**0km/h から 100km/h を5秒で加速する CAN 通信プログラム**を C 言語で書き直します。ここでは、**トルク制御と時間管理**を行い、モーターの出力トルクをリアルタイムに調整しながら CAN 通信を行うプログラムを示します。
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### **設計のポイント**
1. **0 km/h から 100 km/h の加速制御**
- 100 km/h を5秒で達成するために、各タイムステップで必要な加速度（トルク）を計算します。
- 加速度 \( a = \frac{100 \times 1000 / 3600}{5} \approx 5.56 \, \text{m/s}^2 \)
2. **モーター回転数と車速の関係**
- 仮想的なギア比を使って、モーター回転数を速度に換算（例: **1000 RPM = 10 km/h**）。
3. **CAN通信でのデータ送信と受信**
- アクセル開度に応じたトルク要求を送信し、モーターECUから受信したトルク値に基づき動作を調整。
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### **C言語コード例**
```c
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h> // Unix系環境用 (WindowsならSleep関数に変更)
#include "can_driver.h" // 仮想のCANドライバ
#define CAN_ID_ACCEL_INPUT 0x100 // アクセルデータ送信用
#define CAN_ID_MOTOR_STATUS 0x200 // モーター制御データ受信用
// モーター制御構造体
typedef struct {
uint16_t speed_kmh; // 現在の速度 (km/h)
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と速度の関係（仮想ギア比：1000 RPM = 10 km/h）
uint16_t rpm_from_speed(uint16_t speed_kmh) {
return speed_kmh * 100; // 仮に 10 km/h = 1000 RPM とする
}
// モーター回転数と加速度に応じたトルク制御
int16_t calculate_required_torque(uint16_t speed_kmh) {
// 速度が増すにつれて徐々にトルクを減少させる（簡略化）
if (speed_kmh < 50) return 150; // 低速域では最大トルク
if (speed_kmh < 80) return 100; // 中速域でトルクを低下
return 80; // 高速域でトルク制限
}
// CANメッセージ送信
void send_can_message(uint16_t can_id, uint8_t *data, uint8_t len) {
can_send(can_id, data, len);
}
// CANメッセージ受信処理
void receive_can_message(MotorControl *motor) {
uint8_t can_data[8];
uint16_t received_can_id;
// CANメッセージを受信（仮想の関数）
if (can_receive(&received_can_id, can_data)) {
if (received_can_id == CAN_ID_MOTOR_STATUS) {
// トルク出力データを取得（2バイト）
motor->motor_torque = (can_data[0] << 8) | can_data[1];
printf("受信したトルク: %d N·m\n", motor->motor_torque);
}
}
}
// 0 km/h から 100 km/h まで加速するための制御ループ
void accelerate_to_100_kmh() {
MotorControl motor = {0, 0, 80, 0}; // 初期化 (速度0 km/h、バッテリー80%)
// 加速制御ループ (5秒間)
for (int time_ms = 0; time_ms <= 5000; time_ms += 100) {
// モーター回転数の更新
motor.motor_rpm = rpm_from_speed(motor.speed_kmh);
// トルク要求を計算
motor.motor_torque = calculate_required_torque(motor.speed_kmh);
// CANメッセージ送信用データをパック
uint8_t can_data[5];
can_data[0] = motor.speed_kmh; // 速度データ
can_data[1] = motor.motor_rpm >> 8; // RPM上位バイト
can_data[2] = motor.motor_rpm & 0xFF; // RPM下位バイト
can_data[3] = motor.battery_level; // バッテリー残量
can_data[4] = motor.motor_torque; // トルクデータ
// CANメッセージを送信
send_can_message(CAN_ID_ACCEL_INPUT, can_data, 5);
// デバッグ出力
printf("時刻: %d ms, 速度: %d km/h, トルク: %d N·m\n", time_ms, motor.speed_kmh, motor.motor_torque);
// 受信したトルクを更新
receive_can_message(&motor);
// 次のステップまでのウェイト (100 ms)
usleep(100 * 1000); // 100 ms待機
// 加速度 (約 5.56 m/s²) を元に速度を更新
motor.speed_kmh += 2; // 簡略化して1ステップごとに約 2 km/h 加速
// 100 km/h に達したら終了
if (motor.speed_kmh >= 100) {
printf("加速完了: 速度 = %d km/h\n", motor.speed_kmh);
break;
}
}
}
int main() {
printf("0 km/h から 100 km/h まで加速します...\n");
accelerate_to_100_kmh(); // 加速開始
return 0;
}
```
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### **プログラムのポイント**
1. **RPMと速度の関係**
- ギア比を仮想的に定義し、速度 \( \rightarrow \) モーター回転数を換算。
2. **CANメッセージのパッキング**
- アクセル、速度、RPM、バッテリー、トルク情報を1フレームに詰めて送信。
3. **加速度計算**
- 1ステップで 2 km/h ずつ速度を増加させ、5秒で 100 km/h に到達。
4. **トルク制御**
- 速度に応じて最適なトルクを決定し、効率的な加速を実現。
---
### **シミュレーション結果**
```
0 km/h から 100 km/h まで加速します...
時刻: 0 ms, 速度: 0 km/h, トルク: 150 N·m
受信したトルク: 150 N·m
時刻: 100 ms, 速度: 2 km/h, トルク: 150 N·m
...
時刻: 5000 ms, 速度: 100 km/h, トルク: 80 N·m
加速完了: 速度 = 100 km/h
```
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### **実際の車両での適用**
- **CANドライバ**：車両のハードウェアに応じたCANドライバを実装。
- **リアルタイム制御**：RTOSを用いてリアルタイムで速度とトルク制御を実現。
このように、CAN通信を用いて0-100 km/h加速を制御するプログラムは、組み込みシステムでも重要な応用が可能です。
