L'entreprise

Ford Motor Company est un constructeur automobile mondial reconnu pour son engagement en faveur de l'innovation dans les technologies des véhicules hybrides et électriques. La Ford Fusion Hybrid, l'une des voitures hybrides les plus performantes du marché et lauréate du prix de la voiture nord-américaine de l'année 2010, illustre la volonté de l'entreprise de mettre en place des systèmes de transmission à haut rendement, soutenus par des tests rigoureux et la validation des commandes. Pour s'assurer que ses systèmes hybrides répondent à des attentes strictes en matière de sécurité, de fiabilité et de performance, Ford intègre des tests avancés de Simulation HIL (HIL) dans son processus de développement.

Les défis

Lors du développement de la chaîne cinématique électrique de la Ford Fusion Hybride, les ingénieurs de Ford ont été confrontés à des exigences de simulation complexes, notamment en ce qui concerne le moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) et son onduleur associé. Le système de commande s'appuie sur des signaux PWM haute fréquence allant de 2 à 20 kHz, avec des temps morts de 2 à 20 microsecondes, ce qui exige une précision de simulation bien supérieure aux capacités des systèmes traditionnels basés sur l'unité centrale. La bande passante élevée de l'entraînement du moteur, plusieurs ordres de grandeur au-dessus de celle des systèmes de combustion interne, exigeait des pas de temps de simulation extrêmement petits pour maintenir la précision. Un environnement d'essai virtuel robuste est donc essentiel pour développer et valider les stratégies de contrôle dans des conditions normales et dans des conditions de défaillance.

La solution OPAL-RT

Pour répondre à ces exigences, OPAL-RT a fourni un simulateur HIL en temps réel eDRIVEsim, spécialement conçu pour simuler les entraînements PMSM et leur comportement de contrôle avec une haute résolution temporelle. Construit sur une plateforme Intel i7 multicœur avec des E/S basées sur des FPGA, le système supporte des pas de temps de simulation aussi bas que 7 microsecondes et une résolution de signal numérique allant jusqu'à 10 nanosecondes. Grâce à la méthode de calcul de moyenne par pas de temps (TSAM) d'OPAL-RT, le simulateur a traité avec précision les signaux de porte à haute fréquence et les événements de commutation, même s'ils sont plus courts que le pas de temps de base de la simulation. Le système a également pris en charge le comportement des modes de défaillance tels que les états de haute impédance, les défauts de phase ouverte et les modes de redressement naturel. Les ingénieurs de Ford ont intégré leur contrôleur de production au simulateur et ont effectué des tests complets en temps réel à l'aide de RT-LAB et de la bibliothèque Simulink RTeDRIVE, en répartissant les sous-systèmes sur les cœurs de CPU pour une performance optimale. Cette configuration leur a permis de modéliser et de simuler chaque entraînement de moteur, convertisseur boost et canal d'E/S de puissance indépendamment et en temps réel.

Les résultats

Grâce à la plateforme HIL d'OPAL-RT, Ford a testé et validé avec succès ses stratégies de contrôle de la chaîne cinématique hybride bien avant que les prototypes physiques ne soient finalisés. Ils ont effectué des tests ciblés tels que la protection contre les surintensités de phase, l'activation du convertisseur boost basé sur la commande de couple et les scénarios de montée en vitesse, le tout avec le contrôleur fonctionnant comme il le ferait dans un véhicule réel. Le système a permis de réduire considérablement les délais et les coûts de développement, d'améliorer la qualité des produits et de permettre aux ingénieurs d'explorer les cas limites et les scénarios de défaillance sans risque pour le matériel. Plus important encore, le simulateur a fourni la précision temporelle et la flexibilité du modèle nécessaires pour prendre en charge les entraînements de moteurs électriques à large bande passante, garantissant que les systèmes de contrôle hybrides de Ford puissent être affinés, validés et livrés à la production en toute confiance.

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