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정밀한 기동성을 갖춘 고성능 전기 보트 설계
제어 알고리즘 테스트 및 코드 생성으로 제품 개발 가속화
MATLAB 및 Simulink를 사용하는 스타트업
7,000개 이상의 스타트업이 저렴한 툴과 MathWorks 엔지니어링 지원, 할인된 교육을 이용하고 있습니다.
전기 선박 기술 분야의 선도적 혁신 기업인 Arc는 소음 공해를 줄이고 탄소 배출을 없애는 동시에 수상 경험을 개선하는 고성능 전기 보트를 설계하고 있습니다. 무게가 단점인 전기 자동차와 비행기와 달리, 전기 동력 장치의 추가된 질량은 웨이크 스포츠에 도움이 됩니다. 선체가 깊을수록 파도가 더 크고 일정하게 발생합니다. 이는 수상 스포츠 애호가들이 수동으로 밸러스트를 추가하여 달성하는 일반적인 방법입니다. Arc의 디자인은 이러한 장점을 완벽하게 통합하여 성능과 효율성을 모두 최적화했습니다.
웨이크 보트는 정밀한 기동성이 필요합니다. 고속에서는 웨이크를 형성하고, 저속에서는 좁은 공간에서 도킹하고 항해하는 데 필요합니다. Arc의 제어 알고리즘은 추진 및 조향 역학을 최적화하여 모든 동작 조건에서 원활한 핸들링을 보장합니다.
Arc의 차량 제어 팀의 수석 엔지니어인 Andrew Phillips는 간단한 사용자 경험을 유지하면서도 정밀한 제어 기능을 제공하기 위해 Arc의 감지 및 제어 알고리즘을 구축, 테스트, 개선하는 데 수년간 투자했습니다. 제품 개발 과정에서 Arc의 차량 제어 팀은 하드웨어와 소프트웨어 간의 차량 제어 통합을 우선시하여 Arc Sport에 대한 최적의 설계를 달성했습니다. 자체 시스템을 사용함으로써 제어 통합이 더 쉬워졌고, 이를 통해 팀은 보트의 설계와 성능을 최적화할 수 있었습니다.
(비디오 출처: Arc)
동력과 조향을 위한 단일 프로펠러를 사용하는 기존 보트와 달리 Arc Sport는 선수와 선미에 전략적으로 배치된 두 개의 추가 추진기를 통합했습니다. 추가 추진기를 사용하면 높은 제어력으로 이동 및 회전이 가능하므로 보트가 정박하는 경우와 같이 좁은 공간에서도 원활한 움직임을 보장합니다. 하지만 더욱 정교한 기동성으로 인해 개발 과제는 더욱 복잡해졌습니다.
시스템 통합 우선 순위 지정
Simulink® 및 모델 기반 설계를 통해 Arc는 개발을 가속화하고 신속하게 제품을 시장에 출시할 수 있었습니다. Arc는 Simulink 및 Simulink Test™를 활용해 제어 기능을 설계하고 테스트합니다. 차량 제어 팀은 사용자에게 중요한 기능을 개선하기 위해 조향 제어 알고리즘을 시뮬레이션합니다. 광범위한 단위 테스트를 통해 서브시스템과 하위 컴포넌트가 보트에 업로드되기 전에 올바르게 상호 작용하는지 확인합니다.
"소프트웨어와 하드웨어가 매우 긴밀하게 통합되어 있기 때문에 OTA 업데이트를 통해 보트를 개선할 수 있습니다."
차량 제어 팀은 Embedded Coder®를 사용해 Simulink 에서 복잡한 설계를 최적화된 프로덕션 코드로 변환합니다. 이렇게 절약된 시간 덕분에 엔지니어는 기본 코딩이 아닌 기능 개발에 집중할 수 있습니다.
효율성은 중요하지만, 안전이 가장 중요합니다. Arc는 Embedded Coder를 사용하여 코드 생성의 일부를 자동화하고, C 레벨과 보트 자체에서 소프트웨어를 검증하여 안정성을 보장함으로써 안전에 영향을 미칠 수 있는 오류 발생 가능성을 최소화합니다.
