Analyse en praktische toepassingen van communicatie bus systemen in elektrische voertuigen Vanvaeck Kimberley – Master IW, Elektronica - ICT Promotoren: Dr. Ir. Van den Bossche Peter (EhB) Ir. Timmermans Jean-Marc (VUB) Ing. Van Mulders Frederik (EhB)

Inhoud Inleiding Probleemstelling Verwant werk Aanpak Benodigdheden Configuratietool Verwerking testritten en hartslagmetingen Interpretatieprogramma

Inhoud (vervolg) Huidige realisaties Toekomstig werk Besluit Referentielijst

Inleiding Studie van communicatie bus systeem voor elektrische voertuigen Meerbepaald de elektrische postfiets Met elektrische postfiets: Meer post tegelijkertijd Ondersteuning van de postbode Minder inspanning  minder tussenstops nodig

Probleemstelling SAFT-batterij verzamelt tijdens rit nuttige gegevens en plaatst deze op bus HZM-Bus-protocol (1), gebaseerd op CAN (2) Master-module kan: gegevens opvragen aan batterij commando’s geven Hoe kunnen we nu: Gegevens aftappen Gegevens loggen voor analyse achteraf Protocolberichten interpreteren

Probleemstelling (vervolg) Bijkomende vragen en opdrachten: Hoe kan men de mate van ondersteuning meten? Hartslag van de fietser  goede parameter? Gebruiksvriendelijke methode voor configuratie van datalogger Na interpretatie van gelogde data eventueel bijkomende opdrachten (te bespreken). Bvb.: Eigen master-module ontwikkelen GPS Etc.

Verwant werk VUB onderzoeksgroep ETEC deed reeds onderzoek naar de performantie van elektrische fietsen, nodige capaciteit van de batterij op basis van de noden van de postbedrijven, etc. “New Electric Postmen Helper: Development and Evaluation” (3) “The Pedelec Market in Flanders” (4) “Characterisation of Electric Bicycles Performances” (5)

Verwant werk (vervolg) “New Electric Postman Helper: Sustainable Light Electric Vehicles for Postal Distribution” (6) Het vorige academiejaar werd door Jens Nietvelt reeds een interface (HZM-bus naar seriëel) ontwikkeld die ook in dit eindwerk zal gebruikt worden

Aanpak: benodigdheden Elektrische postfiets: Verschillende aanwezig op ETEC Voornamelijk Ludo-postfiets gebruikt Datalogger om aan te sluiten op de bus: Acumen datalogger, met 2 seriële interfaces: Configuratiepoort Datapoort Interface tussen HZM-bus en seriële interface (zie Verwant Werk), om de datalogger te kunnen aansluiten op de bus van de postfiets

Aanpak: benodigdheden (vervolg) Voeding voor de datalogger: zelf gemaakt samen met promotor. Onderdelen: 2 loodzuur-batterijen 2 zekeringhouders Zekeringen 0,8A – 250V PVC-doosje Compact Flash Card, voor opslag gelogde data Kaartlezer om deze op PC uit te lezen

Aanpak: configuratietool Acumen-datalogger kon enkel worden geconfigureerd via terminalsoftware Enkele voorbeelden van instellingen: Datum en Tijd “Change Target File”: waar data opslaan? “Toggle Append Mode”: mag data tijdens een nieuwe logsessie (in dit geval rit met de fiets) bij vorig bestand worden aangehecht of niet? Snelheid datapoort Etc.

Aanpak: configuratietool (vervolg) Ontwikkeling configuratietool in LabVIEW (7): Eerst nagaan hoe elke optie wordt aangesproken Zelf aanspreken met subVI VISA Serial Interface (Configure Serial Port, Read, Write, enz.) User Interface op basis van knoppen, tabbladen en dialoogvensters

Aanpak: configuratietool (vervolg) Enkele problemen: Timing (programma werkt soms sneller dan de data wordt doorgegeven op de bus)  wachttijden invoeren Moeilijk om op te sporen wat er fout loopt (bvb. niet aanvaarden van bepaalde karakters, soms meerdere lees-cycli nodig, line feed nodig of niet, timing, etc.) Oplossing: Advanced Serial Port Monitor (8)om de COM-poort te monitoren

Aanpak: configuratietool (screenshot)

Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen Testritten door Prof. Lataire, met hartslagmeter Geregistreerde meetgegevens: Datum en tijd, hartslag (BPM), tempo (min/mijl), hoogte (ft), afgelegde afstand (mijl) Berekende gegevens: Hoogte (meter), afgelegde afstand (km), snelheid (km/u), stijgsnelheid (m/s), relatieve hartslag (tussen 0 en 1), relatieve snelheid (tussen 0 en 1), relatieve stijgsnelheid (tussen -1 en 1), relatieve afgelegde afstand (tussen 0 en 1), enz.

Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg) Grafieken Uitmiddelen van gegevens: Om korte pieken weg te werken en “gladde” curves te bekomen Omdat korte pieken de assen dusdanig uitrekken dat het zicht op de voornaamste gegevens verloren gaat Xnieuw = (0,2 * Xn-3 + 0,5 * Xn-2 + 0,9 * Xn-1 + Xn + 0,9 * Xn+1 + 0,5 * Xn+2 + 0,2 * Xn+3)/4,2

Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg) Voor: Na:

Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg) Opstellen hellingsprofiel: We wensen te kennen: dh/ds (afgeleide van de hoogte in functie van de afstand) Spreadsheet bevat echter alle waarden in functie van de tijd, om de 5 seconden Oplossing: Stijgsnelheid omzetten naar km/u

Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg) Vergelijking verschillende fietsen: Op basis van de gemiddelde en maximale meetwaarden van alle testritten   Gemiddelde Hartslag Gemiddelde Snelheid VU001 94,52021726 33,16191138 VU002 100,3943343 12,84789519 VU004 93,33907168 14,70999067 VU012 93,82425488 23,18901762  Ondanks veel hogere snelheid fiets VU001, wordt hartslag relatief laag gehouden t.o.v. hoogste hartslag (in het rood). Kan wijzen op betere ondersteuning.

Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg)   Maximale Hartslag Maximale Snelheid VU001 149 55,33121143 VU002 148 42,25693714 VU004 127 32,18919429 VU012 133 55,30362857  Rechtstreeks verband tussen hartslag en snelheid, dus moeilijk conclusie te trekken m.b.t. de ondersteuning. Verschil hartslag VU001 t.o.v. VU002 echter klein t.o.v. verschil in snelheid.

Aanpak: interpretatieprogramma Data verzamelen door testritten met logger (goed geïsoleerd tegen weersomstandigheden!) Studie van HZM-Bus-protocol (1) “Ontcijferen” van berichten op de bus a.d.h.v. specificaties. Uitbreidingen zijn mogelijk. Hexadecimale codes geven zender (master of slave) aan, soort instructie, specifieke instructie, parameters, lengte, data, etc. Programma in LabVIEW, voor uitlezen en vertalen van berichten

Aanpak: interpretatieprogramma Het programma kan reeds logbestanden vertalen naar duidelijk leesbare tekst, inclusief datum en tijd van bericht. Problemen: Geheugengebruik liep uit de hand bij inlezen logs  in kleinere stukken tegelijk werken Problemen met zoeken naar timestamps e.d.: LabVIEW Regular Expressions bleken (na veel opzoekwerk) eigenlijk geen multiline te ondersteunen  Oplossing: aanspreken .NET-framework (uitgebreidere mogelijkheden)

Huidige realisaties Configuratietool datalogger Hartslagverwerking: Eerste versie die diende af te zijn voor presentatie Ludo NV  kan later nog dieper op ingegaan worden Interpretatieprogramma: “Vertaling” van protocolberichten in datalogs Bijna afgewerkt: plaatsing in tabellen waaruit grafieken kunnen worden opgebouwd

Toekomstig werk Afwerken interpretatieprogramma: Opbouw tabellen: volgende week Grafieken: geschat een 2 à 3-tal weken, afhankelijk van eventuele problemen Hoop deze dus af te hebben tegen begin maart. Verdere uitbreidingen communicatiesysteem: te bespreken met promotor

Besluit De Acumen-datalogger bleek een beetje teleurstellend voor zijn prijs (qua instellingen en stevigheid) LabVIEW: Positief: erg handig voor ontwikkeling van programma’s die de seriële interface aanspreken of randapparatuur gebruiken Negatief: soms enorme omwegen nodig om kleine zaken te doen.

Besluit (vervolg) Vb.: wijzigen van inhoud variabele, tekstvak, etc. kan niet vanop meerdere plaatsen in programma Fiets VU001 biedt op het eerste zicht betere ondersteuning  met een korrel zout nemen: Hartslag kan worden beïnvloed door externe factoren Verschil in aantal tussenstops: stoplichten e.d.

Referentielijst HEINZMANN GmbH & Co.KG, “Specification of HZM-Bus-protocol”, Duitsland, Maart 2007 (Confidentieel) CAN in Automation, “CiA 102 DS V2.0 CAN physical layer for industrial applications”, http://www.can-cia.org J.-M. Timmermans, J. Nietvelt, P. Lataire, J. Van Mierlo, J. Matheys, J. Cappelle, P. Van den Bossche, “New Electric Postmen Helper: Development and Evaluation”, België J. Cappelle, J.-M. Timmermans, P. Lataire, J. Van Mierlo, “The Pedelec Market in Flanders” KaHo Sint-Lieven en VUB IR-ETEC, EET-2007 European Ele-Drive Conference, België, Mei – Juni 2007 J. Cappelle, P. Lataire, G. Maggetto, R. Meeusen, F. Kempenaers, “Characterisation of Electric Bicycles Performances”, België J.-M. Timmermans, J. Nietvelt, P. Lataire, J. Van Mierlo, J. Matheys, P. Van den Bossche, “New Electric Postman Helper: Sustainable Light Electric Vehicles for Postal Distribution” , VUB IR-ETEC en EhB-IWT, EET-2007 European Ele-Drive Conference, België, Mei – Juni 2007 National Instruments, LabVIEW, http://www.ni.com/labview AGGsoftware, Advanced Serial Port Monitor, http://www.aggsoft.com/serial-port-monitor.htm