Projekty

Výzkum a vývoj elektronických systémů vozidla s autonomním řízením II

SP2018/167

Šimoník Petr doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2018 - 31. 12. 2018

Předmět výzkumu v rámci projektu Zejména poslední několik let sledujeme v oblasti automobilového průmyslu vysoký zájem o technologie pro autonomně řízená vozidla. Toto vede k situaci, kdy celá řada nových týmů, výzkumných a vývojových pracovišť se profesionálně zabývá touto problematikou. Konkrétně se jedná o vývoj moderních systémů pohonu, servořízení, brzd a jízdní stability, komfortu, bezpečnostní systémy a systémy managementu energie, systémy pro zpracování obrazu a identifikaci 3D objektů. Na Katedře elektroniky (FEI, VŠB-TUO) naváže odborná skupina „Výkonové polovodičové systémy, automobilová elektronika a diagnostika“ na dosažené výsledky řešení SGS z roku 2017 a v roce 2018 se bude zabývat dalším vývojem a výzkumem tří důležitých uzlů vozidla s autonomním řízením. Jedná se zejména o vývoj finální aplikace řízení pohonu 4x4 s integrací prostředků managementu stability vozidla, pak zejména vývoj finální aplikace asistenčního brzdového systému a vývoj řídicího systému autonomního řízení včetně implementace senzorického systému a vývoje finální aplikace pro ovládání servořízení. Přičemž v tomto roce řešení prototypu bude počítáno s již pohyblivou překážku před vozidlem. Na Katedře elektroniky jsou již několik let stanoveny 4 základní prioritní směry VaV aktivit v generálních oblasti automotive a elektromobilita. Jedná se o následující směry. 1) Powertrain Systems - Výzkum a vývoj koncepcí a řídicích algoritmů elektrického pohonného ústrojí - Výzkum a vývoj koncepcí prvků akumulace elektrické energie - Vývoj koncepcí IWD 2) Chassis Systems - Výzkum a vývoj specifických asistenčních systémů podvozku - Elektronické systémy pro řízení a regulaci brzdného účinku 3) Body Systems - Výzkum a vývoj prostředků systémů centrální elektroniky vozidla - Výzkum a vývoj řídicích systémů osvětlovacích soustav 4) Communication Systems - Výzkum a vývoj prostředků pro přenos dat Katedra elektroniky v současné době disponuje špičkovou laboratoří pro vývoj a výzkum elektronických automobilových systémů. Mezi klíčové vybavení patří válcový zatěžovací dynamometr pro reálné jízdní simulace motocyklů, osobních a lehkých užitkových vozidel, digitální analyzátory a osciloskopy LeCroy, Keysight Technologies, Fluke (analýzy CAN bus, LIN bus, FlexRay, SPI, UART), profesionální stanice pro IR pájení (včetně technologie BGA), profesionální licencovaný software pro analýzu powermanagementu nejmodernějších vozidel, softwarové simulační prostředky, softwarové prostředky pro profesionální návrh plošných spojů, programátory ELNEC, profesionální přístroje pro paralelní a sériovou diagnostiku vozidel a mnoho dalších. Díky tomuto zázemí jsme schopni se na vysoké úrovni věnovat výzkumu a vývoji v oblasti elektronických automobilových systémů. V loňském roce obdobný řešitelský tým započal vývoj hardware a software v rámci projektu "Výzkum a vývoj elektronických systémů vozidla s autonomním řízením". Jedná se o systémy vozidla s elektrickým pohonem s názvem DemoCar. Byl rozsáhle rozpracován vývoj a výzkum tří důležitých uzlů vozidla s autonomním řízením. Jednalo se zejména o vývoj řídicí jednotky a základní aplikace řízení pohonu 4x4 s integrací prostředků managementu stability vozidla, pak zejména vývoj řídicí jednotky a vývoj základní aplikace asistenčního brzdového systému a vývoj řídicího systému autonomního řízení včetně, v té době dočasně bez implementace senzorického systému i bez vývoje finální aplikace pro ovládání servořízení. Jak již bylo zmíněno, bude v tomto roce počítáno s již pohyblivou překážku před vozidlem. Z velké části jsou dokončeny patřičné prototypy jednotlivých ECU. Dále byl finálně dokončen vývoj firmware a aplikačního software vytipovaných řídicích systémů využívající signálové mikrokontroléry Freescale (specifické MCU pro automotive aplikace). Ve fázi rozpracování je stále vývoj simulačních modelů a simulace vybraných řídicích algoritmů vybraných systémů pomocí programů Matlab-Simulink a OrCAD-PSpice. Zde bohužel nejde práce, jak bylo dříve stanoveno. Nicméně již dříve bylo deklarováno, že se jedná o dlouhodobou činnost, která měla být navíc od konce roku 2017 opřena o možnost využívání systému SCALEXIO – dSPACE. Zde nastala zásadní změna a naše pracoviště se díky spolupráci se společností Algeier, kdy jeden z našich pracovníku je skrze tuto společnost na dlouhodobé pracovní cestě v německé základně ZF, učí stavět HIL systém realizovaný na bázi VECTOR komponentů. Toto řešení bude nesrovnatelně levnější. Což hrálo podstatnou roli. Předpokládejme plné využití nového HIL systému v polovině roku až podzim 2018. Za rok 2017 lze konstatovat, že v laboratorních podmínkách proběhla realizace funkčních vzorků a experimentální činnost. V roce 2018 bychom chtěli navázat na tuto činnost a soustředit se na dostavbu vozidla se směřováním do prototypu autonomního dopravního prostředku. V případě financování projektu bude vyvinut: - finální řídicí systém a aplikace řízení pohonu 4x4 s integrací prostředků managementu stability vozidla, včetně smyček respektující autonomní řízení, - finální řídicí systém a aplikace asistenčního brzdového systému, včetně smyček respektující autonomní řízení, - finální řídicí systém autonomního řízení včetně aplikace pro ovládání servořízení. Dále bude opět inovován software řídicí jednotky centrální elektroniky (zásadní z pohledu funkcí autonomního řízení). Současná verze opět posloužila jako mezistupeň a nesplňuje nároky na ni kladené (díky postupně vyvíjené nové koncepci řízení vozidla). Hlavním cílem projektu je vývoj a navazující výzkum vytipovaných elektronických systémů a prostředků pro vozidla s elektrickým pohonem. Klíčové vytipované oblasti jsou: řídicí systémy a algoritmy elektrického pohonného ústrojí, řídicí systémy centrální elektroniky vozidla, řídicí systémy servořízení a posilovače servořízení, řídicí systémy elektrohydraulických brzd. V rámci řešení (viz Cíle a milníky projektu) vzniknou funkční prototypy, které budou integrovány do šasi nového vozidla. Výstupy projektu tak budou reálně ověřeny.

doc. Ing. Petr Šimoník, Ph.D.
prof. Ing. Petr Chlebiš, CSc.
prof. Ing. Petr Palacký, Ph.D.
Ing. Tomáš Mrověc, Ph.D.
Ing. Tomáš Harach, Ph.D.
Ing. Lukáš Cáb
Ing. Samuel Przeczek
Ing. Martin Kořený
Ing. Tomáš Klein, Ph.D.
Ing. Jan Strossa, Ph.D.
Ing. Jakub Kys
Bc. Jan Klega
Ing. Stanislav Obrusník
Bc. Patrik Červený
Ing. Kristián Zigmund

Cíle a milníky projektu
Hlavním cílem projektu je výzkum a vývoj vytipovaných elektronických systémů a prostředků pro vozidlo s autonomním řízením s elektrickým pohonem 4x4. To je řídicí systém a vývoj aplikace řízení pohonu 4x4 s integrací prostředků managementu stability vozidla, řídicí systém a vývoj aplikace asistenčního brzdového systému a vývoj řídicího systému autonomního řízení včetně aplikace pro ovládání servořízení. Přičemž pro první fázi řešení prototypu bude počítáno s pevnou neměnnou trajektorií pohybu. Tato bude definována operátorem a data ukládána v systému autonomního řízení. Tento systém bude zároveň vyvíjen jako centrum telemetrie vozidla.

Dílčí cíle projektu
C1. Finální realizace 4WD pro autonomně řízené vozidlo, další modifikace elektronického systémů řízení pohonu, návrh modifikace systému centrální elektroniky (s uvažováním nových požadavků pro autonomní řízení vozidla), vývoj řídicího systému autonomního řízení včetně aplikace pro ovládání servořízení, finální řešení elektrohydraulických brzd s funkcí bezpečnostní brzdy. Vývoj simulačních modelů a simulace vybraných řídicích algoritmů vybraných systémů pomocí programů Matlab-Simulink a OrCAD-PSpice. Respektování kritérií funkční bezpečnosti.
C2. Vývoj elektronických obvodů všech řešených elektronických systémů. Vývoj mechanického řešení integrace elektrických strojů. Vývoj mechaniky elektronického systému servořízení. Vývoj mechaniky bezpečnostní brzdy. Respektování kritérií funkční bezpečnosti.
C3. Vývoj finálního firmware a aplikačního software vytipovaných řídicích systémů využívající signálové mikrokontroléry Freescale (specifické MCU pro automotive aplikace).
C4. Realizace nových (ADCU, Autonomous Drive Control Unit) funkčních vzorků, modifikace stávajících a experimentální činnost v laboratořích řešitelského pracoviště.
C5. Analýza a vyhodnocení experimentálních výsledků.
C6. Publikace dílčích výsledků na mezinárodních konferencích a v odborných časopisech.

Časový harmonogram řešení
Doba řešení 1 rok (01/2018 – 12/2018)

Etapa 1. Koncepční řešení
Období 01/2018 - 03/2018 C1, C2, C3

Etapa 2. Simulace metod řízení, vývoj elektronických obvodů, vývoj řídicích algoritmů
Období 02/2018 - 06/2018 C1, C2, C3

Etapa 3. Realizace dílčích částí funkčních prototypů, implementace řídicích algoritmů
Období 05/2018 - 12/2018 C4, C6

Etapa 4. Experimentální činnost v laboratořích
Období 03/2018 - 12/2018 C4, C6

Etapa 5. Zpracování výsledků řešení a tvorba závěrečné zprávy
Období 12/2018 – 01/2018 C5, C6

Očekávané přínosy
• Zkvalitnění podmínek pro výzkumnou činnost doktorandů a aktivit studentů magisterského studia v oblasti aplikované elektroniky, výkonové elektroniky, automobilové elektroniky a automobilové diagnostiky.
• Příprava pracoviště doktorandů pro zapojení do sítě výzkumných pracovišť s podobnou výzkumnou problematikou.
• Využití výsledků ve firmách a společnostech pro zvýšení užitných vlastností a konkurenceschopnosti nových výrobků.
• Využití vyvinutých prototypů formou jejich integrace do struktury prototypu demonstračního vozidla s elektrickým pohonem.