Zmiana rozwoju systemów pojazdów w lewo dzięki wirtualnym ECU

Opracowywanie treści elektrycznych i elektronicznych do pojazdów zawsze było wyzwaniem inżynieryjnym i produkcyjnym. Droga jest wyjątkowo trudnym środowiskiem dla komponentów: temperatura i wilgotność stale się zmieniają, podczas gdy hałas i wibracje uderzają we wszystkie części pojazdu. Charakter podróży z dużą prędkością wymaga bezpieczeństwa i niezawodności, które należy osiągnąć w obliczu trudnych czynników środowiskowych. Co więcej, w pojeździe znajduje się wiele elementów, które muszą stale współdziałać, dlatego niezbędna jest solidna komunikacja wewnątrz podwozia. Przy tych wszystkich wyzwaniach programiści muszą jak najszybciej znaleźć wady i ograniczenia projektowe, aby można je było poprawić. Na etapie projektu jest zdecydowanie za późno, aby czekać, aż prototypowe pojazdy będą w drodze do przeprowadzenia dokładnych testów.

Tradycyjny proces rozwoju pojazdów opierał się głównie na testach na stanowisku, a następnie na testach drogowych, gdy dostępne są prototypy. W przypadku większości systemu możliwe jest zaprojektowanie i powielenie ustawień testowych na stole. Są drogie w budowie, ale można je stworzyć wcześniej i taniej niż prototypy. Testowanie na stanowisku badawczym w pewnym momencie oznaczało znaczną „przesunięcie w lewo” w rozwoju, ale to już nie wystarcza. Dzisiejsze układy elektroniczne pojazdów często zawierają niestandardowe chipy, których wyprodukowanie wymaga miesięcy, więc znalezienie błędów projektowych na stole montażowym powoduje poważne opóźnienia w harmonogramie. Co więcej, niektóre rodzaje błędów są trudne do znalezienia, ponieważ wymagają wstrzykiwania błędów, które mogą uszkodzić ustawienia stołu. Deweloperzy potrzebują bardziej elastycznego podejścia zapewniającego dramatyczną zmianę w lewo.

Logicznym rozwiązaniem są wirtualne prototypy samochodowych systemów elektronicznych. Reprezentowanie systemów w oprogramowaniu i weryfikacja w symulacji to potężna metoda, która może wystąpić przed wyprodukowaniem jakichkolwiek chipów. Usterki można wstrzykiwać bez negatywnego wpływu na prototyp, dzięki czemu można zweryfikować reakcje naprawcze wymagane przez normę bezpieczeństwa ISO 26262. Wirtualne prototypy można replikować szybko i niedrogo, udostępniając je większej liczbie członków zespołu programistów. Jest to szczególnie cenne dla twórców oprogramowania wbudowanego, którzy w przeszłości wymagali konfiguracji stanowiskowej do testowania kodu. Według Morgan Stanley Research, część oprogramowania wartości pojazdu wzrośnie z 10% dzisiaj do 60% w najbliższej przyszłości. Przesunięcie wirtualnych prototypów zostawiło krytyczne zadania programistyczne z testowaniem oprogramowania w pętli (SiL).

Prawdopodobnie żadna część układów elektronicznych pojazdu nie zyskuje na tym podejściu bardziej niż jednostki sterujące silnika (ECU). Komponenty te zbierają informacje z wielu czujników w podwoziu, interpretują dane i dostosowują osiągi silnika i pojazdu poprzez sterowanie serią siłowników. Tradycyjne czujniki obejmują te, które mierzą przepływ powietrza, temperaturę powietrza, temperaturę płynu chłodzącego, ciśnienie w kolektorze, położenie przepustnicy i prędkość pojazdu, a tradycyjne siłowniki kontrolują mieszankę powietrzno-paliwową silnika, czas zapłonu, prędkość biegu jałowego i inne parametry. Zaawansowane systemy wspomagania kierowcy (ADAS) i pojazdy autonomiczne znacznie zwiększyły rolę ECU, które teraz gromadzą dane z czujników z kamer, radaru i lidaru i mogą kontrolować każdy aspekt działania pojazdu, w tym przyspieszanie, hamowanie i kierowanie.

