Design de la première moto électrique haute tension en Inde avec l’approche Model-Based Design

Les motos électriques devraient s'intégrer naturellement au marché indien, le plus grand marché mondial de deux-roues. Alors que les voitures électriques ont gagné du terrain, le segment des deux-roues électriques en Inde est dominé par des scooters de faible puissance qui ne répondent pas aux attentes des motocyclistes indiens en matière de performance. La Startup Raptee.HV a vu dans cette inadéquation une opportunité et a récemment lancé la T30, la première moto électrique haute tension en Inde. Elle affiche une vitesse maximale de 84 mph (135 km/h), une autonomie de 125 miles (200 km) par charge et, surtout, une compatibilité avec l'infrastructure de recharge automobile existante.

L'innovation de la T30 ne réside pas seulement dans le développement d'une moto électrique performante ; cela nécessite de repenser l'architecture fondamentale qui a limité toute l'industrie. Pour créer un système haute tension inédit sur le marché, Raptee.HV a eu recours à l'approche Model-Based Design avec MATLAB^® et Simulink^®, compressant des années de développement traditionnel en quelques mois d'itération numérique rapide.

« Pour obtenir une puissance plus élevée, il faut augmenter la tension », explique M. Kumar. « L’écosystème des sous-composants n’existait pas, nous avons donc tout développé à partir de zéro. »

La haute tension, avec une tension nominale d'environ 240 volts, a révélé un avantage inattendu : la compatibilité avec l'infrastructure de recharge CCS2 déjà en place pour les voitures électriques. L'expérience utilisateur s’en trouve considérablement améliorée.

« Il n’existe pas encore de norme de recharge pour les deux-roues. Chaque entreprise a ses propres chargeurs et connecteurs », explique Phunith. « Vous devez soit recharger votre appareil à domicile, soit, si vous voyagez, emporter le chargeur avec vous. »

À l'inverse, les utilisateurs de Raptee.HV peuvent se connecter au même réseau de recharge que celui utilisé par les voitures électriques, soit plus de 26 000 bornes de recharge à travers le pays, et des opérateurs en ajoutent quotidiennement.

Développer une toute nouvelle catégorie de motos électriques à partir de zéro signifiait que Raptee.HV ne pouvait pas se permettre l'approche traditionnelle par essais et erreurs. Avant d'avoir accès à MATLAB et Simulink, l'équipe a construit plusieurs itérations physiques de son système de transmission, dont trois ou quatre versions différentes de pignons et de transmissions par chaîne. À chaque fois, ils découvraient des problèmes qui nécessitaient des refontes coûteuses.

Ils ont eu recours à l'approche Model-Based Design pour créer des jumeaux numériques des systèmes de leurs véhicules, ce qui leur a permis d'itérer et d'optimiser avant même de découper la moindre pièce de métal. Ils ont commencé par modéliser le groupe motopropulseur, la suspension et la dynamique globale du véhicule afin de comprendre comment la moto réagirait aux différents rapports de vitesse, aux commandes du conducteur et aux tailles de roues. Grâce à Simulink Design Optimization™, ils pouvaient saisir différents paramètres de design et laisser l'algorithme déterminer les meilleurs résultats en matière d'accélération, d'efficacité de freinage et de vitesses maximales.

Pour ce système d'ingénierie complexe, l'approche numérique a permis de condenser ce qui prenait auparavant des semaines de prototypage physique en quelques jours de simulation informatique. « L'approche Model-Based Design permet d'itérer avec différents paramètres », explique Phunith. « Nous savions que nous avions conçu un meilleur produit avant même de construire notre premier prototype. »

L'équipe s'est également attelée au défi de créer 22 cartes de circuits imprimés personnalisées contenant les microcontrôleurs et l'électronique qui gèrent les systèmes du véhicule. Ils ont conçu trois sous-systèmes essentiels à la gestion sécurisée de l'architecture haute tension : leur propre système de gestion de batterie (BMS), un contrôleur de moteur et une unité de commande du véhicule (VCU).

L'équipe a modélisé les systèmes d'électronique de puissance à l'aide de blocs Simscape Electrical™, créant ainsi une représentation numérique du comportement des systèmes électroniques dans différentes conditions. L'équipe a également utilisé des modèles d'application de référence de Motor Control Blockset™ comme point de départ rapide pour le développement de son algorithme de commande de moteur.

Pour le bloc-batterie, ils ont construit un modèle cellule par cellule de leur configuration de plus de 200 cellules, avec toutes les connexions électriques, les résistances et les barres omnibus, afin de comprendre comment le courant circulerait dans le système. Ils ont utilisé Simscape Battery™ pour simuler le comportement de chaque cellule et analyser la dynamique de charge-décharge dans des conditions réelles.

Raptee.HV a généré du code prêt pour la production pour les microcontrôleurs directement à partir de ses modèles Simulink à l'aide Embedded Coder^®. L'équipe a exploité des support packages cible de MathWorks pour rationaliser le déploiement du code sur leur architecture de microcontrôleur spécifique. Cela a permis d'éliminer le transfert traditionnel entre les ingénieurs de contrôle et les développeurs de logiciels, un processus qui engendre généralement des retards et des risques de mauvaise interprétation des exigences. Au lieu de concevoir des algorithmes et d'attendre que les programmeurs les traduisent en code, les ingénieurs de Raptee.HV ont déployé une nouvelle logique sur leurs systèmes de test en quelques minutes.

« Vous élaborez une logique, vous trouvez un défaut, vous le corrigez dans MATLAB », explique Koshy George, directeur général adjoint de l'électronique de puissance chez Raptee.HV. « Vous déployez le nouveau code sur la moto en cinq minutes. »

La participation de Raptee.HV au programme MathWorks Startup a contribué à la réalisation de son calendrier ambitieux. Le programme a permis d'accéder à l'ensemble des outils de développement et au soutien technique de l'équipe MathWorks en Inde afin d'optimiser son workflow.

« Le soutien que nous avons reçu de MathWorks a été formidable. Dès le départ, nous avons bénéficié d'une aide concrète pour tous les outils que nous utilisons », explique Phunith. « Les conseils techniques se sont avérés particulièrement précieux pour une équipe de start-up qui devait maîtriser rapidement des processus de développement complexes tout en respectant les délais fixés par les investisseurs. »

Cette approche intégrée a également transformé la façon dont les équipes transversales de Raptee.HV collaboraient. En connectant leurs modèles à GitHub^®, les ingénieurs ont ainsi éliminé le chaos lié au contrôle des versions qui avait auparavant entravé leur développement. « Nous avions des noms de fichiers allant de 1 à 76 pour pouvoir facilement savoir lequel était le plus récent », explique George. « Une fois l’intégration à GitHub effectuée, tout s’est déroulé sans problème. »

Pour Phunith, les outils et processus de développement sophistiqués n'étaient qu'un moyen d'atteindre un but. « Au final, l'essentiel est de créer un produit pour les clients », dit-il. « Le plus important, c’est ce que les clients peuvent utiliser. » Les motards bénéficient enfin des performances qu'ils attendent d'une moto électrique.