克服COVID-19疫情中挑战

滑铁卢大学替代燃料小组重新规划战略

The University of Waterloo Alternative Fuels Team (UWAFT) is represented by engineering and business students from the University of Waterloo and Wilfrid Laurier University with backgrounds in controls development, electrical and mechanical engineering, communications, autonomous vehicles, user interface design and other fields of study. (This photo was taken before Covid-19-related restrictions.)

当你无法接触到物理组件时,如何重新设计动力传动系统?COVID-19病毒的流行严重影响了滑铁卢大学和劳瑞尔大学(Wilfrid Laurier University)的工商科学生参加EcoCAR驾驶挑战赛(EcoCAR Mobility Challenge)。这些学生正在重新设计一辆2019年的雪佛兰Blazer,但六个多月以来,他们一直无法使用他们的竞赛车辆。

滑铁卢大学替代燃料小组(UWAFT)没有停止所有活动,而是决定改变战略。通过专注于软件方面的开发,他们逐步推进了活动,并取得了进展。

UWAFT推进控制与建模联合负责人Teodor Crnobnja说:“我们团队很快就意识到我们可以单独使用软件进行大量工作,因此虽然工作重心转移了,但我们只经历了一些小挫折。”。“我们开始研究自动化测试选项,并改进会议策略、测试程序、任务分解和长期计划。”

EcoCAR Mobility Challenge是一项为期四年的竞赛,旨在帮助工科学生接触真实世界,并提供实践经验,为开发未来驾驶解决方案打下基础。UWAFT是北美12个大学团队之一,他们通过引入先进的推进系统,以及网联和自动驾驶技术,提高2019雪佛兰Blazer的能效、安全性和市场吸引力。这些队伍目前正处于第三年(2020-2021年)的比赛中。

独特的重新设计功能

The Controls Team troubleshoots the high-voltage battery pack installed in the trunk of the Chevrolet Blazer.

UWAFT正在重新设计其赛车的车型,将其改进成功能齐全的混合动力驱动系统。他们的车辆由后轴电机驱动。通过这种独特的配置,从事控制工作的学生工程师可以专注于开发强大的能源管理策略,最大限度地提高燃油效率,同时满足消费者对于驾驶性能的期望。

经过重新设计,通过定制的热管理系统和电机在制动过程中的再生能力,能耗将降至最低。此外,车辆还配有一个定制感知系统和一个控制器,以实现SAE Level 2自主。

UWAFT推进控制与建模联合负责人Cole Tofflemire说:“我们还增加了一个人机交互界面,因此用户能够与驾驶辅助功能进行交互。”。“我们希望这能改善整体的用户体验。”

为了彻底检查这些定制的工程功能,包括车辆集成任务,该团队正在使用验证和确认(V&V)方法。

Tofflemire说:“我们坚持软件开发的V模式。“在进行硬件测试之前,我们确保我们的代码在软件环境中得到充分验证。如果我们的代码在任何时候都不符合我们的标准化需求和测试案例,那么我们将在软件环境中重新评估,直到它在硬件和/或车辆上得到验证。我们正在使用dSPACE工具和设备以及MATLAB和Simulink。流程非常简便。”

克服当前和未来的挑战

由于COVID-19的影响,硬件的使用受限,面对面的工作交流也很难实现,团队面临的挑战远远超出了以往的竞赛。

UWAFT项目经理Ashad Bhatti说:“我们正处于这样一个特殊阶段,我们必须进行重要的硬件测试,以进一步验证软件开发,同时必须将面对面的工作交流保持在最低限度。”。“然而,通过一些工具,如AutomationDesk,我们投入了大量的重要资源来优化我们的测试过程。通过建立的工作流程和持续的集成过程,我们希望在车辆在环阶段之前,省却面对面的测试工作。”

为了让汽车的电机运转起来并确保所有系统都能正常工作,团队成员连续几天都在研究推进控制的问题。测试是查明和解决问题的关键。目前,该团队报告说,后方车辆系统正在运行,但仍需对汽车前部的系统进行众多测试。

Teodor Crnobrnja说:“新组件需要车辆内部控制模块之间的不同反馈,这是我们团队目前面临的挑战之一。”“为了全面运行,每个模块都需要有正确的数据,否则汽车短期内不会启动。”

UWAFT应用dSPACE的仿真工具

During a training session held at dSPACE, UWAFT students Ryan Tanary and Joe Ye establish digital & analog interfacing utilizing dSPACE MicroAutoBox II and dSPACE HIL hardware with a RTICANMM block set.

