Prototyping Unit for Modelbased Applications

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1 PUMA Software und Hardware auf höchstem Niveau Prototyping Unit for Modelbased Applications Mit PUMA bieten wir Ihnen eine kompakte, universell einsetzbare Rapid-Control-Prototyping- Plattform, optional mit integrierter Leistungselektronik, für die seriennahe modellbasierte Softwareentwicklung mit MATLAB/Simulink oder dspace TargetLink. Key-Features Leistungsstarker Automotive Dual-Core Microcontroller Umfangreiche Analog- und Digital-I/O Kommunikationsschnittstellen CAN / FlexRay / LIN Integrierte universelle Leistungsendstufen Nennspannungsbereich V Softwareentwicklung und Autocodegenerierung mit MATLAB/Simulink oder dspace TargetLink Einfache I/O-Konfiguration über grafische Benutzerschnittstelle in MATLAB CAN- und FlexRay-Konfiguration durch Import von DBC- und FIBEX-Files Applikation nach ASAP2 über XCP-on-Ethernet (z.b. mit Vector CANape oder ETAS INCA) Verfügbare Varianten: PUMA (ohne Leistungsendstufe) PUMA-MPI (mit Motor Power Inverter) PUMA-PTM (mit Power Transistor Module) Anwendungsgebiet Typisches Anwendungsgebiet von PUMA ist die modellbasierte Softwareentwicklung mit MATLAB/Simulink oder dspace TargetLink, mit dem Fokus einer ersten seriennahen Funktions- und Konzeptbestätigung. Durch optional integrierte Leistungsendstufen ist PUMA für die Ansteuerung unterschiedlichster elektrischer Aktuatoren wie beispielsweise Synchron- und Asynchronmotoren, DC-Motoren oder Ventile prädestiniert. Mit PUMA steht Ihnen eine universell einsetzbare Entwicklungsplattform auch für Feldversuche mit größeren Versuchsflotten zu einem attraktiven Preis-/Leistungsverhältnis zur Verfügung.

2 Hardware PUMA Das Logiksteuergerät PUMA bildet die Basis der Steuergeräteplattform. Der Logikteil basiert auf dem Dual-Core Microcontroller Freescale MPC5675K. Umfangreiche analoge und digitale Schnittstellen ermöglichen die Anbindung unterschiedlichster Peripheriegeräte. Als weitere Ergänzung ist ein leistungsstarker FPGA integriert, der rechenzeitintensive I/O-Auswertungen übernimmt. Für die Kommunikation mit anderen Steuergeräten stehen die gängigen Automotive Kommunikationsschnittstellen CAN, FlexRay und LIN zur Verfügung. Eine Ethernet-Verbindung zum Host-PC ermöglicht via XCP-Protokoll eine hohe Datenübertragungsrate für die Applikation und Messdatenerfassung. Communication Memory Analog I/O. Digital I/O. Sensors Ethernet (XCP) FlexRay 4 x CAN LIN FRAM (64kBit) 4 x Analog In ( V) 4 x Analog In ( V) 4 x Analog In ( V) 4 x Analog Out ( V) 4 x PWM In 4 x Digital In 4 x PWM Out 4 x Digital Out 2 x S.E.N.T. 2 x Incremental Encoder 2 x PT100 Microcontroller (Freescale MPC5675K Dual Core 180 MHz) Übersicht Schnittstellen und I/O Key-Features Automotive Dual-Core Microcontroller FPGA für I/O-spezifische Auswertealgorithmen Umfangreiche Analog- und Digital-I/O Spezielle Sensorschnittstellen FRAM mit Lese- und Schreibzugriff aus der Applikation Bussysteme CAN, FlexRay und LIN Ethernet-Applikationsschnittstelle via XCP-Protokoll (maximale Übertragungsrate 5 khz) Nennspannungsbereich V

