Mesure, mise au point et diagnostic calculateur Solutions de développement pour les systèmes embarqués automobiles
Sommaire 1. Introduction 4 2. Applications 7 2.1 Calibration de systèmes électroniques automobiles 8 2.2 Diagnostic embarqué et non embarqué 10 2.3 Test sur véhicule 11 2.4 Intégration dans le processus 13 2.5 Travail en amont 13 2.6 Automatisation 14 3. Famille de produits INCA 17 3.1 Mesure et calibration de calculateur 18 3.2 Diagnostic de calculateur 18 3.3 Analyse des données de mesure 21 3.4 Simulation et prototypage 21 3.5 Mesure et calibration sur banc d essai 22 3.6 Interfaces ouvertes 24 4. Produits matériels 27 4.1 Interfaces calculateur ETK/XETK universelles 28 4.2 Modules d interface calculateur et bus 32 4.3 Modules de mesure 37 4.4 Acquisition des données INCA sans présence de l opérateur 40 5. Services de développement d applications 43 2 3
1. Introduction ETAS fournit des outils de développement pour la mesure, la calibration et le diagnostic (MCD) qui s adressent aux constructeurs et fournisseurs automobiles mondiaux. Les produits matériels et logiciels ETAS font partie intégrante du processus de développement, assistant les ingénieurs dans toutes les tâches s étendant du développement du logiciel d application pour des calculateurs électroniques jusqu à l intégration des systèmes électroniques automobiles dans le véhicule. Cette brochure fournit une vue d ensemble des produits MCD ETAS et leurs applications. Les ingénieurs utilisent INCA ainsi que les interfaces calculateur et bus ETAS avec des modules de mesure pour calibrer et diagnostiquer les systèmes embarqués, ainsi que pour acquérir des données fiables de ces systèmes et de l environnement du véhicule. Les outils ETAS adressent les exigences des applications de développement et d essai en laboratoire, sur banc d essai et sur route. Les produits et services ETAS comportent une multiplicité de fonctions et d avantages: Un seul investissement pour un système complet Gamme de logiciels pour des applications avancées Matériels compacts et résistants conçus pour l environnement automobile Configurations du matériel flexibles et extensibles Prise en charge d une large variété d interfaces calculateur Acquisition de données de mesure précise et synchronisée Interfaces ouvertes compatibles avec les normes de l automobile ETAS est toujours à l écoute des retours client et des dernières tendances technologiques pour fournir les produits les plus innovants, pour les départements de développement et de test de l industrie automobile et des poids lourds Diesel. ETAS participe activement aux comités de standardisation tels que ASAM, AUTOSAR, FlexRay, JasPar, LIN, Nexus, SAE, et ISO. 4 Figure 1: Exigences pour les outils de mesure, mise au point et diagnostic calculateur (MCD) 5
2. Applications Figure 2: Applications de châssis - système d assistance du conducteur et gestion de la dynamique du véhicule. Les systèmes électriques et électroniques gèrent une partie importante des fonctions des automobiles et camions modernes. La mise en oeuvre efficace en termes de coût des fonctions intelligentes, les domaines du groupe motopropulseur, du châssis, de l habitacle, se réalise au moyen de systèmes électriques et électroniques et du logiciel. Dû aux exigences croissantes concernant le comportement sur route, le confort, la sécurité et la compatibilité avec l environnement, le nombre et la complexité des fonctions du véhicule augmentent en permanence. Les véhicules du milieu de gamme d aujourd hui qui sont équipés de commandes de moteur et de boîte de vitesses, de freins électroniques, de sécurité des passagers ainsi que des systèmes d assistance du conducteur et de l infotainement comportent environ 40 calculateurs. Les modules de commande des moteurs modernes traitent jusqu à 250 MIPS (millions d instructions par seconde). Celles-ci peuvent comporter plus de 20.000 paramètres. Cela s applique aussi au volume du code dans le calculateur, le coeur logique de toutes les fonctions de commande et de diagnostic. Les systèmes automobiles modernes sont interconnectés par des bus de données embarqués. La gestion du moteur est connectée au frein électronique. La régulation de vitesse avec régulation de distance utilise les données de position fournies par le système de navigation. L entraînement hybride doit assurer la gestion du moteur, des freins, de la batterie, du moteur électrique et de l alternateur dans une configuration de commande combinée. Des nouveaux systèmes de bus de véhicule tels que LIN et FlexRay ont été introduits pour apporter une solution répondant aux exigences de coûts réduits ou de performance élevée. INCA permet la connectivité à tous les systèmes de bus. Il permet la calibration et le diagnostic de plusieurs calculateurs, surveillant en même temps la communication de bus et saisissant des signaux de mesure de l environnement du véhicule. INCA supporte tous les formats de description standard pour les calculateurs ainsi que des protocoles de mesure, de calibration et de diagnostic. Figure 3: Applications du groupe motopropulseur systèmes conventionnels et alternatifs. 6 7
