Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

2003-09-19 FMV By-wire teknik för programmerad styrning av säkerhetskritiska funktioner Roger Johansson.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "2003-09-19 FMV By-wire teknik för programmerad styrning av säkerhetskritiska funktioner Roger Johansson."— Presentationens avskrift:

1 FMV By-wire teknik för programmerad styrning av säkerhetskritiska funktioner Roger Johansson

2 FMV Presentationsöversikt  Distribuerad By-Wire Control, bakgrund och motivation  Kort historik hämtad från fordonsapplikationer  Pålitlig övervakning/styrning i realtid  Applikationers bandbreddskrav, fallstudier  Kommunikationsprotokoll för realtidsapplikationer  Sammanfattning

3 FMV Bakgrund Pågående ansträngningar med målsättning att utveckla gemensam standard för kommunikationsprotokoll användbara I “fly-by-wire” och “drive-by-wire”.  FlexRay – Under utveckling: BMW, Daimler-Chrysler, Motorola, Philips, m. fl.  SAFEbus - Honeywell används i Boeing 777  TTCAN - Bosch utökning av existerande existing CAN protocol. ”Sample chips” tillgängliga, används i FAR-bilen.  TTP/C – Tekniska Universitetet i Wien och TTTech. Produktion chips tillgängliga, används i SIRIUS-bilen.

4 FMV Distribuerad styrning elektronik Implementering av styrning hydraulik/pneumatik mekanik electronik "If the automobile had followed the same development cycle as the computer, a Rolls-Royce would today cost $100, get a million miles per gallon, and explode once a year, killing everyone inside." - Robert X. Cringely Incitament Nya krav på ny funktionalitet Utvecklingen av mikroelektronik Målsättningar Minskade kostnader Bibehållen säkerhet

5 FMV Historisk utveckling - fordonsapplikationer

6 FMV Kommunikationsprotokoll - fordonsapplikationer CAN TTP/C MOST J1850 LIN Byteflight (SI-Bus) CAN FlexRay TTCAN

7 FMV Dagens situation

8 FMV.. Och morgondagens ?

9 FMV Styrning i Realtid, strategier Lokal styrning  Lokal informationsbehandling  Oberoende styrobjekt Centraliserad global styrning  Lokal och centraliserad informationsbehandling  Sammankopplade styrobjekt Distribuerad global styrning  Lokal och distribuerad informationsbehandling  Sammankopplade styrobjekt

10 FMV Lokal styrning Globala strategier kan inte användas… Implementation ECU A a b c B d e f

11 FMV Global styrning Sluter “snabba” reglerloopar lokalt (>500 Hz) Ger möjlighet till global styrning, exvis stabilitets system a bc d ef sensor fusion ECU actuator distribution ECU B C A

12 FMV Centraliserad global styrning Kräver någon form av central nod för implementering av global strategi. Noden måste vara feltolerant. a bc d ef sensor fusion global actuator distribution local B C A Implementation

13 FMV Distribuerad global styrning Kräver ECU’er med hög beräkningskapacitet Ökar krav på bandbredd Kräver feltolerant kommunikationssystem a b c d ef global actuator distribution local B C A Distribuerad (parallel) data bearbetning Implementation

14 FMV Case: Fly-by-Wire JAS 39 Gripen, a multi-role, combat aircraft Research project: Future Flight Control System (FCS) Research project: Future Flight Control System (FCS)

15 FMV FCS: Organisation Control computers located near control surfaces Inherent redundancy: It is possible to fly the aircraft even if a single control fails provided that: the faulty actuator free-flow (fail-safe mode) alternate control laws is used (mode change)

16 FMV Fly-by-Wire communication bandwidth Advanced Air Data sensor: 15 Hz: Pressure static, Mach number, Altitude, 60 Hz: Angle of attack, Angle of sideslip (duplicated) 3 x 32 bits x 15 Hz 2 x 32 bits x 60 Hz x Angular Rate Gyro sensor. 60 Hz: Pitch, Roll and Yaw (duplicated) 3 x 32 bits x 60 Hz x Accelerator Sensor : 60 Hz: Acceleration in z- and y-axle (duplicated) 2 x 32 bits x 60 Hz x Cockpit node 60 Hz: Pilot command for Pitch, Roll and Pedal. Assume 16 bits for discrete signals (duplicated) 3 x bits x 60 Hz x Interconnection node: 60 Hz: Acceleration x- axle, Pitch, Roll and Aircraft weight 4 x 32 bit x 60 Hz7680 Actuator nodes 60 Hz: Seven command words (16 bits) and one status word (16 bits) from all seven nodes (7 x 16 bits + 16 bits) x 7 x 60 Hz Secondary control surfaces and Engine 60 Hz: Assumed 32 bits from these four nodes 4 x 32 bits x 60 Hz7680 Resulting bandwidth bits/s

