Desarrollo y comprobación de sistemas embebidos en tiempo real, en la industria automotriz y espacial

Dr. José Antonio Pérez Guzmán y Lic. Mónica Aparicio Estrada

Probar y validar físicamente sistemas en áreas industriales como la automotriz y aeronáutica, en algunas ocasiones, no es posible, ya que pueden ocurrir errores en sistemas mecánicos, eléctricos, electrónicos, etc. provocando accidentes con pérdidas de inversión cuantificables sobre un proyecto tecnológico.

En el caso del sector automotriz, no se puede introducir un nuevo prototipo de sistema embebido a un vehículo sin antes probar todas los las variables del sistema y cumplir con estándares internacionales de calidad y seguridad. En el sector espacial la comprobación de nuevos prototipos de sistemas embebidos (control de estabilidad, sistemas de comunicaciones, propulsión, seguidor de estrellas, carga útil, etc.), implementados en satélites científicos y/o de telecomunicaciones, no se puede llevar a cabo de forma directa, ya que intervienen factores del espacio como gravedad, temperatura, presión atmosférica, radiación electromagnética generada por el Sol, etc.; éstos son factores que no podemos medir o caracterizar directamente. En ese sentido, en la mayoría de los casos, es recomendable utilizar un modelo matemático que nos permita integrar todas las variables que componen al sistema e integrarlo en un simulador computacional que asemeje el comportamiento de un sistema real.

La solución para el desarrollo y comprobación efectiva de sistemas embebidos en la industria automotriz y espacial es el uso de técnicas de simulación denominadas como Software-in-the-Loop (SIL) y Hardware-in-the-Loop (HIL); las cuales son herramientas que poseen ventajas en el desarrollo de nuevos productos. Estas técnicas, permiten la creación de prototipos rápidos para ser utilizados bajo diferentes condiciones de operación y someterlos a condiciones extremas.

Las técnicas de simulación SIL & HIL se originaron en la industria aeroespacial y de defensa, donde a menudo era imposible o demasiado costoso crear prototipos de prueba en sistemas físicos reales. Principalmente en universidades y departamentos de investigación se utilizaban estas técnicas para probar componentes individuales como sensores, pero fue hasta la década de los 80 que la industria automotriz vio la oportunidad de utilizarlos en los sistemas que se integran en los vehículos.

Los elementos básicos del sistema de simulación SIL & HIL incluyen: computadora, puertos de entrada/salida, acondicionadores de señal y la interfaz de usuario. Se puede emular los sensores y actuadores del sistema de control para recrear un entorno operativo, similar a la real, en un entorno controlado. Recientemente, se ha convertido en una herramienta importante y se ha aplicado ampliamente en la industria espacial y automotriz para desarrollar, validar, probar y evaluar sistemas de control de un satélite y vehículo respectivamente.

El Software-in-the-Loop, originalmente, es la inserción de código para ser evaluado por la simulación matemática, por lo que el código de programación se puede ejecutar en condiciones de entrada simuladas con el fin de evaluar el funcionamiento del sistema. Mientras que HIL contempla el uso de una computadora dedicada en tiempo real con diversas entradas y salidas para emular al sistema embebido en tiempo real y cuyo código de programación se probó con anterioridad con ayuda de SIL. Sin embargo, esta prueba es más cercana a la realidad y por lo tanto, se exhibe la mayoría de los problemas que pueden ocurrir en su forma común de operación.

Se podría pensar que estas técnicas son de uso específico para los sectores automotriz o espacial, sin embargo, éstas pueden ser utilizadas para cualquier sector en donde se requiera un prototipado rápido. Además, se tiene que considerar que para realizar una simulación más cercana a la realidad la complejidad del modelo matemático se incrementa considerablemente.

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