Sviluppo di modelli di simulazione per attuatori in ambiente HiL e in ambiente MiL

Abbiamo più volte parlato di attività di validazione e verifica software e soprattutto abbiamo parlato ultimamente di tutte le attività a supporto; nello specifico ci siamo lasciati qualche mese fa descrivendo in maniera dettagliata le operazioni per la configurazione di un sistema Hardware In the Loop.

Oggi vorremmo approfondire un concetto legato in maniera diretta alle operazioni di configurazione dei sistemi HiL, ovvero lo sviluppo di modelli di simulazione per attuatori e sensori.

È pratica comune, nella configurazione dei sistemi HiL per sistemi di propulsione a combustione interna, utilizzare degli attuatori reali; questa scelta è essenziale per attuatori elettromeccanici che forniscono un feedback relativo alla propria posizione in modo da essere controllati con la massima precisione.

Tale soluzione è di sicuro vantaggiosa in termini di carico computazionale dei modelli, in quanto non è necessario modellare (sia dal punto di vista elettrico che dal punto di vista dinamico) i suddetti componenti al fine di ottenere un sistema di simulazione, che rispecchi quanto più fedelmente possibile la realtà.

Non sono da sottovalutare gli svantaggi insiti in tale configurazione adottata: avendo un hardware reale, non è di sicuro semplice riprodurre condizioni di funzionamento estremo o condizioni di guasto (elettrico e meccanico); oltretutto un componente del genere può essere soggetto a rotture che ne richiedono la sostituzione.

Tenendo conto di quanto esposto, al fine di voler ottimizzare le operazioni di testing in ambiente simulato, è nata l’idea di sostituire suddetti attuatori con dei modelli di simulazione da integrare all’interno del sistema HiL.

Alcuni dei nostri ingegneri esperti in ambito di modellistica stanno sviluppando modelli di simulazione per attuatori elettromeccanici In collaborazione con un importante car maker europeo per supportare le attività di testing in ambiente HiL.

Rifacendosi a tutte le leggi della fisica (elettrotecnica, meccanica e fluidodinamica), in riferimento ad un motore a combustione interna, stiamo portando avanti lo sviluppo di modelli per la simulazione dei seguenti attuatori:

• Throttle Valve;
• Variable Geometry Turbocharger Valve;
• Exhaust Gas Recirculation Valve (Low and High pressure);
• Variable Camshaft Timing.

Partendo da modelli fisici, vengono implementate tutte le equazioni in termini di modelli elettrici, modelli dinamici e modelli termici; ogni modello è parametrizzato in modo da essere adattato a differenti tipologie di applicazioni e in modo da poter raggiungere condizioni di funzionamento estreme (a meno di creare condizioni di guasto sull’attuatore) e verificare il comportamento del sistema di controllo.

Tale implementazione consente oltremodo, con i dovuti accorgimenti del caso, di poter testare il software di controllo delle centraline anche per operazioni di Rapid Control Prototyping; in tale fase, il software non è disponibile per essere caricato in centralina ed è possibile testarlo solo in ambiente simulato. 

Avendo a disposizione dei modelli che simulino gli attuatori, è possibile quindi anticipare le fasi di testing ed rilevare eventuali anomalie in maniera preventiva.