清洁技术助力电动三轮车的发展
印度制造，为印度造：最后一英里送货电动车
在印度，三轮车随处可见，用于运送乘客、货物和包裹。如今，路上行驶着 600 多万辆三轮车，这些灵活的三轮车非常适应遇到的路况。但是，大部分三轮车以汽油或柴油为动力，这极大加剧了拥挤城市地区的空气污染。还有一部分三轮车使用天然气 (NG) 或液化石油气 (LPG)，除了污染空气之外，产生的噪声也相当大。Altigreen Propulsion Labs 公司致力于提供一种减少空气和噪声污染的绿色替代方案。该公司正在推出电动三轮车 (3W)，用于印度各地的最后一英里送货。
名为 NEEV 的三轮车是 Altigreen 制造的首款电动汽车，于 2021 年开始交付。NEEV 在梵语中是“基础”的意思，之所以如此命名这些三轮车，原因在于它们是驾驶员/车主赖以为生的根本。Altigreen 将其电动汽车描述为“印度制造，为印度造”。在政府对电动汽车的补贴和“印度制造”计划的推动下，印度国内电动汽车市场大幅增长，NEEV 很快就得到了普及。随着电子商务在印度的兴起，Altigreen 开始将这些电动汽车销售给为 Amazon 和 Flipkart 等公司提供运输服务的车队公司。现在，Altigreen 越来越多地将它们直接销售给自营业主和小公司，供他们自营使用。
NEEV 使用标准家用插头 (220V/16A) 在四个小时内即可充满电，而这种插头在印度唾手可得。在扭矩、功率和装载体积方面，该车的性能可媲美甚至超越化石燃油驱动的三轮车。凭借 151 公里（93 英里）的认证续航里程，它可以从容完成全天工作，轻松应对坑洼、水坑和山丘等地形。
Altigreen Low Deck 三轮电动货车十分灵活坚固，不仅可以适应城市道路，而且也能应对坑洼、水坑和山丘等地形。（视频所有权：Altigreen Propulsion Labs）
本地系统开发
最初，Altigreen 专注于设计改造套件，使用其获得专利的发电机和电力电子/控制器硬件将 ICE 车辆改造为混合动力/电动汽车。后来，该团队使用 MATLAB and Simulink Suite for Startups，为用于两轮、三轮和四轮车的传动系统套件开发各种控制系统。然而，无论是依靠其他现有企业使用其电动汽车传动系统，还是改造 ICE 车辆本身，都不能加速向电气化运输方案的转型。因此，Altigreen 将重点转向成为了 OEM。他们选择从零开始开发电动三轮车，这在很大程度上是因为每天都有 4 亿印度人在使用三轮车进行货运和客运。
“Simulink 中的系统级设计和仿真有助于加快开发速度。它让我们的团队能够在仿真中测试概念，并轻松迭代设计改进和新功能。”
通过与电动汽车传动系统和其他 OEM 合作，该团队清楚地了解了印度面临的具体挑战，以及与最后一英里移动出行相关的用例。他们可以使用这种技术来获取系统需求。基于这些需求，Altigreen 团队建立了车辆的系统级仿真模型，用来测试不同组件如何协同工作，并在开发周期的早期验证设计。
Altigreen 创始人兼首席执行官 Amitabh Saran 表示，“Simulink 中的系统级设计和仿真可加快开发速度。它让我们的团队能够在仿真中测试概念，并轻松迭代设计改进和新功能。”
Altigreen 认为，它无法使用市场上在售的现成组件，如电池、电机和控制器，因为它们不符合 NEEV 的规范。于是，该团队选择了内部开发所有这些组件。
为电动动力总成系统构建系统级仿真模型的过程，加速了开发周期，支持进行真实功能测试。这种方法使设计人员能够使用不同输入快速测试各种场景，从而更快地改进设计。通过利用仿真，设计过程变为迭代过程。在该过程中，将真实测试数据放回仿真模型中，并对输出进行分析。总的来说，这种方法缩短了开发周期，同时让设计人员能够更全面地了解设计功能。
Simulink 电动汽车系统仿真模型。（图片所有权：Altigreen Propulsion Labs）
从头开始设计新的传动系统可能需要两年时间。然而，随着 Altigreen 团队获得经验，并在现有车辆中验证其技术，开发变得更加便捷。Altigreen 首席工程师兼控制系统主管 Prathamesh Patki 说道，“我们在不到 13 个月的时间里就完成了上一个动力总成系统的重新设计。”
内部电池管理系统
