搜索專欄 | 電動汽車設(shè)計中的CAE仿真技術(shù)應(yīng)用
2017-12-28 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
電動汽車是由幾千個零部件組成的復(fù)雜產(chǎn)品,在設(shè)計和研發(fā)過程中涉及到流體、結(jié)構(gòu)、溫度、電磁和控制等多個領(lǐng)域的復(fù)雜多物理場問題。
隨著CAE仿真技術(shù)的日趨成熟,企業(yè)完全可以將這種先進的研發(fā)手段與傳統(tǒng)的試驗和設(shè)計經(jīng)驗相結(jié)合,形成互補,從而提升研發(fā)設(shè)計能力,有效指導(dǎo)新產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計,節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)成本,縮短開發(fā)周期,從而大幅度提高企業(yè)的市場競爭力。
多物理場仿真技術(shù)在電動汽車設(shè)計中有著廣泛應(yīng)用,主要領(lǐng)域包括:
1.新能源動力電池
2.電機及電驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計分析
3.電子系統(tǒng)SI/PI/EMC分析
4.空氣動力學(xué)分析
5.空調(diào)及熱管理
6.傳動系統(tǒng)
7.制動系統(tǒng)
8.汽車車燈
9.其它零部件及子系統(tǒng)
安世亞太新能源汽車解決方案
1.新能源動力電池
新能源動力電池是新能源汽車的三大核心技術(shù)之一。CFD數(shù)值模擬方法可以在電芯的電化學(xué)過程模擬、電池單體的發(fā)熱特性模擬、電池組及電池包的熱設(shè)計、PEMFC和SOFC燃料電池的研發(fā)等領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。
電芯放電過程中瞬態(tài)電極鋰離子濃度分布
串聯(lián)電芯在固定倍率放電時的瞬態(tài)溫度結(jié)果
電池包散熱分析結(jié)果:電池單體表面的對流換熱系數(shù)分布
PEMFC燃料電池的仿真分析結(jié)果:表面溫度及H2濃度分布云圖
作為電動汽車能量供給的關(guān)鍵設(shè)備,電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡可能高效和輕便,并在保證存放空間合理布局的基礎(chǔ)上,滿足多變運行環(huán)境和行駛工況下的機械承受、工作安全性、可靠性及使用壽命要求。利用ANSYS Mechanical及LS DYNA可以對電池包的安全性和耐久性做充分驗證。
電池包振動分析
2.電機及電驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計分析
電機設(shè)計是一個復(fù)雜的多物理場問題,它涉及到電磁、結(jié)構(gòu)、流體、溫度和控制等多個領(lǐng)域。ANSYS提供集成化設(shè)計解決方案和流程,主要包括:電機快速設(shè)計和方案優(yōu)選;電機電磁場有限元精確優(yōu)化設(shè)計;電驅(qū)動系統(tǒng)集成化設(shè)計;電機電磁、熱耦合分析;電機電磁、控制、振動、噪聲耦合分析。
ANSYS無縫集成的電機設(shè)計多物理場解決方案
電機的電磁、流體、熱耦合分析
基于Maxwell的電機齒槽轉(zhuǎn)矩、氣隙磁密、磁鋼大小多目標組合優(yōu)化
Toolkit可一鍵輸出的效率Map圖
電機電磁-振動-噪音分析
3.電子系統(tǒng)SI/PI/EMC分析
ANSYS電機設(shè)計解決方案可解決電驅(qū)動系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計問題,包括:部件級、設(shè)備級和系統(tǒng)級的電磁干擾和電磁兼容設(shè)計問題。
ANSYS解決方案可以仿真分析能夠得到線纜間的串擾、線纜的輻射干擾等特性,并能夠得到任意位置的干擾電流和電壓,依此對系統(tǒng)內(nèi)線纜布局方案進行優(yōu)化。
基于HFSS的線纜輻射干擾分析:不同繞制方式機箱周圍的三維電場分布圖
車門內(nèi)的電纜輻射發(fā)射分析
基于HFSS場鏈接的IGBT輻射干擾源對整車系統(tǒng)的電磁干擾分析
ANSYS HFSS可解決電動汽車設(shè)計中常見的天線布局分析、天線裝配性能分析、靜電放電及雷擊浪涌問題、以及從部件到整車級的電磁兼容仿真分析。
天線裝配性能仿真
整車電磁兼容仿真
4.空氣動力學(xué)分析
氣動性能分析是從空氣動力學(xué)角度分析汽車動力性、經(jīng)濟性和操作穩(wěn)定性,這是CFD數(shù)值模擬方法在汽車設(shè)計中最成熟的應(yīng)用方向。
CFD數(shù)值模擬方法與傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗相比,不再局限于測量有限個點處的空氣流動屬性,而是直接獲得整車附近完整空間的流動屬性,從而可以讓設(shè)計者獲知一些復(fù)雜的空氣流動現(xiàn)象,為氣動減阻、降噪等問題提供幫助。
車身附近的流線圖
車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖
后視鏡原始設(shè)計和改進設(shè)計的氣動噪聲結(jié)果
5.空調(diào)及熱管理
空調(diào)系統(tǒng)是汽車不可缺少的部分,好的空調(diào)系統(tǒng)不僅噪音低,制冷/制熱效果好,而且燃油消耗低,除霜除霧效果好。通過對空調(diào)系統(tǒng)進行CFD數(shù)值模擬分析,可以為優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據(jù)。
除霜分析:不同時刻的霜層厚度分布云圖
除霧分析:某時刻的霧層厚度分布云圖
乘員艙舒適性分析:艙內(nèi)的流線圖
純電動汽車制冷循環(huán)熱管理-Flownex一維仿真系統(tǒng)及三維耦合
6.傳動系統(tǒng)
汽車動力傳動系統(tǒng)起著功率傳遞的功能,基本部件均屬高強度部件,其包含的零部件主要有:變速箱、離合器、萬向節(jié)、主減速器、差速器、半軸、液力耦合器與液力變矩器等。安世亞太的ANSYS以及MBD for ANSYS為解決齒輪的輪滑、傳動、強度、疲勞等評估提供了良好的工具。
差速器的潤滑仿真:實驗和仿真結(jié)果對比
差速器和潤滑油之間、潤滑油和箱體之間的換熱系數(shù)結(jié)果
基于MBD for ANSYS的齒輪傳動分析
7.制動系統(tǒng)
制動系統(tǒng)由操控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和助力系統(tǒng)組成,它是汽車上最主要的安全裝置之一。其整體性能對汽車的操作穩(wěn)定性及人員的安全性都有著直接的影響。制動系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)主要集中在制動器、調(diào)整臂、真空助力器、閥類控制及保護等部件,在CAE分析中通常需要關(guān)注這些結(jié)構(gòu)的強度和變形分析、振動和噪聲分析、疲勞壽命分析、溫度場分析、熱應(yīng)力分析等。
制動尖叫仿真分析
制動器溫度場分布
制動器空氣流場分布
8.汽車車燈
汽車車燈CAE分析主要包括車燈內(nèi)的散熱分析、結(jié)露分析和結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分析、車燈振動強度分析及模具設(shè)計的注塑工藝分析等。
來源于燈泡的入射輻射
內(nèi)外表面的燈體溫度分布
車燈結(jié)露過程(藍色為結(jié)露區(qū))
9.其它零部件及子系統(tǒng)
輪胎承壓分析
汽車懸掛剛分析
整車碰撞性能分析
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