MATLAB y Simulink ayudan a Toyota a diseñar el futuro

Bajo una creciente presión para acelerar el diseño, aumentar la calidad y reducir los costes de I+D, en el equipo de ingeniería de Toyota sabían que necesitaban una alternativa a los métodos de diseño tradicionales. Estos métodos no eran rentables ni eficientes, ya que se veían obstaculizados por prototipos de hardware costosos o incompletos, y por un proceso de diseño que requería reingeniería y reprogramación en varios pasos a lo largo del camino. Toyota comenzó a buscar una manera de cerrar las brechas para desarrollar electrónica de automoción tradicional y crear especificaciones ejecutables para consolidar el trabajo de los equipos de creación de especificaciones, diseño de control y programación.

Toyota adoptó herramientas de MathWorks como MATLAB, Simulink, Simulink Coder y Stateflow como una solución de diseño integral.

La iniciativa de Toyota, y su colaboración para desarrollo con MathWorks, se puso en marcha cuando el fabricante de automóviles seleccionó primero MATLAB y luego Simulink. “Nuestro uso de [estas herramientas] ha ido aumentando gradualmente”, señala el portavoz de Toyota, Akira Ohata. “En la actualidad, tenemos más de 400 licencias para MATLAB, Simulink y Stateflow, y se han convertido en el estándar de facto de Toyota para simulación, procesamiento de datos y diseño de controles. Sería imposible enumerar todas las aplicaciones de estas herramientas en Toyota”.

Las herramientas de MathWorks se han integrado perfectamente en el desarrollo de unidades de control eléctrico (ECU) de Toyota, los controladores invisibles debajo del tablero que ejecutan el software que controla los vehículos. Ante los estrictos estándares de emisiones y las exigencias de mejora del rendimiento, el equipo de ingeniería de Toyota se está concentrando en mejorar una lógica tan vital como la inyección de combustible y los controles de transmisión.

Con las soluciones de diseño de MathWorks, el equipo de ingeniería de Toyota puede diseñar, modelar, simular, probar y programar estrategias de control en un solo entorno. Por ejemplo, las especificaciones de controladores del sistema de propulsión de Toyota ahora comienzan en el entorno intuitivo y autodocumentado de Simulink y Stateflow, ambas herramientas impulsadas por las prestaciones de cálculo, análisis y visualización de nivel industrial de MATLAB.

El equipo de ingeniería de controles trabaja directamente en estas especificaciones ejecutables para perfeccionar las estrategias de control y optimizar el rendimiento. Luego, el trabajo del ingeniero está a un paso de convertirse en código C con Simulink Coder, en software codificado según lo previsto por el ingeniero de control.

El equipo de ingeniería de Toyota utiliza el código junto con hardware y software de implementación fabricado por la empresa alemana dSPACE para pruebas y prototipado virtual. Toyota recurre a dos tipos de simulación: simulación de hardware-in-the-loop (HIL), que permite probar un prototipo de ECU en un “motor virtual” modelado en Simulink, y ECU de prototipado rápido (RPE), que permite que el simulador reemplace toda o parte de la ECU mientras controla una central eléctrica real.

Toyota utiliza HIL con el motor virtual de Simulink para depurar el hardware y software de la ECU, y para calibración. La configuración de HIL reduce costes, facilita el análisis del rendimiento, y permite duplicar condiciones de funcionamiento tales como arranque en frío y calentamiento. Con RPE, el equipo de ingeniería de Toyota puede calibrar los parámetros de los algoritmos de control y evaluar rápidamente la lógica de control. El personal de desarrollo crea la lógica de control en MATLAB y la evalúa con Simulink para buscar la más prometedora.

Empleando el hardware de dSPACE, se pueden separar las partes modificadas del control del motor mientras la ECU controla una central eléctrica automática real. Esto permite al personal de ingeniería concentrarse en las áreas que se están mejorando o desarrollando.