Témata
Reklama

Návrh přesného tachometru pro automobilový průmysl

Přesná měření rozličných veličin jsou nedílnou součástí testování prototypů motorových vozidel. Patří mezi ně i měření rychlosti. Cílem vývojářů byl návrh přesného tachometru, který by splňoval přísná kritéria přesnosti a spolehlivosti v reálných podmínkách. K návrhu byla využita metoda Model-Based Design.

Pro přesné odhadnutí brzdného účinku a spotřeby paliva musí inženýři sledovat rychlost vozidla s přesností na 0,1 km.h-1. Mnoho komerčních tachometrů však funguje pouze na základě technologie globálního navigačního systému (GPS) a jejich přesnost tak závisí na kvalitě přijímaného signálu. V případě zhoršené kvality signálu pak není možné spolehlivě zajistit požadovanou úroveň přesnosti. Z tohoto hlediska jsou problematické zejména silniční testy, kdy je úroveň GPS signálu ovlivněna přítomností budov a dalších objektů.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr.1 Tachometr LC-8100 zajišťuje přesné a stabilní měření i v případě ztráty signálu GPS.

Cílem inženýrů společnosti Ono Sokki, výrobce digitální měřicí techniky, byl vývoj přesného tachometru eliminujícího problémy způsobené sníženou kvalitu signálu. Tachometr je postaven na technologii GPS, ale v místech s nedostatečnou kvalitou signálu využívá inerciální měřicí jednotku (IMU), která zajišťuje přesné a stabilní měření i v případě, že dojde k úplné ztrátě signálu GPS.

První kroky

Ačkoli měli vývojáři společnosti Ono Sokki bohaté zkušenosti s vývojem vybavení pro měření a testování v automobilovém průmyslu, neměli k dispozici žádné návrhové modely, které by mohly být využity pro návrh přesného tachometru. Aby dosáhli požadované úrovně přesnosti, bylo potřeba vyvinout a zavést zcela nové algoritmy, které zahrnovaly komplexní maticové operace s řadou stavových proměnných.

Obr.2 Schéma návrhu metodou Model-Based Design

Z důvodu přísných termínů na dokončení projektu bylo nezbytné urychlit vývoj algoritmů a jejich implementaci do embedded kódu v jazyce C. Při tradičním vývoji byly programy v jazyce C zapisovány ručně. Algoritmy potřebné pro vyvíjené zařízení však byly pro ručně psaný kód příliš komplikované, zejména s ohledem na stanovaný harmonogram. Proto bylo třeba nalézt jiné řešení.

Návrh metodou Model-Based Design

Řešením bylo zpracování návrhu metodou Model-Based Design, využívající nástrojů Matlab, Simulink a Embedded Coder firmy MathWorks. Středem návrhového procesu metodu Model-Based Design je model systému v prostředí Simulink. Ten je využíván od definice požadavků na finální zařízení přes návrh dynamického systému až po jeho implementaci na cílovou platformu a testování prototypu. Model systému je během vývoje průběžně zpřesňován a jeho kvalita je testována při simulacích. Pakliže aplikace vyžaduje implementaci na software/hardware platformu, MBD nabízí automatické generování kódu z modelu v Simulinku, a to včetně kódu pro systémy pracující v pevné řádové čárce nebo realtimeové systémy. Automatické generování kódu nejen zásadně zkracuje vývojový cyklus, ale také odstraňuje obvyklé a časté chyby vznikající při manuálním psaní programů.

Ve společnosti Ono Sokki se jednalo o první projekt, při kterém byl vývojový cyklus Model-Based Design použit. Metoda se ukázala mnohem účinnější než tradiční přístup k vývoji systémů. Vytvoření spustitelné specifikace a automatické generování zdrojového kódu pro cílový procesor tak umožnilo výrazně snížit čas vývoje.

