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Concevoir un bateau électrique haute performance avec une maniabilité précise
Le test des algorithmes du système de contrôle et la génération de code accélèrent le développement de produits
MATLAB et Simulink pour les startups
Plus de 7 000 startups comme celle-ci ont accès à des outils à faible coût ainsi qu'au support technique MathWorks et à des formations à prix réduit.
Arc, un leader de l’innovation dans le domaine de la technologie marine électrique, conçoit des bateaux électriques hautes performances qui améliorent l'expérience sur l'eau tout en réduisant la pollution sonore et en éliminant les émissions de carbone. Contrairement aux voitures et aux avions électriques, où le poids est un inconvénient, la masse supplémentaire d'un groupe motopropulseur électrique est un avantage pour les sports nautiques. Une coque plus profonde crée des vagues plus grosses et plus régulières, ce que les amateurs de sports nautiques obtiennent souvent en ajoutant manuellement du ballast. Le design d’Arc intègre parfaitement cet avantage, optimisant à la fois les performances et l’efficacité.
Les bateaux de wakeboard nécessitent une maniabilité précise, à la fois à grande vitesse pour façonner le sillage et à basse vitesse pour l'accostage et la navigation dans des espaces restreints. Les algorithmes du système de contrôle d'Arc optimisent la dynamique de propulsion et de direction, garantissant une maniabilité fluide dans toutes les conditions de fonctionnement.
Andrew Phillips, ingénieur senior au sein de l'équipe du système de contrôle des véhicules chez Arc, a investi des années dans la création, les tests et le perfectionnement des algorithmes de détection et de contrôle d’Arc, afin d’offrir des capacités de contrôle précises tout en maintenant une expérience utilisateur simple. Lors du développement du produit, l'équipe du système de contrôle des véhicules d'Arc a donné la priorité à l'intégration du contrôle du véhicule entre le matériel et le logiciel, pour obtenir un design optimum de l'Arc Sport. L'utilisation de systèmes internes a facilité les intégrations de contrôle, permettant à l'équipe d'optimiser le design et les performances du bateau.
(Crédit vidéo : Arc)
Contrairement aux bateaux traditionnels, qui disposent d'une seule hélice pour la puissance et la direction, l'Arc Sport intègre deux propulseurs supplémentaires placés stratégiquement à la proue et à la poupe. Les propulseurs supplémentaires permettent une translation et une rotation hautement contrôlées, garantissant un mouvement fluide même dans des espaces restreints, comme lorsque le bateau accoste. Mais une maniabilité plus sophistiquée complique le défi du développement.
Prioriser l'intégration du système
Simulink® et l’approche Model-Based Design ont permis à Arc d'accélérer le développement et de mettre rapidement le produit sur le marché. Arc s'appuie sur Simulink et Simulink Test™ pour concevoir et tester les fonctionnalités de contrôle. L'équipe qui travaille sur le contrôle du véhicule simule les algorithmes du système de contrôle de direction pour affiner les fonctions critiques pour l'utilisateur. Des tests unitaires approfondis garantissent que les sous-systèmes et les sous-composants interagissent correctement avant d'être téléchargés sur les bateaux.
« Parce que le logiciel et le matériel sont étroitement intégrés, nous sommes en mesure d'améliorer le bateau grâce aux mises à jour OTA. »
Grâce à l’utilisation d’Embedded Coder®, l'équipe du système de contrôle des véhicules traduit ses designs complexes de Simulink en code de production optimisé. Le temps gagné permet aux ingénieurs de se concentrer sur le développement des fonctionnalités plutôt que sur le codage fondamental.
L’efficacité est importante, mais la sécurité est primordiale. En utilisant Embedded Coder pour automatiser certaines parties de la génération de code, Arc minimise la probabilité d'erreurs pouvant avoir un impact sur la sécurité en vérifiant le logiciel, à la fois au niveau C et sur le bateau lui-même, pour garantir la fiabilité.
« L’équipe utilise également Simulink Check™ pour exécuter des contrôles automatisés de la qualité des modèles », explique Phillips. « Simulink Check a détecté des problèmes tels que des connexions manquées et a automatisé des tâches fastidieuses, ce qui nous a fait gagner un temps considérable. »
« Étant donné que le logiciel et le matériel sont étroitement intégrés, nous sommes en mesure d'améliorer le bateau grâce à des mises à jour en direct (OTA) », explique Phillips.
En plus des mises à jour OTA, Arc a créé un pipeline de télémétrie robuste qui diffuse des dizaines de milliers de points de données par seconde pour chaque bateau. Cela permet aux ingénieurs en logiciels et en système de contrôle de suivre et d'améliorer en permanence les performances de la flotte grâce à de nouvelles fonctionnalités telles que la direction inversée et le maintien en position sans ancre.
Test logiciel
En tant que participant au programme MathWorks Startup, Arc a accès à la suite complète d'outils. Cela a permis à l'équipe du système de contrôle du véhicule d'essayer différents outils, tels que Navigation Toolbox™, avec une fonctionnalité de fusion de capteurs.
« Navigation Toolbox s’est avéré très utile pour tester les données et comparer les résultats entre différentes options de mise en œuvre », explique Phillips. « Nous pouvons rapidement vérifier la cohérence des résultats. C'est formidable d'avoir tous les outils pour pouvoir se concentrer sur la résolution du problème. »
« Pouvoir réutiliser les outils et le code des bateaux précédent, ou des itérations précédentes, est extrêmement précieux. »
« Chez Arc, tout évolue rapidement, et c'est pourquoi les logiciels sont extrêmement importants pour nous », explique Phillips. « Pouvoir réutiliser les outils et le code des bateaux précédents, ou des itérations précédentes, est extrêmement précieux. »
De plus, Simulink joue un rôle crucial dans la R&D en garantissant que les performances du système sont conformes aux contraintes de design. Pour vérifier le respect des limites de puissance, l'équipe du système de contrôle du véhicule utilise Simulink pour concevoir et simuler des algorithmes contrôlant des variables telles que les débits de liquide de refroidissement, la vitesse de l'hélice et les seuils de l'onduleur ou du moteur électrique. L'équipe s'assure que les limites de puissance et les contraintes du système sont respectées pour éviter les pannes critiques telles que les arrêts de batterie. Au fur et à mesure que le logiciel du bateau est étendu et amélioré, ils garantissent son bon fonctionnement avec des tests unitaires approfondis créés avec Simulink Test.
Naviguer vers l’avenir
L'accent mis par Arc sur la technologie et le design innovants l'a positionné comme un leader du secteur de la navigation électrique. De l'Arc One comme preuve de concept au plus récent Arc Sport, l'entreprise passe de la production en petites séries à la mise à l'échelle de sa vision.
« Je l'assimilerais à la Tesla® Roadster », explique Ryan Cook, cofondateur et directeur technique. « Notre premier modèle était une preuve de concept. C'était une quantité très limitée. » Avec la sortie de son dernier modèle, Arc progresse vers son objectif de populariser le transport maritime à zéro émission.
Écran tactile et logiciel d'Arc. (Crédit image : Arc)
Un ouvrier travaille sur le câblage du bateau. (Crédit image : Arc)
Un bateau Arc Sport partiellement assemblé. (Crédit image : Arc)
En s'appuyant sur des outils de modélisation, de simulation et de test, Arc a optimisé son bateau, des systèmes de batterie aux algorithmes de contrôle. Le programme MathWorks Startup a joué un rôle crucial dans l'accélération du calendrier de production d'Arc et a permis à l'équipe de passer d'un concept initial à un produit entièrement réalisé, en seulement 18 mois.
Les processus optimisés utilisés par Arc pour le développement de produits ont abouti à un bateau qui maximise l'efficacité énergétique, utilise l'espace intelligemment et intègre des commandes intuitives, tout cela avec un design innovant pour repousser les limites de la technologie marine durable.
MATLAB et Simulink pour les startups
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