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Dongfeng Electric Vehicle développe un système de gestion de batterie pour véhicules électriques hybrides avec l'approche Model-Based Design
« Avec l'approche Model-Based Design, nous disposons d'un processus intégré pour le développement, de l'idée à la génération de code de production. Les outils MathWorks nous ont permis de développer une technologie clé dans le domaine de la gestion des batteries en nous appuyant sur notre propre expertise, dans un environnement facilitant la vérification précoce et continue de notre design. »
Challenge
Développer un système de contrôle de gestion de batterie pour un bus électrique hybride.
Solution
Résultats
- Projet achevé plus tôt que prévu
- Réutilisation du design activée
- 100 % du code de l’application généré
Dongfeng Electric Vehicle (DFEV) est responsable de la recherche et du développement des véhicules électriques et les véhicules électriques hybrides (HEV), au sein de Dongfeng Motor Company en Chine. L'entreprise s'approvisionne, pour la plupart des composants tels que les moteurs de traction et les batteries, auprès de fournisseurs. Cependant, les stratégies de contrôle pour la gestion de la batterie et la gestion de l'énergie du véhicule étant essentielles à la performance et à l'économie de carburant dans les HEV, et ces contrôleurs devant être optimisés et intégrés au niveau du véhicule, DFEV a décidé de développer en interne les systèmes de contrôle électroniques pour ses HEV dans le cadre de sa propriété intellectuelle d'origine.
Les ingénieurs de Dongfeng ont utilisé les outils MathWorks et l'approche Model-Based Design pour développer un système de gestion de batterie sophistiqué pour le Dongfeng EQ6110, un autobus urbain hybride qui offre une efficacité énergétique supérieure de 30 % à celle des autobus urbains standard, tout en réduisant les émissions.
« Une équipe, comprenant uniquement six ingénieurs, a développé le modèle de contrôleur et généré le code de production, dans les délais et le budget prévus », explique le Dr Xiaokang Liu, ingénieur principal chez DFEV. « La vérification continue et l’utilisation de modèles de système physique pour la simulation en boucle fermée nous ont permis d’identifier et de résoudre les problèmes en amont, garantissant ainsi le respect, voire le dépassement, de nos normes de qualité élevées. »
Challenge
Les ingénieurs de Dongfeng avaient de l'expérience dans le développement de contrôleurs en C, mais le projet de système de gestion de batterie était nettement plus complexe. L'intégration des systèmes de contrôle du véhicule représentait également un défi.
« Sur les projets impliquant plusieurs disciplines d’ingénierie, les styles de développement varient considérablement, ce qui rend les implémentations en C difficiles à débugger et à maintenir », explique Liu. « Considérant nos ressources humaines et matérielles limitées, le codage manuel n’était pas envisageable compte tenu de notre calendrier serré de 18 mois. »
Les ingénieurs de Dongfeng doivent se conformer aux directives de gestion de la qualité ISO/TS 16949, et le code qu'ils produisent doit respecter l'ensemble des normes MISRA ® C appliquées par Dongfeng. « Nous avons besoin d'un environnement de développement qui permette une vérification continue et génère un code de production cohérent, conforme et efficace. »
Solution
Les ingénieurs de Dongfeng ont utilisé les outils MathWorks et l'approche Model-Based Design pour d'abord concevoir, simuler et vérifier le système de contrôle de gestion de la batterie, puis générer le code de production correspondant.
Après que les exigences du projet ont été établies, ils ont développé une version de base de référence du modèle de contrôle en virgule flottante, à l’aide de MATLAB®, Simulink® et Stateflow®. En parallèle, l'équipe a utilisé des données de test pour développer un modèle Simulink de la batterie, qui, lorsqu'il est utilisé avec le modèle de contrôle, a fourni des informations sur la dynamique de la batterie nécessaires pour vérifier le design du contrôleur.
Après les tests unitaires, l'équipe a lié le modèle de contrôleur au modèle de batterie dans Simulink et a exécuté des simulations desktop pour vérifier la fonctionnalité de base des algorithmes.
Pour affiner davantage les algorithmes du contrôleur, les ingénieurs ont rapidement généré du code à partir du modèle à l’aide de Simulink Coder™ et ont exécuté ce code sur un contrôleur de prototypage rapide avec la batterie réelle.
Avec Fixed-Point Designer™, le groupe a converti le modèle du format à virgule flottante au format à virgule fixe et a effectué une seconde série de simulations sur desktop pour vérifier la qualité de la conversion. Les ingénieurs ont collecté des mesures de couverture de condition/décision modifiées (MC/DC) pour évaluer l'exhaustivité des tests.
Les ingénieurs ont généré le code de production à partir du modèle à l’aide d’Embedded Coder®. Ils ont vérifié que le code généré se comportait comme prévu, en effectuant des tests logiciels en boucle dans lesquels ils ont exécuté le code par rapport au modèle de batterie Simulink dans une simulation en boucle fermée.
Pour l'étape de vérification finale, l’équipe a déployé le code sur l’ECU cible, basé sur le microcontrôleur Freescale™ S12. En utilisant le code généré à partir du modèle de système physique, ils ont exécuté l'ECU en simulation hardware-in-the-loop (HIL) pour vérifier l'intégration entre le logiciel du contrôleur et le hardware de l'ECU.
Le contrôleur a ensuite été calibré à l'aide de CANape et installé dans des véhicules prototypes pour des essais de fiabilité et de durabilité sur route, en exploitant le fichier de calibration ASAP2 généré en même temps que le code de production.
Le système de contrôle de batterie embarqué est en place sur les bus Dongfeng EQ6110, qui sont en cours d’essai.
Résultats
- Projet achevé plus tôt que prévu. « Nous n’avions que 18 mois pour concrétiser l’idée initiale et ensuite livrer un produit complet », explique Liu. « En utilisant l'approche Model-Based Design, en générant automatiquement du code et en simplifiant la conversion de point flottant en point fixe, une équipe de six ingénieurs seulement a terminé le projet avant la date prévue. »
- Réutilisation du design activée. Les ingénieurs de Dongfeng réutilisent des pièces du design du contrôleur pour la berline HEV de l'entreprise, qui est actuellement en développement. « En utilisant l'approche Model-Based Design et Simulink, les ingénieurs peuvent facilement visualiser les modifications à apporter pour la nouvelle application, minimisant ainsi l'étendue des changements et le temps nécessaire pour les implémenter », déclare Liu.
- 100 % du code d'application généré. L'équipe a généré plus de 100 000 lignes de code d'application pour le contrôleur en utilisant Embedded Coder. « Parce qu’il était généré automatiquement, le code était cohérent et plus facile à maintenir. Tout aussi important, le code était de haute qualité, répondant aux directives MISRA C que nous appliquons », explique Liu. « Atteindre ce niveau de cohérence et de qualité avec un codage manuel serait très difficile. »
