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Diseño de una embarcación eléctrica de alto rendimiento con maniobrabilidad precisa
Pruebas de algoritmos de control y generación de código impulsan el desarrollo de productos
MATLAB y Simulink para startups
Más de 7.000 startups, como ésta, ya tienen acceso a herramientas de bajo coste, apoyo de expertos de MathWorks y formación con descuentos.
Arc, empresa líder innovadora en tecnología marina eléctrica, está diseñando embarcaciones eléctricas de alto rendimiento que mejoran la experiencia acuática al tiempo que reducen la contaminación acústica y eliminan las emisiones de carbono. A diferencia de los vehículos y aeronaves eléctricos, donde el peso es un inconveniente, la masa adicional de un sistema de propulsión eléctrico beneficia a los deportes acuáticos. Un casco más profundo genera olas más grandes y consistentes, algo que los entusiastas de deportes acuáticos a menudo logran agregando lastre manualmente. El diseño de Arc integra perfectamente esta ventaja, optimizando el rendimiento y la eficiencia.
Las embarcaciones para wakesurf requieren una maniobrabilidad precisa, tanto a altas velocidades para formar estela como a bajas velocidades para atracar y navegar en espacios reducidos. Los algoritmos de control de Arc optimizan la dinámica de propulsión y dirección, garantizando un manejo suave en todas las condiciones operativas.
Andrew Phillips, ingeniero senior del equipo de controles de vehículos de Arc, ha invertido años en desarrollar, probar y perfeccionar los algoritmos de detección y control de Arc para brindar capacidades de control precisas manteniendo una experiencia de uso sencilla. Durante el desarrollo del producto, el equipo de controles de vehículos de Arc priorizó la integración del control del vehículo entre el hardware y el software para lograr el diseño óptimo del Arc Sport. El uso de sistemas internos facilitó las integraciones de control, lo que permitió optimizar el diseño y el rendimiento de la embarcación.
(Vídeo cortesía de Arc)
A diferencia de las embarcaciones tradicionales, que tienen una sola hélice para propulsión y dirección, el Arc Sport incorpora dos propulsores adicionales ubicados estratégicamente en proa y popa. Los propulsores adicionales permiten una traslación y rotación altamente controladas, asegurando un movimiento suave incluso en espacios reducidos, como durante las maniobras de atraque. Pero una maniobrabilidad más sofisticada complica el desafío de desarrollo.
Priorización de la integración del sistema
Simulink® y el diseño basado en modelos permitieron a Arc acelerar el desarrollo y llevar rápidamente el producto al mercado. Arc utiliza Simulink y Simulink Test™ para diseñar y probar funciones de control. El equipo de controles de vehículos simula algoritmos de control de dirección para refinar funciones críticas para el usuario. Las pruebas unitarias exhaustivas garantizan que los subsistemas y subcomponentes interactúen correctamente antes de cargarse en embarcaciones.
“Debido a que el software y el hardware están tan estrechamente integrados, podemos mejorar la embarcación mediante actualizaciones OTA”.
Con Embedded Coder®, el equipo de control de vehículos traduce sus intrincados diseños de Simulink en código de producción optimizado. El tiempo ahorrado permite a los ingenieros concentrarse en el desarrollo de funcionalidades en lugar de programación básica.
La eficiencia es importante, pero la seguridad es primordial. Automatizar parte de la generación de código con Embedded Coder permite a Arc reducir la probabilidad de errores que pueden afectar la seguridad verificando el software, tanto en nivel de código C como en la misma embarcación, para garantizar la confiabilidad.
“El equipo también utiliza Simulink Check™ para ejecutar verificaciones automatizados de calidad del modelo”, afirma Phillips. “Simulink Check detectó problemas como conexiones perdidas y tareas repetitivas automatizadas, lo que nos ahorró un tiempo considerable”.
"Debido a que el software y el hardware están tan estrechamente integrados, podemos mejorar la embarcación mediante actualizaciones OTA", afirma Phillips.
Además de las actualizaciones OTA, Arc creó un sólido canal de telemetría que transmite decenas de miles de puntos de datos por segundo en cada embarcación. Esto permite que los ingenieros de software y control supervisen y mejoren continuamente el rendimiento de la flota con nuevas funciones como dirección en reversa y posicionamiento estacionario sin ancla.
El software es clave
Como participante del programa MathWorks Startup, Arc tiene acceso al conjunto completo de herramientas. Esto permitió al equipo de control de vehículos probar diferentes herramientas, como Navigation Toolbox™, con funcionalidad de fusión de datos de sensores.
“Navigation Toolbox ha sido muy útil para probar datos y comparar resultados entre diferentes opciones de implementación”, afirma Phillips. “Podemos hacer una comprobación rápida de los resultados. Es ventajoso tener todas las herramientas para centrarnos en resolver problemas.
“Poder reutilizar herramientas y código de embarcación o iteraciones mas tempranas es sumamente valioso”.
“En Arc todo avanza a un ritmo muy rápido, por eso el software es tan importante para nosotros”, afirma Phillips. “Poder reutilizar herramientas y código de embarcación o iteraciones mas tempranas es sumamente valioso”.
Además, Simulink desempeña un papel fundamental en la I+D garantizando que el rendimiento del sistema se ajuste a las restricciones de diseño. Para verificar el cumplimiento de los límites de potencia, el equipo de control de vehículos utiliza Simulink para diseñar y simular algoritmos que controlan variables como caudal del refrigerante, velocidad de la hélice y umbrales del inversor o del motor eléctrico. El equipo se asegura de que se respeten los límites de energía y las restricciones del sistema para evitar fallos críticos como apagado de batería. A medida que se amplía y mejora el software de embarcación, se garantiza su correcto funcionamiento con extensas pruebas unitarias creadas con Simulink Test.
Rumbo al futuro
El enfoque de Arc en la tecnología y el diseño innovadores lo ha posicionado como líder en el movimiento de navegación eléctrica. Desde el Arc One como prueba de concepto hasta el más reciente Arc Sport, la empresa está pasando de la producción en lotes pequeños a la expansión de su visión.
“Lo compararía con el Tesla® Roadster”, explica Ryan Cook, cofundador y director de tecnología. “Nuestro primer modelo fue una prueba de concepto. Era una cantidad muy limitada”. Con el lanzamiento del último modelo, Arc avanza hacia su objetivo de popularizar el transporte marítimo con cero emisiones.
Pantalla táctil y software de Arc. (Imagen cortesía de Arc)
Trabajador realiza cableado de una embarcación. (Imagen cortesía de Arc)
Embarcación Arc Sport parcialmente ensamblada. (Imagen cortesía de Arc)
Aprovechando herramientas de modelado, simulación y pruebas, Arc ha optimizado su embarcación, desde los sistemas de baterías hasta los algoritmos de control. El programa MathWorks Startup desempeñó un papel crucial en la aceleración del cronograma de producción de Arc y permitió al equipo pasar de un concepto inicial a un producto completamente realizado en solo 18 meses.
Los procesos de desarrollo refinados de Arc han dado como resultado una embarcación que maximiza la eficiencia energética, utiliza el espacio de forma inteligente e integra controles intuitivos con un diseño innovador, impulsando los límites de la tecnología marina sostenible.
MATLAB y Simulink para startups
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