運輸具有數(shù)字孿生和物聯(lián)網的下一代電動汽車

盡管天然氣價格飆升，全球對可持續(xù)性的關注日益增加，但交通運輸部門仍占全球碳排放量的 18%。因此，電動汽車已成為臨時解決方案的重要組成部分。憑借其零道路碳排放的承諾和全球相對便宜的電力供應，電動汽車正朝著主導移動和運輸市場的方向邁進。

許多專門的電動汽車公司的誕生以及試圖滿足日益增長的電動汽車需求的老牌企業(yè)的誕生證明了電動汽車的必要性。此外，由于無情的需求導致市場競爭加劇，促使這些公司在廣泛的領域開發(fā)他們的技術，從而導致電動汽車領域的許多改進。與柴油發(fā)動機車輛相比，這些創(chuàng)新使電動汽車的排放量減少了 43%。為了可持續(xù)地優(yōu)化這一排放問題的解決方案，需要智能解決方案，其中之一就是數(shù)字雙胞胎的概念。

了解數(shù)字孿生

顧名思義，數(shù)字雙胞胎是模擬或數(shù)字空間中現(xiàn)實世界或物理設備的雙胞胎。它們是由從飛機發(fā)動機和車輛到風車和城市建筑物的物理對象建造的。通過將物聯(lián)網 (IoT) 與具有人工智能和機器學習功能的最新軟件工具相結合，可以輕松提高數(shù)字雙胞胎的性能。數(shù)字雙胞胎正在迅速成為 21 世紀的一項主要工程技術。多虧了模擬，研究人員可以在任何數(shù)字雙胞胎上進行無數(shù)次測試，這在物理設備上是困難的。

自 20 年前概念誕生以來，許多研究人員和研究所已經定義了數(shù)字孿生并致力于構建基于它們的有效軟件系統(tǒng)。數(shù)字孿生是現(xiàn)實世界對象的復制品，因此也可用于復制基于它們的流程。這為對設備執(zhí)行預測性維護和檢查鋪平了道路。

理解數(shù)字雙胞胎的一個簡單例子是水電站中的渦輪機，它連接了許多傳感器。收集的傳感器數(shù)據(例如水流量、溫度和能量輸出)被饋送到數(shù)字雙胞胎。通過這些輸入，可以執(zhí)行模擬來分析健康和維護數(shù)據，從而延長物理資產的使用壽命。

使用數(shù)字孿生構建高效電動汽車

正如我們之前所見，電動汽車有望顯著減少碳足跡。讓這些車輛上路的主要挑戰(zhàn)之一是它們的定價和電池容量。應對這些挑戰(zhàn)的一種方法是優(yōu)化車輛內的電能消耗，我們需要一個支持架構來實現(xiàn)它。數(shù)字孿生作為所需的架構，與物聯(lián)網一起將離線物理資產映射到數(shù)字模型。憑借 EV 生成的大量感官數(shù)據，數(shù)字孿生技術比硬件在環(huán)模擬等其他技術更適合。這種轉換可以實現(xiàn)智能系統(tǒng)監(jiān)控、預測即將發(fā)生的事件、故障檢測、剩余使用壽命等，這些將在接下來的幾節(jié)中討論。

自動駕駛系統(tǒng)

自動導引車(AGV)領域發(fā)展迅速，數(shù)字孿生技術在其發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。數(shù)字孿生系統(tǒng)用于通過將決策算法暴露于各種場景來生成控制系統(tǒng)響應。這有助于以無法在物理系統(tǒng)中復制的規(guī)模生成車輛大數(shù)據。嵌入在 AGV 中的 AI 模型使用數(shù)字孿生系統(tǒng)生成的響應進行訓練。這使得數(shù)字雙胞胎既可以用于生成訓練模型，也可以用作新技術的測試平臺。數(shù)字雙胞胎還可以使用實時互連或使用可以使用檔案數(shù)據集生成的預測模型與物理系統(tǒng)同步。

高級駕駛輔助系統(tǒng)

現(xiàn)代智能汽車的顯著特點之一是高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)。它的存在是為了通過減少事故的數(shù)量和嚴重程度來提高駕駛員和行人的安全性。數(shù)字雙胞胎可用于生成其他駕駛員、行人等因素的虛擬對應物，并且使用它，ADAS系統(tǒng)的決策模型也可以使用歷史數(shù)據進行訓練。這可以與來自物理車輛傳感器的實時數(shù)據相輔相成，模型可以根據這兩種數(shù)據執(zhí)行操作。

車輛健康監(jiān)測和預測性維護

持續(xù)監(jiān)測 EV 的健康狀態(tài)是維持和延長其使用壽命的重要因素。與故障后維護相比，車輛健康管理系統(tǒng)的發(fā)展導致了基于狀態(tài)的管理。數(shù)字雙胞胎具有在模擬環(huán)境中測試各種場景的功能，可幫助制造商將易磨損的車輛部件推向極限。這些模型還可用于預測電機等組件的剩余壽命，而無需實際從車輛上卸下組件。

電池管理及智能充電系統(tǒng)

通過采用數(shù)字雙胞胎和物聯(lián)網框架，可以構建高效的充電基礎設施，優(yōu)化電子控制單元 (ECU) 和 EV 動力傳動系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng) (BMS) 是任何大型電池組的重要組成部分，可提供電池容量、充電/放電期間的折舊、充電狀態(tài) (SoC) 等信息。這些可用作數(shù)字孿生模型，用于開發(fā)電池各個方面的模型，例如最佳充電和放電速率和 SoC，以根據當前的 SoC 和歷史駕駛趨勢準確告知用戶車輛可以行駛的距離。

智能電動汽車的未來展望

如前所述，數(shù)字雙胞胎可以在整個電動汽車行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮巨大作用，從消費者的角度來看，這有助于提供概念上可持續(xù)且運行可靠的產品。然而，數(shù)字孿生技術的影響遠遠超出了電動汽車制造和運營的優(yōu)化。它可用于讓消費者了解電動汽車與傳統(tǒng)汽車相比的不同之處，這是決定將電動汽車作為可行替代品的前景的一個重要因素。