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Entwicklung eines leistungsstarken Elektroboots mit präziser Manövrierfähigkeit
Testen von Steuerungsalgorithmen und Codegenerierung beschleunigen die Produktentwicklung
MATLAB und Simulink für Startups
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Arc, ein führender Innovator im Bereich der elektrischen Schiffstechnologie, entwickelt leistungsstarke Elektroboote, die das Erlebnis auf dem Wasser verbessern und gleichzeitig die Lärmbelästigung reduzieren und den Kohlendioxidausstoß eliminieren. Anders als bei Elektroautos und -flugzeugen, bei denen das Gewicht ein Nachteil ist, kommt die zusätzliche Masse eines elektrischen Antriebsstrangs dem Wakeboardsport zugute. Ein tieferer Rumpf erzeugt größere, gleichmäßigere Wellen – ein Effekt, den Wassersportler oft durch manuelles Hinzufügen von Ballast erreichen. Das Design von Arc integriert diesen Vorteil nahtlos und optimiert sowohl Leistung als auch Effizienz.
Wakeboardboote erfordern präzise Manövrierfähigkeit – sowohl bei hohen Geschwindigkeiten zum Formen der Heckwelle als auch bei niedrigen Geschwindigkeiten zum Anlegen und Navigieren in engen Räumen. Die Steueralgorithmen von Arc optimieren die Antriebs- und Lenkdynamik und gewährleisten ein reibungsloses Handling unter allen Betriebsbedingungen.
Andrew Phillips, ein leitender Ingenieur im Fahrzeugsteuerungsteam von Arc, hat Jahre in die Entwicklung, Prüfung und Verfeinerung der Sensor- und Steuerungsalgorithmen von Arc investiert, um präzise Steuerungsmöglichkeiten zu bieten und gleichzeitig eine einfache Benutzererfahrung zu gewährleisten. Während der Produktentwicklung legte das Fahrzeugsteuerungsteam von Arc Wert auf die Integration der Fahrzeugsteuerung zwischen Hardware und Software, um das optimale Design für die Arc Sport zu erreichen. Durch die Verwendung interner Systeme wurde die Steuerungsintegration vereinfacht, sodass das Team das Design und die Leistung des Bootes optimieren konnte.
(Videoquelle: Arc)
Im Gegensatz zu herkömmlichen Booten, die über einen einzigen Propeller für Antrieb und Steuerung verfügen, verfügt die Arc Sport über zwei zusätzliche, strategisch am Bug und Heck platzierte Triebwerke. Die zusätzlichen Triebwerke ermöglichen eine präzise kontrollierte Translation und Rotation und gewährleisten so eine geschmeidige Bewegung auch in engen Räumen, beispielsweise beim Anlegen eines Bootes. Eine anspruchsvollere Manövrierfähigkeit erschwert die Entwicklung jedoch zusätzlich.
Priorisierung der Systemintegration
Simulink® und Model-Based Design ermöglichten es Arc, die Entwicklung zu beschleunigen und das Produkt schnell auf den Markt zu bringen. Arc nutzt Simulink und Simulink Test™ zum Entwerfen und Testen von Steuerungsfunktionen. Das Team für Fahrzeugsteuerungen simuliert Lenksteuerungsalgorithmen, um benutzerkritische Funktionen zu verfeinern. Umfangreiche Komponententests stellen sicher, dass Subsysteme und Unterkomponenten vor dem Hochladen auf die Boote korrekt interagieren.
„Da Software und Hardware so eng integriert sind, können wir das Boot durch OTA-Updates verbessern.“
Mittels Embedded Coder® übersetzt das Fahrzeugsteuerungsteam seine komplexen Entwürfe aus Simulink in optimierten Produktionscode. Durch die eingesparte Zeit können sich die Ingenieure auf die Funktionsentwicklung konzentrieren, anstatt auf die grundlegende Codierung.
Effizienz ist wichtig, aber Sicherheit steht an erster Stelle. Durch die Verwendung von Embedded Coder zur Automatisierung von Teilen der Codegenerierung minimiert Arc die Wahrscheinlichkeit von Fehlern, die die Sicherheit beeinträchtigen könnten, indem die Software sowohl auf C-Ebene als auch auf dem Boot selbst überprüft wird, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen.
