XILforEV

El proyecto propone el desarrollo de una nueva metodología experimental para el diseño de sistemas complejos para vehículos eléctricos.

Esta metodología está basada en la conexión en tiempo real de bancos de ensayos y plataformas situadas en diferentes localizaciones geográficas que constituirán un entorno experimental X-in-the-loop (XIL) único. En la ejecución de ensayos se utilizarán gemelos digitales que se actualizan en tiempo real mediante el uso de conceptos de sistemas dinámicos dirigidos por datos (o DDDAS por sus siglas en inglés). Esta nueva metodología de ensayo permitirá explorar interdependencias entre distintos subsistemas que difícilmente podrían ser abordadas hasta los ensayos en vehículo completo.

Problemática

La electrificación de los vehículos es uno de los factores clave que determinarán las tendencias, los desafíos y el progreso de la industria automotriz para las próximas décadas. Ahora, el crecimiento de las ventas de automóviles nuevos para vehículos completamente eléctricos (EV) se pronostica a partir de 2 Mio. en 2020 a 44 Mio. en 2030 (en conjunto para la UE, EE. UU. y China). Los vehículos eléctricos deberían ser más baratos que los modelos de combustión ya en 2025.

El mayor aumento del papel de los vehículos eléctricos está relacionado con la conducción automatizada porque un sistema de propulsión eléctrico se adapta bien a la arquitectura del sistema de los vehículos autónomos al hacer que sus funciones de control sean más flexibles y redundantes.

Estos y otros factores hacen que el segmento de vehículos eléctricos sea muy atractivo para la industria. Como resultado, ahora no solo los fabricantes de automóviles tradicionales, sino también muchos rivales recién nacidos del sector de TI, se enfocan fuertemente en el desarrollo de vehículos eléctricos. Sin embargo, observaciones recientes muestran que la producción sostenible de vehículos eléctricos, independientemente del modelo de fabricación, requiere nuevos procedimientos de diseño. El proceso de desarrollo general de los vehículos eléctricos consta de muchas etapas, elementos y componentes, que también se caracterizan hoy en día por niveles desiguales de desarrollo tecnológico. madurez.

Tras realizar el análisis de las tecnologías actuales de diseño de vehículos eléctricos, el consorcio XILforEV ha identificado la siguiente pregunta específica, que no se aborda suficientemente ni a nivel industrial ni en la investigación: ¿cómo realizar de manera eficiente el desarrollo integrado y las pruebas de sistemas EV de diferentes dominios?

El problema es que aquí no solo se exige un diseño adecuado del tren motriz eléctrico, sino también una revisión del diseño del chasis del automóvil.
El control de movimiento EV requiere una operación combinada de actuadores del tren motriz y del chasis (por ejemplo, combinación de frenos) que motiva al menos los siguientes desafíos de diseño:

• Armonización de la dinámica de actuación del tren motriz y el chasis del EV;
• Entregar la aceptación requerida por parte del usuario de las nuevas funcionalidades EV;
• Abordar requisitos más complejos de tolerancia a fallos y robustez.

Teniendo en cuenta estos factores, el uso de procesos bien establecidos en el diseño de sistemas EV puede tener algunas limitaciones sensibles, por ejemplo, problemas de co-simulación para software-in-the-loop (SIL) / model-in-the- procedimientos de bucle (MIL), disponibilidad de configuraciones de prueba de hardware en el bucle (HIL) para diferentes sistemas en el mismo host, extensión tangible de los programas de prueba en carretera con recursos adicionales de tiempo/costo para comprobar nuevas funcionalidades.

Resultados

Para abordar este alcance de problemas, el consorcio propone un nuevo enfoque destinado a desarrollar un entorno experimental conectado y compartido X-in-the-loop (XIL) que une plataformas de prueba y configuraciones de diferentes dominios físicos y situados en diferentes ubicaciones. Los dominios en discusión pueden cubrir (pero no se limitan a) equipos de prueba de hardware en el circuito, dinamómetros, simuladores de software, simuladores de conducción y otras variantes de infraestructuras experimentales.
La ejecución en tiempo real de escenarios de prueba específicos simultáneamente en (i) todas las plataformas/dispositivos conectados con (ii) los mismos modelos en tiempo real de objetos y entornos operativos permite explorar las interdependencias entre varios procesos físicos que difícilmente pueden identificarse o incluso esperarse en el etapa de desarrollo del diseño. En una perspectiva a largo plazo, el concepto de plug-in de incluir varias plataformas/dispositivos de prueba y un fácil acceso bajo demanda a los programas de prueba para desarrolladores, ingenieros e investigadores tendrá un gran impacto en la comunidad de diseño de vehículos eléctricos al conectar entornos experimentales en torno a el mundo.

Todos los objetivos enumerados a continuación abordan los procedimientos de desarrollo, diseño y prueba aplicados a los vehículos eléctricos y sus sistemas:

• Desarrollar la metodología para experimentos XIL conectados y compartidos y especificar la arquitectura del entorno experimental correspondiente;
• Diseñar los componentes de hardware y software necesarios para la realización de experimentos XIL compartidos;
• Introducción de una capa de aprendizaje automático en los modelos de subsistema XIL para la mejora automática de la precisión y confianza del modelo en tiempo real (RT) en función de los resultados de la configuración de la prueba;
• Desarrollo y validación de modelos de alta confianza adecuados para la simulación virtual de tiempo acelerado, que fusionarán las diferentes tecnologías involucradas y permitirán una integración y escalabilidad perfectas manteniendo la compatibilidad con el enfoque de co-simulación de la interfaz de maqueta funcional (FMI);
• Realización de estudios de casos, que demostrarán la implementación práctica del concepto XILforEV y los beneficios en casos de referencia, incl. validación de la funcionalidad a prueba de fallas y robustez de los sistemas desarrollados;
• Desarrollar procedimientos para la inclusión de usuarios en los experimentos compartidos teniendo en cuenta los marcos de Open Access y Open Science.