隨著空氣污染及石油短缺問題的日益嚴(yán)重，利用混合動(dòng)力車和電動(dòng)汽車替代傳統(tǒng)汽油車和柴油車已成為擺在人們面前的問題。世界各國政府都在推動(dòng)混合動(dòng)力/純電動(dòng)汽車的研究。美國政府已宣布財(cái)政支出24億美元用于資助電池組、電機(jī)及其它零部件的全新設(shè)計(jì)，并制訂了在2015年前路上有100萬輛混合動(dòng)力車的目標(biāo)。美國能源部預(yù)測，到2030年，新能源汽車將占整個(gè)輕型汽車和卡車市場28%的份額，這將比2005年增加20%。

　　呼喚新一代的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

　　為滿足對(duì)混合動(dòng)力/純電動(dòng)汽車不斷增長的需求，研發(fā)性能更好、價(jià)格更經(jīng)濟(jì)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的競爭日益激烈。ANSYS機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān)Scott Stanton先生在接受作者采訪時(shí)表示，”研發(fā)新的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)具有巨大的商業(yè)回報(bào)潛力，但與此同時(shí)，將有缺陷的、不適合市場的、尚不完善的產(chǎn)品推向市場也存在著商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

　　顯然，汽車技術(shù)正在經(jīng)歷一場革命。領(lǐng)導(dǎo)這一革命的重任已落在汽車工程師的肩上，他們必須重新思考如何進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。無論是整車生產(chǎn)企業(yè)的工程師還是零部件生產(chǎn)企業(yè)的工程師都面臨著一項(xiàng)挑戰(zhàn)，即如何在一個(gè)非常有限的時(shí)間內(nèi)，研發(fā)出新一代的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。

　　為了滿足上述需求，具有混合動(dòng)力車/電動(dòng)汽車創(chuàng)新能力的主要汽車公司集中全力于仿真驅(qū)動(dòng)式的研發(fā)，而不是過時(shí)的反復(fù)樣機(jī)試驗(yàn)法?！笔聦?shí)上，在下一代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)競賽中，能否有效實(shí)施先進(jìn)的數(shù)值仿真技術(shù)有可能將優(yōu)勝者與不精于此道的競爭者區(qū)別開來?！盨cott Stanton說。

　　Scott Stanton認(rèn)為，有許多軟件解決方案可用于動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)中的各種性能分析，包括機(jī)械分析、電氣分析、電磁分析、電化學(xué)分析、流體分析、熱管理應(yīng)用方面的分析等?！蓖ǔ?，這些獨(dú)立的分析軟件不能完全兼容，因而妨礙工程師全面、有效地實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)?！?/p>

　　先進(jìn)的工程仿真技術(shù)不僅可以幫助工程師深入研究復(fù)雜元件和系統(tǒng)的性能，還可以通過虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)和測試，來加快和改進(jìn)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)。Scott Stanton表示，”ANSYS 仿真技術(shù)能夠幫助工程師在原型樣機(jī)制造之前，就了解系統(tǒng)在各種工況下的性能。這種先進(jìn)的CAE 技術(shù)必將幫助廠商在傳統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)競爭中脫穎而出?！?/p>

　　電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力傳動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及零部件必須連貫、緊密配合地運(yùn)行，以保證汽車的效率和性能最優(yōu)化。

　　汽車的電傳系統(tǒng)可以在同一個(gè)集成化的仿真平臺(tái)上精確仿真，開發(fā)者可以在上面評(píng)估每一個(gè)零部件、子系統(tǒng)以及系統(tǒng)機(jī)上他們之間的相互影響。由于在真實(shí)的環(huán)境中，零部件會(huì)受多個(gè)物理域的影響，所以仿真工具必須能準(zhǔn)確地預(yù)測多方面的外力對(duì)它的影響，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、熱物理學(xué)、電磁學(xué)、電化學(xué)、電磁輻射以及電磁干擾/電磁兼容等。同時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須能夠?qū)⑦@些復(fù)雜的部件模型處理成為降階模型，并用他們來建立系統(tǒng)和子系統(tǒng)模型，最終用于優(yōu)化子系統(tǒng)或整個(gè)電傳動(dòng)系統(tǒng)的性能。

　　倡導(dǎo)仿真驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品研發(fā)

　　混合動(dòng)力/純電動(dòng)汽車的電池組給車輛提供主要的動(dòng)力，同時(shí)也為眾多電動(dòng)輔助系統(tǒng)提供能量。因此，電池組必須達(dá)到普通燃料車在市場設(shè)定的可靠性、耐用性以及經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，他們還要提供比傳統(tǒng)電池更大數(shù)量級(jí)的能量。

　　電池?zé)峁芾硎请妱?dòng)和混合動(dòng)力汽車開發(fā)的重中之重，需要避免由于電池過熱帶來的電池效率降低和使用壽命縮短。因此需要有一種基于溫度和充電狀態(tài)的控制算法，來描述不同負(fù)荷下的不同電池性能?！睘榱嗽u(píng)估和優(yōu)化不同熱管理模式的性能，必須采用參數(shù)化、DOE 等方法，并結(jié)合ANSYS CFD 求解器來對(duì)復(fù)雜的冷卻流動(dòng)和共軛傳熱進(jìn)行分析。為考察電池組循環(huán)使用性能，需要結(jié)合ANSYS CFD 和Simplorer 技術(shù)，采用線性時(shí)不變（LTI）模型快速實(shí)時(shí)仿真。”Scott Stanton說。

　　據(jù)Scott Stanton介紹，工程師可以借助Simplorer 來評(píng)估控制算法，研究過度充電、大電流充放電、外部短路以及其他電氣故障對(duì)電池壽命降低和電池爆炸的影響?！边@個(gè)軟件能夠緊密集成三維實(shí)體模型到控制電路仿真，是理想的研究軟件。由于Simplorer 能將三維實(shí)體模型緊密集成到控制電路仿真中，所以他是研究這種算法的理想工具?！?/p>

　　仿真還必須要考慮電池組的排列、安裝位置以及各種路況下電池組的受力情況。電池必須能應(yīng)對(duì)各種故障工況，例如外部受熱、過充、過放、針刺、碰撞及外部短路等。在發(fā)生碰撞的情況下，還必須保證乘客不會(huì)受到電池釋放的有毒酸性液體的傷害?！盇NSYS軟件不僅用于評(píng)估整車結(jié)構(gòu)的完整性，也用于研究振動(dòng)、耐久性和疲勞壽命等。”Scott Stanton說。

　　ANSYS倡導(dǎo)仿真驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品研發(fā)。ANSYS能夠?yàn)橛脩籼峁訖C(jī)模型，建立虛擬樣機(jī)，為消費(fèi)者節(jié)省時(shí)間和金錢?！碧摂M樣機(jī)利用多物理場的融合，比如說像流體、電磁、電力以及熱力這些融合在一起，以一種無縫集成的方式對(duì)這些性能進(jìn)行仿真。從非常復(fù)雜的模型中提取出仿真模型，用這種技術(shù)就可以仿真復(fù)雜系統(tǒng)。我們擁有非常好的前景和愿景，以及非常優(yōu)異的技術(shù)和支持。我們相信可以為用戶提供更好的市場支持，使他們的產(chǎn)品在市場上擁有更多的優(yōu)勢。”Scott Stanton自信滿滿地說。（編輯／李艷嬌）

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁 >