Riassunto analitico
La dissertazione presenta le principali caratteristiche di un modello orientato al controllo di una soft-ECU di un cambio a doppia frizione (DCT) per applicazione real-time. Le prove di guida in vettura spesso richiedono molto tempo, sono costose e non riproducibili, perciò i sistemi di simulazione sono ampiamente utilizzati in campo Automotive per la verifica di nuovi hardware e strategie software. L'Hardware-in-the-Loop (HiL) fornisce un sistema virtuale per lo sviluppo e la validazione di centraline elettroniche (ECU). Il dispositivo da testare risulta essere la centralina controllo motore (ECM) che comanda il propulsore assieme alla centralina del cambio a doppia frizione (DCTM) avente il compito di definire, tra l'altro, la marcia da innestare, il target di coppia della frizione pari e dispari e il target di regime motore e coppia motore durante numerose manovre, i.e., la partenza, i cambi marcia e le strategie di recovery.
Il modello della soft-ECU comprende una descrizione dettagliata delle macchine a stati (FSM) e degli algoritmi che forniscono real-time agli altri nodi della rete i segnali precedentemente citati tramite il protocollo Controller Area Network (CAN). Inoltre, la tesi mostra l'architettura del modello in cui operano la ECM e la soft-DCTM: l'hardware e i carichi coinvolti, le connessioni fisiche e virtuali e i principali sistemi dinamici simulati (e.g., motore e ausiliari, trasmissione, veicolo ecc.).
A seguito della validazione offline, il modello della soft-DCTM è implementato nel sistema HiL dove ogni manovra è riprodotta tramite l'interfaccia grafica (GUI) al fine di calibrare le funzioni che calcolano i segnali interni della DCTM. Il paragrafo 3.2 mostra che il modello è in grado di riprodurre il comportamento del sistema reale, con un focus sulla evoluzione della velocità motore e vettura, durante la partenza, performance launch, up-shift e down-shift in trazione, up-shift e down-shift in rilascio. L'accuratezza soddisfa i requisiti di un HiL utilizzato per testare le funzioni della ECM.
La dinamica della trasmissione è trascurata, ovverosia, il circuito idraulico, le attuazioni della valvola proporzionale e di shut down, la dinamica del sincronizzatore sovraccaricherebbero il modello del sistema e la sua esecuzione in tempo reale senza fornire informazioni utili alla ECM da validare.
Sebbene la soft-DCTM sia data-driven, calibrata tramite una meticolosa comparativa con misure eseguite in vettura ricavate da CAN bus e dall'interfaccia I/O della ECU reale, la dissertazione dimostra che in ogni condizione il modello simula un comportamento plausibile della DCTM tale da rendere la presente implementazione real-time una piattaforma valida per lo sviluppo e la validazione di software.
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Abstract
The dissertation presents the main features of a control-oriented model of a soft-ECU about Dual-Clutch Transmission (DCT) for real-time application. In-vehicle driving tests are often time-consuming, expensive and not reproducible, hence simulation systems are widely used in the Automotive field for the verification of new hardware and software strategies. The Hardware-in-the-Loop (HiL) system provides such a virtual plant for development and validation of Electronic Control Units (ECUs). The device under test turns out to be the Engine Control Module (ECM) which drives the power-train together with the Dual-Clutch Transmission Module (DCTM) in charge of defining, among others, the gear to be engaged, the target odd and even clutch torque and the target engine speed and engine torque throughout several manoeuvres, i.e., drive away, gear shifts and recovery modes.
The soft-ECU model comprehends a detailed description of the Finite-State Machines (FSMs) and of the algorithms which provide real-time to the other network nodes the aforementioned signals through the Controller Area Network (CAN) protocol. Moreover, the dissertation discloses the plant model architecture the ECM and the soft-DCTM run into: the hardware and loads involved, the physical and virtual connections and the main dynamical systems simulated (e.g., engine and ancillaries, driveline, vehicle etc.).
After an offline validation, the soft-DCTM model is implemented into the HiL system where any test case is reproduced through the Graphical User Interface (GUI) in order to calibrate the functions that compute the DCTM internal signals. The section 3.2 shows that the model is capable of reproducing the behaviour of the real system, with a focus on the evolution of engine and vehicle speed, during drive away, performance launch, loaded up-shift, loaded down-shift, coasting up-shift and coasting down-shift. The accuracy matches the requirements of a HiL utilised to test the ECM functions.
The transmission dynamics is neglected, namely, the hydraulic circuit, the proportional and redundant valve actuations, the synchronizer dynamics would overload the plant model and its real-time execution without providing useful information to the ECM under test.
Although the soft-DCTM is data-driven, calibrated by means of a meticulous comparison with on-board measurements taken out of the CAN bus and the I/O interface of the real ECU, the dissertation proves that in every condition the model simulates a plausible behaviour of the DCTM which makes the present real-time implementation a valuable platform for software development and validation.
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