【電動車】模擬如何驅動頂級汽車趨勢?

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發佈日期 2022-09-28


【電動車】模擬如何驅動頂級汽車趨勢?

關於汽車是否發電的辯論已經結束。所有主要的原始設備製造商(OEM)都宣布他們將在幾年內全電。在全球範圍內,所有人都設定了非常積極的目標來實現這些有遠見的目標。這反映在供應商對電氣化進行投資的承諾中,而燃燒引擎則是其利潤的重要組成部分。

ELECTRIFICATION TARGETS BY AUTOMAKER

Bentley

All electric by 2030

BMW

$6.5 billion planned investment

Ford

$22 billion planned investment thorough 2025

General Motors

All electric by 2040

Honda

All electric by 2050

Hyundai-Kia

$7.4 billion planned U.S. investment by 2025

Jaguar Land Rover

$3.5 billion investment annually

Mazda

All electric by 2050

Mercedes Benz

All electric by 2039

Nissan

All electric by 2050

Rolls-Royce

All electric by 2030

Stellantis

$35.5 billion planned investment thorough 2025

Toyota

All electric by 2050

Volkswagen Group

All electric by 2050

Volvo

All electric by 2040

Source:Here Are All the Promises Automakers Have Made about Electric Cars (caranddriver.com) june 2021

由於這種電氣化趨勢,汽車市場正在經歷巨大的混亂。三巨頭仍然是福特、通用汽車和 Stellantis;然而,隨著向電氣化的轉變,其他品牌已經開始展現競爭力。Lucid Motors、Rivian 和 Tesla 只是一些新興公司,它們通過在行業中日益增長的影響力,正在挑戰和改變我們對電動汽車 (EV) 技術的看法。

通過電動汽車設計挑戰供電

所有原始設備製造商都面臨著設計週期的巨大挑戰,因為電動汽車的周期比以前短得多。如今,許多電動汽車初創公司都在 18 個月內發布汽車,或者新的一年發布週期為 12 個月。對於仍以更傳統的周期運營的 OEM 而言,一切都需要加快速度。為了迎頭趕上,他們在從內燃機 (ICE) 轉向電動汽車製造的過程中面臨著新的設計、重組、人員和生產挑戰。

在影響電氣化的所有因素中,最大的一個是成本。您如何降低生產車輛的成本並加快開發週期,同時保持競爭優勢?同時,如何讓產品更可靠?這將我們引向 Ansys 模擬軟件解決方案。可以肯定地說,汽車領域的幾乎每個人都相信數位工程和數字創新是必經之路。從規範到系統驗證,Ansys 幫助 BMW、Porsche Motorsport 和 Volkswagen 等移動創新者發展他們的電氣化戰略。

“通過模擬進行數位工程可以幫助公司更快、更好、更便宜地進行創新——從初始設計到模擬驅動的產品開發,”Ansys 電氣化解決方案架構師 Zed Tang 博士說。 “而且,幾乎每個人都專注於使用更多的模擬來幫助推動未來的電動汽車設計。”

對於電動汽車的效率,每一個百分點都很重要

在這種新環境下,原始設備製造商和頂級汽車供應商面臨著突破工程設計界限和工程師界限的新挑戰。再次考慮傳統的燃氣發動機,它們的效率並不高——可能只有 40% 的熱效率。使用 ICE,將您的效率提高十分之一對於擴大車輛續航里程非常重要。但歸根結底,您也可以將油箱容量再增加一加侖,以達到類似的效果。

電動汽車並非如此,因為電池組的能量密度高,其單位重量或單位體積遠低於燃料。與液體石油燃料相比,電動汽車電池儲存的能量更少,並且需要額外的模塊才能與 ICE 行駛里程競爭。在這種情況下,公司還必須突破 EV 設計的界限以達到最大效率,因為浪費的每一點能源都可能導致當前市場處於不利地位。

