1 / 30

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

By-wire teknik för programmerad styrning av säkerhetskritiska funktioner Roger Johansson. Distribuerad By-Wire Control, bakgrund och motivation Kort historik hämtad från fordonsapplikationer Pålitlig övervakning/styrning i realtid Applikationers bandbreddskrav, fallstudier

obedience-dunn
Download Presentation

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

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

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

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

  3. 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. • Bakgrund

  4. Distribuerad styrning • Målsättningar • Minskade kostnader • Bibehållen säkerhet Incitament Nya krav på ny funktionalitet Utvecklingen av mikroelektronik Implementering av styrning elektronik 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

  5. Historisk utveckling - fordonsapplikationer

  6. TTP/C MOST LIN TTCAN CAN 2.0 J1850 CAN FlexRay Byteflight (SI-Bus) 1985 1990 2005 2000 1995 Kommunikationsprotokoll - fordonsapplikationer

  7. Dagens situation

  8. .. Och morgondagens ?

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

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

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

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

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

  15. 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. Fly-by-Wire communication bandwidth

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

  18. Case: Steer-by-Wire FAR TTCAN network Independent Front/Rear axles 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. Steer-by-Wire communication bandwidth

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

  21. Case: Brake-by-Wire • 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 brake control bus

  22. Brake-by-Wire communication bandwidth

  23. Bandwith consumption Actual bandwith requirements are small Protocol overhead is application dependent

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

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

  27. 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. FlexRay Stjärn topologi i olika konfigurationer Dubbel För feltolerans

  29. 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 2005..

  30. Sammanfattande slutsatser “By-Wire…” • 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.

More Related