Ansys & Porsche Motorsport

車両パフォーマンスの電動化

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新しい限界を押し広げる

AnsysとPorsche Motorsportは共に、次世代eモビリティへのレースをリードしています。Ansysは、TAG Heuer Porsche Formula E Teamのオフィシャルテクノロジーパートナーとして、Porsche初の完全電動レーシングカーであるPorsche 99X Electricの設計に貢献しています。

このエキサイティングなパートナーシップでは、業界をリードするAnsysのエンジニアリングシミュレーションとPorscheのハイパフォーマンス自動車エンジニアリングを組み合わせて、Porsche E-Performance Powertrainの開発に取り組んでいます。当社の電動化ソリューションは、電動レーシングカーと電気乗用車のパワートレイン効率を最大化するというPorsche Motorsportのミッションをサポートしています。

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最先端のeモビリティを実現

電動パワートレインの全体的な効率最大化のための電磁トルクと出力密度の最大化からパワーコンバータとバッテリー温度の迅速な予測まで、PorscheのエンジニアはAnsysのシステムレベルのマルチフィジックスツールを活用して、勝利を導く99X Electricを設計しました。

これらのテクノロジーは、Porscheのエンジニアが物理的なプロトタイプを作成する必要性を減らし、設計コンセプトの仮想テストを迅速に最適な設計に到達することを可能にしました。これにより、99X Electricの重要なサブシステムとコンポーネントのエネルギー効率が大幅に向上し、レーストラック上で長距離にわたって驚異的な速度を維持できるようになりました。

シミュレーションへの接続

電動モータ

電動パワートレインの全体的な性能は、電動モータの効率と出力／トルク密度からの影響を直接受けます。このため、バッテリー電気自動車には通常、永久磁石同期機（PMSM）が選択されます。インバータスイッチングと温度効果によるステータ電流の高周波リップルを考慮して、電動モータの性能はレーストラック上の速度／トルク負荷ポイントの全範囲にわたって最適化する必要があります。

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バッテリー

ABB FIA Formula E World Championshipに参加するすべての完全電動レーシングカーは、シーズンを通して同じメイントラクションバッテリーパックを使用します。ABB Formula Eレースで利用可能なエネルギーは限られているため、特定のレーストラックの電力プロファイルに基づいてバッテリーの充電状態、電圧、および温度を予測するためには、バッテリーの電気的および熱的挙動の正確なモデルを作成することが不可欠です。これは、バッテリーの電気的挙動の等価回路モデル（ECM）と熱的挙動の動的次数低減モデル（Dyna-ROM）を連成することによって達成されます。

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ギアボックス

電動モータで発生した動力がホイールにおいてトルクに変換されるとき、減速ギヤシステムが重要な役割を果たします。エンジニアにとっての設計上の課題は、駆動サイクル全体を通して機関の熱放散とノイズハーシュネスを制御しながら、電気ドライブラインの効率と変調を高く維持することです。Ansysのマルチドメインシミュレーションは、最適で効率的なトランスミッションドライブラインを設計するための重要なツールです。

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パワーエレクトロニクス

電気自動車用トラクションインバータの最適な設計は、電動パワートレインの全体的な性能にとって重要です。新しいワイドバンドギャップ半導体パワーデバイスの高速スイッチング速度とともに、高出力密度、高電圧および電流定格は、トラクションインバータの設計の課題となります。トラクションインバータの効率を最適化するには、レース中に変化するスイッチング電流や電圧レベル、温度など、さまざまな動作条件での電力損失を正確に推定する必要があります。パフォーマンスを最適化し、機能安全と信頼性を確保し、レースを成功させるための鍵となります。

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システム解析

電動パワートレインの全体的な効率は通常90%以上であるため、さらなる最適化は困難です。特に高性能電気自動車では、レーストラックで1周または複数周の効率が重要です。パワートレインの各コンポーネントの電力損失を正確に見積り、温度、速度／トルク負荷ポイント、バッテリーの充電状態（SOC）など、異なる動作条件でのコンポーネント間の相互作用を解析する必要があります。したがって、コンポーネントの効率を最適化することは、パワートレイン全体の効率を最適化することとは同等ではありません。システムシミュレーションでは、次数低減モデリング（ROM: Reduced Order Modeling）技術を用いて、現実的な制御を統合することで、電動パワートレインの性能最適化を実現しています。

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Porsche Motorsport& Ansys:レーストラックから道路まで、eモビリティのイノベーションを加速

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How Porsche Squeezes Maximum Performance and Efficiency Out of Its Powertrain

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TAG Heuer Porsche Formula E Team &ニュース

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TAG Heuer Porsche Formula E TeamがAnsysのシミュレーションソフトウェアを使用してパワートレインの挙動を最適化

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Simulation World 2020基調講演: Porsche 99X Electricをレーストラックから技術研究所に持ち込む

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Ansysリーダーのスポットライト

Michael Steiner氏

（Porsche、研究開発理事会メンバー）

「Ansysは、TAG Heuer Porsche Formula E Teamが厳しい競争に打ち勝つために、最も効率性の高い電動パワートレインを開発するのを支援しています。Porsche Motorsportで開発された方法は、将来の一般的な電気自動車の開発に移植されます。これは、Porscheが電動スポーツカーの世界でもトップに立つのに貢献することでしょう。」