博世eBike系统がモデルベースデザインにより電動自転車コントローラーを開発

自転車メーカーは,毎年,購入者が増える春に新モデルをリリースしています。博世やその他のサプライヤーは,リリース前の夏に新しいシステムをメーカーに提供します。この時期に提供しないと,システムの導入が可能になるまで丸1年待つことになります。

名誉あるユーロバイク国際見本市で展示するためには,eBikeシステムの設計,実装,テスト,準備にかけられる時間は1年余りしかありませんでした。

全く新しいシステムを構築していたため,コントローラーの設計をシミュレーションした後,組み込みマイクロコントローラーに素早く展開するか,実際の自転車でテストするためのハードウェアをプロトタイピングする方法が必要でした。また,チームは,エンジニアが設計をハードウェアに展開する際の設計の反復を短縮したいと考えていました。設計の反復では,自転車に乗るか,テストベンチを使用し,性能評価や設計の改良を行った後,再展開してさらなるテストを行うことが求められます。また,運転者の安全性を確保するということも考える必要がありました。

博世のエンジニアは,モデルベースデザインを使用してeBike用ドライブシステムを開発しました。この開発は,同社の機能安全規格に基づき行われました。

彼らは,ドライブシステムコントローラーを,ドライブコントローラーとモーターコントローラーの2つのコンポーネントに分割しました。

金宝app仿真软件でモデル化されたドライブコントローラーは,運転者のケイデンス,クランク走行時のトルク,自転車の速度などの入力によって,運転者をサポートできるようにモーターから必要なトルクを判断します。

モーターコントローラーは,仿金宝app真软件やStateflow^®でモデル化されており,ドライブコントローラーよりも高いクロック周波数で動作します。また,ドライブコントローラーからのトルクの命令に応じて,モーターに信号を送ります。

博世のエンジニアは,仿真软件金宝appを使用して,コンポーネントごとにプラントモデルを開発しました。ドライブコントローラーのプラントモデルには,運転者の体質量やペダリング動作だけでなく,地面の傾斜などの環境要因が取り入れられています。モーターコントローラーのプラントモデルは,駆動システムのブラシレス直流モーターの特性を捕捉します。

チームは,制御アルゴリズムを検証するために,金宝app仿真软件でドライブコントローラーとモーターコントローラーの閉ループシステムのシミュレーションを個別に行いました。

また,リアルタイムテストで仿金宝app真软件编码器™を使用して,ドライブ制御モデルからコードを生成,コンパイルし,ラピッドプロトタイピングハードウェアに展開しました。続いて,嵌入式编码器^®を使用してモーター制御モデルからコードを生成し,マイクロコントローラーに展開しました。

エンジニアは2台目のラピッドプロトタイピング装置を使用して,自転車を漕ぐためのアクチュエーターと,パフォーマンスメトリクスを収集するためのセンサーを搭載したテストベンチを構築しました。また,このセットアップ用のテストスイートを開発するために,金宝app仿真软件でシナリオをモデル化し,仿真软件编码器を使用してテストハードウェア用のコードを生成しました。

チームは,MATLABを使用して,シミュレーションとテストの結果を解析し,トルクおよび速度のプロットを作成して,鍵となる性能特性を可視化しました。

博世のエンジニアは、嵌入式编码器を使用して,ドライブ制御モデルおよびモーター制御モデルからマイクロコントローラーの量産向けコードを生成しました。