Progettazione della prima motocicletta elettrica ad alta tensione in India con la progettazione Model-Based

Le motociclette elettriche dovrebbero essere una scelta naturale per l'India, il più grande mercato mondiale di veicoli a due ruote. Mentre le auto elettriche hanno guadagnato terreno, il segmento dei veicoli elettrici a due ruote in India è dominato da scooter a bassa potenza che non soddisfano le aspettative in termini di prestazioni dei motociclisti del Paese. La startup Raptee.HV ha notato questa discrepanza come un'opportunità e ha recentemente lanciato la T30, la prima motocicletta elettrica ad alto voltaggio dell'India. Raggiunge una velocità massima di 135 km/h (84 mph), ha un'autonomia di 200 km (125 miglia) per carica e, cosa importante, è compatibile con l'infrastruttura di ricarica per auto esistente.

La svolta della T30 non ha riguardato solo la realizzazione di una motocicletta elettrica ad alte prestazioni: ha richiesto la rivisitazione dell'architettura fondamentale che aveva limitato l'intero settore. Per creare un sistema ad alta tensione che non esisteva ancora sul mercato, Raptee.HV si è rivolta alla progettazione Model-Based con MATLAB^® e Simulink^®, comprimendo anni di sviluppo tradizionale in mesi di rapida iterazione digitale.

“Per ottenere una potenza maggiore, è necessario aumentare la tensione”, afferma Kumar. “L'ecosistema dei sottocomponenti non esisteva, quindi abbiamo sviluppato tutto da zero.”

L'alta tensione, con una tensione nominale di circa 240 volt, ha portato con sé un vantaggio inaspettato: la compatibilità con l'infrastruttura di ricarica CCS2 già implementata per le auto elettriche. La differenza nell'esperienza utente è netta.

“Non esiste ancora uno standard di tariffazione per i veicoli a due ruote. Ogni azienda ha i propri caricabatterie e connettori”, afferma Kumar. “È necessario ricaricare il dispositivo a casa oppure, se si è in viaggio, portare con sé il caricabatterie.”

Al contrario, i motociclisti della Raptee.HV possono accedere alla stessa rete di ricarica utilizzata dalle auto elettriche: oltre 26.000 punti di ricarica in tutto il paese, con gli operatori che ne aggiungono di nuovi ogni giorno.

Costruire da zero una classe completamente nuova di motociclette elettriche significava che Raptee.HV non poteva permettersi il tradizionale approccio basato su tentativi ed errori. Prima di accedere a MATLAB e Simulink, il team ha realizzato diverse versioni fisiche del loro sistema di trasmissione, comprese tre o quattro differenti versioni di pignoni e catene di trasmissione. Ogni volta scoprivano problemi che richiedevano costose riprogettazioni.

Si sono rivolti alla progettazione Model-Based per creare gemelli digitali dei sistemi dei loro veicoli, consentendo loro di iterare e ottimizzare prima di tagliare qualsiasi metallo. Hanno iniziato modellando il gruppo propulsore, le sospensioni e la dinamica complessiva del veicolo per capire come la motocicletta avrebbe reagito a diversi rapporti di trasmissione, input del conducente e dimensioni delle ruote. Utilizzando Simulink Design Optimization™, hanno potuto inserire vari parametri di progettazione e lasciare che l'algoritmo determinasse i risultati migliori per accelerazione, efficienza di frenata e velocità massime.

Per questo complesso sistema ingegneristico, l'approccio digitale ha compresso ciò che prima richiedeva settimane di prototipazione fisica in giorni di simulazione al computer. “Con la progettazione Model-Based è possibile iterare con parametri diversi”, afferma Phunith. “Sapevamo di aver progettato un prodotto migliore prima ancora di costruire il nostro primo prototipo.”

Il team ha anche affrontato la sfida di creare 22 circuiti stampati personalizzati contenenti i microcontrollori e l'elettronica che gestiscono i sistemi del veicolo. Hanno progettato tre sottosistemi fondamentali per la gestione sicura dell'architettura ad alta tensione: il sistema di gestione della batteria (BMS), il controller del motore e l'unità di controllo del veicolo (VCU).

Il team ha modellato i sistemi elettronici di potenza utilizzando blocchi Simscape Electrical™, creando una rappresentazione digitale del comportamento dei sistemi elettronici in diverse condizioni. Il team ha inoltre utilizzato modelli applicativi di riferimento di Motor Control Blockset™ come punto di partenza rapido per lo sviluppo dell'algoritmo di controllo motore.

Per il pacco batteria, hanno costruito un modello cella per cella della loro configurazione da oltre 200 celle, completo di tutti i collegamenti elettrici, resistori e barre collettrici per comprendere come la corrente fluirà attraverso il sistema. Si sono affidati a Simscape Battery™ per simulare il comportamento delle singole celle e analizzare le dinamiche di carica-scarica in condizioni reali.

Raptee.HV ha generato codice pronto per la produzione per i microcontrollori direttamente dai suoi modelli Simulink utilizzando Embedded Coder^®. Il team ha sfruttato i pacchetti di supporto target di MathWorks per semplificare la distribuzione del codice nella loro specifica architettura di microcontrollori. In questo modo è stato eliminato il tradizionale passaggio di consegne tra ingegneri di controllo e sviluppatori software, un processo che solitamente crea ritardi e potenziali interpretazioni errate dei requisiti. Invece di abbozzare algoritmi e aspettare che i programmatori li traducessero in codice, gli ingegneri di Raptee.HV hanno implementato la nuova logica nei loro sistemi di test in pochi minuti.

“Si crea una logica, si trova un errore e lo si modifica in MATLAB”, afferma Koshy George, vicedirettore generale dell'elettronica di potenza presso Raptee.HV. “Il nuovo codice viene installato sulla moto in cinque minuti.”

La partecipazione di Raptee.HV al MathWorks Startup Program ha contribuito a realizzare questo ambizioso programma. Il programma ha fornito l'accesso alla suite completa di strumenti di sviluppo e al supporto tecnico del team MathWorks in India per aiutarlo a ottimizzare il workflow.

“Il supporto che abbiamo ricevuto da MathWorks è stato straordinario. Fin dall'inizio, abbiamo ricevuto un aiuto pratico con qualsiasi strumento utilizzassimo”, afferma Kumar. “La consulenza tecnica si è rivelata particolarmente preziosa per un team di startup che aveva bisogno di padroneggiare rapidamente processi di sviluppo sofisticati, pur dovendo rispettare le tempistiche degli investitori.”

L'approccio integrato ha anche trasformato il modo in cui i team interfunzionali di Raptee.HV collaboravano. Collegando i loro modelli a GitHub^®, hanno eliminato il caos di controllo delle versioni che in precedenza rallentava lo sviluppo. “Avevamo nomi di file che andavano da 1 a 76 solo per tenere traccia di quale fosse il più recente”, racconta George. “Una volta passati all'integrazione con GitHub, tutto è stato impeccabile.”

Per Kumar, gli strumenti e i processi di sviluppo sofisticati erano semplicemente un mezzo per raggiungere un fine. “Alla fine, l'importante è creare un prodotto per i clienti”, afferma. “Ciò che conta è ciò che i clienti possono utilizzare.” I motociclisti finalmente potevano ottenere le prestazioni che si aspettavano da una moto elettrica.