3 Hardware PUMA-MPI Die Variante PUMA-MPI (Logiksteuergerät PUMA mit Motor Power Inverter) verfügt über eine integrierte Hochstrom- Leistungsendstufe für den Betrieb von elektronisch kommutierten 3-phasigen Motoren. Diese Leistungsendstufe ist mit zahlreichen Sensoren zur Messung aller relevanten Spannungen, Ströme und Temperaturen ausgestattet. Darüber hinaus sind Vorladestufe, Verpolschutz und EMV-Filter integriert. EMC-Filter Half Bridge 1 Half Bridge 2 Half Bridge 3 Blockdiagramm Leistungsendstufe MPI Key-Features B6-Brücke Aufgebaut aus 3 diskreten Halbbrücken Parallel geschaltete Mosfets für erhöhte Stromtragfähigkeit Nennstrom Motorphasen: +/- 150 A Maximalstrom Motorphasen: +/- 240 A Sensorik Ströme und Spannungen: U-, V-, W-Phasen und DC-Zwischenkreis Temperaturen: PCB an U-, V-, W-Phase DC-Zwischenkreis Nennspannungsbereich: V Maximal zulässiger Spannungsbereich: V Vorladestufe, Verpolschutz und EMV-Filter Logikteil identisch PUMA

4 Hardware PUMA-PTM Die Variante PUMA-PTM (Logiksteuergerät PUMA mit Power Transistor Module) bietet eine integrierte Leistungsendstufe mit 4 identischen High-Power Halbbrücken und 4 identischen Low-Power Halbbrücken für die Ansteuerung unterschiedlichster elektrischer Aktuatoren. Alle relevanten Spannungen, Ströme und Temperaturen werden gemessen. Ebenso sind Vorladestufe, Verpolschutz und EMV-Filter integriert. EMC-Filter 4 x Half Bridge High-Power 4 x Half Bridge Low-Power Blockdiagramm Leistungsendstufe PTM Key-Features 4 identische High-Power Halbbrücken kombinierbar z.b. als H-Brücken oder B6-Brücke Nennstrom/Maximalstrom: +/- 50 A 4 identische Low-Power Halbbrücken kombinierbar z.b. als H-Brücken oder B6-Brücke Nennstrom/Maximalstrom: +/- 7.5 A Sensorik Ströme und Spannungen: Halbbrücken und DC-Zwischenkreis Temperaturen: PCB an drei thermisch relevanten Stellen DC-Zwischenkreis Nennspannungsbereich: V Maximal zulässiger Spannungsbereich: V Vorladestufe, Verpolschutz und EMV-Filter Logikteil identisch PUMA

5 Software Softwarearchitektur Die Kundenapplikation wird modellbasiert mit MATLAB/Simulink oder dspace TargetLink entwickelt und durch Autocodegenerierung implementiert. Die Anbindung der kundenspezifischen Applikationssoftware an die Basissoftware erfolgt über ein Run-Time Interface mit einer standardisierten Software-Schnittstelle. Application Module 1 Module 2... Module n Run-Time Interface Bootloader Real-Time OS Communication Driver Lib. XCP Ethernet FlexRay 4 x CAN LIN Memory Driver Lib. SRAM (2MByte) FRAM (64kBit) 12 x Analog In 4 x Analog Out I/O Driver Lib. 4 x PWM In 4 x PWM Out 4 x Digital In 4 x Digital Out 2 x S.E.N.T. Sensor Driver Lib. 2 x Incremental Encoder 2 x PT100 Power Stage. Duty Cycles Current Sensors Voltage Sensors Temp. Sensors µc MPC5675K Softwarearchitektur Die Basissoftware unterhalb des Run-Time Interface stellen wir als modulares Software-Package zur Verfügung. Darin enthalten sind das Echtzeit-Betriebssystem und der Bootloader für das Flashen der Applikation. Die Treiberbibliotheken realisieren die Kommunikations- und Speicheranbindung sowie den Zugriff auf analoge und digitale Schnittstellen, Sensoren und Leistungsendstufen. PUMA-RTI Das PUMA-RTI (Run-Time Interface) bildet die Schnittstelle zwischen der Basissoftware und der in MATLAB/Simulink oder dspace TargetLink entwickelten Kundenapplikation. Die Konfiguration und Generierung dieser Schnittstelle erfolgt komfortabel über eine grafische Benutzeroberfläche unter MATLAB. Darin werden unter anderem die in der Kundenapplikation verwendeten I/O-Signale und Sensoren, der Speicherzugriff auf den nicht flüchtigen Speicher (FRAM) sowie die Leistungselektronik konfiguriert. Ebenso können CAN- oder FlexRay- Buskommunikationen durch Import von DBC- bzw. FIBEX-Files definiert werden. Nach Abschluss der Konfiguration werden entsprechende Simulink- Schnittstellenblöcke bereitgestellt, die per Drag & Drop in die Kundenapplikation integriert werden und somit die Verlinkung des Modells mit der Basissoftware herstellen.

