關(guān)於汽車是否要電動(dòng)化的爭論已經(jīng)結(jié)束。所有主要的原廠委託製造商都已宣布他們將在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)化。在全球範(fàn)圍內(nèi)的車商，都設(shè)定了非常積極的戰(zhàn)略來實(shí)現(xiàn)這些有遠(yuǎn)見的目標(biāo)；這反映在供應(yīng)商對電氣化投資的承諾上，儘管內(nèi)燃機(jī)是他們利潤的重要組成部分。
由於這種電氣化推動(dòng)，汽車市場正在經(jīng)歷巨大的變革。三巨頭仍然是福特（Ford）、通用汽車（General Motors；GM）和斯泰蘭蒂斯（Stellantis）；然而，隨著向電氣化的轉(zhuǎn)變，其他汽車廠牌嶄露頭角，像是路西德汽車（Lucid Group）、Rivian和特斯拉（Tesla）雖只是新興公司，但透過他們在產(chǎn)業(yè)中日益增長的影響力，正在挑戰(zhàn)和改變我們對電動(dòng)汽車技術(shù)的看法。
應(yīng)對 EV 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
所有原廠委託製造商都面臨著設(shè)計(jì)週期方面的巨大挑戰(zhàn)，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的周期比以前短得多。如今，許多電動(dòng)汽車新創(chuàng)公司在 18 個(gè)月內(nèi)發(fā)表新車，或者 12 個(gè)月為了新年的發(fā)布週期。對於仍以更傳統(tǒng)的周期運(yùn)作的原廠委託製造商而言，一切都需要加快速度。為了迎頭趕上，他們在從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車製造時(shí)面臨著新的設(shè)計(jì)、重組、人員和生產(chǎn)挑戰(zhàn)。
在影響電氣化的所有因素中，成本是最大的因素。如何在降低生產(chǎn)車輛的成本並加快開發(fā)週期的同時(shí)，保持競爭中的領(lǐng)先地位，並讓產(chǎn)品更加可靠呢？這讓我們找到了 Ansys 模擬軟體解決方案。可以肯定地說，幾乎汽車領(lǐng)域的每個(gè)人都相信數(shù)位工程和數(shù)位創(chuàng)新是必經(jīng)之路。從規(guī)範(fàn)到系統(tǒng)驗(yàn)證，Ansys 幫助 BMW、保時(shí)捷和福斯汽車等企業(yè)改善其電氣化戰(zhàn)略創(chuàng)新。
Ansys 電氣化解決方案架構(gòu)師 Zed Tang 博士表示：「從初始設(shè)計(jì)到模擬驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品開發(fā)，透過模擬進(jìn)行數(shù)位工程可幫助公司更快、更好和更經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行創(chuàng)新。而且，幾乎每個(gè)人都專注於使用更多模擬來幫助推動(dòng)未來的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)。」
電動(dòng)汽車的效率，每一個(gè)百分比都很重要
| 圖二 : 汽車電氣化的轉(zhuǎn)變不僅包括從內(nèi)燃機(jī)到電池動(dòng)力的轉(zhuǎn)變，還必須考慮基礎(chǔ)設(shè)施、維護(hù)和許多其他因素。 |
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在這種新環(huán)境中，原廠委託製造商和頂級汽車供應(yīng)商在突破工程設(shè)計(jì)和工程師的極限方面，面臨著新的挑戰(zhàn)。再想想傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，它們的效率並不高—熱效率可能只有 40%。使用內(nèi)燃機(jī)，即便效率的提高對於延長車輛續(xù)航里程具有重要意義。但歸根結(jié)底，您也可以將油箱容量再增加一加侖，以獲得類似的結(jié)果。
