Analyse en praktische toepassingen van communicatie bus systemen in elektrische voertuigen

1. 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)

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

3. Inhoud (vervolg) • Huidige realisaties • Toekomstig werk • Besluit • Referentielijst

4. 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

5. 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

6. 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.

7. Verwant werk • VUB onderzoeksgroep ETEC deed reeds onderzoek naar de performantie van elektrischefietsen, nodigecapaciteit 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)

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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.

12. 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

13. 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

14. Aanpak: configuratietool (screenshot)

15. 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.

16. 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

17. Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg) • Na: • Voor:

18. 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

19. Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg) • Vergelijking verschillende fietsen: • Op basis van de gemiddelde en maximale meetwaarden van alle testritten •  Ondanks veel hogere snelheid fiets VU001, wordt hartslag relatief laag gehouden t.o.v. hoogste hartslag (in het rood). Kan wijzen op betere ondersteuning.

20. Aanpak: verwerking testritten en hartslagmetingen (vervolg)  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.

21. 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

22. 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)

23. 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

24. 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

25. 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.

26. 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.

27. 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