プリウスのようなハイブリッド車（HV）の電気モーター制御に合わせた形に **C言語** プログラムを書き直します。電気モーターの特性として、**トルク制御**や**バッテリーの状態**も重要ですので、これを考慮したシンプルなプログラムを作成します。
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### **C言語プログラム (電気モーター制御版)**
```c
#include <stdio.h>
// モーターとバッテリーの状態を表す構造体
typedef struct {
int throttle_position; // アクセル開度 (%)
int motor_rpm; // モーター回転数 (RPM)
float battery_level; // バッテリー残量 (0.0 ~ 100.0%)
float motor_torque; // 出力トルク (N·m)
} MotorControl;
// モーターの特性マップ (簡易版)
float torque_map(int motor_rpm) {
if (motor_rpm < 1000) return 150.0; // 低回転時最大トルク (例: 150 N·m)
if (motor_rpm < 3000) return 120.0; // 中回転時最大トルク
return 80.0; // 高回転時のトルク制限
}
// バッテリー状態によるトルク制御
float adjust_torque_based_on_battery(float base_torque, float battery_level) {
if (battery_level < 20.0) {
printf("バッテリー残量が低いため、出力トルクを制限します。
");
return base_torque * 0.5; // 50%制限
} else if (battery_level < 50.0) {
return base_torque * 0.8; // 80%制限
}
return base_torque; // 正常時はそのままのトルク
}
// モーターの加速調整
void adjust_motor_for_acceleration(MotorControl *motor) {
if (motor->throttle_position > 80) {
printf("アクセル全開検知、加速用のトルク調整を実行します。
");
// 現在の回転数に応じたベーストルクを取得
float base_torque = torque_map(motor->motor_rpm);
// バッテリー残量に基づきトルク調整
motor->motor_torque = adjust_torque_based_on_battery(base_torque, motor->battery_level);
printf("現在の回転数: %d RPM
", motor->motor_rpm);
printf("出力トルク: %.2f N·m
", motor->motor_torque);
}
}
// モーター状態の更新と制御
void update_motor_state(MotorControl *motor, int throttle_input, int motor_rpm, float battery_level) {
motor->throttle_position = throttle_input;
motor->motor_rpm = motor_rpm;
motor->battery_level = battery_level;
// 加速のためのトルク制御を実行
adjust_motor_for_acceleration(motor);
}
int main() {
MotorControl motor = {0, 0, 100.0, 0.0}; // 初期状態
// アクセル85%、モーター回転数2000 RPM、バッテリー残量40%の場合をシミュレーション
update_motor_state(&motor, 85, 2000, 40.0);
return 0;
}
```
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### **プログラムのポイント**
1. **モーター回転数に応じたトルク制御 (`torque_map`)**
- 回転数が高くなると、最大トルクを制限してモーターを保護します。
2. **バッテリー残量に応じたトルク調整 (`adjust_torque_based_on_battery`)**
- バッテリー残量が低いときは、トルクを抑えてエネルギー消費を制御します。
3. **アクセル開度に基づく制御 (`adjust_motor_for_acceleration`)**
- アクセルが80%以上のときに加速用のトルク調整を行います。
4. **シミュレーション結果の出力例**
```
アクセル全開検知、加速用のトルク調整を実行します。
バッテリー残量が低いため、出力トルクを制限します。
現在の回転数: 2000 RPM
出力トルク: 96.00 N·m
```
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### **実車適用時の注意**
- 実際のプリウスなどのハイブリッドシステムでは、**バッテリー管理システム（BMS）**、**インバータ制御**、**モーターの温度管理**など、複雑な制御が含まれます。
- ここでは概念をシンプルに示していますが、実車では**リアルタイムOS**や**CAN通信**が必要です。
さらに組み込み用のC言語で書き直すと・・・
組み込みシステム用の **C言語コード** に最適化するために、以下のポイントを考慮します：
1. **ハードウェア制御向けの簡素な構造**
組み込み環境では、メモリや処理速度が限られるため、簡潔で効率的なコードにします。
2. **ポインタの利用**