不同於過去加大油箱來增加續航里程,如果您在電動汽車中添加一個或多個電池模塊,您將顯著增加重量。對於您的電動汽車,您必須調整電機和電子設備的尺寸,因為您需要更多的冷卻;所以它不僅僅是一個電池組。突然間,您的車輛變得更重了,並且由於所有添加元素的重量,電池消耗得更快。

出於這個原因,工程師正在盡其所能推動他們的設計界限。如果峰值效率為 98%,那麼每個人都在努力尋找一種方法來開發 98.1% 的東西。

“那麼,這對在該領域工作的工程師意味著什麼?”唐問。 “你無法進行足夠的原型設計或足夠的測試來確定額外的十分之一百分比是多少。你必須深入挖掘,你是怎麼做到的?您使用模擬,因為通過模擬您可以找出所有這些。在這里和那裡進行一些調整併增加自動化和優化,您可以以一種可以幫助您更好地了解如何提取額外 0.1% 的方式虛擬和直觀地查看結果。

向汽車電氣化的轉變不僅僅包括從內燃機向電池供電的轉變。必須考慮基礎設施、維護和許多其他變量。

通過模擬為汽車工程師賦能

我們剛剛討論瞭如何從工程方面實現效率,以及工程師如何通過模擬推動設計邊界以應對這些挑戰。還有一個從組織方面推動的邊界,以幫助工程師提高效率。目前,汽車行業正面臨來自其他行業和其他地方尋求專業知識的巨大挑戰。到處都存在勞動力短缺,但在電氣化方面更是如此。現在不僅僅是底特律——它是西海岸、德克薩斯州、科羅拉多州、華盛頓州,那裡有各種各樣的初創公司在尋找電氣化專家。

如果汽車製造商無法僱傭足夠多的工程師,他們就需要想辦法讓他們的工程師更有效率和效率。他們如何做到這一點是通過將自動化構建到他們的工作流程和流程中。它們還可以提高來自不同學科的不同工程師和不同團隊之間的協作水平,這是 Ansys 在電氣化領域多年來一直在做的事情。 Ansys 已將其多物理場功能擴展到汽車結構之外,以應對涉及電磁學、控制、功能安全、可靠性、材料智能等方面的挑戰。

Ansys 不僅提供多物理場模擬功能,還提供簡化的工作流程、設計自動化和優化、高性能計算 (HPC) 和支持雲的解決方案,以協助工程團隊。學習曲線很短。您無需花費數天或數週的時間來學習如何按下按鈕。這是 Ansys 在開發方面和應用方面一直在做的事情,以幫助他們的汽車客戶完成向電氣化的過渡。

使用 Ansys 提前充電

應對電氣化帶來的非凡設計挑戰需要非凡的解決方案。電動汽車領域的領導者正在從電氣化動力系統模擬、電池管理系統、電磁干擾/兼容性 (EMI/EMC) 和電動機方面的 Ansys 模擬解決方案中受益,以加速和創新設計過程,包括但不限於:

 Ansys Mechanical 是一款結構有限元分析 (FEA) 軟件,用於解決從噪聲、振動和聲振粗糙度 (NVH) 到電池結構、電力電子組件和熱機械應變的性能和系統複雜性。

 Ansys Fluent 是一款計算流體動力學 (CFD) 模擬解決方案,可實現從電池到電動機冷卻再到外部空氣動力學的電動動力系統的穩健設計和改進性能。

 Ansys Maxwell,一款用於電機的低頻電磁場模擬求解器,可捕獲機械部件的非線性瞬態運動及其對驅動電路和控制系統設計的影響。

 Ansys Motor-CAD,一款電動機設計、分析和驗證工具,可以提供從概念到詳細的電動機電磁學、熱學和機械分析的完整工作流程。

 Ansys Twin Builder 是一款開放式解決方案,使工程師能夠構建電氣化系統的基於數字的虛擬副本,並在整個產品生命週期中監控相關組件的行為。

這些產品都是我們更廣泛的汽車電氣化產品組合的一部分。

(資料來源 Ansys Inc.

 

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