博世艾比克系统开发基于模型设计的电动自行车控制器

挑战

在紧迫的时间内制定的电动自行车控制系统

使用基于模型的设计与MATLAB和Simulink来设计驱动和电机控制子系统,万博1manbetx运行仿真和测试,并生成原型和生产代码

结果

  • 设计更新,并在五分钟内准备复试
  • 代码生成符合安全标准
  • 达到关键市场期限

“基于模型的设计的主要业务好处是缩短开发时间并降低成本。对我来说,最大的优势来自于知道,我们可以在Simulink的模型级使用生成的代码,这使我们可以进行调试,而不是在代码级别“。万博1manbetx

丹尼尔·鲍姆加特纳,博世电动自行车系统
博世艾比克系统驱动装置。

在短短三年时间里,博世电动自行车系统从市场的新人成长为行业的领导者在电动自行车的企业。如今,博世电动自行车系统驱动单元由50多个欧洲自行车品牌使用。

从一开始,博世电动自行车系统工程师使用基于模型的设计与MATLAB®和Sim万博1manbetxulink®加快驱动单元控制系统的设计、实现和测试。

“我们的团队已在欧洲自行车贸易博览会上介绍了该系统前九个月来设计和驱动系统的生产客户样品,只是其后五个月,”丹尼尔·鲍姆加特纳,博世电动自行车系统首席工程师说。“基于模型的设计是使我们能够在期限内交付嵌入式电动自行车驱动系统控制器的工具。”

挑战

自行车厂商推出新车型每年春天,当大多数自行车购买。博世和其他供应商为制造商提供在每次发射前的夏天的新系统;否则,全年可通过可结合系统之前。

博世工程师花了一年多一点的时间来设计、实施、测试和准备eBike系统,以便在著名的欧洲自行车展上进行演示。

因为他们正在构建一个全新的系统,团队需要一种方法来模拟他们的控制器设计,然后将其快速部署到嵌入式微控制器或原型硬件上,以便在实际的自行车上进行测试。他们希望缩短设计迭代,工程师将设计部署到硬件上,或者骑自行车,或者使用测试台来评估其性能,改进设计,然后重新部署以进行进一步的测试。同时,他们需要确保骑手的安全。

博世的工程师们使用基于模型的设计开发电动自行车驱动系统,这是按照公司的功能安全标准完成。

他们把驱动系统控制器分成两部分:驱动控制器和电机控制器。

驱动控制器,在Simulink建模,用途输入,诸如骑车人的节奏,在万博1manbetx曲柄施加的扭矩,和自行车的速度,以确定多少扭矩从马达以协助该骑手。

电动机控制器,使用Simulink和Stateflow建模万博1manbetx®,工作在更高的时钟频率比驱动控制器。它发送信号到电动机响应于来自驱动器控制器转矩指令。

博世工程师为Simulink中的每个组件开发了一个工厂模型。驱动控制器工厂模型包括骑手的质量和踏板行为,以及环境因素,如地面万博1manbetx坡度。电机控制器对象模型捕捉了驱动系统无刷直流电机的特性。

为了验证控制算法,研究小组在Simulink中分别对驱动和电机控制器进行了闭环仿真。万博1manbetx

对于实时测试,他们从生成利用Simulink编码器™驱动器控制模型代码,编译它,并将其部署到快速原型硬件。万博1manbetx他们使用嵌入式编码器生成的代码从电机控制模型®并将其部署到微控制器。

利用第二个快速成型单元,工程师们建造了一个测试台,上面装有自行车踏板的执行器和收集性能指标的传感器。他们通过在Simulink中建模场景并使用Simulink编码器生成测试硬件的代码,为这个设置开发了测试套件。万博1manbetx

在MATLAB工作,该小组分析了仿真和测试结果,创造扭矩和速度的地块以可视化的关键性能特性。

产生的生产代码从驱动控制和电机控制模型的微控制器博世的工程师使用嵌入式编码。

结果

  • 设计更新,并在五分钟内准备复试。“骑电动自行车将获得我们的系统是如何执行的感觉后,我们调整了控制算法和Simulink中的参数,然后重新生成原型硬件的代码,”鲍姆加特纳说。万博1manbetx“在短短的五分钟,我们已经准备好了试乘用更新的控制器。”

  • 代码生成符合安全标准。“我们使用Simulink编码器生成和嵌入式编码的代码有万博1manbetx零缺陷,”鲍姆加特纳说。“这是根据我们的功能安全标准的内部流程开发的。”

  • 达到关键市场期限。“我们的驱动系统必须准备在欧洲自行车贸易博览会被介绍给利用一次的一年的市场机会,”鲍姆加特纳说。“基于模型的设计是使我们通过通过代码生成加速设计迭代,以实现这一目标的关键。”