Vývoj systému

Inženýři zachytili chování systému pomocí vývojových diagramů. Poté použili Matlab – integrované prostředí pro technické výpočty, vývoj algoritmů, analýzu dat a vizualizaci –, ve kterém naprogramovali algoritmy pro všechny definované bloky. Algoritmy byly v prostředí Matlab podrobeny řadě testů, které prověřily funkčnost jednotlivých prvků na úrovni komponent.

Následoval vývoj modelu na systémové úrovni, který byl realizován v grafickém prostředí Simulinku. Simulink je nástroj založený na symbolice blokových schémat, určený pro matematické modelování a simulace dynamických systémů. Obsahuje také prvky pro návrh algoritmů automatického řízení a zpracování signálů.
Model umožnil integraci algoritmů navržených v Matlabu se zahrnutím komplexního časování a interakcí mezi komponentami. Funkce modelu byla prověřena řadou simulací, které pomohly určit soubor parametrů maximalizující výkon systému. Model v Simulinku posloužil mimo jiné jako spustitelná specifikace projektu.
Po ověření návrhu simulacemi byl z navržených modelů a algoritmů automaticky vygenerován zdrojový kód v jazyce C. Kód bylo možné přímo nasadit na cílovou platformu zvoleného signálového procesoru (DSP).

Verifikace systému

Verifikace systému proběhla pomocí processor-in-the-loop simulací (PIL). Model v prostředí Simulink byl zapojen jako testovací rámec, ke kterému byl připojen reálný procesor s implementovaným algoritmem. Tak byla ověřena funkčnost kódu na cílovém DSP, kdy byly výstupy z procesoru porovnány s výsledky původních simulací.

Obr.3 Generování kódu z modelu v prostředí Simulink

Během validace byl nalezen rozpor ve funkci algoritmů v DSP, který byl způsoben překladačem C kódu. Při tradičním vývojovém cyklu by bylo velice obtížné takovouto nejednotnost odhalit. PIL testy umožnily tento problém identifikovat a vyřešit jej předtím, než byl kód nasazen do výroby. Měřicí systém LC-8100 je v současné době v prodeji společně s dalšími tachometry společnosti Ono Sokki. Ačkoli byl již vývoj systému ukončen, jsou vytvořené modely opětovně využívány jako základ pro další generaci měřicích systémů.

Výsledky

Podstatné zkrácení doby vývoje

Podle odhadu vývojářů by při vývoji systému s ručním zápisem kódu v jazyce C nebylo možné dokončit projekt v termínu. Automatické generování kódu práci výrazně urychlilo a přispělo k dokončení projektu s časovou rezervou.

Snížení objemu kódu, který bylo nutné naprogramovat

Naprogramování algoritmů v Matlabu vyžaduje mnohem menší množství kódu, než je nutné použít při ručním zápisu stejných algoritmů v jazyce C. Protože je kódu mnohem méně, je jeho údržba jednodušší a nižší je i potenciální množství zanesených chyb.

Opětovné využití modelů ve fázi testování

Chování celého systému bylo navrženo a modelováno v Simulinku. Modely umožnily pochopit, jak změny v jedné části systému ovlivňují celek. Po ověření algoritmů simulacemi byly stejné modely využity jako referenční a testovací systém při processor-in-the-loop simulacích, které pomohly zlepšit kvalitu výsledného softwaru.
Distributorem produktů společnosti MathWorks v České republice a na Slovensku je Humusoft, s. r. o.

Jaroslav Jirkovský

Humusoft
www.humusoft.cz
Jirkovsky@humusoft.cz

Reklama
Vydání #3
Kód článku: 120332
Datum: 13. 03. 2012
Rubrika: Trendy / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Integrace měření drsnosti povrchu do obráběcích strojů

Blum-Novotest, přední výrobce inovativní a vysoce kvalitní měřicí a zkušební techniky, bude na veletrhu MSV 2014 prezentovat sondu na měření drsnosti povrchu TC64-RG. S tímto novým produktem je nyní možné automatické testování kvality povrchu obrobku v obráběcích strojích.