Altigreen 组装了自己的锂离子电池。该公司还设计和制造了电池管理系统 (BMS)。Altigreen 团队不是妥协式采用其他公司提供的较小电池，而是设计大小完全适合自身使用情况的单个电池包。内部设计有助于缩短开发周期。“由于在内部设计中一切都是透明的，发现和更正错误的周转时间变得更快，”Patki 说道。“内部设计还能提高整体系统效率，因为各种设计组件具有最佳尺寸，并与车辆中的其他系统良好配合。”
“由于在内部设计中一切都是透明的，发现和更正错误的周转时间变得更快。”
BMS 可监控电池的健康状态，平衡电池之间的电荷，跟踪温度，并估计整体荷电状态 (SOC)。它还用于计算允许的充电和放电速率。Altigreen 采用了基于模型的设计开发其 BMS，并创建了 SOC 估计等主要功能。
为了估计电池的 SOC，BMS 使用电池的等效模型、测量的电池电压及其流入和流出电流量。借助基于仿真的方法，该团队可以进行建模，并以迭代方式尝试不同方法，如库仑计数和扩展卡尔曼滤波，并为其 SOC 估计设计一个综合方案。
从手写代码到自动生成的代码
Patki 称，在加入 Altigreen 之前，他“在航空航天领域工作时是一名从事底层嵌入式 C 编程的硬核程序员”，从 C 迁移到 Simulink® 并没有给他造成太大的困扰。当他用 C 语言工作时，他为控制单元绘制控制流图，指示各种功能和反馈回路是如何配合工作的。然后，他对其手动编写代码。现在，他在 Simulink 中创建模型，并用多个输入进行仿真来对其进行测试。在控制算法最终确定后，Embedded Coder® 为车辆中的处理器输出代码。
“Embedded Coder 将开发时间缩短了一半。我们的任何设想，都可以在最短时间内在真实硬件上付诸实现。”
“在编码之前，设计是非常关键的一步，”Patki 说道。“数据流图和控制流图始终是我开发的软件的一部分。使用 Simulink，这些设计要素会被立即考虑在内。”
最大的区别在于设计变为工作代码的速度。“Embedded Coder 将开发时间缩短了一半，”Patki 说道。“我们的任何设想，都可以在最短时间内在真实硬件上付诸实现。”
系统非常复杂，部分原因在于各种反馈回路。设计过程基于敏捷方法，采用迭代式开发和更短的发布周期。“建模和编译之间的快速迭代很有帮助，”他说道。“这种来回迭代加深了我们的理解。”
在认真分析了实时执行需求、代码占用空间和其他与代码执行相关的参数后，该团队决定将其车辆控制器 (VCU) 和电机控制算法 (MCU) 合并到一个电子控制单元 (ECU) 中。当前，基于 TI C2000™ 的一个 ECU 当作两个 ECU 使用。同样，他们将远程信息处理单元和显示控制单元合并到了另一个 ECU 中。
应对集成挑战
同时设计软硬件还有另一个好处。“集成软件、电子和机械系统可能会导致异常行为，如共振或旋转振动，”Patki 说道。“意外情况层出不穷，但我们找到了解决方案。”
基于模型的设计使 Altigreen 无需太多的研发人员。
例如，传动系统的装载会导致低频振动。该团队发现，他们只需使用 MATLAB® 在控制软件中添加带阻滤波器即可抑制振荡，而不需要调整硬件。他们对电子发射也进行了类似的处理。电子发射是由某些组件生成的无线电波，可能会干扰其他组件。软件修复比硬件修复要容易。
基于模型的设计使 Altigreen 无需太多的研发人员。这一点尤其重要，因为找到具备所需技能的人才并不容易。Patki 说道，“然后，让训练有素的新员工熟悉我们的所有系统还需要六个月的时间，因为我们正在构建整套方案的各个部分，包括传动系统、电池和远程信息处理系统。”目前，在 Altigreen 的大型传动系统和控制团队中，大约有 16 人从事核心车辆控制系统的设计工作。
Altigreen High Deck 三轮电动货车。（图片所有权：Altigreen Propulsion Labs）
稳健设计和低成本助 NEEV 走向普及
凭借对客户需求的洞悉，加之对车辆运行状况的了解，Altigreen 打造出了超强的电动三轮车。Altigreen 能够调整其业务以利用政府提供的支持，从而降低了客户的运营成本。该公司积极投资于仿真驱动的设计和清洁技术（如电力传动系统），以帮助减少了碳排放和噪声。Altigreen 的经销商合作伙伴和零售体验中心遍布印度（大城市以及一、二线城镇），这也帮助它将 NEEV 发展成为印度最后一英里移动出行的热门选择。
很快，您将在路上看到更多不同型号的 Altigreen 车辆。该公司计划将新型号拓展为五款，其中包括一款乘用车，并准备在印度各地推出。最近，Altigreen 还与 Exponent Energy 签署了一项协议，以使用通过特殊泵 15 分钟就能充满电的电池，这使得印度更容易实现绿色环保。
