模擬如何推動頂級汽車趨勢：電氣化

關於汽車是否要電動化的爭論已經結束。所有主要的原廠委託製造商都已宣布他們將在幾年內實現全電動化。在全球範圍內的車商，都設定了非常積極的戰略來實現這些有遠見的目標。這反映在供應商對電氣化投資的承諾上，儘管內燃機是他們利潤的重要組成部分。

由於這種電氣化推動，汽車市場正在經歷巨大的變革。三巨頭仍然是福特、通用汽車和斯泰蘭蒂斯；然而，隨著向電氣化的轉變，其他汽車廠牌嶄露頭角，像是路西德汽車、Rivian和特斯拉雖只是新興公司，但透過他們產業中日益增長的影響力，正在挑戰和改變我們對電動汽車技術的看法。

應對 EV 設計挑戰

所有原廠委託製造商都面臨著設計週期方面的巨大挑戰，因為電動汽車的周期比以前短得多。如今，許多電動汽車新創公司在 18 個月內發表新車，或者12 個月為了新年的發布週期。對於仍以更傳統的周期運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，他們在從內燃機轉向電動汽車製造時面臨著新的設計、重組、人員和生產挑戰。

在影響電氣化的所有因素中，成本是最大的因素。您該如何在降低生產車輛的成本並加快開發週期的同時，保持競爭中的領先地位，並讓產品更加可靠？這讓我們找到了 Ansys 模擬軟體解決方案。可以肯定地說，幾乎汽車領域的每個人都相信數位工程和數位創新是必經之路。從規範到系統驗證，Ansys 幫助 BMW、保時捷和福斯汽車等企業改善其電氣化戰略創新。

Ansys 電氣化解決方案架構師 Zed Tang 博士表示：「從初始設計到模擬驅動的產品開發，透過模擬進行數位工程可幫助公司更快、更好和更經濟地進行創新。而且，幾乎每個人都專注於使用更多模擬來幫助推動未來的電動汽車設計。」

電動汽車的效率，每一個百分比都很重要

在這種新環境中，原廠委託製造商和頂級汽車供應商在突破工程設計和工程師的極限方面，面臨著新的挑戰。再想想傳統的燃油發動機，它們的效率並不高—熱效率可能只有 40%。使用內燃機，即便效率的提高對於延長車輛續航里程具有重要意義。但歸根結底，您也可以將油箱容量再增加一加侖，以獲得類似的結果。

電動汽車的情況並非如此，因為電池組的能量密度，其單位重量或單位體積遠小於燃料。與液態石油燃料相比，電動汽車電池儲存的能量更少，並且需要額外的模組才能與 ICE 驅動器競爭。在這種情況下，公司還必須突破電動汽車設計的極限，以達到最大效率，因為每一點能源浪費都會導致當前市場的巨大劣勢。

所以，回到我們之前的 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來增加航程，問題解決！」如果您在車輛中添加一個或多個電池模組，您將顯著增加重量。對於您的電動汽車，您必須調整電機和電子設備的尺寸，因為您需要更多的冷卻；所以它不僅僅是一個電池組。突然間，您的車輛變重了，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計邊界。如果峰值效率是 98%，那麼每個人都在想辦法開發出 98.1% 的東西。

Tang補充：「那麼，這對在該領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？你使用模擬，因為透過模擬你可以找出所有解答。透過在各處進行一些調整並增加自動化和最佳化，您可以以虛擬和直觀的方式查看結果，從而幫助您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計極限以應對這些挑戰。除此之外，還有組織內的推動，以幫助工程師進一步提高工作效率。目前，汽車行業正面臨來自其他產業和其他地區尋求專業知識的巨大挑戰。各地都存在勞動力短缺，在電氣化方面更是如此。現在不僅僅是底特律—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。他們透過將自動化構建到他們的工作流程中來實現。他們還可以提高來自不同領域的工程師和不同團隊之間的協作水平，這正是 Ansys 在電氣化領域多年來一直在做的事情。 Ansys 已將其多物理場功能擴展到汽車結構之外，以應對涉及電磁學、控制、功能安全、可靠性、材料智能等方面的挑戰。

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、設計自動化和最佳化、高效能運算和支持雲的解決方案來協助工程團隊，學習曲線很短。您無需花費數天或數週時間學習如何按下按鈕。這就是 Ansys 在開發和應用方面一直在做的事情，以幫助他們的汽車客戶完成向電氣化的過渡。」

借助 Ansys 向前衝刺

應對電氣化帶來的非凡設計挑戰需要非凡的解決方案。電動汽車領導者受益於 Ansys 在電氣化動力總成系統模擬、電池管理系統、電磁干擾/電磁相容性和電動機方面的模擬解決方案，以加速和創新設計流程，包括但不限於：

• Ansys Mechanical一種通用結構有限元模擬軟體，用於處理性能和系統複雜性，從噪音、振動和舒適度到電池結構、電力電子組件和熱結構應變。
• Ansys Fluent一種流體動力學模擬軟體，可實現從電池到電動機冷卻再到外部空氣動力學的電力傳動系統的穩健設計和改進性能。
• Ansys Maxwell一種用於電機的低頻電磁場模擬求解器，可模擬電機的非線性電磁場特性、暫態運動及其對驅動電路和控制系統設計的影響。
• Ansys Motor-CAD一種電機設計、分析和驗證工具，可提供從概念到電機詳細電磁、熱和機械分析的完整工作流程。
• Ansys SCADE Suite一種基於模型的開發環境，用於嵌入式軟體設計和驗證，對電氣化動力總成集成、電池管理系統和車輛電氣系統應用至關重要。
• Ansys Twin Builder一種開放式解決方案，使工程師能夠構建基於數位化的電氣化系統虛擬模組，並在整個產品生命週期中監控其相關組件的行為。

這些產品都是我們更廣泛的汽車電氣化產品組合的一部分。

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