EOLO PF-2K

EURINS S.R.L.
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EOLO PF-2K : acquisire dati dall’intero veicolo (2 linee K, bus
CAN, sensori) rimanendo comodamente nel proprio ufficio
Dr Stefano Vianelli
EURINS srl
Categoria
Automotive
Prodotti utilizzati
LabVIEW 6i, Serial, CAN, DAQ
La sfida
Registrare numerosi parametri provenienti da diverse sorgenti indipendenti a bordo di un veicolo
in prova con un sistema configurabile e controllabile remotamente senza richiedere un operatore
al seguito, acquisendo continuamente i dati previsti e memorizzandoli in occasione di condizioni
particolari, assicurando l’affidabilità tipica di un sistema “stand-alone” non presidiato.
La soluzione
Realizzare uno strumento installabile a bordo veicolo abbinando compattezza, robustezza e
modularità con un’architettura di tipo computer industriale potendo così utilizzare soluzioni
software in ambiente Windows 32 bit.
In particolare è stato sviluppato un pacchetto composto di un programma residente nello
strumento e di un altro installabile in un computer da ufficio dotato di connessione alla linea
telefonica; mediante opportune interfacce elettroniche e schede PCMCIA è possibile acquisire
tutti i diversi tipi di segnali previsti, mentre un modem GSM dual band permette la connessione
remota e la gestione del sistema.
Introduzione
Il sistema EOLO nasce dall’idea di portare a bordo di un veicolo tutta la potenza e la
configurabilità di un personal computer pur soddisfacendo le esigenze di compattezza,
robustezza e adattabilità che l’ambiente richiede.
In particolare il modello PF-2K è stato fornito in sette esemplari al Reparto Motoristi del settore
sviluppo della Ferrari Auto SpA per le prove di durata eseguite con le vetture sia prima della loro
messa in produzione che successivamente.
Tutte le più prestigiose case automobilistiche mondiali si stanno rendendo conto che l’attuale
massiccia presenza di alta tecnologia a bordo si traduce in un numero sempre maggiore di
centraline elettroniche, ognuna caratterizzata dal proprio firmware, e una grande quantità di
problemi può derivare da bachi non evidenziati durante lo sviluppo; risulta evidente come le
prove di durata, dove molti esemplari vengono sottoposti a intensi periodi d’uso, sono il più
efficace strumento per tentare di evidenziare tutti i potenziali malfunzionamenti.
Queste prove possono durare molti giorni, a volte settimane o mesi, quindi è indispensabile
disporre di un sistema d’acquisizione in grado di monitorare continuamente un grande numero di
parametri senza richiedere la presenza di un operatore, essendo configurato per salvare i dati solo
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in occasione di particolari eventi che di volta in volta si ipotizza siano le manifestazioni di
qualche problema.
Caratteristiche del sistema
Il software del sistema EOLO, completamente sviluppato in LabVIEW 6.0.2, si divide in due
parti: una presente nell’acquisitore e una installata in ufficio; mediante il modem GSM integrato
in EOLO è possibile collegarsi con ogni sistema (ciascuno caratterizzato da una SIM Card
abilitata al trasferimento dati), vederne lo stato di funzionamento, modificarne la configurazione,
scaricare i dati acquisiti in occasione degli eventi che sono stati precedentemente impostati come
trigger, tutto senza che il collaudatore si accorga di nulla e senza dovere mandare un tecnico
specializzato in giro per il mondo in tutte le zone di prova; il programma presente dentro ciascun
sistema può quindi essere gestito remotamente ma anche localmente nel caso questo sia
necessario, poiché EOLO dispone di un monitor LCD da 6.5” integrato a colori, di un
minijoystick con le funzioni di un mouse, della presa LAN ethernet per il collegamento ad un
altro PC e dei connettori per un mouse e una tastiera esterni.
Il cuore del sistema è costituito da una scheda PC 5.25” con CPU Celeron 800 MHz, 128 MB
RAM, sistema operativo Windows 98 SE; la peculiarità consiste nella presenza di due slot
PCMCIA, 4 porte seriali RS-232, 1 porta ethernet 10/100 Mbps, 1 slot per Compact Flash Card.
