盡管天然氣價(jià)格飆升，全球?qū)沙掷m(xù)性的關(guān)注日益增加，但交通運(yùn)輸部門仍占全球碳排放量的 18%。因此，電動(dòng)汽車已成為臨時(shí)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(duì)便宜的電力供應(yīng)，電動(dòng)汽車正朝著主導(dǎo)移動(dòng)和運(yùn)輸市場的方向邁進(jìn)。

許多專門的電動(dòng)汽車公司的誕生以及試圖滿足日益增長的電動(dòng)汽車需求的老牌企業(yè)的誕生證明了電動(dòng)汽車的必要性。此外，由于無情的需求導(dǎo)致市場競爭加劇，促使這些公司在廣泛的領(lǐng)域開發(fā)他們的技術(shù)，從而導(dǎo)致電動(dòng)汽車領(lǐng)域的許多改進(jìn)。與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛相比，這些創(chuàng)新使電動(dòng)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(shí)世界或物理設(shè)備的雙胞胎。它們是由從飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛到風(fēng)車和城市建筑物的物理對(duì)象建造的。通過將物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 與具有人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)功能的最新軟件工具相結(jié)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(jì)的一項(xiàng)主要工程技術(shù)。多虧了模擬，研究人員可以在任何數(shù)字雙胞胎上進(jìn)行無數(shù)次測(cè)試，這在物理設(shè)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(jīng)定義了數(shù)字孿生并致力于構(gòu)建基于它們的有效軟件系統(tǒng)。數(shù)字孿生是現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的復(fù)制品，因此也可用于復(fù)制基于它們的流程。這為對(duì)設(shè)備執(zhí)行預(yù)測(cè)性維護(hù)和檢查鋪平了道路。

理解數(shù)字雙胞胎的一個(gè)簡單例子是水電站中的渦輪機(jī)，它連接了許多傳感器。收集的傳感器數(shù)據(jù)(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(hù)數(shù)據(jù)，從而延長物理資產(chǎn)的使用壽命。

使用數(shù)字孿生構(gòu)建高效電動(dòng)汽車

正如我們之前所見，電動(dòng)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(jià)和電池容量。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的一種方法是優(yōu)化車輛內(nèi)的電能消耗，我們需要一個(gè)支持架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)它。數(shù)字孿生作為所需的架構(gòu)，與物聯(lián)網(wǎng)一起將離線物理資產(chǎn)映射到數(shù)字模型。憑借 EV 生成的大量感官數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生技術(shù)比硬件在環(huán)模擬等其他技術(shù)更適合。這種轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)監(jiān)控、預(yù)測(cè)即將發(fā)生的事件、故障檢測(cè)、剩余使用壽命等，這些將在接下來的幾節(jié)中討論。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)領(lǐng)域發(fā)展迅速，數(shù)字孿生技術(shù)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(yīng)。這有助于以無法在物理系統(tǒng)中復(fù)制的規(guī)模生成車輛大數(shù)據(jù)。嵌入在 AGV 中的 AI 模型使用數(shù)字孿生系統(tǒng)生成的響應(yīng)進(jìn)行訓(xùn)練。這使得數(shù)字雙胞胎既可以用于生成訓(xùn)練模型，也可以用作新技術(shù)的測(cè)試平臺(tái)。數(shù)字雙胞胎還可以使用實(shí)時(shí)互連或使用可以使用檔案數(shù)據(jù)集生成的預(yù)測(cè)模型與物理系統(tǒng)同步。

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)

現(xiàn)代智能汽車的顯著特點(diǎn)之一是高級(jí)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(yán)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(duì)應(yīng)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(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。這可以與來自物理車輛傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相輔相成，模型可以根據(jù)這兩種數(shù)據(jù)執(zhí)行操作。

車輛健康監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)

持續(xù)監(jiān)測(cè) 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(hù)相比，車輛健康管理系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)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(cè)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(yù)測(cè)電機(jī)等組件的剩余壽命，而無需實(shí)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(wǎng)框架，可以構(gòu)建高效的充電基礎(chǔ)設(shè)施，優(yōu)化電子控制單元 (ECU) 和 EV 動(dòng)力傳動(dòng)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(gè)方面的模型，例如最佳充電和放電速率和 SoC，以根據(jù)當(dāng)前的 SoC 和歷史駕駛趨勢(shì)準(zhǔn)確告知用戶車輛可以行駛的距離。

智能電動(dòng)汽車的未來展望

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