MATLAB et Simulink aident Toyota à concevoir l'avenir

Les ingénieurs de Toyota, confrontés à une pression croissante pour accélérer le processus de design, augmenter la qualité et réduire les coûts de R&D, avaient conscience qu'ils avaient besoin d'une alternative aux méthodes de design traditionnelles. Ces méthodes n'étaient ni rentables ni efficaces, car elles étaient freinées par la réalisation de prototypes hardware coûteux ou incomplets et par un processus de design qui nécessitait une réingénierie et une reprogrammation à plusieurs étapes du processus. Toyota a cherché un moyen de combler les lacunes du développement électronique automobile traditionnel et de créer des spécifications exécutables pour consolider le travail des rédacteurs de spécifications, des designers de contrôle et des programmeurs.

Toyota a adopté des outils de MathWorks tels que MATLAB, Simulink, Simulink Coder ou Stateflow, en tant que solution de design globale.

L'initiative de Toyota, et son partenariat de développement avec MathWorks, a été lancée lorsque le constructeur automobile a d'abord choisi MATLAB, puis Simulink. « Notre utilisation de [ces outils] s'est progressivement développée », déclare Akira Ohata, porte-parole de Toyota. « Chez Toyota, nous disposons aujourd'hui de plus de 400 licences pour MATLAB, Simulink et Stateflow, qui sont devenus de facto les outils standard pour la simulation, le traitement des données et le design de systèmes de contrôle. Il est impossible d'énumérer toutes les applications de ces outils chez Toyota. »

Les outils MathWorks ont trouvé toute leur place dans le développement des unités de contrôle électroniques (ECU) de Toyota, les contrôleurs situés sous le tableau de bord qui exécutent le software qui gère les véhicules. Confrontés à des normes strictes en matière d'émissions ainsi qu’à des exigences d’amélioration de performances, les ingénieurs de Toyota se concentrent sur l'amélioration de systèmes logiques aussi vitales que l'injection de carburant ou les contrôles de la transmission.

Grâce aux solutions de design de MathWorks, les ingénieurs de Toyota disposent d'un avantage considérable : ils peuvent concevoir, modéliser, simuler, tester et programmer des stratégies de contrôle dans un seul et même environnement. Par exemple, les spécifications des contrôleurs de groupe motopropulseur de Toyota commencent désormais dans l'environnement intuitif et auto-documenté de Simulink et Stateflow, tous deux alimentés par les capacités de calcul, d'analyse et de visualisation de MATLAB.

Les ingénieurs en contrôle travaillent directement dans ces spécifications exécutables, en affinant leurs stratégies de contrôle et en optimisant les performances. Le travail de l'ingénieur est alors très proche de la génération de code C via Simulink Coder, avec un logiciel codé selon les intentions de l'ingénieur en contrôle.

Pour les tests et le prototypage virtuel, les ingénieurs de Toyota utilisent le code en conjonction avec le hardware et le software d'implémentation produits par la société allemande dSPACE. Toyota utilise deux types de simulation : la simulation Hardware-in-the-Loop (HIL), qui permet de tester un prototype d'ECU sur un « moteur virtuel » modélisé dans Simulink, et l'ECU de prototypage rapide (RPE), qui permet au simulateur de remplacer tout ou partie de l'ECU tout en contrôlant un système électrique réel.

Toyota utilise HIL avec le moteur virtuel Simulink pour débugger le hardware et le software de l’ECU, et pour l'étalonnage. La configuration HIL réduit les coûts, facilite l'analyse des performances et permet de dupliquer les conditions de fonctionnement telles que le démarrage à froid et le préchauffement. Dans RPE, les ingénieurs Toyota peuvent calibrer les paramètres des algorithmes de contrôle et rapidement évaluer la logique de contrôle. Pour trouver les candidats les plus prometteurs, les développeurs établissent une logique de contrôle dans MATLAB et l'évaluent avec Simulink.

Grâce à l'utilisation du hardware de dSPACE, les parties modifiées du contrôle de moteur peuvent être séparées comme si l'ECU contrôlait un véritable système physique. Cela permet aux ingénieurs de se concentrer sur les domaines à améliorer ou à développer.