TATA Motors construye un sistema de pruebas HIL para simulación de vehículos híbridos usando las herramientas de NI

Sobre Tata Motors

TATA Motors es la compañía de automóviles más grande de la India. Es líder en vehículos comerciales en cada segmento y entre los primeros en vehículos de pasajeros, con productos reconocidos en los segmentos de vehículos compactos, medianos y utilitarios. También es el quinto fabricante de camiones y el cuarto fabricante de autobuses más grande del mundo.

Como parte del Equipo de Integración Avanzada de TATA Motors, nuestra responsabilidad es validar la integración de los principales componentes electrónicos en un vehículo, como las unidades de control electrónico (ECU) y los grupos de instrumentos. Esta responsabilidad también incluye responder y resolver fallas en campo reportadas y brindar retroalimentación a los respectivos equipos. En una perspectiva más amplia, el Equipo de Integración Avanzada sirve como puente entre la fase del diseño del desarrollo del vehículo y la implementación final del vehículo.

Especificaciones de la aplicación

El objetivo de nuestro proyecto era construir una configuración de prueba universal que pudiera personalizarse fácilmente para probar cualquier ECU con un esfuerzo mínimo. El sistema también necesitaba ser escalable para atender a múltiples ECUs simultáneamente y lo suficientemente flexible como para interactuar con diferentes ECUs en ocasiones.

Para uno de los próximos vehículos híbridos en paralelo, decidimos integrar todas las ECUs y componentes electrónicos en un entorno de laboratorio y validar la integración usando una prueba de hardware-in-the-loop (HIL). Queríamos atender todos los escenarios en campo probables y rectificar los problemas antes de ensamblar el primer prototipo físico. Los resultados de la prueba de integración podrían ayudar significativamente con la selección del software de la ECU y la evaluación de opciones de varios proveedores con múltiples funcionalidades.

Cuando conceptualizamos inicialmente el diseño del vehículo, aislamos cuatro componentes principales de la ECU e ideamos el plan de pruebas según los requisitos. En ese momento, nos decidimos por un sistema HIL que no es de NI para satisfacer nuestras necesidades de prueba. Más tarde adquirimos ese sistema. Durante el mismo período, usamos un sistema PXI de NI para realizar pruebas HIL de una ECU en particular para un vehículo diferente, y realmente nos gustó la modularidad de la tecnología PXI. Consideramos los beneficios de la plataforma PXI e invertimos en un sistema PXI en tiempo real de NI que podríamos usar para nuestros futuros requisitos.

A medida que el diseño del vehículo evolucionó en los próximos meses, el número de ECUs principales aumentó de cuatro a seis. Éramos canales cortos en el sistema HIL que no era de NI, que se hizo a la medida para nuestro requisito inicial de cuatro ECUs. En ese momento, migramos al sistema NI PXI en tiempo real y comenzamos a trabajar con el software NI VeriStand.

Agregamos algunos módulos para cumplir con nuestros requisitos de canales. Al emplear NI VeriStand por algún tiempo, pudimos construir el software de pruebas para seis ECUs en menos de dos meses.

Arquitectura del sistema

Múltiples modelos de planta ejecutados simultáneamente dentro del motor NI VeriStand, que se comunicaba con las respectivas ECUs a través de E/S físicas por una red de controladores de área (CAN). Las ECUs, a su vez, se comunicaron entre sí a través de una red CAN compartida. Integramos algunos componentes físicos con la configuración, incluyendo la válvula de recirculación de gases de escape, los motores y las cargas eléctricas.

En la mayoría de los casos, la E/S del modelo se asignó a la E/S del hardware. Sin embargo, ciertas señales no estándares, como la leva y la manivela, requerían procesamiento en línea. Usamos el Módulo NI LabVIEW FPGA y la tecnología de E/S reconfigurable (RIO) para integrar captura de datos de alta velocidad y procesamiento de señales para estas señales en NI VeriStand, lo cual nos ofreció una inmensa flexibilidad.

Durante la prueba, simulamos las condiciones de conducción y monitoreamos la red CAN para detectar marcos de error y mensajes de diagnóstico de varias ECUs. Estos marcos sirvieron como indicador de la calidad de la integración y nos ayudaron a identificar posibles fallas. También aislamos los problemas de firmware de la ECU. Enviamos comentarios sobre estas pruebas al equipo de diseño y, en algunos casos, a los proveedores de componentes.

Beneficios clave

El sistema de pruebas HIL basado en productos de NI nos ayudó a abordar las inquietudes con nuestra configuración anterior y también mejoró nuestra productividad de muchas maneras. Algunos de los principales beneficios incluyen:

• Escalabilidad: Necesitábamos sistemas de pruebas escalables para los proyectos asignados a nuestro equipo y PXI nos ayudó a lograrlo. Los requisitos de canales del sistema podrían aumentar con el tiempo, lo que haría que una solución a medida fuera un obstáculo. La capacidad de agregar módulos fácilmente a un chasis PXI hizo que el proceso de actualización fuera bastante simple y pudimos en gran parte preparar nuestro sistema para el futuro.
• Flexibilidad: Queríamos crear un sistema que pudiéramos reutilizar para probar ECUs para otros modelos de vehículos en el futuro. Nuestro sistema de pruebas incluía módulos de hardware genéricos y software personalizable para mayor flexibilidad. Podemos usar la misma configuración para un conjunto diferente de ECUs con solo dos cambios: construir un nuevo proyecto de NI VeriStand con nuevos modelos de planta y volver a cablear las conexiones físicas con el nuevo conjunto de ECUs.
• Productividad: Hubo momentos en los que no teníamos las ECUs físicas para realizar las pruebas. En esos casos, en su lugar podríamos usar el modelo de simulación de ECU y mapear el modelo de la planta. La facilidad de mapear las E/S de hardware con los parámetros y las E/S del modelo aumentó enormemente la productividad. Trabajé únicamente en el proyecto de NI VeriStand y pude construir el software en menos de un mes.
• Calidad del hardware: Comparado con nuestro sistema alternativo, el hardware PXI fue superior en términos de calidad y fiabilidad. Además, la opción de programar FPGAs nos ayudó a lograr respuestas del sistema casi perfectas.

Por qué elegimos la plataforma NI HIL

"Con hardware modular y software expansible de NI, desarrollamos un sistema de pruebas HIL flexible, preparado para el futuro y adaptable." La capacidad de personalizar el sistema por nuestra cuenta nos hizo confiar en los resultados de las pruebas y el soporte continuo de NI nos ayudó a lograr nuestros objetivos más rápido.

Información del autor:

Sanjay Mane
TATA Motors