Bosch的eBike系統(tǒng)作為行業(yè)的領(lǐng)導者，已經(jīng)被50多家歐洲自行車品牌所采用。而從一開始，Bosch的eBike系統(tǒng)的工程師們就使用MATLAB和Simulink工具，采用基于模型的設(shè)計，來加速實現(xiàn)其驅(qū)動單元控制系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)、和測試。

“我們的團隊只有9個月的時間，也就是在歐洲自行車交易會（Eurobike）前5個多月完成設(shè)計并制造出驅(qū)動系統(tǒng)的客戶樣機?！盉osch eBike系統(tǒng)的主任工程師Daniel Baumgartner這樣說?！盎谀Ｐ偷脑O(shè)計是一個絕好的開發(fā)方式，它使得我們可以在規(guī)定的時間內(nèi)設(shè)計出一個嵌入式eBike驅(qū)動系統(tǒng)控制器?！?/p>

挑戰(zhàn)

歐洲人大多在春季買自行車，所以自行車制造廠家通常會在春季發(fā)布新型號的產(chǎn)品。Bosch和別的自行車零部件供貨商，一般就在夏季給整車廠提供新系統(tǒng)。這樣，Bosch工程師只有一年多一點的時間來設(shè)計、實現(xiàn)、和測試，并準備好在這個極其重要的歐洲自行車交易會上做產(chǎn)品演示。

由于他們需要建造一套全新的系統(tǒng)，所以團隊必須要有一種方法來仿真所設(shè)計的控制器，并快速地運用到一個嵌入式微處理器中，或應(yīng)用到一個原型硬件中，以供實車測試用。工程師們需要縮短設(shè)計的疊代過程，這一過程包括：從設(shè)計方案到硬件、親自騎自行車或用測試臺架來評估其性能、重新修改設(shè)計、再做進一步的測試。同時，他們也要確保騎車人的安全。

解決方案

Bosch工程師們采用基于模型的設(shè)計流程來開發(fā)eBike驅(qū)動系統(tǒng)，并使之符合公司的功能安全標準。

他們把驅(qū)動系統(tǒng)控制器分成兩個單元：驅(qū)動控制器和電機控制器。

工程師們用Simulink來對驅(qū)動控制器進行建模，輸入?yún)?shù)包括：騎車人的節(jié)奏，曲柄上的扭矩，車速，從而來確定電機需要給出多少的扭矩以達到助力效果。

對于電機控制器，工程師們用Simulink和Stateflow這兩個工具，控制器的頻率要比驅(qū)動控制器的高。電機控制器要給電機發(fā)送信號，以回應(yīng)驅(qū)動控制器對于扭矩的要求。

Bosch工程師們還為這每種單元開發(fā)出了被控對象模型。驅(qū)動控制器的對象模型考慮到了騎車人的體重和踏車行為，以及諸如地面坡度等環(huán)境因素。電機控制器的對象模型則加入了驅(qū)動系統(tǒng)中無電刷直流電機的各種特性參數(shù)。

為了驗證控制算法，團隊對于驅(qū)動控制器和電機控制器，分別在Simulink中進行了閉環(huán)仿真。

為了進行實時測試，工程師們使用Simulink Coder，從驅(qū)動控制器模型自動生成代碼，編譯之后，下載到快速原型控制器中。工程師們并且使用Embedded Coder，從電機控制器模型自動生成產(chǎn)生代碼，下載到微處理器中。

用另外一個快速原型控制器，工程師們搭建了一個測試臺架，上面裝備了兩個執(zhí)行器用來驅(qū)動踏板，和用于采集性能參數(shù)的傳感器。他們在Simulink中開發(fā)出了測試案例，并使用Simulink Coder自動生成測試硬件運行的代碼。

之后，工程師們使用MATLAB，對仿真和測試結(jié)果進行分析，并繪制出扭矩和速度等關(guān)鍵參數(shù)圖形。

Bosch工程師們使用Embedded Coder，從驅(qū)動控制器和電機控制器的模型，為微處理器生成產(chǎn)品級的代碼。

基于模型的設(shè)計的商業(yè)價值主要在于縮短開發(fā)時間、降低開發(fā)成本。對我而言，最明顯的優(yōu)勢在于我知道我們可以放心地使用自動生成的代碼，它使得我們在Simulink模型級別即可進行查錯處理，而不是在代碼級別才進行糾錯工作。

——Bosch eBike System, Daniel Baumgartner

結(jié)果

設(shè)計方案可以在5分鐘之內(nèi)予以更新，并供測試用。Baumgartner說：“在一臺eBike樣車上騎行一會兒體檢系統(tǒng)性能和表現(xiàn)，我們就可以在Simulink中對控制算法和各個參數(shù)進行調(diào)整，然后重新為原型硬件生成代碼。只要不到5分鐘的時間，我們就可以用新的控制器算法重做一次騎行測試?！?/p>

所生成的代碼符合安全標準。Baumgartner說：“用Simulink Coder和Embedded Coder所生成的代碼沒有任何缺陷（Zero Defect），它們完全是遵循我們內(nèi)部對于功能安全標準來開發(fā)的?！?/p>

滿足嚴苛的市場投放時限?！拔覀兊尿?qū)動系統(tǒng)必須開發(fā)出來，以便可以在一年一度的歐洲自行車交易會上推出。基于模型的設(shè)計流程，它通過代碼自動生成的方式來加速設(shè)計的迭代過程，真正是我們能滿足這一目標的關(guān)鍵所在?！盉aumgartner最后說。