Ather能源公司利用基于模型的设计开发电动两轮踏板车和充电站

Ather团队想让汽油驱动的踏板车的车主更容易切换到450。这意味着要生产一种功率和加速度相当的滑板车，可以在家里或在城市各处快速充电。由于这款450将是市场上同类产品中的首款，工程团队面临着许多未知因素，包括骑行者的使用模式。

该团队需要运行模拟，以评估各种骑行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定。例如，虽然增加电池容量可以提供更好的航程，但它也会增加成本和尺寸，并改变摩托车的重心。

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需要用一个小团队快速交付一个可行的产品，同时定期向投资者展示进展。

Ather Energy采用基于模型的设计，结合MATLAB和Simulink对450进行建模和仿真，并为控制软件生成生产代码。

他们首先制作了摩托车及其主要部件的植物模型。利用第一原理在Simulink中直接对车辆动力学和机械部件进行建模。使用Simscape™和Simscape electrical™对功率转换器和电路进行建模。

在缺乏详细组件数据的情况下，该团队采用了经验方法对电池进行建模。他们在不同的温度和充电状态水平下测试了电池，并使用系统识别工具箱™测量的输入输出数据创建了电池的电和热特性的黑箱模型。

该团队对工厂模型进行了广泛的模拟，以评估设计权衡。他们完善了设计，直到他们确定了一个电机和电池配置，满足目标加速度和航程要求，同时满足成本、尺寸和温度限制。

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statflow中对控制逻辑建模^®并使用控制系统工具箱™调优控制器增益。他们用植物模型进行了闭环模拟，以验证他们的控制设计。他们使用Embedded Coder从控制器模型生成代码^®并将其部署到ARM上^®皮质^®或到充电站中的TI C2000™微控制器。

他们使用一种敏捷的迭代开发过程，快速地调试和改进算法，有时每天生成和测试新代码多达五次。

因为这是他们第一次体验代码生成，Shivaram首先参加了由MathWorks工程师进行的为期两天的关于使用Embedded Coder进行代码生成的公共培训课程，然后聘请MathWorks咨询服务公司进行进一步的生产代码生成、模型评审和过程评审培训。

Ather 450目前正在生产中，最初将在班加罗尔推出，并在金奈推出31个充电站和7个充电站。Ather的创始人在马德拉斯印度理工学院(IIT Madras)学习了MATLAB，并在那里创办了公司，他们很快将在下一个市场开启预订。

• 用几周而不是几个月的时间来评估设计方案。“Simulink中的模拟帮助我们比较多种设计方案，并选择最佳方案，”Shivaram说。用我们的Simscape模型，我们在两周内就完成了，而不是花两个月的时间来构建和测试一个物理原型。”
• 测试时间减少了50%。“基于模型的设计使我们能够加速对控制算法的测试，”Shivaram说。“通过在Simulink中建模和模拟整个摩托车和充电系统，我们将一个月的测试工作减少到两周。”
• 现场问题迅速得到解决。Shivaram说:“任何新产品一旦投入使用，就会出现问题。”“我们将这些问题的周转时间缩短了一半。因为我们的Simulink生产模型是自我记录的，我们可以很容易地改进算法，然后通过空中更新将它们发送到滑板车上。”