„Das Team verwendet außerdem Simulink Check™, um automatisierte Modellqualitätsprüfungen durchzuführen“, sagt Phillips. „Simulink Check hat Probleme wie fehlende Verbindungen gefunden und mühsame Aufgaben automatisiert, wodurch wir viel Zeit sparen.“
„Da Software und Hardware so eng integriert sind, können wir das Boot durch Over-the-Air-Updates (OTA) verbessern“, sagt Phillips.
Zusätzlich zu den OTA-Updates hat Arc eine robuste Telemetrie-Pipeline erstellt, die Zehntausende von Datenpunkten pro Sekunde auf jedem Boot streamt. Dadurch können die Software- und Steuerungsingenieure die Leistung der Flotte kontinuierlich verfolgen und mit neuen Funktionen wie Rückwärtslenkung und ankerloser Stationierung verbessern.
Softwaretests:
Als Teilnehmer am MathWorks Startup Program hat Arc Zugriff auf die gesamte Tool-Suite. Dadurch konnte das Fahrzeugsteuerungsteam verschiedene Tools wie die Navigation Toolbox™ mit Sensorfusionsfunktion ausprobieren.
„Navigation Toolbox war sehr nützlich zum Testen von Daten und Vergleichen der Ergebnisse verschiedener Implementierungsoptionen“, sagt Phillips. „Wir können die Ergebnisse schnell auf Plausibilität prüfen. Es ist großartig, alle Tools zu haben, damit wir uns auf die Lösung des Problems konzentrieren können.
„Die Möglichkeit, Tools und Code aus früheren Booten oder früheren Iterationen wiederzuverwenden, ist äußerst wertvoll.“
„Bei Arc ist alles schnelllebig und deshalb ist Software für uns super wichtig“, sagt Phillips. „Die Möglichkeit, Tools und Code aus früheren Booten oder früheren Iterationen wiederzuverwenden, ist äußerst wertvoll.“
Darüber hinaus spielt Simulink eine entscheidende Rolle in Forschung und Entwicklung, indem sichergestellt wird, dass die Systemleistung den Designbeschränkungen entspricht. Um die Einhaltung der Leistungsgrenzen zu überprüfen, verwendet das Fahrzeugsteuerungsteam Simulink, um Algorithmen zur Steuerung von Variablen wie Kühlmittelströmen, Propellerdrehzahl und Schwellenwerten für Wechselrichter oder Elektromotoren zu entwerfen und zu simulieren. Das Team stellt sicher, dass Leistungsgrenzen und Systembeschränkungen eingehalten werden, um kritische Fehler wie Batterieausfälle zu verhindern. Während die Software des Bootes erweitert und verbessert wird, stellen sie deren korrekte Funktionalität durch umfangreiche Unit-Tests sicher, die mit Simulink Test erstellt werden.
Den Weg nach vorne finden
Durch seinen Fokus auf innovative Technologie und Design hat sich Arc eine führende Position in der Elektrobootbewegung gesichert. Vom Arc One als Machbarkeitsstudie bis zum neuesten Arc Sport bewegt sich das Unternehmen von der Kleinserienproduktion zur Skalierung seiner Vision.
„Ich würde es mit dem Tesla® Roadster vergleichen“, erklärt Ryan Cook, Mitbegründer und CTO. „Unser erstes Modell war ein Proof of Concept. Es handelte sich um eine sehr begrenzte Menge.“ Mit der Veröffentlichung seines neuesten Modells kommt Arc seinem Ziel näher, den emissionsfreien Seetransport populär zu machen.
Durch den Einsatz von Modellierungs-, Simulations- und Testtools hat Arc sein Boot von Batteriesystemen bis hin zu Steuerungsalgorithmen optimiert. Das MathWorks Startup-Programm spielte eine entscheidende Rolle bei der Beschleunigung des Produktionszeitplans von Arc und ermöglichte es dem Team, in nur 18 Monaten von einem ersten Konzept zu einem vollständig realisierten Produkt zu gelangen.
Die fein abgestimmten Produktentwicklungsprozesse von Arc haben zu einem Schiff geführt, das die Energieeffizienz maximiert, den Raum intelligent nutzt und intuitive Steuerungen mit innovativem Design verbindet, um die Grenzen nachhaltiger Schiffstechnologie zu erweitern.
MATLAB und Simulink für Startups
Mehr als 7.000 Startups wie dieses erhalten Zugriff auf kostengünstige Tools sowie technischen Support von MathWorks und Schulungen zu ermäßigten Preisen.
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