di controlli lavorano direttamente in queste specifiche eseguibili, affinando le strategie di controllo e ottimizzando le prestazioni. Il lavoro degli ingegneri è così a un solo passo di distanza dall’utilizzo del codice C in Simulink Coder, con il software che viene codificato secondo l’intento dell’ingegnere di controllo.

Gli ingegneri di Toyota utilizzano il codice insieme all’hardware e al software di implementazione prodotto da dSPACE in Germania per i test e la prototipazione virtuale. Toyota sfrutta due tipi di simulazione: la simulazione Hardware-In-the-Loop (HIL), che consente di testare un prototipo ECU su un “motore virtuale” modellato in Simulink, e la prototipazione rapida ECU (RPE), che consente al simulatore di sostituire l’ECU in toto o in parte, consentendo il controllo di un vero e proprio impianto elettrico.

Toyota utilizza HIL con il motore virtuale Simulink per eseguire il debug dell’hardware e del software ECU e per la calibrazione. La configurazione HIL riduce i costi, rende semplice l’analisi delle prestazioni e consente di duplicare le condizioni operative come l’avviamento a freddo e il riscaldamento. Con RPE, gli ingegneri di Toyota possono calibrare i parametri degli algoritmi di controllo e valutare velocemente la logica di controllo. Gli sviluppatori costruiscono la logica di controllo in MATLAB e la valutano con Simulink, trovando i candidati più promettenti.

Con l’utilizzo dell’hardware dSPACE, le parti modificate del controllo del motore possono essere separate mentre l’ECU controlla un vero e proprio impianto elettrico di un’automobile. Ciò consente agli ingegneri di concentrarsi sulle aree in via di miglioramento o di sviluppo.