用户案例

阿瑟能源公司采用基于模型的设计开发电动两轮滑板车和充电站

挑战

设计生产印度首款智能电动踏板车

解决方案

使用基于模型的设计来模拟和优化踏板车的设计,并为其控制软件生成生产代码

结果

  • 设计方案在几周内评估,而不是几个月
  • 测试时间减少50%
  • 现场问题迅速解决

“我们有很多有前途的想法,但作为一家小型初创公司,我们没有时间、资金或人员来构建原型来测试每一个想法。通过基于模型的设计,我们通过模拟确定并验证了最佳想法,从而能够在更短的时间内交付功能更全面的踏板车。”

Shivaram N.V.,阿瑟能源公司

Ather 450智能电动滑板车。


班加罗尔的500多万辆两轮踏板车中,有70%是汽油驱动的,造成了严重的噪音污染和一氧化碳污染2.排放。为了满足对清洁替代品的需求,初创公司Ather Energy制造了印度第一辆智能电动踏板车。Ather 450能够在不到4秒内从0加速到40公里/小时,最高时速为80公里/小时,单次充电的射程可达75公里。

另外,工程师们利用基于模型的MATLAB设计方法,对滑板车、控制软件和充电站进行了设计和优化®和Sim万博1manbetxulink®.

Ather的高级系统工程师Shivaram N.V.说:“通过使用万博1manbetx我们的Simulink模型进行模拟,我们能够测试设计思想,并了解它们在各种运行条件下的性能,例如,在斜坡上,有多个乘客,在极端温度下,或在电池大部分耗尽的情况下。”后来,我们使用基于模型的设计进行端到端算法开发,从设计到验证和代码生成。”

挑战

另一个研究小组想让汽油动力的摩托车的车主更容易改用450,这就意味着生产出一款功率和加速度相当的摩托车,可以在家里或全市各地快速充电。因为450将是市场上同类产品中的第一款,工程团队面临许多未知因素,包括骑手的使用模式。

团队需要运行模拟来评估各种骑乘和使用场景的设计概念,并在优化设计参数时做出明智的权衡决策。例如,虽然增加电池容量可以提供更好的续航里程,但也会增加成本和体积,以及改变滑板车的重心。

除了设计滑板车本身,工程师们还需要开发和实现电池充电、温度管理和其他关键功能的嵌入式控制算法。作为一家初创公司,Ather需要与一个小团队一起快速交付可行的产品,同时定期向投资者展示进展。

解决方案

利用MATLAB和Simulink进行基于模型的设计,对450进行建模和仿真,并生成控制软件的生产代码。万博1manbetx

他们首先建立了一个摩托车及其主要部件的工厂模型。利用第一性原理在Simulink中直接对车辆动力学和机械部件进行建模。利用Simscape对功率变换器和电路进行了建模™ Simscape电气公司™.万博1manbetx

在缺乏详细的组件数据的情况下,研究小组采用了实证的方法对电池进行建模。他们在不同的温度和充电水平下测试了电池,并将测量的输入输出数据与系统识别工具箱一起使用™ 创建电池电和热特性的黑盒模型。

该团队对工厂模型进行了广泛的模拟,以评估设计权衡。他们对设计进行了改进,直到他们确定了满足目标加速度和射程要求,同时满足成本、尺寸和温度限制的电机和电池配置。

接下来,他们在Simulink中开发了电池充电、电源控制和温度控制的算法。他们在Stateflow中为控制逻辑建模万博1manbetx®并使用了控制系统工具箱™ 调整控制器增益。他们用工厂模型进行闭环仿真,以验证他们的控制设计。他们用嵌入式编码器从控制器模型生成代码®把它放在手臂上®皮质®指示器上的处理器或TI C2000™ 充电站的微控制器。

他们使用灵活的迭代开发过程,快速调试和完善算法,有时一天最多生成和测试五次新代码。

由于这是他们第一次体验代码生成,Shivaram首先参加了由MathWorks工程师举办的为期两天的关于嵌入式编码器代码生成的公共培训课程,然后聘请MathWorks咨询服务公司对生产代码生成、模型评审和过程评审进行进一步培训。

Ather 450现已投入生产,最初在班加罗尔发布,在金奈有31个充电站和7个充电站。Ather的创始人在IIT Madras学习了MATLAB,并在那里创立了公司,他们很快就会在下一个市场上开始预购。

根据电池充电状态显示剩余范围的应用程序。

结果

  • 设计方案在几周内评估,而不是几个月。“Simulink中的模拟帮助我万博1manbetx们比较多种设计方案,并选择最佳方案,”Shivaram说我们没有花两个月的时间来构建和测试一个物理原型,而是使用我们的Simscape模型,在两周内完成。”
  • 测试时间缩短50%。“基于模型的设计使我们能够加速控制算法的测试,”Shivaram说通过在Simulink中对整个滑板车和充电系统进行建模和仿真,我们将一个月的测试工作减少到了两周。”万博1manbetx
  • 现场问题迅速解决。Shivaram说:“一旦任何新产品进入该领域,问题都是意料之中的。”我们将这些问题的周转时间减少了一半。因为我们的Simulink生产模型是自我记录的,所以我们可以很容易地对算法进行改进,然后通过空中更新将它们发送给“滑板车”万博1manbetx