搜索專欄 | 電動汽車設計中的CAE仿真技術應用
2017-12-28 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
電動汽車是由幾千個零部件組成的復雜產品,在設計和研發過程中涉及到流體、結構、溫度、電磁和控制等多個領域的復雜多物理場問題。
隨著CAE仿真技術的日趨成熟,企業完全可以將這種先進的研發手段與傳統的試驗和設計經驗相結合,形成互補,從而提升研發設計能力,有效指導新產品的研發設計,節省產品開發成本,縮短開發周期,從而大幅度提高企業的市場競爭力。
多物理場仿真技術在電動汽車設計中有著廣泛應用,主要領域包括:
1.新能源動力電池
2.電機及電驅動系統設計分析
3.電子系統SI/PI/EMC分析
4.空氣動力學分析
5.空調及熱管理
6.傳動系統
7.制動系統
8.汽車車燈
9.其它零部件及子系統
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之一。CFD數值模擬方法可以在電芯的電化學過程模擬、電池單體的發熱特性模擬、電池組及電池包的熱設計、PEMFC和SOFC燃料電池的研發等領域中發揮重要的作用。
電芯放電過程中瞬態電極鋰離子濃度分布
串聯電芯在固定倍率放電時的瞬態溫度結果
電池包散熱分析結果:電池單體表面的對流換熱系數分布
PEMFC燃料電池的仿真分析結果:表面溫度及H2濃度分布云圖
作為電動汽車能量供給的關鍵設備,電池包的結構設計應盡可能高效和輕便,并在保證存放空間合理布局的基礎上,滿足多變運行環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.電機及電驅動系統設計分析
電機設計是一個復雜的多物理場問題,它涉及到電磁、結構、流體、溫度和控制等多個領域。ANSYS提供集成化設計解決方案和流程,主要包括:電機快速設計和方案優選;電機電磁場有限元精確優化設計;電驅動系統集成化設計;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的電機齒槽轉矩、氣隙磁密、磁鋼大小多目標組合優化
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SI/PI/EMC分析
ANSYS電機設計解決方案可解決電驅動系統電磁兼容設計問題,包括:部件級、設備級和系統級的電磁干擾和電磁兼容設計問題。
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,依此對系統內線纜布局方案進行優化。
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
車門內的電纜輻射發射分析
基于HFSS場鏈接的IGBT輻射干擾源對整車系統的電磁干擾分析
ANSYS HFSS可解決電動汽車設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.空氣動力學分析
氣動性能分析是從空氣動力學角度分析汽車動力性、經濟性和操作穩定性,這是CFD數值模擬方法在汽車設計中最成熟的應用方向。
CFD數值模擬方法與傳統的風洞試驗相比,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,從而可以讓設計者獲知一些復雜的空氣流動現象,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
后視鏡原始設計和改進設計的氣動噪聲結果
5.空調及熱管理
空調系統是汽車不可缺少的部分,好的空調系統不僅噪音低,制冷/制熱效果好,而且燃油消耗低,除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析,可以為優化風道設計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據。
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:艙內的流線圖
純電動汽車制冷循環熱管理-Flownex一維仿真系統及三維耦合
6.傳動系統
汽車動力傳動系統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、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結果
基于MBD for ANSYS的齒輪傳動分析
7.制動系統
制動系統由操控系統、液壓系統和助力系統組成,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定性及人員的安全性都有著直接的影響。制動系統的設計研發主要集中在制動器、調整臂、真空助力器、閥類控制及保護等部件,在CAE分析中通常需要關注這些結構的強度和變形分析、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的散熱分析、結露分析和結構熱應力分析、車燈振動強度分析及模具設計的注塑工藝分析等。
來源于燈泡的入射輻射
內外表面的燈體溫度分布
車燈結露過程(藍色為結露區)
9.其它零部件及子系統
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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