Nowoczesne ECU są oparte na mikroprocesorach i mają znaczną zawartość oprogramowania. Dlatego wirtualne ECU są kluczowymi elementami każdego wirtualnego prototypu do modelowania i testowania zarówno sprzętu, jak i oprogramowania wbudowanego dla systemów elektronicznych pojazdu. Jako dostawca rozwiązań dla rozwoju samochodów i innych pojazdów, Synopsys wspiera wirtualne ECU i wirtualne prototypowanie od systemu do oprogramowania za pomocą zestawu zaawansowanych produktów. Należą do nich Synopsys Srebro, wirtualna platforma ECU, która przenosi rozwój z platform stacjonarnych na komputer osobisty (PC) w celu szybkiego i wydajnego iteracyjnego tworzenia oprogramowania ECU.

Dzięki Silver inżynierowie mogą budować wirtualne ECU, które służą jako modele wykonawcze oprogramowania jednostek fizycznych. Różne części oprogramowania ECU, takie jak warstwy oprogramowania (ASW) i podstawowego oprogramowania (BSW), można wirtualizować i symulować. Rozwiązanie Synopsys zapewnia szeroką łączność i integrację testów ze wszystkimi częściami ekosystemu narzędzi samochodowych. Silver przeprowadza symulacje SIL w celu opracowania oprogramowania ECU i przetestowania interakcji między komponentami pojazdu. Gdy te symulacje wymagają uruchomienia kodu produkcyjnego, Virtualizer wykonuje rzeczywiste pliki binarne, które będą działać w pojeździe. Zapewnia to bardzo dokładne symulacje zachowania systemu i zapobiega niespodziankom podczas uruchamiania oprogramowania w fizycznych prototypach. Silver przeprowadza również testy na poziomie systemu, aby osiągnąć wysoki poziom pokrycia.

Tradycyjnie większość wirtualnych prototypów elektroniki pojazdów działa na komputerach z systemem Windows. Jednym z ważnych aspektów rozwiązania Synopsys jest to, że obsługuje zarówno system Linux, jak i Windows. Pozwala to programistom pisać kod, budować wirtualne ECU, przeprowadzać testy i debugować wszystko na stacji roboczej z systemem Linux. Nie ma potrzeby przełączania się między środowiskami Windows i Linux, co umożliwia ciasne interaktywne pętle symulacji z krótkimi czasami realizacji. Podejście Synopsys obsługuje również ciągłą integrację (CI) i testowanie wirtualnego ECU. Za każdym razem, gdy programiści wprowadzają nowe lub zmienione oprogramowanie, powoduje to automatyczną aktualizację modelu Silver ze stacji roboczej Linux do infrastruktury serwerowej Linux w chmurze, gdzie odbywa się proces budowania i testowania. Obsługiwane są zarówno krótkotrwałe testy weryfikujące oprogramowanie, jak i wyczerpujące nocne przebiegi z testami długotrwałymi.

Wirtualne ECU opuściły proces rozwoju dzięki wcześniejszym testom i szybszym pętlom sprzężenia zwrotnego, są skalowalne i tańsze w zespołach projektowych oraz ułatwiają debugowanie. Działając w wirtualnym środowisku prototypowania SiL, umożliwiają one tworzenie bezpieczniejszych pojazdów poprzez testowanie usterek, które trudno byłoby wprowadzić w konfiguracjach stanowiskowych lub prototypach. Wirtualne ECU są istotną częścią opracowywania złożonych systemów elektronicznych pojazdów. A biały papier jest dostępny z bardziej szczegółowymi informacjami technicznymi na temat działania projektu i przebiegu testów. W środę, 10 listopada 2021 r., odbędzie się również „Virtual Prototyping Day – Silver: Accelerate Your Innovation with Virtual ECU”. Liderzy branżowi z firm Synopsys, Daimler i Hyundai Transys podzielą się najnowszymi innowacjami, metodologiami i doświadczeniami z wykorzystaniem wirtualnego oprogramowania Synopsys Silver. ECU. Więcej informacji i szczegóły rejestracji są dostępne tutaj.