SIMULIA仿真工具助力汽车设计研发

SIMLIA有一系列的仿真产品，比如我们熟悉的Abaqus、CST、Tosca、XFlow等。本文将为大家介绍SIMULIA仿真工具助力汽车设计研发。

以乘客舒适度为前提延长电动汽车的可行驶里程

电动汽车设计师始终都需要在乘客舒适度、电动汽车行驶里程和电池成本之间做出权衡取舍。事实上，如果遭遇极端天气，为了保障乘客的舒适度与安全，行驶里程可能下降40%甚至更多。即便是在较好的气候条件下，如果天气偏热或偏冷，电动汽车每英里行使里程耗电也会增加15%。我们发现，一体化设计验证流程能显著缓解这种状况，既能有效地为乘客营造舒适的环境，保证车载电子装置在正常温度下运行，又能稳定电池温度在效率最高的范围内。这个流程可协助设计师选择材料、车窗设计、运行策略、局部供暖和降温，确保在满足法规要求的同时提供乘客舒适的体验，最大限度地提高行驶里程，并达到电池的预期寿命。高保真的瞬态3D仿真模型与车辆级别的系统集成相结合，构成成功的要诀。满怀信心地设计、评估和迭代车舱与电池散热设计，让您的电动汽车产品超越竞争对手。

深度掌握提供温度舒适度和保持电池温度所需的散热能耗

令人愉悦的乘客体验需要卓越的工程设计

消费者对车舱舒适度的期待在不断提高。十年前被当作奢侈或选配的便利设施，如今象征着一个品牌的差异化。车舱气候系统以及其所提供的温度和声学舒适度，是当今车舱体验的重要组成部分。整体的暖通空调(HVAC)系统设计解决方案可确保车舱气候系统被有效集成，同时保障乘客的舒适度与续航里程。

从设计到验证，从车舱降温/供暖仿真到乘客感受，达索系统可提供一套完整的解决方案。

采用我们行业领先的SIMULIA求解器，结合先进的人体舒适度建模技术，能准确地预测稳态、初始瞬态以及完整瞬态条件下的温度感受和舒适度以及它们对电池续航里程的影响。

验证电池和电子组件的热管理，包括极端天气条件下的状况，优化电池布局或材料选择。采用SIMULIA工具不仅可以节省电力，而且还可以延长电池的续航里程。

采集暖通空调系统组件的动态行为和有乘客的3D车舱的动态行为，借助1D-3D一体化仿真预测目标温度，达到舒适度所需的时间和电池续航里程。

包括局部热调节解决方案，以降低暖通空调的能耗。采用加热或通风座椅和辐射板等微气候系统，提高乘客的舒适度。SIMULIA求解器能准确地建模、预测这些解决方案的节能幅度和乘员舒适度。

不必制作真实原型，就能在车舱整体设计中考虑真实天气条件或乘客多样性。在数字环境下探索各种场景，无需运输团队和设备到不同气候条件下进行测试。

通过最先进的现实渲染和虚拟现实体验车舱新设计；理解影响性能的物理现象；验证车舱人机工程学和可用性。

预测多人车的舱内气流和温度分布

电池热管理

电池热管理是确保延长可行驶里程和电池长期耐用性的关键。尽管在较高温度下电池能更高效地提供电能，但长时间暴露在高温下，可能会导致电池的性能提前退化。需要稳健地控制电池温度在既能有效工作又不影响耐用性的范围内。

面向电池设计的达索系统完整解决方案：

为了让电池正常发挥相应功能，多物理场仿真是重要的，包括电化学反应、热-电行为、热结构分析等。此外，这些解决方案还能仿真跌落与抗穿刺、电池膨胀、整体安全和热管理。

覆盖系统复杂度的各个层面，从电芯模型到模块模型和散热板模型，。这些解决方案可在不同的尺度水平上，对电池电芯、连接器、电缆、继电器、控制器电子装置和散热装置进行仿真。

