– Vi vann på NI Days i London i höstas och det gjorde att vi gick till finalen i Austin, säger Matthijs Klomp som är lösnings­arkitekt på Volvo Cars och adjungerad docent på Chalmers.
National Instruments lyfter gärna fram goda exempel på hur företagets produkter används av industrin. I det här fallet handlar det om ”Engineering Impact Award” som delas ut på de årliga användardagarna i USA. Företag och forskare kan skicka in förslag på projekt de genomfört. Volvos bidrag tog hem förstapriset i klassen ”Transportation”.

– Det var för att kunna få in ett simuleringsprogram för fordonsdynamik i vår testrigg som vi valde ett PXI-system från NI och programvaran Veristand.

Volvo har ett antal testriggar eller HIL-system (Hardware in the loop) för olika delsystem i bilen. Den som Matthijs Klomp ansvarar för används primärt för att studera bromsarna men kan också användas för styrningen.

Testriggen är kopplad till en körsimulator i form av den främre halvan av en riktig bil. Systemet kallas Dynamic Driving Simulator och ger testföraren fysisk återkoppling precis som när man kör en riktig bil.

Med hjälp av simulatorn kan man provköra en ny bilmodell och studera hur den uppför sig i olika trafiksituationer för att trimma köregenskaperna.

– Hela målet är att hitta svagheter i bilen, säger Matthijs Klomp.

Körsimulatorn med den nya testriggen har använts vid utvecklingen av den kompakta stadsjeepen XC40 som utsågs till ”European Car of the Year” i fjol av europeiska motorjournalister.

I simulatorn går det bland annat att ”köra” på Volvos egen testbana och på racingbanan Nürburgring. Det finns både standardiserade prov men också möjlighet för utvecklarna att tänka ut egna händelseförlopp som de vill testa.

– När vi hittat en manöver som triggar ett visst beteende kan vi programmera in det som en standarddel i vår katalog över automatiserade prov.

Med simulatorn går det också att genomföra prov som är farliga utan att provföraren utsätts för risker. Detta gäller prov för att testa och verifiera bilens skydd mot vältning.

Till en viss grad görs den här typen av prov med riktiga bilar men för att öka säkerheten monterar man på skenor så att bilen inte kan välta. Dessutom adderar man en skyddsbur runt föraren. Bägge åtgärderna påverkar bilens egenskaper.

– Man kan inte göra den här typen av tester för varje ny version av programvaran men i en virtuell miljö är det inga problem.

Tittar man framåt får bilarna allt fler förarstödssystem som ska öka säkerheten.

– Där kan vi testa gränsbeteenden och farliga trafiksituationer.

Det gäller exempelvis att testa bromsfunktionerna för aktiv farthållning och filhållning, på Volvospråk kallat ACC och Pilot assist.

Gruppen bakom det prisbelönta HIL-systemet består av: Eshwar Sondhi, Bjorn Magnusson, Matthijs Klomp, Simon Schoutissen, Thomas Scott och Maria Ivarsson.

HIL-systemet är inne på den tredje generationen och det var när man ville integrera IPG CarMaker, en programvara för fordonsdynamiksimulering, som man valde PXI-systemet med en åttakärnig kontroller och programvaran Veristand som körs på ett realtidsoperativsystem.

– IPG CarMaker finns i en version för pc och i en HIL-version. Det är den vi kör på Veristand, säger Matthijs Klomp.

Från den äldre testriggen har man bland annat återanvänt den hårdvara som emulerar CAN- och Flexraybussarna i bilen. Det handlar om en produkt kallad CANoe från tyska Vector.

– Det finns väldigt bra integration mellan CANoe och Veristand, vi kan se alla variabler i Veristand och dela ut dem via Ethernet.

Ethernet i form av fältbuss­varianten EtherCAT används för att kommunicera med alla servon som styr rörelserna av körsimulatorn och ger fysisk återkoppling på bland annat ratt och pedaler.

Redan nu planerar man för nästa version testriggen som ska kompletteras med en signalkonditioneringsdel. Det handlar om att automatisera felinjiceringarna, som att det blir kortslutning eller avbrott på en ingång. Om exempelvis kabeln till en rotationsgivare från ett hjul går av ska felet upptäckas av bilens system inom en viss föreskriven tid och sedan måste systemet ta hänsyn till att det inte längre kommer data.

Idag simuleras det i mjukvaran eller så får man manuellt rycka ut en sladd.

En modell av bilen och omgivningen

Programvaran Caremaker från tyska IPG ger en fysisk modell av bilen plus omgivningen inklusive andra fordon. Användarna lägger in hundratals ­parametrar för det aktuella fordonet för att egenskaperna ska bli så lika verkligheten som möjligt.

Det handlar om parametrar för bland annat styrning, hjulupphängning, däck och motordrivlina. Parametrarna får man fram genom att mäta på en verklig bil eller ta från simuleringar av en detaljerad modell.
Vissa delar av den virtuella bilen är dock uppslagstabeller. Det gäller exempelvis för motorn där man inte modellerar själva förbränningsprocessen utan bara relationen mellan varvtal och gaspedalläge och resulterande vridmoment.

– Man har den detaljgraden man behöver. Sen gör man medvetna förenklingar. Ett exempel är att däckens egenskaper förändrar sig med temperaturen, det har inte vi med.

I och med att Matthijs Klomps grupp i första hand har ansvar för bromsarna kan man göra den typen av förenklingen utan att tappa i noggrannhet.

Värt att tänka på är att det alltid finns en spridning för varje bilmodell som bland annat beror på hur slitna olika komponenter som däcken, fjädrarna och stötfångarna är, hur många som åker i den, hur mycket bagage de har och var tyngdpunkten finns.

– Vi kan testa hur robust systemet är för parametervariationer.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Man kan exempelvis variera tyngdpunkt och låta bilen köra exakt samma sträcka med samma underlag för att se om egenskaperna förändras mer än vad som är acceptabelt.

Detsamma gäller för nya versioner av mjukvaran. Där kan man göra så kallad regressionstestning för att se att inget oväntat händer när man skruvar på någon parameter.

– Man vet att skillnaden i beteende bara beror på de mjukvaruförändringar man gjorde.

En viktig del av arbetet är också att hela tiden verifiera modellerna när det väl finns riktiga bilar att jämföra med.