構造体の操作にはポインタを使用し、効率的なメモリ管理を行います。
3. **浮動小数点演算の最小化**
組み込み環境では浮動小数点演算はコストが高いため、できるだけ整数演算に置き換えます（ただし、トルクのように重要な値については適宜使用）。
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### **組み込みシステム向けCコード**
```c
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
// モーターの制御データを格納する構造体
typedef struct {
uint8_t throttle_position; // アクセル開度 (%)
uint16_t motor_rpm; // モーター回転数 (RPM)
uint8_t battery_level; // バッテリー残量 (0 ~ 100%)
int16_t motor_torque; // 出力トルク (N·m)
} MotorControl;
// RPMごとの最大トルクテーブル（整数値で定義）
int16_t torque_map(uint16_t motor_rpm) {
if (motor_rpm < 1000) return 150; // 低回転時の最大トルク
if (motor_rpm < 3000) return 120; // 中回転域の最大トルク
return 80; // 高回転時のトルク制限
}
// バッテリー残量に基づきトルク制限を適用
int16_t adjust_torque_based_on_battery(int16_t base_torque, uint8_t battery_level) {
if (battery_level < 20) {
return base_torque / 2; // 50%制限
} else if (battery_level < 50) {
return (base_torque * 8) / 10; // 80%制限
}
return base_torque; // 正常時はそのまま
}
// モーターの加速制御を実行
void adjust_motor_for_acceleration(MotorControl *motor) {
if (motor->throttle_position > 80) {
// 現在の回転数に基づいた基準トルクを取得
int16_t base_torque = torque_map(motor->motor_rpm);
// バッテリー残量に応じたトルク制限を適用
motor->motor_torque = adjust_torque_based_on_battery(base_torque, motor->battery_level);
// 結果の出力（デバッグ用）
printf("アクセル全開、調整後のトルク: %d N·m\n", motor->motor_torque);
} else {
// 通常時の出力（デバッグ用）
printf("通常走行中: トルク %d N·m\n", motor->motor_torque);
}
}
// モーターの状態を更新し、制御を実行
void update_motor_state(MotorControl *motor, uint8_t throttle_input, uint16_t motor_rpm, uint8_t battery_level) {
motor->throttle_position = throttle_input;
motor->motor_rpm = motor_rpm;
motor->battery_level = battery_level;
// 必要に応じて加速制御を実行
adjust_motor_for_acceleration(motor);
}
int main() {
MotorControl motor = {0, 0, 100, 0}; // 初期化
// アクセル85%、モーター回転数2000 RPM、バッテリー残量40%の場合
update_motor_state(&motor, 85, 2000, 40);
return 0;
}
```
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### **最適化したポイント**
1. **整数演算による最適化**
- トルクやバッテリー制御において可能な限り整数演算を使用しました。
- 浮動小数点演算は組み込み環境ではコストが高いため、不要な部分を削除しています。
2. **構造体のポインタを使用**
- 構造体 `MotorControl` は関数間でポインタを用いて渡し、効率的なメモリ操作を行っています。
3. **最小限のメモリ使用量**
- `uint8_t`（8ビット）や `uint16_t`（16ビット）といったデータ型を適切に使用し、メモリ消費を抑えました。
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### **シミュレーション結果の例**
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アクセル全開、調整後のトルク: 96 N·m
```
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### **組み込みシステムでの拡張例**
- **センサー入力**：実際のハードウェアではアクセルセンサー、回転センサー、バッテリー残量センサーなどからリアルタイムデータを取得。
- **CAN通信**：車両間での通信にはCANプロトコルなどを使用してデータを送受信。
- **リアルタイムOS**：RTOSを使用し、複数の制御ループ（モーター、バッテリー、インバータ）を並列実行。
このように、基本の制御ロジックからスタートし、組み込み環境に合わせた最適化を進めることが重要です。
