隨著空氣污染及石油短缺問題的日益嚴重，利用混合動力車和電動汽車替代傳統(tǒng)汽油車和柴油車已成為擺在人們面前的問題。世界各國政府都在推動混合動力/純電動汽車的研究。美國政府已宣布財政支出24億美元用于資助電池組、電機及其它零部件的全新設計，并制訂了在2015年前路上有100萬輛混合動力車的目標。美國能源部預測，到2030年，新能源汽車將占整個輕型汽車和卡車市場28%的份額，這將比2005年增加20%。

　　呼喚新一代的動力傳動系統(tǒng)

　　為滿足對混合動力/純電動汽車不斷增長的需求，研發(fā)性能更好、價格更經(jīng)濟的電氣傳動系統(tǒng)的競爭日益激烈。ANSYS機電產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān)Scott Stanton先生在接受作者采訪時表示，”研發(fā)新的電氣傳動系統(tǒng)具有巨大的商業(yè)回報潛力，但與此同時，將有缺陷的、不適合市場的、尚不完善的產(chǎn)品推向市場也存在著商業(yè)風險?！?/p>

　　顯然，汽車技術(shù)正在經(jīng)歷一場革命。領導這一革命的重任已落在汽車工程師的肩上，他們必須重新思考如何進行動力傳動系統(tǒng)的設計。無論是整車生產(chǎn)企業(yè)的工程師還是零部件生產(chǎn)企業(yè)的工程師都面臨著一項挑戰(zhàn)，即如何在一個非常有限的時間內(nèi)，研發(fā)出新一代的動力傳動系統(tǒng)。

　　為了滿足上述需求，具有混合動力車/電動汽車創(chuàng)新能力的主要汽車公司集中全力于仿真驅(qū)動式的研發(fā)，而不是過時的反復樣機試驗法?！笔聦嵣?，在下一代電氣傳動系統(tǒng)的設計競賽中，能否有效實施先進的數(shù)值仿真技術(shù)有可能將優(yōu)勝者與不精于此道的競爭者區(qū)別開來。”Scott Stanton說。

　　Scott Stanton認為，有許多軟件解決方案可用于動力系統(tǒng)開發(fā)中的各種性能分析，包括機械分析、電氣分析、電磁分析、電化學分析、流體分析、熱管理應用方面的分析等?！蓖ǔ?，這些獨立的分析軟件不能完全兼容，因而妨礙工程師全面、有效地實現(xiàn)電氣傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計?！?/p>

　　先進的工程仿真技術(shù)不僅可以幫助工程師深入研究復雜元件和系統(tǒng)的性能，還可以通過虛擬樣機設計和測試，來加快和改進動力傳動系統(tǒng)的研發(fā)。Scott Stanton表示，”ANSYS 仿真技術(shù)能夠幫助工程師在原型樣機制造之前，就了解系統(tǒng)在各種工況下的性能。這種先進的CAE 技術(shù)必將幫助廠商在傳統(tǒng)的動力傳動系統(tǒng)技術(shù)競爭中脫穎而出?！?/p>

　　電動和混合動力汽車的動力傳動是一個非常復雜的系統(tǒng)，其系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及零部件必須連貫、緊密配合地運行，以保證汽車的效率和性能最優(yōu)化。

　　汽車的電傳系統(tǒng)可以在同一個集成化的仿真平臺上精確仿真，開發(fā)者可以在上面評估每一個零部件、子系統(tǒng)以及系統(tǒng)機上他們之間的相互影響。由于在真實的環(huán)境中，零部件會受多個物理域的影響，所以仿真工具必須能準確地預測多方面的外力對它的影響，包括結(jié)構(gòu)力學、動力學、流體動力學、熱物理學、電磁學、電化學、電磁輻射以及電磁干擾/電磁兼容等。同時，動力傳動系統(tǒng)的設計必須能夠?qū)⑦@些復雜的部件模型處理成為降階模型，并用他們來建立系統(tǒng)和子系統(tǒng)模型，最終用于優(yōu)化子系統(tǒng)或整個電傳動系統(tǒng)的性能。

　　倡導仿真驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)

　　混合動力/純電動汽車的電池組給車輛提供主要的動力，同時也為眾多電動輔助系統(tǒng)提供能量。因此，電池組必須達到普通燃料車在市場設定的可靠性、耐用性以及經(jīng)濟性的標準。除此之外，他們還要提供比傳統(tǒng)電池更大數(shù)量級的能量。

　　電池熱管理是電動和混合動力汽車開發(fā)的重中之重，需要避免由于電池過熱帶來的電池效率降低和使用壽命縮短。因此需要有一種基于溫度和充電狀態(tài)的控制算法，來描述不同負荷下的不同電池性能。”為了評估和優(yōu)化不同熱管理模式的性能，必須采用參數(shù)化、DOE 等方法，并結(jié)合ANSYS CFD 求解器來對復雜的冷卻流動和共軛傳熱進行分析。為考察電池組循環(huán)使用性能，需要結(jié)合ANSYS CFD 和Simplorer 技術(shù)，采用線性時不變（LTI）模型快速實時仿真。”Scott Stanton說。

　　據(jù)Scott Stanton介紹，工程師可以借助Simplorer 來評估控制算法，研究過度充電、大電流充放電、外部短路以及其他電氣故障對電池壽命降低和電池爆炸的影響?！边@個軟件能夠緊密集成三維實體模型到控制電路仿真，是理想的研究軟件。由于Simplorer 能將三維實體模型緊密集成到控制電路仿真中，所以他是研究這種算法的理想工具?！?/p>

　　仿真還必須要考慮電池組的排列、安裝位置以及各種路況下電池組的受力情況。電池必須能應對各種故障工況，例如外部受熱、過充、過放、針刺、碰撞及外部短路等。在發(fā)生碰撞的情況下，還必須保證乘客不會受到電池釋放的有毒酸性液體的傷害?！盇NSYS軟件不僅用于評估整車結(jié)構(gòu)的完整性，也用于研究振動、耐久性和疲勞壽命等?！盨cott Stanton說。

　　ANSYS倡導仿真驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)。ANSYS能夠為用戶提供樣機模型，建立虛擬樣機，為消費者節(jié)省時間和金錢。”虛擬樣機利用多物理場的融合，比如說像流體、電磁、電力以及熱力這些融合在一起，以一種無縫集成的方式對這些性能進行仿真。從非常復雜的模型中提取出仿真模型，用這種技術(shù)就可以仿真復雜系統(tǒng)。我們擁有非常好的前景和愿景，以及非常優(yōu)異的技術(shù)和支持。我們相信可以為用戶提供更好的市場支持，使他們的產(chǎn)品在市場上擁有更多的優(yōu)勢?！盨cott Stanton自信滿滿地說。（編輯／李艷嬌）

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