Modernizace laboratoře pro měření emisí

Od listopadu 2011 je v Roztokách u Prahy otevřen objekt VTP Roztoky. Objekt o celkové ploše 4 200 m2 využívá pro k realizaci svých aktivit zejména Centrum vozidel udržitelné mobility (CVUM), založené při ČVUT v Praze, Fakultě strojní. Budova vznikala právě na základě požadavků vědeckých a akademických pracovníků z ČVUT, kteří hledali nové laboratorní a kancelářské prostory se záměrem vytvořit špičkové výzkumné pracoviště a navázat tak na projekty Výzkumných center spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka I, II, úspěšně řešené v  letech 2000 až 2011 pod vedením prof. Jana Macka. Záměr se podařilo realizovat také díky synergii projektů, využitých pro financování výstavby objektu a následně vybavení jednotlivých laboratoří. V loňském roce, sedm let po oficiálním otevření, byla realizována přístavba a obnova emisního vybavení v laboratoři s válcovou brzdou.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Související články
Válcová laboratoř pro měření emisí

Měřením emisí se Škoda Auto zabývá již více než šedesát let. Spolu s vývojem motorů a vozidel a stále se zpřísňující legislativou vznikla potřeba vybudovat Emisní centrum Jih. Základní kámen tohoto centra byl položen v Mladé Boleslavi v létě 2016 a letos v květnu byl otevřen první ze tří měřicích boxů, vybavený nejmodernějšími technologiemi. Celková investice se vyšplhala k 15 milionům eur.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Výkon bez kompromisů

Mercedes-Benz má dlouhou a úspěšnou historii v oblasti motoristických soutěží. Od šedesátých let minulého stroletí pocházejí přesně seřízené motory vítězných vozů Mercedes od AMG - kdysi nezávislé firmy, kterou založili dva inženýři ze společnosti Mercedes, dnes už vlastní výkonové divize společnosti.

Měření v rámci celého výrobního řetězce

Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

Konfirmace měřidel

Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

Vestavné přístroje pro měření v silnoproudé síti

Řadou vestavných přístrojů SIRAX se doplňují přístroje s vysokým výkonem SINEAX a završují tak portfolio v této oblasti. Přístroje série SIRAX se vyznačují základní funkčností převodníku elektrických veličin za dodržení velmi dobrého poměru cena/výkon. Přístroje BM1200 a BM1400 představují jednoduché a cenově výhodné monitory silnoproudé sítě. Pro vyšší stupeň vizualizace a komfortnější koncept obsluhy jsou vhodné multifunkční monitorovací přístroje, které byly označeny MM1200 a MM1400, jsou vybaveny TFT displejem a lze je na základě přehledného menu též konfigurovat.

Ochrana provozních měřidel tlaku před mechanickým namáháním

Při měření tlaku v potrubních systémech a v nádobách se setkáváme s nepříznivými mechanickými vlivy, které mají původ v měřeném procesu. Jedná se o tlakové rázy, pulzace, otřesy či vibrace, a někdy také o přetížení nad rámec měřicího rozsahu přístroje. Pulzace tlaku v potrubí zpravidla pochází od čerpadel, případně od rotujících míchadel v nádobách. Tlakové rázy jsou způsobovány setrvačností sloupce kapaliny pohybující se v potrubí; na jejich vzniku se podílí i činnost ventilů a škrticích orgánů. Destruktivní účinky mohou mít i bubliny par a plynů v tekutině proudící přes ventily. Otřesy a vibrace jsou způsobovány zpravidla rotujícími částmi strojů, prouděním tekutin, pulzacemi a tlakovými rázy v potrubí. Tento článek si klade za cíl shrnout způsoby, jak lze tlakoměry před uvedenými vlivy ochránit.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit