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Progettazione di una barca elettrica ad alte prestazioni con manovrabilità precisa
I test degli algoritmi di controllo e la generazione di codice accelerano lo sviluppo del prodotto
MATLAB e Simulink per Startup
Oltre 7.000 startup come questa hanno accesso a strumenti a basso costo, oltre al supporto ingegneristico MathWorks e a corsi di formazione scontati.
Arco, azienda leader nell'innovazione della tecnologia elettrica marina, sta progettando imbarcazioni elettriche ad alte prestazioni che migliorano l'esperienza in acqua, riducendo al contempo l'inquinamento acustico ed eliminando le emissioni di carbonio. A differenza delle auto e degli aerei elettrici, per i quali il peso è uno svantaggio, la massa aggiuntiva di un gruppo propulsore elettrico è vantaggiosa per gli sport acquatici. Uno scafo più profondo genera onde più grandi e regolari, risultato che gli appassionati di sport acquatici ottengono spesso aggiungendo zavorra manualmente. Il design di Arc integra perfettamente questo vantaggio, ottimizzando sia le prestazioni che l'efficienza.
Le wake boat richiedono una manovrabilità precisa, sia ad alta velocità per modellare le onde, sia a bassa velocità per ormeggiare e navigare in spazi ristretti. Gli algoritmi di controllo di Arc ottimizzano la dinamica di propulsione e sterzo, garantendo una manovrabilità fluida in tutte le condizioni operative.
Andrew Phillips, ingegnere senior nel team di controllo dei veicoli di Arc, ha dedicato anni a sviluppare, testare e perfezionare gli algoritmi di rilevamento e controllo di Arc, garantendo capacità di controllo precise pur mantenendo un’esperienza utente semplice. Durante lo sviluppo del prodotto, il team di controllo del veicolo di Arc ha dato priorità all'integrazione del controllo del veicolo tra hardware e software per ottenere il design ottimale per Arc Sport. L'utilizzo di sistemi interni ha semplificato l'integrazione dei controlli, consentendo al team di ottimizzare il design e le prestazioni dell'imbarcazione.
(Crediti del video: Arc)
A differenza delle imbarcazioni tradizionali, che hanno una sola elica per la potenza e lo sterzo, Arc Sport incorpora due propulsori aggiuntivi posizionati strategicamente a prua e a poppa. I propulsori aggiuntivi consentono una traslazione e una rotazione altamente controllate, garantendo movimenti fluidi anche in spazi ristretti, come durante l'attracco di un'imbarcazione. Tuttavia, una manovrabilità più sofisticata rende più complessa la sfida di sviluppo.
Maggiore priorità all'integrazione del sistema
Simulink® e la progettazione Model-Based hanno consentito ad Arc di accelerare lo sviluppo e di immettere rapidamente il prodotto sul mercato. Arc sfrutta Simulink e Simulink Test™ per progettare e testare le funzionalità di controllo. Il team addetto ai controlli del veicolo simula gli algoritmi di controllo dello sterzo per perfezionare le funzioni critiche per l'utente. Test approfonditi dei singoli componenti garantiscono che sottosistemi e sottoelementi interagiscano correttamente prima di essere caricati sulle barche.
“Poiché software e hardware sono così strettamente integrati, siamo in grado di migliorare l'imbarcazione tramite aggiornamenti OTA.”
Con Embedded Coder®, il team addetto ai controlli del veicolo traduce i propri complessi progetti da Simulink in codice di produzione ottimizzato. Il tempo risparmiato consente agli ingegneri di concentrarsi sullo sviluppo delle funzionalità anziché sulla codifica di base.
L'efficienza è importante, ma la sicurezza è fondamentale. Utilizzando Embedded Coder per automatizzare parti della generazione del codice, Arc riduce al minimo la probabilità di errori che potrebbero compromettere la sicurezza verificando il software, sia a livello C che sull'imbarcazione stessa, per garantirne l'affidabilità.
“Il team utilizza anche Simulink Check™ per eseguire controlli automatici della qualità dei modelli”, afferma Phillips. “Simulink Check ha individuato problemi come collegamenti mancanti e ha automatizzato compiti ripetitivi, facendoci risparmiare molto tempo.”
“Poiché il software e l'hardware sono così strettamente integrati, siamo in grado di migliorare l'imbarcazione tramite aggiornamenti over-the-air (OTA)”, afferma Phillips.
Oltre agli aggiornamenti OTA, Arc ha creato una solida pipeline di telemetria che trasmette decine di migliaia di punti dati al secondo su ogni imbarcazione. Ciò consente agli ingegneri del software e dei controlli di monitorare e migliorare costantemente le prestazioni della flotta con nuove funzionalità come la retromarcia e il mantenimento della posizione senza ancora.
Il software è fondamentale
In qualità di partecipante al MathWorks Startup Program, Arc ha accesso all'intera gamma di strumenti. Ciò ha consentito al team addetto ai controlli del veicolo di provare diversi strumenti, come Navigation Toolbox™, con funzionalità di fusione dei sensori.
“Navigation Toolbox è stato molto utile per testare i dati e confrontare i risultati tra diverse opzioni di implementazione”, afferma Phillips. “Possiamo effettuare rapidamente un controllo di integrità dei risultati. È fantastico avere tutti gli strumenti necessari per concentrarci sulla risoluzione del problema.
“Poter riutilizzare strumenti e codici di imbarcazioni o iterazioni precedenti è estremamente prezioso.”
“Tutto ad Arc procede a ritmo serrato ed è per questo che il software per noi è estremamente importante”, afferma Phillips. “Poter riutilizzare strumenti e codici di imbarcazioni o iterazioni precedenti è estremamente prezioso.”
Inoltre, Simulink svolge un ruolo cruciale in R&D assicurando che le prestazioni del sistema siano in linea con i vincoli di progettazione. Per verificare il rispetto dei limiti di potenza, il team di controllo dei veicoli utilizza Simulink per progettare e simulare algoritmi che gestiscono variabili come il flusso del liquido di raffreddamento, la velocità dell’elica e le soglie di inverter o motore elettrico. Il team garantisce che i limiti di potenza e i vincoli del sistema vengano rispettati per prevenire guasti critici come lo spegnimento della batteria. Man mano che il software dell'imbarcazione viene ampliato e migliorato, ne viene garantito il corretto funzionamento con ampi test unitari creati con Simulink Test.
Come orientarsi verso il futuro
L'attenzione di Arc verso la tecnologia e il design innovativi ha reso l'azienda leader nel movimento della nautica elettrica. Dall’Arc One, concepita come prototipo, fino all’ultimo modello Arc Sport, l’azienda sta passando dalla produzione in piccoli lotti alla realizzazione su larga scala della propria visione.
“Lo paragonerei alla Tesla® Roadster”, spiega Ryan Cook, co-fondatore e CTO. “Il nostro primo modello è stato una prova di concetto. Con quantità molto limitata.” Con il lancio del suo ultimo modello, Arc avanza verso il suo obiettivo di diffondere il trasporto marittimo a emissioni zero.
Touchscreen e software di Arc. (Crediti dell’immagine: Arc)
Un operaio lavora al cablaggio della barca. (Crediti dell’immagine: Arc)
Una barca Arc Sport parzialmente assemblata. (Crediti dell’immagine: Arc)
Utilizzando strumenti di modellazione, simulazione e collaudo, Arc ha ottimizzato la propria imbarcazione, dai sistemi di batterie agli algoritmi di controllo. Il MathWorks Startup Program ha avuto un ruolo cruciale nell'accelerare i tempi di produzione di Arc e ha consentito al team di passare da un concetto iniziale a un prodotto completamente realizzato in soli 18 mesi.
I processi di sviluppo del prodotto perfezionati da Arc hanno dato vita a un'imbarcazione che massimizza l'efficienza energetica, utilizza lo spazio in modo intelligente e integra comandi intuitivi con un design innovativo per superare i confini della tecnologia marina sostenibile.
MATLAB e Simulink per Startup
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