前言//

當(dāng)前和未來的環(huán)境法規(guī)不僅鼓勵(lì)汽車制造商生產(chǎn)更清潔、更安全的車輛，而且還會(huì)加速競(jìng)爭(zhēng)。將這些挑戰(zhàn)與新的市場(chǎng)趨勢(shì)相結(jié)合，例如數(shù)字化顛覆與越來越多的聯(lián)網(wǎng)汽車、城市化使用場(chǎng)景的變化（共享、通勤等）和越來越多的要求，使得設(shè)計(jì)車輛比以往任何時(shí)候都更加復(fù)雜。

由于優(yōu)先的屬性不可避免的存在相互沖突，包括創(chuàng)新步伐和提高能效要求與駕駛性能或舒適性等相反屬性，OEM被迫大幅重新思考他們的設(shè)計(jì)方法。

考慮到上述所有要求，不再可能通過單獨(dú)的物理測(cè)試來評(píng)估多種車輛架構(gòu)的性能，因此完全從物理原型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向虛擬原型設(shè)計(jì)是減少開發(fā)時(shí)間和工程成本的關(guān)鍵。

開發(fā)車輛及其子系統(tǒng)的數(shù)字雙胞胎能夠在開發(fā)的早期階段虛擬定義車輛的架構(gòu)。它使達(dá)到最佳狀態(tài)成為可能，在性能和能效目標(biāo)之間取得平衡，并限制物理原型的數(shù)量。

選擇集成了一體化仿真的方式

借助于仿真驅(qū)動(dòng)的開發(fā)方法，可以基于數(shù)字化探索各種架構(gòu)和配置，甚至在車輛原型出現(xiàn)之前就以高效且經(jīng)濟(jì)高效的方式在沖突屬性之間找到最佳平衡點(diǎn)。

西門子工程服務(wù)團(tuán)隊(duì)，基于西門子Simcenter的一整套仿真與測(cè)試的聯(lián)合解決方案，支持開發(fā)周期內(nèi)的所有階段，具有數(shù)字化連續(xù)性的跟蹤車輛的節(jié)能情況。并為仿真工程師提供了相應(yīng)的系統(tǒng)仿真，CAE和CFD工具及工程服務(wù)組合，以提供從能量管理的基準(zhǔn)測(cè)試和目標(biāo)設(shè)定以及到設(shè)計(jì)部分的探索與研究。

利用高效的一體化的仿真+測(cè)試整體解決方案，并結(jié)合了可擴(kuò)展的建模方法，用戶可以跟蹤從早期概念到后期改進(jìn)階段的車輛燃油經(jīng)濟(jì)性。

加速多個(gè)領(lǐng)域的工程決策

利用Simcenter解決方案，可以通過在廣泛領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新來輕松探索、設(shè)計(jì)、分析和改進(jìn)車輛能源管理 (VEM) 和燃油效率，諸如：

1.       動(dòng)力總成設(shè)計(jì)

2.       汽車電氣化和混合動(dòng)力

3.       車輛熱保護(hù)

4.       駕駛艙及熱舒適性

5.        外部空氣動(dòng)力學(xué)

01、動(dòng)力總成設(shè)計(jì)

優(yōu)化動(dòng)力總成系統(tǒng)和子系統(tǒng)的性能和排放是汽車制造商必須開始考慮和要面對(duì)的問題。Simcenter 解決方案使在整個(gè)開發(fā)過程中預(yù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)探索、驗(yàn)證和集成成為可能。它支持機(jī)電系統(tǒng)在不同開發(fā)階段的多屬性性能的工程設(shè)計(jì)，從需求捕獲和目標(biāo)設(shè)定、架構(gòu)選擇和評(píng)估以及動(dòng)力總成子系統(tǒng)的詳細(xì)工程到動(dòng)力總成集成和控制驗(yàn)證。