为了帮助团队完成与软件控制开发相关的任务,UWAFT正在使用dSPACE MicroAutoBox II快速原型开发系统和标准dSPACE硬件在环(HIL)仿真器,以及dSPACE ControlDesk实验软件和dSPACE AutomationDesk测试编写和自动化工具。

MicroAutoBox II被用于开发车辆的混合监督控制器,该控制器与几个现成的电子控制单元(ECU)以及自动车辆硬件进行通信。HIL仿真器用于在车载测试之前仿真ECU。Bhatti说,利用这些硬件产品以及ControlDesk和AutomationDesk,能够进行有效的硬件在环测试。

轻松地从软件转向硬件

dSPACE工具与MATLAB和Simulink环境之间的紧密集成使得团队能够轻松地将软件迁移到硬件环境中。

“这是一种没有多少人能有机会遇到的奇特体验,”Crnobrnja说,“这使我们能够在仿真环境和实时环境之间进行快速测试,它让团队相信在实际车辆上操作也会成功。”

团队成员表示,通过将HIL仿真器与MicroAutoBox II相结合,他们可以在几分钟内进行仿真验证。利用AutomationDesk功能,他们可以将大大提高测试和验证的水平,使远程和本地开发比以往更加精简。随着竞争的推进,团队计划最大限度地发挥所有这些工具的潜力,帮助进行开发和测试程序。

“dSPACE工具超出了我们团队的预期,”Bhatti说。“如果正确使用,这些工具功能很强大,只要通过学习,之后的操作就会清晰而顺畅。”

寻找真实世界的EcoCAR体验

EcoCAR竞赛要求很高,车队在每个角落都可能遇到挑战,但这正是这项赛事吸引年轻工程师的原因。UWAFT的成员分享了参加EcoCARMobility Challenge竞赛的原因:

“当我来到滑铁卢大学时,我不想只拿到学位,而是希望经历现实生活中的挑战来提升自己。我想找一个可以不断挑战自己的地方。通过加入UWAFT,我找到了这个机会。这是独一无二的体验。”

Teodor Crnobrnia,UWAFT推进控制和建模联合负责人

“我一直在寻找一个机会深入研究高难度的工程挑战,通过正面解决问题是我的知识更加丰富。很明显,加入EcoCAR将是实现这一目标的最佳途径。EcoCAR培养的人才不仅在技术领域有天赋,而且在管理领导方面也很有经验。此外,还能够在动态团队环境中高效工作。 从第一天起,我就可以从团队领导者身上看到这些品质,我也努力做到这一点。”

Cole Tofflemire,UWAFT推进控制与建模联合负责人

“我决定以新人的身份参与EcoCAR Mobility Challenge竞赛。校园里有很多汽车设计团队在做广告,但EcoCAR给我的印象是,它在各个领域向参与者提出了各种各样的挑战。从那以后,在快节奏的环境氛围下,我每学期都在进行相关工作。”

Ryan Tanary,UWAFT推进UWAFT网联自动车辆团队负责人

“在加入EcoCAR之前,我刚刚在电池研究实验室完成了实习。我把这个团队看作是一个新平台,可以让我更多地了解研究成果,也可以为我提供宝贵的工程项目经验,我觉得我缺乏这些经验。EcoCAR最终提供了这样的机会。我结交了一群很棒的朋友,我很高兴能与他们一起解决在本科期间遇到的一些高难度挑战。”

Haocheng Zhang,UWAFT混合动力汽车控制首席开发员

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