Lo scopo del sistema è acquisire dati dalle due centraline motore Bosch mediante le loro linee K
(due indipendenti), dal bus CAN che collega tutte le centraline presenti a bordo, da sensori
analogici occasionalmente installati per misure particolari.
L’architettura di EOLO integra due interfacce indipendenti (sviluppate dalla Eurins srl) per
comunicare con le due linee K mediante le porte RS-232, una scheda NI PCMCIA-CAN per
l’accesso al bus CAN, una scheda NI PCMCIA DAQCard-AI-16XE-50 per l’acquisizione dai
sensori, per la gestione di alcuni LED esterni (che evidenziano localmente lo stato di
funzionamento anche con EOLO installato in posizione tale da non mostrare il monitor) e per
sentire l’attivazione di un trigger esterno eventualmente azionato manualmente dal collaudatore;
si è già accennato al modem GSM dual-band per l’accesso remoto, mentre merita una menzione
particolare l’alimentatore (sviluppato dalla Eurins srl) utilizzato per il collegamento tutt’altro che
“pulito” alla batteria della vettura riuscendo comunque (anche grazie a una batteria tampone) a
garantire le varie alimentazioni interne con tensioni stabilizzate pur alle notevoli potenze
necessarie.
Funzionamento del sistema
“Acquisire dati dall’intero veicolo rimanendo comodamente nel proprio ufficio”: questo è il
sogno di ogni responsabile dello sviluppo, di ogni operatore, di ogni collaudatore. Oggi non si è
ancora giunti a realizzare completamente quest’obiettivo; infatti nessuno riesce a rimanere
comodo quando sono in corso prove fondamentali per la validazione, l’omologazione, il
“debugging” di un veicolo dopo un’infinità di tempo passato a simulare e a provare a banco.
E’ però una realtà disporre di sistemi in grado di essere gestiti remotamente, potendo svolgere
contemporaneamente molte prove in strada senza impegnare tutto il personale specializzato che
invece può rimanere a occuparsi dei dati e delle possibili soluzioni.
EOLO è un sistema capace di svolgere le attività che finora hanno richiesto più strumenti
contemporaneamente installati, concentrando tutte le fonti di segnale all’interno di un’unica
piattaforma a vantaggio delle tipiche esigenze di sincronismo, confronto in tempo reale e
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memorizzazione parallela dei dati oltre a una notevole semplificazione delle strutture di fissaggio
e dei cablaggi.
La configurazione prevede la creazione di tabelle con tutti i segnali da acquisire (Figura 1); si
possono scegliere frequenze di campionamento indipendenti per ogni sorgente (prima linea K,
seconda linea K, bus CAN, sensori analogici). E’ possibile definire fino a 10 relazioni tra i vari
segnali oppure tra questi e dei valori costanti, mettendole in relazione di AND logico o di OR
logico in modo da realizzare una struttura di controllo in tempo reale dei dati allo scopo di
attivare la loro memorizzazione solo in occasione di eventi particolari. Questa è la tipica
acquisizione con trigger software in base al valore di alcuni segnali, e si divide in multi-trigger
(a ogni occasione successiva viene creato un file di dati) e in one shot (dopo il primo verificarsi
delle condizioni impostate il sistema smette di acquisire); in entrambi i casi vengono definiti i
tempi di pre-trigger buffer e di post-trigger buffer per memorizzare i dati precedenti e successivi
all’evento d’interesse in maniera controllata. Parallelamente il sistema può attivare il salvataggio
dei dati reagendo all’azione del collaudatore che, intuendo un’anomalia improvvisa del veicolo,
preme un pulsante fissato nel cruscotto e si assicura una “fotografia” dei segnali secondo i
suddetti buffers a prescindere dalle condizioni di controllo previste (trigger manuale).
