MIL/HIL-симуляция алгоритмов пневмоподвески (ASU) и непрерывного управления демпфированием (CDC) на базе TSMaster: условия применимости, состав испытательной системы и реальные результаты тестов. Далее «пневмоподвеска» и «непрерывное управление демпфированием» сокращаются как ASU и CDC.

Ключевые слова: TSMaster, MIL, HIL, ASU, CDC, пневмоподвеска, CarSim, PSI5.

1. Область применения

Материал предназначен для разработки и верификации алгоритмов ASU или CDC — прежде всего для пользователей, которые самостоятельно разрабатывают или контролируют базовое ПО контроллера. Он не подходит для тестирования всей системы как «чёрного ящика»: объектом HIL-теста здесь является сам контроллер, а не вся подвеска в сборе.

2. Предпосылки симуляции

Для MIL/HIL-тестирования ASU и CDC необходимо следующее:

  1. Физическая модель CDC — характеристика «скорость – ток – сила». Обычно предоставляется сторонним вибростендом или поставщиком CDC (рис. 2-1).
  2. Физические модели пневмоэлемента, трубопроводов, клапанов и ресивера — заказчик предоставляет пневмосхему ASU и физические параметры элемента; также нужны сам образец ASU и A2L-файл для управления клапанами и двигателями (рис. 2-2).
  3. Согласование интерфейсов ввода-вывода контроллера: питание; CAN; датчики скорости и ускорения (обычно PSI5 или PWM); измерение тока электромагнитных клапанов ASU и CDC.
  4. Динамика — допустимо стороннее коммерческое ПО, рекомендуется CarSim.
  5. Система реального времени.
  6. Частичная доработка базового ПО — например, байпас встроенного датчика давления.
Характеристика CDC
Рис. 2-1. Характеристика CDC «скорость – ток – сила»
Пневмосхема ASU
Рис. 2-2. Пневмосхема и модели ASU

3. Реализация SIL/HIL-симуляции

На основе физических моделей ASU и CDC в связке с динамикой CarSim SIL-симуляция выполняется в среде Simulink — здесь подробно не рассматривается. Предпосылка HIL-симуляции — система реального времени. Классическая HIL-система состоит из верхнего компьютера, жёсткого реального времени нижнего уровня, шасси и плат — это сложное и «не самое дружелюбное» решение.

Подход TSMaster: программная среда реального времени строится прямо в Windows и выполняет динамическую модель. Согласование ввода-вывода выполняется через интерфейс CAN-шины и платы ввода-вывода с CAN-управлением (например, платы PSI5 с управлением по CAN), а обмен с ПО динамики идёт в реальном времени через память. Кроме того, в TSMaster уже есть управление тестовыми случаями, их выполнение и постобработка, не говоря уже о симуляции CAN-шины.

С учётом интерфейсов ввода-вывода ASU и CDC потребуется:

  1. ноутбук с установленными TSMaster и CarSim;
  2. CAN-инструмент — например, TC1014;
  3. источник питания и жгуты: питание для тестируемого изделия, соединения обычно через BOB;
  4. плата симуляции PSI5 с управлением по CAN-командам;
  5. платы и доработка жгутов для получения состояния электромагнитных клапанов (обычно по измерению тока).

По пунктам 4 и 5: если у заказчика есть возможности на уровне базового ПО, сигналы датчиков можно завести по закрытой CAN-шине, а токи клапанов или биты состояния драйверов — вывести по CAN. Тогда вся тестовая система становится заметно проще — как на рис. 3-1.

Компактная HIL-система
Рис. 3-1. Компактная схема испытательной системы

4. Пример из практики

Опираясь на разделы 2–3 и входные данные заказчика, была выполнена доработка базового ПО и построена тестовая симуляционная система (рис. 4-1). На её базе выполнен большой объём тестовой верификации; сводка испытаний ASU и CDC — на рис. 4-2.

Тестовая система
Рис. 4-1. Построенная тестовая симуляционная система
Сводка испытаний ASU и CDC
Рис. 4-2. Сводка испытаний ASU и CDC

Типовые тестовые режимы:

4.1. CDC: режим «лежачего полицейского»

Данные HIL-теста хорошо воспроизводят состояние реального автомобиля: форма и амплитуда волны высоты амортизатора хорошо совпадают, положение «лежачего полицейского» распознаётся точно (рис. 4-3).

CDC: лежачий полицейский
Рис. 4-3. CDC: проезд «лежачего полицейского»

4.2. CDC: режим коротковолнового дорожного покрытия

Данные HIL-теста также хорошо отражают состояние полномасштабных испытаний: форма и амплитуда хода амортизатора имеют хорошее совпадение (рис. 4-4).

CDC: коротковолновое покрытие
Рис. 4-4. CDC: коротковолновое дорожное покрытие

4.3. ASU: режим накачки ресивера

Результат симуляции: за 120 с накачки давление в ресивере выросло с 7,9 до 11,27 бар — близко к реальности (рис. 4-5).

ASU: накачка ресивера
Рис. 4-5. ASU: накачка ресивера

4.4. ASU: режим подъёма компрессором

За 20 с работы компрессора передняя и задняя оси поднялись на 23,9 и 21,9 мм соответственно — тоже близко к реальности. Кроме того, точно воспроизведено кратковременное лёгкое проседание кузова в момент начала накачки (давление в магистрали в этот момент низкое, а компрессор качает относительно медленно) (рис. 4-6).

ASU: подъём компрессором
Рис. 4-6. ASU: подъём компрессором

4.5. ASU: режим подъёма от ресивера

Подъём от ресивера происходит значительно быстрее, чем компрессором: за 5 с передняя и задняя оси поднимаются на 32,6 и 19,6 мм, а проседания кузова, как в режиме компрессора, не наблюдается — симуляция хорошо совпадает с реальностью (рис. 4-7).

ASU: подъём от ресивера
Рис. 4-7. ASU: подъём от ресивера

5. Выводы

  1. Модельно-ориентированная разработка повышает эффективность на ранних и средних этапах разработки алгоритмов.
  2. Этот технологический путь не рекомендуется заказчикам без доступа к базовому ПО.
  3. Решения по пунктам 4 и 5 раздела 3 доступны, но предпочтительнее минималистичная схема из примера (обмен состоянием клапанов, высотой и ускорениями по CAN).
  4. Мейнстримом симуляции станут HIL-системы, удовлетворяющие требованиям тестирования и при этом эффективные и простые. Простое наращивание аппаратуры в погоне за предельными физическими характеристиками часто даёт обратный эффект — важнее выбрать технологический путь под конкретный сценарий применения.