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http://hdl.handle.net/10773/14093
Title: | Novel hardware and software combination for automotive motorsport vehicles based on direct processing of graphical functions |
Other Titles: | Nova combinação de hardware e de software para veículos de desporto automóvel baseada no processamento directo de funções gráficas |
Author: | Kulzer, Pedro Manuel Casal |
Advisor: | Cunha, Manuel Bernardo Salvador |
Keywords: | Engenharia electrónica Automóveis Software de computadores Processamento paralelo |
Defense Date: | 2015 |
Publisher: | Universidade de Aveiro |
Abstract: | The main motivation for the work presented here began with previously
conducted experiments with a programming concept at the time named
"Macro". These experiments led to the conviction that it would be possible to
build a system of engine control from scratch, which could eliminate many of
the current problems of engine management systems in a direct and intrinsic
way. It was also hoped that it would minimize the full range of software and
hardware needed to make a final and fully functional system.
Initially, this paper proposes to make a comprehensive survey of the state of
the art in the specific area of software and corresponding hardware of
automotive tools and automotive ECUs. Problems arising from such software
will be identified, and it will be clear that practically all of these problems stem
directly or indirectly from the fact that we continue to make comprehensive use
of extremely long and complex "tool chains". Similarly, in the hardware, it will
be argued that the problems stem from the extreme complexity and
inter-dependency inside processor architectures. The conclusions are
presented through an extensive list of "pitfalls" which will be thoroughly
enumerated, identified and characterized.
Solutions will also be proposed for the various current issues and for the
implementation of these same solutions. All this final work will be part of a
"proof-of-concept" system called "ECU2010". The central element of this
system is the before mentioned "Macro" concept, which is an graphical block
representing one of many operations required in a automotive system having
arithmetic, logic, filtering, integration, multiplexing functions among others. The
end result of the proposed work is a single tool, fully integrated, enabling the
development and management of the entire system in one simple visual
interface. Part of the presented result relies on a hardware platform fully
adapted to the software, as well as enabling high flexibility and scalability in
addition to using exactly the same technology for ECU, data logger and
peripherals alike.
Current systems rely on a mostly evolutionary path, only allowing online
calibration of parameters, but never the online alteration of their own
automotive functionality algorithms. By contrast, the system developed and
described in this thesis had the advantage of following a "clean-slate"
approach, whereby everything could be rethought globally. In the end, out of all
the system characteristics, "LIVE-Prototyping" is the most relevant feature,
allowing the adjustment of automotive algorithms (eg. Injection, ignition,
lambda control, etc.) 100% online, keeping the engine constantly working,
without ever having to stop or reboot to make such changes. This consequently
eliminates any "turnaround delay" typically present in current automotive
systems, thereby enhancing the efficiency and handling of such systems. A principal motivação para o trabalho que conduziu a esta tese residiu na constatação de que os actuais métodos de modelação de centralinas automóveis conduzem a significativos problemas de desenvolvimento e manutenção. Como resultado dessa constatação, o objectivo deste trabalho centrou-se no desenvolvimento de um conceito de arquitectura que rompe radicalmente com os modelos state-of-the-art e que assenta num conjunto de conceitos que vieram a ser designados de "Macro" e "Celular ECU". Com este modelo pretendeu-se simultaneamente minimizar a panóplia de software e de hardware necessários à obtenção de uma sistema funcional final. Inicialmente, esta tese propõem-se fazer um levantamento exaustivo do estado da arte na área específica do software e correspondente hardware das ferramentas e centralinas automóveis. Os problemas decorrentes de tal software serão identificados e, dessa identificação deverá ficar claro, que praticamente todos esses problemas têm origem directa ou indirecta no facto de se continuar a fazer um uso exaustivo de "tool chains" extremamente compridas e complexas. De forma semelhante, no hardware, os problemas têm origem na extrema complexidade e inter-dependência das arquitecturas dos processadores. As consequências distribuem-se por uma extensa lista de "pitfalls" que também serão exaustivamente enumeradas, identificadas e caracterizadas. São ainda propostas soluções para os diversos problemas actuais e correspondentes implementações dessas mesmas soluções. Todo este trabalho final faz parte de um sistema "proof-of-concept" designado "ECU2010". O elemento central deste sistema é o já referido conceito de “Macro”, que consiste num bloco gráfico que representa uma de muitas operações necessárias num sistema automóvel, como sejam funções aritméticas, lógicas, de filtragem, de integração, de multiplexagem, entre outras. O resultado final do trabalho proposto assenta numa única ferramenta, totalmente integrada que permite o desenvolvimento e gestão de todo o sistema de forma simples numa única interface visual. Parte do resultado apresentado assenta numa plataforma hardware totalmente adaptada ao software, bem como na elevada flexibilidade e escalabilidade, para além de permitir a utilização de exactamente a mesma tecnologia quer para a centralina, como para o datalogger e para os periféricos. Os sistemas actuais assentam num percurso maioritariamente evolutivo, apenas permitindo a calibração online de parâmetros, mas nunca a alteração online dos próprios algoritmos das funcionalidades automóveis. Pelo contrário, o sistema desenvolvido e descrito nesta tese apresenta a vantagem de seguir um "clean-slate approach", pelo que tudo pode ser globalmente repensado. No final e para além de todas as restantes características, o “LIVE-PROTOTYPING” é a funcionalidade mais relevante, ao permitir alterar algoritmos automóveis (ex: injecção, ignição, controlo lambda, etc.) de forma 100% online, mantendo o motor constantemente a trabalhar e sem nunca ter de o parar ou re-arrancar para efectuar tais alterações. Isto elimina consequentemente qualquer "turnaround delay" tipicamente presente em qualquer sistema automóvel actual, aumentando de forma significativa a eficiência global do sistema e da sua utilização. |
Description: | Doutoramento em Engenharia Eletrónica |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/14093 |
Appears in Collections: | UA - Teses de doutoramento DETI - Teses de doutoramento |
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