17 FMV Case: Steer-by-Wire FAR – Scale 1:5 experimental drive-by-wire FAR – Scale 1:5 experimental drive-by-wire SIRIUS – Scale 1:1 experimental drive-by-wire SIRIUS – Scale 1:1 experimental drive-by-wire

18 FMV Case: Steer-by-Wire FAR TTCAN network Independent Front/Rear axles steering FAR TTCAN network Independent Front/Rear axles steering SIRIUS TTP/C network Independent 4-wheel steering SIRIUS TTP/C network Independent 4-wheel steering Inherent redundancy: In the case of a wheel node failure it is still possible to steer SIRIUS provided that: the faulty wheel is locked in a fixed position (fail-safe mode) the global steering algorithm is modified (mode change)

19 FMV Steer-by-Wire communication bandwidth Central node (C1 and C2) 100 Hz: steering wheel angle (14 bits) 10 Hz: steering mode (2 bits) Sensor redundantly allocated to C1 and C2. 14 bits x 100 Hz 2 bits x 10 Hz X Wheel node (FL,FR,RL and RR) 100 Hz: wheel speed and steer angle (12 bits) steer angle sensor duplicated 100 Hz: Four command words (14 bits) and one status word (16 bits) from all four nodes 3 x 12 bits x 100 Hz ((4 x 14 bits) + 16 bits) x 4 x 100 Hz Resulting bandwidth bits/s

20 FMV Case: Brake-by-Wire A Research project at CHALMERS with industrial partner SAB WABCO

21 FMV Case: Brake-by-Wire brake control bus Inherent redundancy:  It is always possible to brake the vehicle (possibly with reduced performance) assuming that at least one control (actuator) is working properly.  Fail safe mode is due to operating environment e.g.  In open air : brake  In tunnel : free wheels

22 FMV Brake-by-Wire communication bandwidth Wheel node (four identical) 50 Hz: Required disc pressure actuator 4 x 10 bits x 50 Hz Hz: applied pressure sensor The sensor is duplicated 4 x 10 bits x 50 Hz x Hz: rotational speed sensor The sensor is duplicated 4 x 10 bits x 50 Hz x Resulting bandwidth bits/s

23 FMV Bandwith consumption ApplicationEffectiveTTCANFlexRaySAFEbusTTP/C Fly-by-wire Steer-by- wire Brake-by- wire Actual bandwith requirements are small Protocol overhead is application dependent

24 FMV CAN/TTCAN  Busstopologi  Media: twisted pair, koaxial, fiber  Utsträckning: 40m vid 1Mbit/s Enkelt att ansluta nya noder CC PE CC PE PE: Processor CC: CAN-Controller PE

25 FMV CAN/TTCAN  Väletablerat  Multimaster/Multicast protokoll  Överföringshastighet (max 1 Mbit/s)  Automatisk omsändning av störda överföringar  ”Atomic Broadcast” TTCAN Ger determinism i medelandeskickningen ”Global tid” för snabb synkronisering av systemet

26 FMV TTP/C Buss: Tvinnad partråd 5 Mbit/s Ger problem med ”fail silent” egenskaper Stjärna: Plastisk optofiber 10 Mbit/s Högre kostnad

27 FMV TTP/C TTP: Time-Triggered Protocol  TTP/C: Komplext, Feltolerant, möter SAE klass C  Garanterad responstid  Inbyggd feldetektering  Medlemsskap  Klocksynkronisering  Dynamisk rekonfigurering  Replika determinism  Ingen “Babbling idiot”  “Fail-Silent” noder

28 FMV FlexRay Stjärn topologi i olika konfigurationer Dubbel För feltolerans

29 FMV FlexRay Konstrueras för att möta “X-by-Wire” krav..  Baserat på BMW “Byteflight” – 10 Mbit/s  Statisk och/eller dynamisk konfiguration (tidsstyrt och händelsestyrt)  Stöd för feltolerant systemkonstruktion  Robusthet mot flera cyklers utebliven tidsinformation  Global tid i protokollet Version 1.0 av FlexRay utlovas

30 FMV  Kommunikationssystemet är den enskilt viktigaste komponenten för systemets säkerhet..  “by-wire”-systemet ska inte innehålla annan funktionalitet.  Applikationsspecifik redundans måste utnyttjas för kostnadseffektiv (realistisk??) implementering av feltolerans.  Kommunikationssystemet måste vara deterministiskt för predikterbara fördröjningar och jitter.  Kommunikationssystemet ska bestå av standardkomponenter (COTS) utan annan funktionalitet än säker realtidskommunikation.  “Högre lager” funktionalitet som applikations-konsensus etc bör inte belasta protokollet. Sammanfattande slutsatser “By-Wire…”


Ladda ner ppt "2003-09-19 FMV By-wire teknik för programmerad styrning av säkerhetskritiska funktioner Roger Johansson."

Liknande presentationer


Google-annonser