Bosch的eBike系統作為行業的領導者，已經被50多家歐洲自行車品牌所采用。而從一開始，Bosch的eBike系統的工程師們就使用MATLAB和Simulink工具，采用基于模型的設計，來加速實現其驅動單元控制系統的設計、實現、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個多月完成設計并制造出驅動系統的客戶樣機。”Bosch eBike系統的主任工程師Daniel Baumgartner這樣說。“基于模型的設計是一個絕好的開發方式，它使得我們可以在規定的時間內設計出一個嵌入式eBike驅動系統控制器。”

挑戰

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布新型號的產品。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。這樣，Bosch工程師只有一年多一點的時間來設計、實現、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品演示。

由于他們需要建造一套全新的系統，所以團隊必須要有一種方法來仿真所設計的控制器，并快速地運用到一個嵌入式微處理器中，或應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計的疊代過程，這一過程包括：從設計方案到硬件、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計流程來開發eBike驅動系統，并使之符合公司的功能安全標準。

他們把驅動系統控制器分成兩個單元：驅動控制器和電機控制器。

工程師們用Simulink來對驅動控制器進行建模，輸入參數包括：騎車人的節奏，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動控制器的高。電機控制器要給電機發送信號，以回應驅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出了被控對象模型。驅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境因素。電機控制器的對象模型則加入了驅動系統中無電刷直流電機的各種特性參數。

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

為了進行實時測試，工程師們使用Simulink Coder，從驅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，上面裝備了兩個執行器用來驅動踏板，和用于采集性能參數的傳感器。他們在Simulink中開發出了測試案例，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，對仿真和測試結果進行分析，并繪制出扭矩和速度等關鍵參數圖形。

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

基于模型的設計的商業價值主要在于縮短開發時間、降低開發成本。對我而言，最明顯的優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

結果

設計方案可以在5分鐘之內予以更新，并供測試用。Baumgartner說：“在一臺eBike樣車上騎行一會兒體檢系統性能和表現，我們就可以在Simulink中對控制算法和各個參數進行調整，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。”

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部對于功能安全標準來開發的。”

滿足嚴苛的市場投放時限。“我們的驅動系統必須開發出來，以便可以在一年一度的歐洲自行車交易會上推出。基于模型的設計流程，它通過代碼自動生成的方式來加速設計的迭代過程，真正是我們能滿足這一目標的關鍵所在。”Baumgartner最后說。