提供整车仿真能力，包括电池、电气传动系统、驱动和控制器设计等。

预测不同散热方法的散热性能，包括强制风冷、散热鳍片、液冷板和散热叶片。

提供适合不同时间尺度的流程和建模工具包，从仅使用几分钟的载荷周期，到连续数小时驾驶，直至数年真实驾驶和充电。这些工具包可为您提供准确的寿命终止性能预测。

内含整套设计工作流程，从组件层面到系统层面解决各类电池问题。可以集成验证流程，以便在整个开发过程中和在不同系统复杂度层面上验证设计，帮助您在完整的数字化环境下快速迭代和优化您的产品。

车舱散热与电池散热完美结合

复杂的系统相互作用使车辆设计变成一项艰巨的任务。例如，改变车舱温度和乘员舒适度的设计 将影响暖通空调(HVAC)系统、电池散热和车辆整体效率。相反地，电池温度本身将影响动力传动系统的效率、暖通空调系统的性能和车辆车舱温度。因此必须采用综合全面的方法来设计和优化系统，同时考虑组件性能和系统整体性能。然而，这样的一体化设计并非一个简单的过程。达索系统开发的工具包能轻松地将不同子系统内的模型与不同物理场进行集成，让工程师能够专注于车辆的整体性能的优化。一体化的设计与验证解决方案能够帮助用户优化系统的整体性能，让整体性能超越逐个改进子系统所能达到的水平。

通过支持功能模型接口(FMI)标准，可以轻松地集成来自多个求解器的不同模型，能灵活地集成Dymola系统建模。

联合仿真功能综合运用3D计算流体动力学(CFD)模型和有限元分析(FEA)热模型，精准预测乘客热感受和电池温度分布。与Dymola系统行为模型深度集成，能为所有车载系统预测真实驾驶场景。

借助集成的仿真功能，工程师能通过数字化校调优化车舱舒适度，因为能通过仿真完整采集电池系统与热系统间的真实相互作用。

也能在真实环境下尽早地验证相关设计。例如在设计初期阶段，可在真实驾驶周期和天气条件下数字化地测试涉及长瞬态降温和升温场景的车辆车舱。仿真的快速周转和高可信度，能减少项目后期阶段遇到的问题，避免产品上市时间受阻。

车舱散热与电池散热联合仿真的示例如下图所示。该模型包括一个完整详细的车舱，并配备风冷电池以及暖通空调系统。冷却设计让来自空调排风口的冷空气先为乘客降温，然后引导到电池组隔板，最后排放到车外。根据车舱内电池位置或其他电子组件的位置，保持电池温度和提供温度舒适度所需制冷功率可能会发生变化，但过大的功耗会导致行驶里程下降。

通过在仿真中集成暖通空调系统模型，正确地分配能耗，有助于提升性能。以制动为例，启用再生制动回收部分动能，并为电池充电。再生制动通常只能回收一部分动能，因为它受电池充电速率的限制。如果采用这种一体化车辆设计，一部分制动再生能量可用来驱动压缩机和预冷车舱和电池。如果采用一体化系统优化，重新分配能量表明能降低制冷功耗3%。与此相似，可以在一体化车舱和暖通空调模型中使用微气候系统营造局部升温或降温，通过提供快速局部温度舒适度，同时降低暖通空调功率和需求，达到节约能源的目的。这种综合全面的数字仿真能深入了解需要 多大暖通空调功率或加热器功率才能在不影响车辆温度舒适度或车辆美观的前提下实现高续航里程，即便是在极为复杂的建模场景中，达索系统的工具包也可以协助工程师轻松开展一体化系统优化。

要点总结

电动汽车设计是一项挑战，不仅因为电动汽车采用全新的车辆结构，也因为系统效率和客户体验方面的严格要求。达索系统可提供电动汽车设计的一套完整解决方案，包括早期概念阶段和最终验证，以及单个组件和子系统模型或整车集成。达索系统的仿真工具包覆盖了所有相关的物理场仿真，从而有助于评估所有系统和关键绩效指标。此外，一体化仿真功能还可帮助用户优化整车能源管理，助力用户开发出毫不妥协的产品。