電動(dòng)汽車的情況並非如此，因?yàn)殡姵亟M的能量密度，其單位重量或單位體積遠(yuǎn)小於燃料。與液態(tài)石油燃料相比，電動(dòng)汽車電池儲存的能量更少，並且需要額外的模組才能與 ICE 驅(qū)動(dòng)器競爭。在這種情況下，公司還必須突破電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的極限，以達(dá)到最大效率，因?yàn)槊恳稽c(diǎn)能源浪費(fèi)都會導(dǎo)致當(dāng)前市場的巨大劣勢。
所以，回到之前的 ICE 例子，工程師不能簡單地說：「嘿，我可以透過把油箱稍微加大一點(diǎn)來增加航程，問題就解決了！」如果在車輛中添加一個(gè)或多個(gè)電池模組，將顯著增加重量。對於電動(dòng)汽車，必須調(diào)整電機(jī)和電子設(shè)備的尺寸，因?yàn)樾枰嗟睦鋮s；所以它不僅僅是一個(gè)電池組。突然間，車輛變重了，電池因所有添加元素的重量而消耗得更快。
因此，工程師們正在竭盡全力突破他們的設(shè)計(jì)邊界。如果峰值效率是 98%，那麼每個(gè)人都在想辦法開發(fā)出 98.1% 的東西。
Tang補(bǔ)充說明：「那麼，這對於在該領(lǐng)域工作的工程師意味著什麼呢？你無法製作足夠多的原型或進(jìn)行足夠多的測試來確定額外的百分之一是多少。你必須深入挖掘，你是怎麼做到的？使用模擬，因?yàn)橥高^模擬可以找出所有解答。透過在各處進(jìn)行一些調(diào)整並增加自動(dòng)化和最佳化，可以以虛擬和直觀的方式查看結(jié)果，從而幫助更好地理解如何提煉出額外的 0.1%。 」
透過模擬為汽車工程師賦能
我們剛剛討論了如何從工程方面提高效率，以及工程師如何透過模擬來突破設(shè)計(jì)極限以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。除此之外，還有組織內(nèi)的推動(dòng)，以幫助工程師進(jìn)一步提高工作效率。目前，汽車行業(yè)正面臨來自其他產(chǎn)業(yè)和其他地區(qū)尋求專業(yè)知識的巨大挑戰(zhàn)。各地都存在勞動(dòng)力短缺，在電氣化方面更是如此。現(xiàn)在不僅僅是底特律—西海岸、得克薩斯州、科羅拉多州、華盛頓州都有各種各樣的新創(chuàng)公司在尋找電氣化專家。
如果汽車製造商不能聘請足夠的工程師，他們需要想辦法讓他們的工程師更有效率。他們透過將自動(dòng)化構(gòu)建到工作流程中來實(shí)現(xiàn)。他們還可以提高來自不同領(lǐng)域的工程師和不同團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作水平，這正是 Ansys 在電氣化領(lǐng)域多年來一直在做的事情。Ansys 已將其多物理場功能擴(kuò)展到汽車結(jié)構(gòu)之外，以應(yīng)對涉及電磁學(xué)、控制、功能安全、可靠性、材料智能等方面的挑戰(zhàn)。
| 圖三 : Ansys 將多物理場功能擴(kuò)展到汽車結(jié)構(gòu)之外，以應(yīng)對涉及電磁學(xué)、控制、功能安全、可靠性、材料智能等方面的挑戰(zhàn)。 |
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Tang表示：「Ansys 不僅提供多物理場模擬功能，還提供簡化的工作流程、設(shè)計(jì)自動(dòng)化和最佳化、高效能運(yùn)算和支持雲(yún)的解決方案來協(xié)助工程團(tuán)隊(duì)，學(xué)習(xí)曲線很短。因此無需花費(fèi)數(shù)天或數(shù)週時(shí)間學(xué)習(xí)如何按下按鈕。這就是 Ansys 在開發(fā)和應(yīng)用方面一直在做的事情，以幫助汽車客戶完成向電氣化的過渡。」
借助模擬設(shè)計(jì)向前衝刺
應(yīng)對電氣化帶來的非凡設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)需要非凡的解決方案。電動(dòng)汽車領(lǐng)導(dǎo)者受益於 Ansys 在電氣化動(dòng)力總成系統(tǒng)模擬、電池管理系統(tǒng)、電磁干擾/電磁相容性和電動(dòng)機(jī)方面的模擬解決方案，以加速和創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程。