2.1 Calibration de systèmes électroniques automobiles Le logiciel du calculateur est paramétré de telle sorte que, le comportement des fonctions de commande et de diagnostic puisse être facilement adapté à d autres variantes ou d autres modèles du véhicule. Les outils de calibration permettent d adapter les valeurs des paramètres, courbes et cartographies en un tour de main, tout en mesurant des signaux en provenance des calculateurs, bus du véhicule et, appareils de mesure. La performance du véhicule est déterminée partiellement par la qualité des données de calibration. La calibration c est-à-dire, l opération consistant à trouver un jeu optimisé de paramètres, est devenue un élément essentiel du développement des nouveaux moteurs et véhicules. Elle accompagne le processus de développement des premiers prototypes jusqu après le lancement de la production série. Un des grands défis à relever lors de la calibration des calculateurs complexes, est la gestion des exigences contradictoires, telles que la réduction NOx contre la réduction CO2. De plus, les calibrations des systèmes électroniques doivent être réalisées pour différents véhicules ou variantes de modèle qui sont distribués sur différents marchés. Ce ne sont pas seulement des milliers de paramètres de calibration qui doivent être considérés mais aussi de nombreuses interactions entre les différentes fonctions logicielles et les calculateurs qui doivent être prises en compte. Les tâches de calibration sont normalement réalisées en coopération avec les constructeurs, les fournisseurs des calculateurs et les entreprises de développement. Les tâches sont itérées sur différents niveaux de détail tout au long du processus de développement. 8 Les tâches de calibration de moteur typiques sont par exemple: Optimisation des paramètres de base du moteur tels que les temps d injection, d allumage ou d ouverture de vanne par rapport aux grandeurs de sortie du moteur telles que puissance, couple, consommation de carburant et émissions à l arrêt ou en régime transitoire ou sous de hautes ou basses conditions de température. Paramétrage des algorithmes dérivant des valeurs du moteur tel que couple, masse d air et de carburant, températures ou émissions brutes ou obtenues par calcul. Optimisation du confort de conduite, s étendant de la commande de ralenti à la détermination du meilleur compromis entre sportivité et confort. Paramétrage des fonctions associées à la sécurité telle que la commande de la dynamique du véhicule. Amélioration et validation des calibrations sous des conditions d environnement réalistes et sévères pendant des essais sur route. Pour la gestion des tâches d optimisation complexes, les personnes chargées de la calibration demandent des solutions qui combinent l expérience humaine, les meilleures méthodes d optimisation pratiques et la manipulation facile des données. INCA fournit des fonctions de calibration avancées et des capacités de gestion de données. Pour l automatisation des procédures de calibration, INCA offre aussi des interfaces de communication des données avec l extérieur. Des interfaces permettant ainsi l intégration des fonctionnalités INCA dans des solutions spécifiques des clients. Figure 4: Augmentation de la plage de la capacité de mémoire (en MByte), du nombre de paramètres de calibration, de la puissance de calcul (nombre d instructions par seconde / MIPS) au cours du développement des calculateurs de moteur depuis 1995. 9
2.2 Diagnostic embarqué et non embarqué 2.3 Test sur véhicule Le besoin en diagnostic de calculateur sophistiqué est principalement déterminé par les réglementations standardisées. La surveillance «embarquée» des systèmes est importante pour le contrôle des émissions. Elle est régie par les régulations telles que OBD et EOBD. Le diagnostic «Offboard» ou «débarqué» dans l atelier, est essentiel pour identifier efficacement des composants défectueux. Les tests en laboratoire des systèmes automobiles sont suivis par des tests sur véhicule. Les tests sur route débutent sur des pistes d essais pour finir sur des routes ouvertes. Des cycles de conduite standard tels que circulation en accordéon en ville ainsi que des tests à grande vitesse ou sous de différentes conditions de route sont effectués. Pour contrôler la performance sous des conditions de température et d altitude extrêmes, les véhicules sont soumis à des tests de conduite dans les régions arctiques, des déserts ou des chaînes de montagne. Le format ODX (Open Diagnostic Data Exchange Format) déclare les fonctions et protocoles de diagnostic embarqué d une manière standardisée. Le format de description basé sur le XML permet aux constructeurs de véhicules et à leurs fournisseurs de maintenir de manière uniforme toutes les données pendant le cycle de vie du véhicule. Ce format regroupe les données de développement, de production et de service après-vente. ODX a été spécifié par ASAM et est publié comme standard international ISO 22901-1.Un nombre croissant de constructeurs et de fournisseurs ont adoptés ODX, et l ont intégré dans leur chaîne d outils de développement de diagnostic. Pour le diagnostic complet d un véhicule, une coopération étroite entre les équipes de développement du calculateur et celles du diagnostic du S.A.V est nécessaire. Si les fonctions de diagnostic non embarquées sont développées en même temps que le logiciel du calculateur, il est possible de les contrôler très tôt dans le cycle de développement. INCA permet le diagnostic et reprogrammation de la mémoire flash du calculateur, conformément aux standards OBD et ODX. INCA est capable d exécuter des fonctions et séquences logicielles des appareils de test de service, permettant ainsi la validation du diagnostic de service avant même la disponibilité de l outil de test de service S.A.V. 10 Les ingénieurs de calibration adaptent les réglages et l optimisation des systèmes électroniques embarqués en fonction des caractéristiques de conduite. Un contrôle des limites des fonctions de diagnostic par rapport aux paramètres d environnement est aussi réalisé. Comme les cycles de développement deviennent de plus en plus courts, et le nombre des véhicules de test est de plus en plus limité, les tests sur véhicule doivent être efficaces. Pour maximiser l étendue du test, les données doivent être saisies dans l intégralité du véhicule. Les drive recorders enregistreurs embarqués - sont une partie essentielle du jeu d outils des ingénieurs d essais. Pour les tâches de validation, ETAS offre des drive recorders, permettant d offrir les fonctions d INCA sans la présence de l opérateur. Ils remplacent le PC portable équipé du logiciel INCA et utilisent le matériel de mesure, les interfaces calculateur et bus ETAS et les configurations de test INCA. De gros fichiers de mesure peuvent être mémorisés et analysés au moyen de l analyseur de données de mesure MDA. 11
2.4 Intégration dans le processus 2.5 Travail en amont Aujourd hui, le développement de systèmes électroniques complexes et du logiciel de calculateur associé est un effort qui est souvent réalisé en commun par des groupes de travail globaux venant de différents domaines et appartenant à différentes entreprises. Les tâches de calibration et de validation extrêmement récurrentes sont réalisées dans les différentes phases de développement du logiciel de calculateur, du système et du véhicule. Des ingénieurs de calibration et de test ainsi que des développeurs de fonctions, ingénieurs en logiciel, experts de diagnostic et des équipes de documentation y participent. Tous les travaux de calibration qui peuvent déjà être appliqués dans les phases peu avancées du développement réduisent le besoin en véhicules d essais coûteux, épargnent des moyens de production onéreux et permettent de localiser des erreurs ou des manques dans la construction des fonctions de véhicule à un moment où des corrections sont possibles sans grands efforts. L utilisation de techniques de simulation et de prototypage avancées permet de réaliser des travaux de calibration et de validation en laboratoire, sur banc de test ou dans des systèmes HiL (Hardware-in-the-Loop) ou des environnements virtuels sur le PC. Les personnes chargées de la calibration ont besoin d informations détaillées sur les fonctions du calculateur. En complément de l affichage des paramètres de commande et des valeurs de variable, un outil de calibration doit être capable de réaliser la représentation graphique de modèles de commande logiciels, la documentation du développement logiciel, l historique des calibrations, les informations du protocole de communication utilisé, et d autres fonctions encore. INCA fournit toutes les informations nécessaires d un coup d oeil. INCA fournit des add-ons dédiés pour la calibration des prototypes de fonction de calculateur ou des modèles de simulation dans des environnements réels ou virtuels. Pour les tests de calculateur dans un système HiL, c est à dire dans une simulation de conduite, INCA peut être utilisé comme serveur de mesure et de calibration. INCA fournit des interfaces ouvertes ainsi que des add-ons standard au produit de base pour l intégration dans les processus du client, dans les outils et environnements existants. Il fournit des interfaces standard aux bancs de test et aux applications externes telles que MATLAB. De plus, INCA est équipé d une interface COM-API pour la programmation d applications spécifiques du client. Les artefacts de calibration sont souvent mémorisés dans des systèmes de gestion de données de l entreprise. INCA est compatible avec tous les systèmes tels que VECTOR easee.cdm, AVL CRETA, ou IAV CalGuide. INCA permet de suivre l évolution des projets de calibration, de leurs résultats, de la progression du travail de mise au point, ainsi que les droits d accès utilisateurs pour éventuellement partager ces informations avec ces systèmes. Les tâches de calibration et de validation sont assujetties à une pression croissante en ce qui concerne les ressources telles que prototypes de calculateurs, sessions sur banc de test et véhicules de test. L efficacité des processus de développement doit être améliorée en permanence pour répondre aux objectifs de coûts, de temps et de qualité. Il en résulte une tendance générale à l automatisation et à un travail en amont plus important. 12 13
2.6 Automatisation Des étapes de calibration et de validation empiriques sont remplacées par des procédures prédéfinies qui peuvent être automatisées en tout ou en partie. Des procédures automatisées peuvent être réalisées dans un temps beaucoup plus court. Des tâches sensibles aux erreurs peuvent ainsi être réalisées plus fiablement et même des tâches complexes et critiques deviennent reproductibles. Des algorithmes d optimisation mathématiques et des modèles d environnement supportent l automatisation efficace. Figure 5: Prévision: les efforts de calibration vont être transférés du véhicule vers le banc d essai et vers le PC. L automatisation des tâches de calibration et de validation comporte éventuellement des opérations individuelles, par exemple l augmentation des valeurs de paramètre ou des cycles de test ou de calibration complets sans interaction humaine. En véhicule, les procédures de calibration qui sont répétitives, par exemple le réglage du changement de vitesses, sont souvent automatisées. Sur banc de test, des systèmes d automatisation commandent et réalisent une grande partie des travaux de calibration. Dans les tests d endurance, les tâches de mesure et de calibration ne sont réalisées que lorsque le comportement de l unité soumise à l essai, par exemple le moteur, est constant à un certain point de fonctionnement. Des tests dynamiques transitoires sont plus réalistes et permettent donc d améliorer la qualité des données de mesure et de calibration. De cette façon, les temps de cycle d automatisation sont aussi réduits. Des méthodes de mesure et de calibration rapides sont nécessaires pour réaliser des tests dynamiques. Cela s applique aussi, si des fonctions de commande telles que la protection anti-cliquetis sont réalisées par le banc de test au lieu du calculateur. Les solutions ETAS ouvertes et flexibles supportent l automatisation des tâches de mesure et de calibration. INCA supporte les standards ASAM ainsi que les protocoles basées sur l Ethernet en temps réel, permettant l accès à distance aux systèmes d automatisation des bancs de test. Des interfaces de programmation d application sont aussi disponibles. Figure 6: INCA fournit des interfaces ouvertes pour l intégration dans des processus d échange des données avec les environnements d outils existants. 14 15
