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Aplicación de técnicas robóticas comprobadas en el desarrollo de automóviles
Renault avanza en la creación de prototipos de SAAC con ROS Toolbox y Simulink
La innovación en el diseño de automóviles es un impulso constante, con nuevas características y prestaciones que llegan con cada generación nueva de vehículos. En un panorama en constante evolución de la tecnología automotriz, la empresa Renault es pionera en la adopción de una arquitectura orientada a servicios (SOA) para satisfacer las demandas de los sistemas de vehículos modernos. Este enfoque arquitectónico representa un cambio fundamental, de un marco tradicional a diseños modulares y flexibles. La flexibilidad es fundamental para integrar funcionalidades complejas como la conducción autónoma.
SOA permite dividir sistemas automotrices en servicios individuales que se comunican a través de una red, lo que permite componentes más escalables y reutilizables. Esto es particularmente fundamental a medida que los vehículos se parecen cada vez más a “computadoras móviles”, lo que requiere ciclos de desarrollo rápidos y mayor flexibilidad para incorporar nuevas tecnologías o actualizaciones sin tener que revisar todo el sistema.
La creciente complejidad de los sistemas de los vehículos modernos, con numerosos sensores y actuadores que deben funcionar conjuntamente, está impulsando la transición de Renault a una SOA. Adoptar una SOA permite desarrollar y probar diferentes componentes del vehículo de forma independiente y, al mismo tiempo, garantizar que funcionen juntos a la perfección.
De SWU a la aplicación de SOA en un vehículo: La aplicación contiene uno o varios SWU y llamadores cliente.
Herramientas robóticas para el diseño de automóviles
Para facilitar esta transición, Renault desarrolló un sistema para realizar pruebas y prototipos rápidos e independientes mucho antes de implementar en hardware. Los productos de Simulink® ayudaron a simplificar el trabajo con unidades de software y composición en aplicaciones completas y considerar un cambio en vista al futuro basado en SOA.
“Nuestro flujo de integración continua utiliza Simulink y ROS Toolbox, y nos permite pasar de la versión de un desarrolladora a la creación de prototipos y la implementación en plataformas reales en menos de una hora”.
Renault recurrió a herramientas de desarrollo avanzadas integradas como ROS Toolbox y Simulink para cumplir este objetivo. Tradicionalmente asociado con la robótica, el sistema operativo de robots (ROS) proporciona un marco sólido que respalda el desarrollo de vehículos autónomos y prestaciones de middleware que permiten una comunicación efectiva entre varios componentes de software.
Esta integración permite crear prototipos eficientes, especialmente en procedimientos de pruebas de sistemas avanzados de asistencia al conductor (SAAC). Simulink funciona como una herramienta de integración fundamental en el flujo de trabajo de Renault, ya que conecta el diseño basado en software con el diseño basado en modelos. El uso de ROS Toolbox con Simulink ha permitido a Renault incorporar ROS como middleware para crear prototipos eficientes y optimizar sus procedimientos de pruebas de SAAC.
El equipo de integración, dirigido por Pierre Muratory, se centra en la implementación de modelos de Simulink en varias plataformas, incluidas las de creación de prototipos basadas en ROS y de producción AUTOSAR, el estándar mundial para arquitectura de software en vehículos. El equipo realiza integración continua y desarrollo continuo (CI/CD), actualizando automáticamente la cadena de tareas para cada plataforma cada vez que se realiza un cambio.
“La ventaja de usar Simulink es que es totalmente independiente de la plataforma y objetivo”, afirma Muratory. “Utilizamos Simulink como una herramienta multiplataforma para implementar la misma fuente de código del modelo de Simulink en diferentes plataformas”.
Este flujo de integración impulsado por Simulink, una fábrica de software, cadenas de tareas de CI/CD y generación automatizada de código ROS multiplataforma permite a Renault realizar una rápida transición de una versión del modelo de un desarrollador a la ejecución del código integrado para crear prototipos y pruebas de vehículos.
“Nuestro flujo de integración continua utiliza Simulink y ROS Toolbox, y nos permite pasar de la versión de un desarrolladora a la creación de prototipos y la implementación en plataformas reales en menos de una hora”, afirma Muratory.
Reducir significativamente los tiempos de desarrollo de días o semanas a solo una hora es un cambio radical en la creación de prototipos de SAAC y validación temprana de funciones de Renault. Este proceso acelerado, creado con el código generado automáticamente por el equipo de integración de Muratory, permite poner en marcha rápidamente nodos ROS para probar prestaciones de vanguardia mucho antes del lanzamiento en producción. Pascal Bedouet dirige un equipo que aprovecha al máximo esta agilidad, y se centra en aprovechar la infraestructura ROS para la comunicación avanzada y la creación de prototipos SAAC.
Prototipado de SAAC con un marco de ROS.