필립스는 "팀은 또한 Simulink Check™를 사용하여 자동화된 모델 품질 검사를 실행합니다."라고 말했습니다. “Simulink Check 덕분에 연결 누락과 같은 문제를 발견하고 지루한 작업을 자동화하여 상당한 시간을 절약할 수 있었습니다.”
필립스는 "소프트웨어와 하드웨어가 매우 긴밀하게 통합되어 있기 때문에 OTA(무선) 업데이트를 통해 보트를 개선할 수 있습니다."라고 말했습니다.
OTA 업데이트 외에도 Arc는 각 보트에서 초당 수만 개의 데이터 포인트를 스트리밍하는 강력한 원격 측정 파이프라인을 만들었습니다. 이를 통해 소프트웨어 및 제어 엔지니어는 역방향 조타 및 앵커 없는 정지 유지와 같은 새로운 기능을 통해 함대의 성능을 지속적으로 추적하고 개선할 수 있습니다.
핵심은 소프트웨어
MathWorks 스타트업 프로그램에 참여함으로써 Arc는 전체 툴 모음을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 차량 제어 팀은 센서 융합 기능이 있는 Navigation Toolbox™ 등의 다양한 툴을 시도해 볼 수 있었습니다.
"Navigation Toolbox는 데이터를 테스트하고 다양한 구현 옵션 간의 결과를 비교하는 데 매우 유용했습니다." Phillips는 말했습니다. "우리는 결과에 대한 정신 건강 검사를 빠르게 수행할 수 있습니다. 문제 해결에 집중할 수 있도록 모든 도구를 갖추는 게 좋습니다.
"이전 보트나 이전 반복 작업에서 사용했던 도구와 코드를 재사용할 수 있다는 것은 매우 가치 있는 일입니다."
필립스는 "Arc에서는 모든 것이 빠르게 진행됩니다. 그래서 소프트웨어가 우리에게 매우 중요합니다."라고 말했습니다. "이전 보트나 이전 반복 작업에서 사용했던 도구와 코드를 재사용할 수 있다는 것은 매우 가치 있는 일입니다."
또한 Simulink는 시스템 성능이 설계 제약 조건에 부합하도록 보장하여 R&D에서 중요한 역할을 합니다. 차량 제어팀은 전력 한도 준수 여부를 확인하기 위해 Simulink를 사용하여 냉각수 흐름, 프로펠러 속도, 인버터 또는 전기 모터 임계값과 같은 변수를 제어하는 알고리즘을 설계하고 시뮬레이션합니다. 이 팀은 배터리 중단과 같은 심각한 오류를 방지하기 위해 전력 제한과 시스템 제약 조건이 준수되도록 보장합니다. 보트의 소프트웨어가 확장되고 개선됨에 따라 Simulink Test로 만든 광범위한 단위 테스트를 통해 올바른 기능을 보장합니다.
앞으로 나아갈 길을 탐색하다
Arc는 혁신적인 기술과 디자인에 중점을 두고 전기 보트 운동의 선두주자로 자리매김했습니다. 개념 증명으로서의 Arc One부터 최신 Arc Sport에 이르기까지, 회사는 소량 생산에서 벗어나 비전을 확장하는 방향으로 나아가고 있습니다.
“저는 Tesla® Roadster와 비슷하다고 봅니다." 공동 창립자 겸 CTO인 Ryan Cook의 설명입니다. "우리의 첫 번째 모델은 개념 증명이었습니다. 매우 제한된 수량이었습니다." Arc는 최신 모델을 출시하면서 탄소 배출이 없는 해상 운송을 대중화한다는 목표를 향해 나아가고 있습니다.
Arc는 모델링, 시뮬레이션, 테스트 도구를 활용하여 배터리 시스템부터 제어 알고리즘까지 보트를 최적화했습니다. MathWorks 스타트업 프로그램은 Arc의 생산 일정을 앞당기는 데 중요한 역할을 했으며, 이를 통해 팀은 단 18개월 만에 초기 컨셉에서 완전히 구현된 제품까지 발전할 수 있었습니다.
Arc의 세심하게 조정된 제품 개발 프로세스를 통해 전력 효율성을 극대화하고, 공간을 지능적으로 활용하며, 직관적인 제어 기능과 혁신적인 디자인을 통합하여 지속 가능한 해양 기술의 경계를 넓히는 선박이 탄생했습니다.
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