3. Famille de produits INCA Avec INCA, ETAS offre une famille flexible de produits logiciels pour la calibration, le diagnostic et la validation de systèmes électroniques automobiles. INCA est utilisé avec succès dans plus de 20.000 installations à travers le monde. Il comporte toutes les fonctions qui sont requises pour les ingénieurs R&D, de calibration et d essais, pour valider, adapter et débugger les logiciels d application des calculateurs. INCA est facile à utiliser et fournit des interfaces orientées utilisateur, disponibles en anglais, allemand, français, chinois ou japonais. INCA est utilisé tout le long du processus de développement de la calibration initiale d un modèle de fonction en passant par la précalibration d un calculateur sur banc d essai à l optimisation finale dans le véhicule. Le logiciel s emploie au bureau, en laboratoire, sur banc d essai et en véhicule. Les applications s entendent des simulations PC à l instrumentation d un véhicule ainsi que de la gestion Offline des données de calibration aux analyses et posttraitement des mesures. INCA supporte la gamme complète des modules matériels compacts ETAS ainsi que les interfaces calculateur puissantes ETK/XETK dans les applications de mesure, prototypage, calibration et diagnostic. INCA offre une large gamme d interfaces ouvertes et standardisées, assurant ainsi l intégration facile dans différents environnements. 16 17
3.1 Mesure et calibration de calculateur 3.2 Diagnostic de calculateur INCA permet le réglage des paramètres de fonctions, diagrammes caractéristiques et tableaux soit Offline, soit pendant le fonctionnement du calculateur. Pendant ce temps, l outil gère la mémoire volatile et non volatile du calculateur et résout des dépendances de paramètres. Des éditeurs puissants affichent des scalaires, courbes ou cartographies caractéristiques sous forme de tableaux ou graphes en format physique ou hexadécimal. Des scénarios de calibration comportent plusieurs valeurs de paramètres de fonctions spécifiques et facilitent la comparaison de différents réglages. Le diagnostic de calculateur est ajouté par le complément ODX-LINK aux fonctions de mesure et de calibration du produit de base INCA. Pour la gestion Offline des données de calibration, INCA offre des fonctions sophistiquées pour le listage, la comparaison et la fusion des enregistrements. En plus, INCA supporte le traitement de méta-données, décrivant l historique et le temps d exécution d une calibration de paramètre ou de fonction. Parallèlement à la calibration, INCA permet l acquisition des données des bus de calculateur et de véhicule tels que CAN, LIN, Ethernet, et FlexRay. INCA mesure des signaux en provenance des capteurs et de l environnement du véhicule. Des grandeurs dérivées des mesures et des variables de calibration peuvent être calculées et affichées en temps réel. L enregistrement des données peut être démarré et arrêté par des conditions de déclenchement sophistiquées. L enregistrement parallèle de données relatives aux différentes conditions de déclenchement est possible. Les enregistrements de données comportent des signaux mesurés et calculés, paramètres de calibration, options de déclenchement, commentaires des utilisateurs. 18 INCA/ODX-LINK gère en parallèle les données relatives à la calibration et au diagnostic du calculateur. Les deux types de signaux peuvent être utilisés de la même manière pour le déclenchement et le calcul de signaux dérivés. Toutes les données sont enregistrées dans un fichier de mesure et affichées dans les mêmes vues. Un seul boîtier interface suffit pour fournir les connexions pour le diagnostic et la calibration du calculateur. ODX-LINK comporte des fonctions de gestion des séquences de diagnostic basées sur les services de diagnostic conformément à la règlementation d émission OBD. S appuyant sur les services définis par ISO 15031-5 et SAE J1979, l outil permet de visualiser des enregistrements dans la mémoire de défauts, des informations d état et des fonctions de surveillance, des informations sur le véhicule, et des données d environnement connues comme les freeze frames. En complément de l OBD, ODX-LINK permet le diagnostic complet des calculateurs conformément au standard ODX. INCA est en plus capable d émuler un appareil de test de service et d exécuter des fonctions de recherche de défauts. De cette façon, le diagnostic de service peut être validé avant que l appareil de test de service soit disponible. Grâce à l outil ODX-FLASH, INCA/ODX-LINK offre une solution complète pour valider la reprogrammation et le diagnostic des calculateurs du véhicule conformément à la norme ODX. Figure 7: Avec ODX-LINK, INCA offre une solution complète basée sur ODX pour valider le diagnostic de véhicule. 19
Générique Figure 8: Sur des unités de commande, sur des systèmes d essai ou des environnements virtuels sur le PC: INCA permet de connecter tous les types de cibles pour la simulation et le prototypage. 20 3.3 Analyse des données de mesure 3.4 Simulation et prototypage Dans le processus de développement des calculateurs, les données de mesure relatives à différents scénarios de mise au point doivent être comparées. L analyseur de données de mesure (MDA measure data analyser) permet de visualiser des mesures dans des configurations prédéfinies. Il permet d évaluer la corrélation des données de diagnostic avec les signaux des calculateurs, capteurs et bus de véhicule. Grâce à l analyseur de données de mesure MDA, des configurations prédéfinies peuvent être utilisées pour afficher des mesures de manière uniforme. En utilisant les mêmes vues et réglages pour les mêmes signaux indépendamment des enregistrements individuels, il est possible de contrôler des mesures similaires les unes comparées aux autres. Les maquettes d impression de l analyseur de données de mesure s adaptent aux règles graphiques qui l utilisateur aura prédéfinies et permettent la documentation professionnelle des résultats de mesure. Les capacités importantes de mesure et de calibration d INCA peuvent être utilisées avec profit dans des applications PC de simulation et de prototypage. La simulation du comportement de nouvelles fonctions logicielles dans un environnent de modélisation sur le PC est une méthode de développement reconnue. Des prototypes sont utilisés pour valider de nouvelles fonctions dans un environnement réel. Pendant la simulation, le prototypage et le test de fonctions, les données de mesure souvent servent de stimuli. L analyseur de données de mesure sert à sélectionner et préparer des signaux stimuli à partir des données de mesure brutes qui ont été enregistrées sur banc d essai ou sur véhicule. MDA est capable de traiter de grands volumes de données de mesure. Il supporte le format de fichier MDF, un standard ASAM qui est généralement utilisé par les outils de développement et d essai. Des prototypes de fonction peuvent être implémentés sur les différentes cibles. Suivant le besoin, ils sont exécutés sur un calculateur, sur un système d essai ou sur le PC. Indépendamment de l environnement de simulation ou de prototypage utilisé, INCA fournit des add-ons permettant l accès aux signaux de mesure et de calibration. INCA-SCX est connecté par le protocole XCP via la connexion TCP/IP aux environnements de simulation génériques sur le PC. INCA-SIP sert à lier INCA avec Simulink. INTECRIO d ETAS permet l intégration de modèles code C, Simulink et ASCET génériques avec un prototype. INCA-EIP assure l accès complet aux prototypes INTECRIO sur le PC ou aux prototypes INTECRIO ou ASCET implémentés dans un système d essai. En utilisant le même outil INCA dans chaque étape, il est aisé d améliorer les valeurs de calibration. 21
3.5 Mesure et calibration sur banc d essai Pour l intégration avec des systèmes d automatisation pour bancs d essai, INCA supporte les interfaces ASAM éprouvés, c.a.d. le protocole ASAP3 et le modèle objet ASAM MCD-3 MC. Les temps de cycle de calibration qui peuvent être réalisés avec des interfaces standardisées sont particulièrement bien adaptés aux essais permanents. Les méthodes de mesure et de calibration rapides sont supportées par l add-on INCA-MCE (Measurement and Calibration Embedded) pour INCA. Grâce à la liaison en temps réel entre l outil d automatisation du banc d essai et le calculateur, INCA-MCE assure une performance de mesure et de calibration extraordinaire. INCA-MCE est exécuté sur le module ES910 qui sert d interface calculateur en temps réel. Le protocole en temps réel standard EtherCAT ou le protocole en temps réel spécifique à l application ilinkrt Ethernet est utilisé pour connecter l ES910 au banc d essai. Avec ces protocoles, l outil d automatisation et INCA-MCE utilisent des valeurs physiques pour échanger des paramètres de mesure et de calibration adressés par nom. Pour la communication avec le calculateur, INCA-MCE transforme toutes les données en valeurs binaires appropriées et en adresses mémoire. Figure 9: INCA-MCE connecte le calculateur en temps réel au système d automatisation du banc d essai. 22 23
3.6 Interfaces ouvertes En complément des interfaces du système d automatisation, les outils de la famille de produits INCA offrent une large gamme d interfaces standard et ouvertes pour la configuration, l échange de données, la documentation, l automatisation et l intégration avec des applications client. L accès au calculateur est configuré au moyen de fichiers de description au format A2L et ODX comme défini par les standards ASAM MCD-2. La communication bus sur FlexRay, CAN, et LIN est décrite dans le format FIBEX, CANdb, ou LDF respectif. Les données de calibration sont mémorisées en formats HEX, tandis que plusieurs formats ASCII sont supportés pour échanger des sous-ensembles de jeux de paramètres de calibration. Les données de mesure sont enregistrées dans des fichiers MDF. Etant une norme générale pour les tests automobiles, le format de données de mesure binaire MDF est supporté par des outils d évaluation de données généralement utilisés tels que MATLAB et FAMOS. INCA fournit des listes de paramètres et les résultats des données de calibration en format XML. La configuration des expérimentations et du matériel connecté peut aussi être documentée dans des fichiers XML. Pour l accès interactif aux descriptions des paramètres et modèles de fonction dans INCA, une interface ouverte permet l intégration d une documentation électronique du calculateur en format PDF ou Windows Help HTML par le client. INCA fournit des interfaces de programmation d application (API) pour l intégration d outils. Les COM- API sont basés sur le standard COM (Component Object Model). Les COM-API permettent le contrôle de presque toutes les fonctions INCA, assurant ainsi la flexibilité maximale. Avec INCA-MIP, les scripts MATLAB peuvent être utilisés pour automatiser ou semi-automatiser les procédures de calibration. Le travail manuel dans INCA et l utilisation de scripts via INCA-MIP peuvent être combinés avec des routines de calcul et d optimisation utilisant d importantes bibliothèques et boîtes à outils MATLAB. Figure 10: Interfaces ouvertes de la famille de produits INCA. 24 25
4. Produits matériels Figure 11: Produits matériels ETAS supportés par INCA. 26 27
