Desarrollo de un sistema para la monitorización de los parámetros de operación de bicicletas eléctricas tanto en ruta como en banco

“La plataforma CompactRIO ha permitido desarrollar una aplicación versátil y sencilla de usar aplicable a la monitorización del compor­tamiento de bicicletas eléctricas” – Gorka Gainza González, Aresse Engineering S.L

El Reto:

El reto para el equipo compuesto por Quipplan y Aresse, National Instruments Alliance Partner,  con­siste en desarrollar un plataforma flexible y autónoma, que permita adquirir parámetros de operación de distintos diseños de bicicletas tanto en banco como en ruta y almacenar los datos obtenidos con vistas a optimizaciones de diseño.

La Solución:

Como sistema de adquisición, por sus prestaciones en términos de autonomía, robustez y estabilidad se escoge un CompactRIO con tres módulos diferentes en función de la tipología de señal y la velocidad de muestreo transmitidos a través de la FPGA.

El reto

Quipplan es una ingeniería de producto que ofrece un servicio integral ya que se trata de “una ingeniería con taller y un taller con ingeniería”:

•Ingeniería de diseño y desarrollo de producto para terceros.

•Diseño de producto desde la  con­cepción hasta la proyectación.

•Desarrollo de producto hasta su industrialización.

•Prototipos estético-funcionales en todo tipo de materiales y tamaños.

•Verificación y validación de pro­ducto.

•Fabricación de utillajes, tanto para fabricación como para verificación y ensayo.

•Diseño, desarrollo,  producción y comercialización de productos propios.

•Inversión e impulso de empresas del ámbito de nuevas tecnologías sinérgicas con su actividad.

•Fabricación de series cortas de componentes plásticos y metálicos.

Quipplan Mobility, es el área de movilidad sostenible de Quipplan, donde se diseñan, desarrollan, fa­brican y comercializan Bicicletas Eléctricas. Las bicicletas eléctricas constituyen un reto tecnológico importante ya que son vehículos complejos donde la interacción usuario-vehículo se realiza a través de diversos canales: los tradicio­nales de la bicicleta: Dirección (D), Transmisión (T), y Frenos (F), donde la respuesta del vehículo es directa, y, los específicos de la asistencia al pedaleo: Panel de mando (P) y Sensores (S) donde la respuesta proviene del procesado de datos en el Control electrónico (C) y se traduce en un determinado fun­cionamiento de la Batería (B) y el Motor (M). Todo ello sustentado por los elementos estructurales del vehículo. La correcta integración de t dos los elementos en el conjunto final es crucial para un correcto funcionamiento del vehículo. El lanzamiento de nuestra primera gama: q10 by quipplan cumple con el principio de integración de todos los elementos, tanto eléctri­cos, electrónicos como mecánicos,  ofreciendo al mercado un producto optimizado y muy innovador. El reto para el equipo compuesto por Quipplan y Aresse, National Instru­ments Alliance Partner, consiste en desarrollar un plataforma flexible y autónoma, que permita adquirir parámetros de operación de distin­tos diseños de bicicletas tanto en banco como en ruta y almacenar los datos obtenidos con vistas a optimizaciones de diseño.

La solución

Descripción de la plataforma de instrumentación y hardware

Desde el punto de instrumenta­ción, con el fin de evaluar el flujo de energía de la batería al motor eléctrico así como la contribución de este último al movimiento de la bicicleta en función de las condicio­nes de operación se monitorizan los siguientes canales:

•Tensión y corriente entre fases del motor eléctrico.

•Tensión y corriente a la salida de la batería.

•RPM’s de eje de  la rueda motor.

•Par resistente y otros canales ana­lógicos disponibles para paráme­tros en banco de ensayos.

•Actuación de pinza de freno.

•RPM’s de eje pedalier.

Como sistema de adquisición, por sus prestaciones en términos de autonomía, robustez y estabilidad se escoge un CompactRIO con tres módulos diferentes en función de la tipología de señal y la velocidad de muestreo transmitidos a través de la FPGA.

Todo el sistema de adquisición y los sensores externos se alimentan desde una batería del tipo ion-litio de 12V y 3Ah para una autonomía completa del sistema en ruta supe­rior a las 5h de operación. La inte­gración incluye también un bornero para facilitar las conexiones entre el sistema de adquisición y la circuito entre los componentes eléctricos de la bicicleta y sus drivers de control.

Descripción de la apli­cación

Módulo de configuración

Para gestionar la adquisición del cRIO se ha desarrollado un módulo que permite configurar los canales desde el punto de vista de asigna­ción a las tarjetas,  nomenclatura y sensibilidad. Mediante un servicio FTP entre el PC con el que se está realizando la configuración y el propio cRIO se transmite el archivo de configuración, pudiendo descar­garse el archivo utilizado por cRIO en cada momento, actualizarlo y generar nuevos. Entre las opciones de configuración está la posibilidad de almacenar los datos directamen­te en la memoria del cRIO, utilizado para la adquisición en ruta, o sobre el PC, para la monitorización de eventos en bancos de ensayo.

Respecto de los canales rápidos, los asociados a la gestión de los dri­vers sobre la tensión de la batería, se permite configurar las opciones de downsampling.

Módulo de adquisición

Cuando el sistema funciona de forma autónoma, en ruta, el cRIO comienza la adquisición tan pronto como recibe alimentación. Lo hace conforme al archivo de configura­ción dispuesto en el módulo previo.

Su operación consiste en digita­lizar los canales descritos y alma­cenarlos en dos tipos de archivos TDMS diferentes nombrados con la fecha y hora de la monitorización:

•Un archivo TDMS para canales lentos, en el se que almacena de forma continua todos los datos de tensiones, rpms y condiciones de operación.

•Múltiples archivos TDMS para tro­cear en segmentos de 20  segundos los datos de los canales rápidos.

Cuando la monitorización per­mite el uso de un ordenador, como puede ser en el caso de bancos de ensayo, con el fin de ayudar en la interpretación del ensayo, se ha de­sarrollado un módulo que permite visualizar y gestionar la adquisición de datos.

Módulo de visualización

Una vez completada la adqui­sición, ya sea en ruta o en banco, la propia aplicación gestiona la vi­sualización y análisis offline de los archivos generados.

Mediante un explorador se lo­calizan los archivos TDMS, ya sean de canales rápidos o lentos y se permite configurar la visualización gráfica de los mismos.

Conclusión

La plataforma CompactRIO ha permitido desarrollar una aplica­ción versátil y sencilla de usar apli­cable a la monitorización del com­portamiento de bicicletas eléctricas.

Quipplan la utiliza como herra­mienta de evaluación del sistema de pedaleo asistido,  tanto para diag­nosis de un sistema en servicio, como para evaluación de nuevos sistemas y/o modificaciones Dada su faceta embarcable y su autono­mía se emplea no sólo en banco de ensayos sino también para adquirir datos en campo, y realimentar así, los eventos de ensayo en banco, optimizándolos para conseguir un ciclo de ensayo más representativo del ciclo real de aplicación.

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