6 Software PUMA-RTI unterstützt die Autocodegenerierung sowohl mit Simulink Coder (ehemals: Real-Time Workshop) als auch mit dspace TargetLink. Bei Einsatz des Simulink Coder kann der Anwender alle Möglichkeiten von Simulink wie beispielsweise zeitdiskrete oder zeitkontinuierliche Modelle oder Multi-Rating verwenden. Bei Verwendung von dspace TargetLink können ebenfalls alle TargetLink- Funktionalitäten genutzt werden. Für die Autocodegenerierung wird das Modell der Kundenapplikation von PUMA-RTI auf Knopfdruck nach TargetLink Code Generation Units durchsucht, die später jeweils als eigene C-Funktionen implementiert werden. In der PUMA-RTI Oberfläche erfolgt die Zuordnung dieser C-Funktionen zu den einzelnen Echtzeittasks sowie die Definition ihrer Aufrufreihenfolge innerhalb der jeweiligen Task. Die Anbindung der Code Generation Units im Model an die PUMA Basissoftware erfolgt wie üblich über Verlinkung der TargetLink Inport- und Outport-Blöcke mit dem Data-Dictionary (DD). Dazu kann im PUMA-RTI ein beliebiges DD-File angegeben werden. Die für die Anbindung der Basissoftware benötigten DD- Variablen werden auf Knopfdruck automatisch im DD angelegt. Ebenso können festkommaskalierte Code Generation Units auf PUMA implementiert werden. Somit kann die entwickelte Software ohne Umwege auf der späteren Serien-ECU implementiert und parallel auf PUMA weiterentwickelt werden. Einen weiteren Vorteil bietet die PUMA-RTI Entwicklungsumgebung im Hinblick auf die Software-Qualifizierung und -Qualitätssicherung. Alle in Simulink verwendeten PUMA-Schnittstellenblöcke sind so implementiert, dass die Kundenapplikation closed-loop mit einem Simulationsmodell der Regelstrecke verknüpft werden kann. Auf diese Weise kann das gleiche Modell sowohl für die Codegenerierung als auch für die MIL- und SIL-Simulation verwendet werden.

7 Software Applikation Das Applizieren und Flashen erfolgt nach ASAP2 über das standardisierte XCP-Protokoll. Dafür steht eine Ethernet- Schnittstelle zur Verfügung, mit der sich hohe Datenübertragungsraten von bis zu 5 khz auch für eine große Anzahl von Signalen realisieren lassen. Durch das XCP-Protokoll lassen sich neben dem Tool PUMA-CMI auch andere am Markt verbreiteten Werkzeuge mit XCP-Unterstützung (z.b. Vector CANape, ETAS INCA) für die Applikation einsetzen. PUMA-CMI Im Lieferumfang der PUMA Software stellen wir ebenfalls das Tool PUMA-CMI (Calibration and Measurement Interface) zur Verfügung, womit online Parameter kalibriert sowie Daten visualisiert und aufgezeichnet werden können. Das Tool ermöglicht eine individuelle Gestaltung beliebig vieler Tabs. Messdaten werden im HDF5-Format abgespeichert und können problemlos unter MATLAB für die weitere Analyse importiert werden. Die Verbindung zur PUMA Hardware erfolgt wie gewohnt über eine Ethernet-Verbindung. Key-Features Kalibrieren und Messen via Ethernet Schnittstelle auf PUMA Hardware Visualisieren und Aufzeichnen mit bis zu 5kHz Abspeichern von Messdaten im HDF5-Format (kompatibel mit MATLAB zur Datenauswertung) Einfache und intuitive Bedienung Freie Gestaltung von Oberflächen (Multi-Tab) Grafische und/oder numerische Anzeige von Messdaten Numerische Eingabe von Kalibrierwerten Zusätzliche Messwerkzeuge (X/Y Cursor, Statistikfunktionen, Spike-Erkennung)

8 Technische Daten Wir bieten unsere Entwicklungsplattform in den Varianten PUMA (reines Logiksteuergerät), PUMA-MPI (Logiksteuergerät PUMA mit integriertem Motor Power Inverter) und PUMA-PTM (Logiksteuergerät PUMA mit integriertem Power Transistor Module) an. PUMA Microcontroller Speicher FPGA Bussysteme I/O-Schnittstellen Sensor-Schnittstellen Applikationsschnittstellen Betriebsumgebung Steckverbinder Freescale Qorivva MPC5675K Dual Core mit 180MHz CPU-Taktfrequenz SRAM 512 kbyte (prozessorintern), 2048 kbyte (extern) Flash 2048 kbyte NVRAM 8 kbyte Lattice XP2-8E 4 x CAN (Wake-Up fähig) 1 x FlexRay (Wake-Up fähig) 1 x LIN 4 x Analog In (Differentiell) V 4 x Analog In (Differentiell) -5 5 V 4 x Analog In (Single-Ended) 0 5 V 4 x Analog Out (Single-Ended) 0 5 V 4 x PWM In Frequenz 1 Hz 1 MHz 4 x PWM Out Frequenz 230 Hz 100 khz 4 x Digital In 0 5 V 4 x Digital Out 0 5 V 2 x Quadratur-Enkoder (1x Differentiell, 1x Single Ended) 2 x PT x SENT 2 x 5 V SENT Sensorversorgung (schaltbar) 2 x 5 V digitale Sensorversorgung (schaltbar) 2 x 5 V analoge Sensorversorgung (schaltbar) 2 x U supply Sensorversorgung (schaltbar) Abmessungen 194 x 52 x 123 mm (B x H x T) XCP-on-Ethernet 100 Mbit/s, Maximale Übertragungsrate 5kHz. Optional: XCP-on-CAN oder XCP-on-FlexRay Nennspannungsbereich: V Maximal zulässiger Spannungsbereich: 7 58 V Wake-Up Fähigkeit über KL15, CAN, FlexRay Temperaturbereich: C Aluminiumgehäuse, spritzwassergeschützt und staubdicht Kommunikation, I/O und Sensorik: D-SUB HD 44 Pin und D-SUB HD 62 Pin Ethernet: RJ-45

9 Technische Daten PUMA-MPI Logikteil Inverter Interne Sensorik Betriebsumgebung Anschlussklemmen Siehe PUMA B6-Brücke mit parallel geschalteten Mosfets Nennstrom Motorphasen: +/-150 A Maximalstrom Motorphasen: +/-240 A Schaltfrequenz MOSFET s: 5 20 khz Ströme: U-, V-, W-Phasen und DC-Zwischenkreis Spannungen: U-, V-, W-Phasen, DC-Zwischenkreis und Versorgung Temperaturen: PCB an U-, V-, W-Phase Nennspannungsbereich: V Maximal zulässiger Spannungsbereich: 7 58 V Verpolschutz Vorladestufe für DC-Zwischenkreiskondensatoren EMV-Zwischenkreisfilter Temperaturbereich: C Aluminiumgehäuse, spritzwassergeschützt und staubdicht 5 x M8 Kabelschuhe (2 x Versorgung +/ und 3 x Motorphasen U V W) Abmessungen 194 x 64 x 123 mm (B x H x T)

10 Technische Daten PUMA-PTM Logikteil High-Power Halbbrücken Low-Power Halbbrücken Interne Sensorik Betriebsumgebung Anschlussklemmen Siehe PUMA 4 x Halbbrücke, beliebig miteinander kombinierbar (2 x H-Brücke oder 1 x B6-Brücke und 1 x Halbbrücke) Nennstrom/Maximalstrom je Halbbrücke: +/- 50 A Schaltfrequenz MOSFET s: 5 30kHz 4 x Halbbrücke, beliebig miteinander kombinierbar (2 x H-Brücke oder 1 x B6-Brücke und 1 x Halbbrücke) Nennstrom/Maximalstrom je Halbbrücke: +/- 7.5 A Schaltfrequenz MOSFET s: 5 30kHz Abmessungen 194 x 64 x 123 mm (B x H x T) Strom: Halbbrücken und DC-Zwischenkreis Spannungen: Halbbrücken, DC-Zwischenkreis und Versorgung Temperaturen: 3 x PCB Nennspannungsbereich: V Maximal zulässiger Spannungsbereich: 7 58 V Verpolschutz Vorladestufe für DC-Zwischenkreiskondensatoren EMV-Zwischenkreisfilter Temperaturbereich: C Aluminiumgehäuse, spritzwassergeschützt und staubdicht 7 x M6 Kabelschuhe und 4 x M4 Kabelschuhe (2 x Versorgung +/-, 4 x High-Power Phasen, 4 x Low-Power Phasen, 1 x Low-Power Plus)