4.1 Interfaces calculateur ETK/XETK universelles Les standards exigeants en matière de performance, de sécurité, de réactivité, de confort de conduite, de l économie de carburant et des niveaux d émissions qui doivent être respectés par les véhicules d aujourd hui ne pourraient pas être atteints sans l utilisation de calculateurs avec une multiplicité de fonctions sophistiquées. Un accès performant à la mesure et à la calibration constitue un pré-requis essentiel pour le développement de ces fonctions et la calibration des paramètres de fonction. Les interfaces basées sur Ethernet ETK et XETK d ETAS permettent l accès direct aux variables de commande et paramètres d un calculateur via un bus de données et d adresses parallèle ou via l interface série de test et de débogage d un microcontrôleur. L interface ETK/XETK sait gérer le temps réel. Son alimentation électrique dédiée permet la préparation et le déclenchement des tests de démarrage à froid indépendamment du calculateur. Grâce à leur compacité, les ETKs/XETKs peuvent être logées dans les calculateurs de série. Elles résistent aux températures et vibrations extrêmes aux endroits où sont logés les calculateurs dans le véhicule. En comparaison à d autres méthodes qui surchargent le microcontôleur du calculateur avec des tâches d accès aux données et des transferts de données par une interface de série, une ETK ou une XETK ne requiert que très peu de surcharge de calcul pour le calculateur. Par exemple sur les calculateurs moteur, de grands nombres de valeurs mesurées peuvent être saisies facilement sans influence sur la surcharge de calcul du calculateur, même dans le cas de hauts régimes moteur qui entravent considérablement la puissance de calcul. En raison de leur construction, les calculateurs de développement ETK/XETK n ont pas besoin d une interface série supplémentaire pour la connexion à l outil de développement. Comme ils sont peu intrusifs en fonctionnalité et en intégration mécanique, les ETKs/XETKs permettent la comparaison directe entre le comportement du calculateur de développement et son équivalent de série. L utilisation d un calculateur de série ETK/XETK permet de calibrer aisément le logiciel de production de série et de le vérifier ensuite au moyen du calculateur de série sans qu il soit nécessaire de remplacer des pilotes dans le logiciel plateforme. ETK-7.1 XETK-T2.1 XETK-V1.0 Figure 12: Exemple de montage ETK/XETK de type VertiCal. ETK-S3.0 28 29
Type de microcôntroleur (constr./famille) Freescale MPC5500 Figure 13: Système avec plusieurs calculateurs XETK et un calculateur XETK avec plusieurs microcontrôleurs connectés à INCA. Interface à ETK/XETK Type ETK/XETK Produits Bus de données et d'adresses Bus de données et d'adresses (interface standard VertiCal) ETK parallèle ETK/XETK parallèle ETK-P20.0, ETK-11.0 ETK-V1.0, XETK-V1.0 Interface NEXUS (JTAG) ETK série ETK-S3.0 Freescale MPC500 Bus de données et ETK parallèle ETK-P4.0, ETK-P5.0, ETK-P7.0, ETK-P8.1, ETK-P9.0 d'adresses Interface NEXUS ETK série ETK-S2.0 Infineon TriCore Bus de données et ETK/XETK parallèle ETK-T1.1, ETK-T2.1, XETK-T2.1 d adresses Interface JTAG ETK série ETK-S4.2, ETK-S1.1C Infineon C166, C167 Bus de données et ETK parallèle ETK-7.1 d adresses NEC V850 NBD ETK série ETK-S5.1 Renesas SH AUD II ETK série ETK-S6.0 AUD ETK série ETK-S1.1D Renesas M32R JTAG ETK série ETK-S1.1B Autres microcontrôleurs Bus de données et d adresses ETK parallèle ETK-7.1, ETK-11.0 Table 1: Aperçu des types et interfaces ETK pour de différents microcontrôleurs et familles de microcontrôleurs de différents constructeurs. Microcontrôleurs supportés ETAS fournit une large gamme de ETKs/XETKs pour les microcontrôleurs généralement utilisés pour les calculateurs de boîte de vitesses et moteur de Freescale, Infineon, Intel, NEC, Renesas, et STMicroelectronics. Les ETKs/XETKs sont conçues selon les exigences des clients, pour ce qui concerne la taille de mémoire et l intégration mécanique avec le calculateur. Les interfaces ETK et XETK assurent la stabilité à long terme et la compatibilité descendante. Tous les points mentionnés ci-dessus assurent un degré des économies substantielles pour les investissements dans les équipements, outils et formations. ETK et XETK offrent des interfaces Ethernet aux outils de développement L ETK et l XETK diffèrent selon la façon de connecter le calculateur et l application hôte. Les calculateurs ETK sont connectés au PC en utilisant un module d interface qui prévoit la gestion du protocole. En revanche, les XETKs implémentent une interface Ethernet fonctionnelle totale on-board pour faciliter une connexion directe avec le PC. Les XETKs utilisent le protocole XCP-on-Ethernet pour le transfert de données. En utilisant ce standard, elles peuvent être intégrées facilement dans les outils existants. L XETK est capable de gérer en même temps jusqu à quatre canaux de communication XCP. Cela permet l accès simultané de plusieurs applications logicielles basées sur PC à un calculateur équipé de l XETK. Plusieurs lignes de données XETK peuvent être connectées à un ordinateur hôte via un module de réseau. Cette option est intéressante pour la calibration de systèmes qui sont répartis à travers plusieurs calculateurs ou implémentés par un calculateur équipé de plusieurs processeurs. Dans de tels cas, les données XETK des calculateurs individuels peuvent être adaptées par un processus de synchronisation temporelle basé sur le matériel. Compatibilité complète L ETK et l XETK sont complètement compatibles avec le calculateur, pour ce qui concerne l interface et les dimensions physiques. Les deux interfaces sont pareillement supportées par INCA et les outils de développement INTECRIO et ASCET. Les deux solutions - XETK et ETK - offrent des avantages en ce qui concerne les coûts. En utilisant l XETK, des dépenses pour le module d interface PC ne sont pas nécessaires tandis que l ETK est l interface calculateur plus efficace en terme de coûts. 30 31
ES510 4.2 Modules d interface calculateur et bus L aptitude des ingénieurs metteurs au point et d essais de mesurer et calibrer les paramètres de commande et de diagnostic d un calculateur dépend de l accès fiable au calculateur. ETAS fournit des modules compacts qui relient l interface calculateur ETK/XETK ainsi que les bus de série K-Line, LIN, CAN, FlexRay et Ethernet au PC hôte. Lors de l acquisition d un grand nombre de signaux, l ETK ou l XETK est l interface calculateur optimale. Pour satisfaire les exigences de performance minimale, les protocoles série comme le CAN CCP, ou son successeur le protocole XCP sur CAN ou Flexray, sont souvent implémentés sur les calculateurs de développement. La calibration de calculateurs de production se fait sur une interface de diagnostic CAN ou K-Line via un protocole de diagnostic tel que le KWP2000. Tous les modules d interface bus et calculateur compacts sont intégrés sous INCA. INCA supporte simultanément l acquisition des signaux des bus de calculateur et de véhicule via différents modules. Les données de mesure saisies par les modules ES500 ou ES900 du calculateur et du bus CAN ou FlexRay sont synchronisées avec les données des capteurs et des sources analogiques. La synchronisation permet une analyse causale, ainsi qu un suivi d erreur. La figure 14 montre un exemple d application combinée de modules de mesure et d interface calculateur et bus. ES520 ES580 Composant materiel Interfaces calculateur et bus Interface PC ES510 Module de réseau 3x Ethernet / XETK Ethernet ES511 Module de réseau CAN et LIN 2x CAN, 2x LIN, 3x Ethernet/XETK Ethernet ES512 Module d interface FlexRay FlexRay (2 canaux), 3x Ethernet/XETK Ethernet ES520 Module d'interface FlexRay et CAN FlexRay (2 canaux), 2x CAN Ethernet ES580 Interface de bus CAN et LIN PCMCIA 2x CAN ou 2x LIN Emplacement PCMCIA ES581 Interface de bus CAN USB 1x CAN USB ES585 Interface K-Line Centronics 1x K-Line Port parallèle ES590 Module d'interface 1x ETK, 2x CAN, 1x K-Line Ethernet ES591 Module d'interface 1x ETK, 2x CAN Ethernet ES592 Module d'interface 1x ETK, 2x CAN, 2x LIN, 3xEthernet/XETK Ethernet ES910 Module de prototypage et d'interface 1xETK, 1x XETK, 2 x CAN, 2 x LIN Ethernet ES920 Module FlexRay 1 noeud FlexRay avec 2 canaux ES910 ES921 Module CAN 2x CAN ES910 Table 2: Interfaces supportées par les modules compacts ES500 et ES900. ES585 ES920 ES592 32 ES921 ES910 33
L ES910 offre une puissance de calcul élevée Le module ES910 se caractérise par sa puissance de calcul élevée. L ES910 permet de valider facilement des prototypes de fonction du calculateur réalisés sous MATLAB / Simulink, ASCET ou en code C sous des conditions réelles sur véhicule. Les interfaces à temps d attente minimal permettent l accès aux fonctions prototypes en temps réel. En option, le module ES910 peut être équipé de modules ES920 ou ES921, offrant un noeud FlexRay à deux canaux ou deux interfaces CAN supplémentaires. INCA assure la calibration des fonctions exécutées sur le contrôleur de simulation ES910. Sur banc d essai, l ES910 supporte des applications de calibration et de validation critiques en embarquant INCA-MCE. A cet effet, le module ES910 convertit et transmet des données en temps réel entre le système de commande du banc d essai et le calculateur, assurant ainsi la calibration automatisée avec de courts temps de cycle. Figure 14: Exemple d installation comportant des modules de mesure et un module ES590/ES591 en tant qu interface aux calculateurs et au bus CAN de véhicule. 34 35
ES600 ES610 ES611 4.3 Modules de mesure Composant Matériel Voies de mesure ES600 Module de réseau Connexion de 6 modules Ethernet à un lien Ethernet ES610 Module A/N 16 x tension différentielle ES611 Module A/N avec alimentation de capteur 8 x tension différentielle incl. alimentation de capteur ES620 Module thermique 16 x entrées thermocouple universelles ES630/ES635 Module lambda 1 x entrée de capteur d'oxygène ES631/ES636 Module lambda 2 x entrées de capteur d'oxygène ES650 Module thermique et A/N 8 x entrées thermocouple universelles, 8 x tension différentielle Table 3: Modules de mesure compacts ES600 - voies de mesure. Les modules de mesure ETAS sont étudiés pour les applications sur véhicule ou sur banc d essai où les ingénieurs utilisent une multitude de capteurs pour contrôler les fonctions du système et du véhicule. Les modules sont utilisés pour mesurer des potentiels électriques, de saisir des tensions, fréquences ou signaux de compteur/ minuterie en provenance des capteurs actifs ou passifs et, pour surveiller des températures ainsi que des valeurs de richesse (lambda) et des valeurs de la teneur en oxygène. ETAS propose deux séries de modules de mesure pour les applications de calibration et de test. Les modules de mesures compacts ES600 sont conçus pour une utilisation dans l habitacle ou dans le coffre d un véhicule. Les micromodules de mesure ES400, quant à eux, sont très petits et extrêmement robustes pour résister à une installation sous le capot près de la source de la mesure. Ils sont parfaitement adaptés à des applications au niveau des parties externes du véhicule, par exemple sous capot dans un véhicule. Une utilisation mixte des deux familles de produits est également possible. Tous les modules de mesure sont intégrés dans INCA. Parallèlement aux modules de mesure, les interfaces calculateur et bus ETAS peuvent être connectées aux modules de réseau compacts ES600 ou ES51x. Alternativement à INCA un drive recorder ES715 peut être utilisé pour enregistrer les données de mesure. Les modules de mesure ETAS donnent à l utilisateur des valeurs de mesure précises. De par des coefficients de température extrêmement bas et une isolation galvanique des voies de mesures individuelles, les lectures des mesures sont en grande partie indépendantes de la température ambiante et des courants de masse. ES620 36 ES630/ES631 ES650 Les modules de réseau permettent la liaison et la synchronisation d appareils de mesure formant un cluster avec une précision à la