关于汽车是否要电动化的争论已经结束。所有主要的原厂委託制造商都已宣布他们将在几年内实现全电动化。在全球范围内的车商，都设定了非常积极的战略来实现这些有远见的目标；这反映在供应商对电气化投资的承诺上，尽管内燃机是他们利润的重要组成部分。



图一 : 汽车制造商的电气化目标
图一 : 汽车制造商的电气化目标

由于这种电气化推动，汽车市场正在经歷巨大的变革。三巨头仍然是福特（Ford）、通用汽车（General Motors；GM）和斯泰兰蒂斯（Stellantis）；然而，随着向电气化的转变，其他汽车厂牌崭露头角，像是路西德汽车（Lucid Group）、Rivian和特斯拉（Tesla）虽只是新兴公司，但透过他们在产业中日益增长的影响力，正在挑战和改变我们对电动汽车技术的看法。


应对 EV 设计挑战

所有原厂委託制造商都面临着设计週期方面的巨大挑战，因为电动汽车的周期比以前短得多。如今，许多电动汽车新创公司在 18 个月内发表新车，或者 12 个月为了新年的发布週期。对于仍以更传统的周期运作的原厂委託制造商而言，一切都需要加快速度。为了迎头赶上，他们在从内燃机转向电动汽车制造时面临着新的设计、重组、人员和生产挑战。


在影响电气化的所有因素中，成本是最大的因素。如何在降低生产车辆的成本并加快开发週期的同时，保持竞争中的领先地位，并让产品更加可靠呢？这让我们找到了 Ansys 模拟软体解决方案。可以肯定地说，几乎汽车领域的每个人都相信数位工程和数位创新是必经之路。从规范到系统验证，Ansys 帮助 BMW、保时捷和福斯汽车等企业改善其电气化战略创新。


Ansys 电气化解决方案架构师 Zed Tang 博士表示：「从初始设计到模拟驱动的产品开发，透过模拟进行数位工程可帮助公司更快、更好和更经济地进行创新。而且，几乎每个人都专注于使用更多模拟来帮助推动未来的电动汽车设计。」


电动汽车的效率，每一个百分比都很重要


图二 : 汽车电气化的转变不仅包括从内燃机到电池动力的转变，还必须考虑基础设施、维护和许多其他因素。
图二 : 汽车电气化的转变不仅包括从内燃机到电池动力的转变，还必须考虑基础设施、维护和许多其他因素。

在这种新环境中，原厂委託制造商和顶级汽车供应商在突破工程设计和工程师的极限方面，面临着新的挑战。再想想传统的燃油发动机，它们的效率并不高—热效率可能只有 40%。使用内燃机，即便效率的提高对于延长车辆续航里程具有重要意义。但归根结底，您也可以将油箱容量再增加一加仑，以获得类似的结果。


电动汽车的情况并非如此，因为电池组的能量密度，其单位重量或单位体积远小于燃料。与液态石油燃料相比，电动汽车电池储存的能量更少，并且需要额外的模组才能与 ICE 驱动器竞争。在这种情况下，公司还必须突破电动汽车设计的极限，以达到最大效率，因为每一点能源浪费都会导致当前市场的巨大劣势。


所以，回到之前的 ICE 例子，工程师不能简单地说：「嘿，我可以透过把油箱稍微加大一点来增加航程，问题就解决了！」如果在车辆中添加一个或多个电池模组，将显着增加重量。对于电动汽车，必须调整电机和电子设备的尺寸，因为需要更多的冷却；所以它不仅仅是一个电池组。突然间，车辆变重了，电池因所有添加元素的重量而消耗得更快。


因此，工程师们正在竭盡全力突破他们的设计边界。如果峰值效率是 98%，那么每个人都在想办法开发出 98.1% 的东西。


Tang补充说明：「那么，这对于在该领域工作的工程师意味着什么呢？你无法制作足够多的原型或进行足够多的测试来确定额外的百分之一是多少。你必须深入挖掘，你是怎么做到的？使用模拟，因为透过模拟可以找出所有解答。透过在各处进行一些调整并增加自动化和最佳化，可以以虚拟和直观的方式查看结果，从而帮助更好地理解如何提炼出额外的 0.1%。 」


透过模拟为汽车工程师赋能

我们刚刚讨论了如何从工程方面提高效率，以及工程师如何透过模拟来突破设计极限以应对这些挑战。除此之外，还有组织内的推动，以帮助工程师进一步提高工作效率。目前，汽车行业正面临来自其他产业和其他地区寻求专业知识的巨大挑战。各地都存在劳动力短缺，在电气化方面更是如此。现在不仅仅是底特律—西海岸、得克萨斯州、科罗拉多州、华盛顿州都有各种各样的新创公司在寻找电气化专家。


如果汽车制造商不能聘请足够的工程师，他们需要想办法让他们的工程师更有效率。他们透过将自动化构建到工作流程中来实现。他们还可以提高来自不同领域的工程师和不同团队之间的协作水平，这正是 Ansys 在电气化领域多年来一直在做的事情。Ansys 已将其多物理场功能扩展到汽车结构之外，以应对涉及电磁学、控制、功能安全、可靠性、材料智能等方面的挑战。



图三 : Ansys 将多物理场功能扩展到汽车结构之外，以应对涉及电磁学、控制、功能安全、可靠性、材料智能等方面的挑战。
图三 : Ansys 将多物理场功能扩展到汽车结构之外，以应对涉及电磁学、控制、功能安全、可靠性、材料智能等方面的挑战。

Tang表示：「Ansys 不仅提供多物理场模拟功能，还提供简化的工作流程、设计自动化和最佳化、高效能运算和支持云的解决方案来协助工程团队，学习曲缐很短。因此无需花费数天或数週时间学习如何按下按钮。这就是 Ansys 在开发和应用方面一直在做的事情，以帮助汽车客户完成向电气化的过渡。」


借助模拟设计向前冲刺

应对电气化带来的非凡设计挑战需要非凡的解决方案。电动汽车领导者受益于 Ansys 在电气化动力总成系统模拟、电池管理系统、电磁干扰/电磁相容性和电动机方面的模拟解决方案，以加速和创新设计流程。