La adopción de ROS permite integrar fácilmente los modelos de Simulink con los vehículos de prueba. La arquitectura ROS también se alinea bien con los principios de SOA, lo que permite probar futuros diseños de software orientados a servicios en ROS antes de comprometerse con la implementación de producción. Las pruebas en el marco de ROS brindan confianza de que sus arquitecturas distribuidas basadas en servicios funcionarán según lo previsto en las futuras plataformas de vehículos SOA.
Uso de ROS para optimizar la comunicación
Renault también adoptó ROS 2. Esta versión mejorada de ROS, que Open Robotics, la organización sin fines de lucro que apoya a ROS, planea dejar de respaldar en el futuro cercano. ROS 2 proporciona ventajas significativas para el diseño automotriz. Admite operaciones en tiempo real fundamentales para conducción autónoma e incluye prestaciones de middleware avanzadas que facilitan una distribución de datos más confiable entre los sistemas interconectados del vehículo, algo que no era posible con la versión anterior de ROS.
“Adoptar SOA es una decisión estratégica para Renault, y el soporte fundamental para los servidores de servicio ROS 2 en Simulink ha sido fundamental para el avance de nuestra aplicación SOA”.
“Con ROS 2 y un nuevo middleware como DDS (Servicio de distribución de datos), ahora podemos alcanzar y cumplir con el rendimiento en tiempo real actual”, afirma Bedouet.
MathWorks ofreció apoyo a Renault en la transición y trabajó en estrecha colaboración con el equipo de ingeniería para incorporar funcionalidad en la toolbox y trabajar mejor con SOA. Esto incluyó la creación de más mensajes personalizados para los diferentes componentes de un sistema, el diseño de un bloque de servidor ROS 2 en Simulink y el cumplimiento de los requisitos específicos en tiempo real de Renault. La estrecha colaboración con MathWorks permitió que Renault superara estos desafíos sin retrasos significativos.
“Adoptar SOA es una decisión estratégica para Renault, y el soporte fundamental para los servidores de servicio ROS 2 en Simulink ha sido fundamental para el avance de nuestra aplicación SOA”, afirma Muratory.
El feedback de Renault ayudaró a orientar las actualizaciones de MathWorks en ROS Toolbox, lo que beneficiará a otros clientes. Según YJ Lim, gerente de productos de robótica en MathWorks, esto es especialmente importante ya que más empresas automotrices están recurriendo a ROS 2 para el desarrollo de sus SAAC.
Sistema SOA con editores, suscriptores y servicios para probar sistemas SAAC con ROS 2. (Crédito de la imagen: Renault)
“Este no es sólo un problema de Renault”, afirma Lim. “Realmente va a ayudar a otros equipos automotrices”.
Optimización del desarrollo con ROS Toolbox
Una ventaja fundamental de utilizar Simulink con ROS Toolbox es que los desarrolladores pueden centrarse exclusivamente en sus algoritmos en lugar de ocuparse de detalles de integración o aspectos específicos del marco ROS. Los modelos de Simulink que contienen su diseño se transforman automáticamente en código implementable para las diferentes plataformas a través del flujo de trabajo de integración continua configurado por el equipo de integración de Renault con MATLAB® y Simulink.
“El apoyo del equipo de MathWorks ha sido fundamental para permitirnos implementar y probar nuestras funciones de SAAC de próxima generación antes de lo previsto. Esta agilidad ha sido un pilar fundamental para introducir con éxito nuevas prestaciones en nuestros vehículos”.
El software automotriz de vanguardia de Renault a menudo supera los límites de la simulación dada la complejidad y escala masivas, con algunos modelos que superan las 300.000 señales de Simulink actualizadas cada 10 milisegundos. La posibilidad de tener una relación de trabajo directa con los ingenieros de productos de MathWorks ha sido fundamental para encontrar soluciones cuando se enfrentan limitaciones de herramientas o cuellos de botella en el rendimiento.
“Realmente estamos trabajando en una aplicación enorme”, dijo Bedouet. “Si funciona para nosotros, debería funcionar para casi todo el mundo”.
La solución integrada Simulink-ROS también permitirá a Renault alcanzar niveles de integridad en seguridad automotriz (ASIL) más elevados, que son certificaciones de seguridad estrictas para la seguridad funcional automotriz. Bedouet prevé trabajar con MathWorks en esta y otras necesidades cambiantes de la industria en el futuro, incluida la certificación ASIL.
“Será fantástico obtener certificaciones ASIL de seguridad, algo que hoy en día no podemos obtener sin un middleware certificado”, afirma Bedouet.
Como pionera en la integración de principios SOA con el marco ROS y el diseño basado en modelos con Simulink, Renault se está consolidando como líder de la industria en sistemas de software automotrices modulares, actualizables, con muchas prestaciones y certificación de seguridad para los vehículos inteligentes del mañana.
“El apoyo del equipo de MathWorks ha sido fundamental para permitirnos implementar y probar nuestras funciones de SAAC de próxima generación antes de lo previsto”, afirma Bedouet. “Esta agilidad ha sido un pilar fundamental para introducir con éxito nuevas prestaciones en nuestros vehículos”.
Concepto de red de comunicación y cabina de vehículo conectados.
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