La comunicazione mediante le linee K implementa il protocollo McMess, riuscendo così ad
acquisire questi dati con tempistiche confrontabili con il bus CAN; si utilizzano anche protocolli
di tipo Keyword 2000 per le procedure di diagnostica e cancellazione degli errori interni. La linea
CAN può essere di tipo veloce, lento oppure entrambe (doppia). I sensori analogici sono
campionati con le frequenze e il numero di bit propri della scheda utilizzata; essendo questa una
PCMCIA può essere fornita del tipo necessario senza modifiche al software. Tutti i cavi di
connessione sono fissati a comodi morsetti integrati nel fianco dell’acquisitore, evitando ulteriori
unità esterne.
E’ possibile aggiornare i protocolli di comunicazione con le centraline mano a mano che il loro
sviluppo porta a diverse mappature degli indirizzi di memoria, quindi la tabella dei segnali da
acquisire viene ogni volta associata a opportuni files che definiscono le nuove versioni di
firmware dentro le centraline; si evita così di creare più volte la stessa tabella o di non essere
subito operativi in occasione degli aggiornamenti fatti dai fornitori.
Il setup ottenuto è immediatamente operativo se fatto localmente, oppure è trasmesso via modem
o LAN se creato in ufficio; è quindi possibile disporre di un elenco di setup predefiniti e
“scaricarli” nell’acquisitore secondo la prova prevista.
Il software di EOLO gestisce in maniera parallela e indipendente (tipica di LabVIEW) tutte le
diverse fonti di segnali, memorizzando i dati in files dedicati che vengono automaticamente
compressi una volta chiusi (a vantaggio del successivo trasferimento via modem) e che solo al
momento della loro conversione in formato testo vengono uniti: si proiettano così tutti i dati, già
riferiti alle proprie vere scale temporali, su un comune asse dei tempi dove ciascun dato risulta
nell’istante in cui è stato acquisito a prescindere dalle diverse frequenze di campionamento.
Durante l’acquisizione i dati sono salvati sulla Compact Flash Card interna per garantire la
necessaria immunità alle vibrazioni (nessuna parte meccanica in movimento), la cui capacità è
monitorata sia localmente che remotamente; in caso di esaurimento dello spazio i dati sono
salvati sul disco rigido interno. E’ inoltre possibile controllare (anche remotamente, Figura 2) la
qualità delle comunicazioni con le varie fonti di segnali, riuscendo così a capire eventuali
malfunzionamenti dei sistemi o dei collegamenti ed evitare di arrivare alla fine della prova senza
avere alcun dato. E’ stata dedicata molta attenzione nell’automatizzare tutte le procedure di
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avvio, caricamento del setup, ripresa delle stesse attività precedenti a un eventuale black-out,
protezione dei dati acquisiti, ottenendo un sistema che richiede al collaudatore il solo impegno di
accenderlo e spegnerlo.
Conclusioni
Adottando LabVIEW 6i come ambiente di sviluppo è stato possibile concentrare in un unico
strumento le funzioni tipiche di più sistemi indipendenti: i vantaggi principali sono stati la
riduzione delle attività di configurazione e controllo, la semplificazione delle procedure
d’installazione e manutenzione, la rapidità di aggiornamento dello strumento e di formazione del
personale; la presenza di un modem GSM integrato ha inoltre annullato le distanze tra i veicoli in
prova e i reparti di progettazione e sviluppo.
La scelta della piattaforma combinata hardware e software National Instruments ha accelerato
notevolmente i tempi di realizzazione di un sistema tanto complesso, dedicato ma allo stesso
tempo personalizzabile a seconda delle applicazioni; la peculiarità di EOLO è infatti la sua
sostanziale architettura hardware di tipo computer industriale che permette di trarre vantaggio
dalle più moderne tecnologie software largamente diffuse e consolidate e di utilizzare
componenti hardware standard facilmente reperibili e sostituibili.
Occorre infine sottolineare che in futuro sarà possibile dedicare quasi esclusivamente al software
lo sviluppo dei sistemi attualmente utilizzati garantendo così una sempre maggiore
valorizzazione degli investimenti fatti.
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Fig. 1 – Tabella dei segnali da acquisire (sinistra) e configurazione delle condizioni di trigger software (destra).
Fig. 2 – Pannello dell’acquisitore (sinistra) e ambiente di controllo remoto dall’ufficio (destra).
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