microseconde. Les voies de mesure se comportent exactement de la même manière, qu elles appartiennent à un module ou qu elles fassent partie d un ensemble d appareils. Basé sur Ethernet, les ensembles de mesure peuvent transférer d importants volumes de données à l application hôte. Pour optimiser la résolution de temps et le taux de données pour chaque mesure, chaque voie a un taux d acquisition de données individuellement réglable. Modules de mesure ES600 Les carters métalliques de la famille de modules ES600 sont robustes, compactes et facilement maniables. En service autonome, un module de mesure est connecté directement au PC et à l alimentation électrique en utilisant un câble splitter Y. Grâce à la fonction d économie de courant intégrée, les modules de la famille ES600 basculent automatiquement au mode veille lorsqu un PC n est plus connecté. Les modules peuvent être interconnectés rapidement, facilitant la création d un ensemble de comportant jusqu à six modules de mesure. Les voies de mesure dans un ensemble sont connectées et synchronisées dans le temps par un module de réseau. En plus, le module de réseau ES600 assure l alimentation électrique des appareils de mesure connectés, les modules étant mis en circuit successivement afin d éviter des pointes de charge. Le module de réseau affiche les activités du réseau de raccordement aux appareils connectés à l aide des LEDs. De cette façon il est possible de surveiller le fonctionnement du module ainsi que de la connexion. Les modules de réseau ES600 permettent aussi la liaison et la synchronisation de jusqu à six appareils. Un seul câble pour alimentation électrique et pour les signaux Ethernet connecte le PC au module de réseau. Des ensembles d appareils peuvent être mis en place à différents endroits, p.ex. dans le coffre d un véhicule ou au fond de l habitacle. La topologie en étoile tolère le défaut d un module ou ensemble ES600 et permet l entretien facile de l installation de mesure. Dans le cas d une installation complexe, l utilisateur peut faire allumer une LED d identification pour détecter un module spécifique. 37
ES410 Micromodules de mesure ES400 Pour la connexion aux modules de mesure, des longs chemins de câble sont nécessaires pour les signaux de capteur. Sur véhicule, cela signifie que des faisceaux de câbles lourds doivent être posés à travers la cloison de séparation dans le véhicule. Cette technique de câblage ne demande pas seulement des modifications excessives de la carrosserie du véhicule; mais aussi les efforts d installation et de mise en place représentent un facteur de coûts important. Avec les modules de mesure de la famille de produits ES400, ETAS propose une solution permettant la pose des câbles de capteur sans que la carrosserie du véhicule doive être altérée. Les modules ES400 sont conçus pour l installation à proximité immédiate des capteurs ou signaux à mesurer. Les modules ES400 sont étanches à l eau et aux poussières conformément à IP67 et résistent à l accélération et aux chocs p.ex. dus aux chutes de pierres. Tous les connecteurs sont étanches à l eau et aux poussières. Les modules sont appropriés à une plage de températures de service entre 40 C et +120 C. La construction peu encombrante des modules permet leur installation dans des coins et endroits assez étroits, dans le compartiment moteur, la carrosserie ou le châssis du véhicule. De cette façon, les longueurs des câbles de capteur sont minimisées, réduisant ainsi la distorsion des signaux et supprimant de longs faisceaux de câbles de capteur. Seul un câble reliant l ensemble au PC doit être introduit dans l habitacle du véhicule. Dans le cas des concepts de bancs d essai modulaires, il est courant de monter les moteurs d essai sur des systèmes de palettes et de réaliser les connexions nécessaires au banc d essai par des interfaces prédéfinies. Pour gagner un temps précieux sur banc d essai, les objets soumis aux essais - p.ex. moteurs - sont équipés des capteurs et modules de mesure nécessaires avant de les monter sur le banc. La disposition des modules à proximité immédiate des capteurs et le fait que le câble de données est la seule interface à l ordinateur hôte du banc permet de contrôler facilement le montage sur palette. Les modules de la famille ES400 sont particulièrement bien appropriés à l utilisation sur banc d essai grâce à la préparation efficace des essais et à leur résistance aux conditions ambiantes telles que vibrations, vapeur d huile, gaz d échappement et eau - conditions que l on trouve souvent sur les bancs d essai. ES420 Composant matériel Voies de mesure ES410 Modules A/N 8 x tension différentielle ES411 Module A/N avec alimentation de capteur 4 x tension différentielle incl. alimentation de capteur ES420 Module thermique 8 x entrées thermocouple universelles ES430/ES432 - Module lambda 1 x entrée de capteur d'oxygène ES441 - Module compteur et fréquence avec alimentation de capteur 4 x entrées de compteur, minuterie ou fréquence Table 4: Modules de mesure ES400 - voies de mesure. Les drive recorders ES715 permettent l accès aux signaux de mesure ES400. De plus, les modules ES400 sont complètement compatibles avec le module de prototypage rapide ES910 fournissant en temps réel les signaux aux prototypes de fonctions. L utilisation du protocole standard XCP-on-Ethernet et d un outil de configuration autonome fourni par ETAS permet l intégration facile des modules ES400 dans toutes les applications tierces. Une bibliothèque basée sur le code C est disponible pour l intégration dans des applications logicielles sans pilotes XCP-on-Ethernet. Les modules ES400 sont supportés les applications telles que MM6 de Robert Bosch Chassis Systems Control, DEWESoft de DEWETRON, PROVEtech VA de MBtech Group, et CANape de Vector. Des pilotes pour LabVIEW sont aussi disponibles. ES430 38 ES411 ES432 ES441 39