雖然近年來乘用車電氣化趨勢(shì)愈發(fā)明顯，但內(nèi)燃機(jī) (ICE) 在未來幾十年仍將發(fā)揮重要作用，無論是作為傳統(tǒng)或混合動(dòng)力汽車的主要?jiǎng)恿碓吹囊徊糠郑€是作為增程器的輔助能源。在許多情況下，傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的創(chuàng)新意味著技術(shù)復(fù)雜性的增加，而替代技術(shù)意味著迫切需要使用快速系統(tǒng)開發(fā)來消除不確定性。使用Amesim軟件和STAR-CCM+軟件等 Simcenter 解決方案，可以微調(diào)和優(yōu)化空氣路徑和充電系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和排氣后處理，以滿足實(shí)際駕駛排放標(biāo)準(zhǔn) (RDE) ) 和全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試程序 (WLTP)。

改善車輛能量管理的另一種方法是聚焦于變速器設(shè)計(jì)。在Amesim 中使用可擴(kuò)展模型使能夠準(zhǔn)確地再現(xiàn)高頻和非線性現(xiàn)象。任何類型的變速器都可以建模并與 ICE 和車輛模型相結(jié)合，因此用戶可以研究相互作用并將對(duì)駕駛舒適性的影響降至最低。

02、車輛電氣化與混合動(dòng)力

除了對(duì)傳統(tǒng)車輛進(jìn)行改進(jìn)外，混合動(dòng)力也越來越多地解決了實(shí)現(xiàn)排放和油耗監(jiān)管目標(biāo)的挑戰(zhàn)。為了回答有關(guān)混合動(dòng)力和電氣化的所有問題，Simcenter 工具可以以虛擬方式支持工程師評(píng)估和驗(yàn)證電池、燃料電池、電機(jī)和電力電子設(shè)計(jì)選擇?？梢暂p松調(diào)整電池組尺寸、設(shè)計(jì)冷卻子系統(tǒng)、優(yōu)化控制策略、減少燃料消耗或最大化范圍。

03、車輛熱保護(hù)

設(shè)計(jì)部門需要確保部件在早期階段能夠在惡劣的操作條件下工作。系統(tǒng)分析可以幫助確定需要多少冷卻空氣或哪種冷卻系統(tǒng)。而隨著設(shè)計(jì)的成熟，測(cè)試需要確認(rèn)每個(gè)組件都在要求的范圍內(nèi)運(yùn)行。這包括測(cè)試數(shù)千個(gè)組件，這些組件的材料特性和關(guān)鍵操作條件各不相同。在設(shè)計(jì)周期中越早在具有代表性環(huán)境中對(duì)這些組件進(jìn)行虛擬測(cè)試，成本就越低。

此外，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的熱瞬變（30至90分鐘視情況而定）。這有助于在設(shè)計(jì)過程的早期完成對(duì)臨界條件（例如浸泡條件）的模擬。以前，大多數(shù)OEM更多地依賴于純物理測(cè)試來確定熱故障，當(dāng)故障發(fā)生在設(shè)計(jì)過程的后期時(shí)，這種方法的成本更高時(shí)間也更長(zhǎng)。通過獲取有關(guān)熱點(diǎn)的信息，可以將氣流引導(dǎo)到關(guān)鍵區(qū)域，或者可以根據(jù)需要添加隔熱罩。它允許在優(yōu)化成本的同時(shí)確保熱保護(hù)。

04、駕駛艙及熱舒適性

熱管理不僅對(duì)部件可靠性和系統(tǒng)安全性至關(guān)重要，而且對(duì)性能（熱機(jī)、電機(jī)、電池等）、油耗（最佳溫度下的最高效率）、排放（后處理裝置）和乘客熱舒適性也至關(guān)重要 . Simcenter Amesim 提供了一套全面的仿真模型，因此您可以輕松準(zhǔn)確地仿真空調(diào)系統(tǒng)與各種冷卻系統(tǒng)和機(jī)艙之間的相互作用，尤其是在熱損失可忽略不計(jì)的高效發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)汽車的情況下。不同的分析功能使能夠根據(jù)特定操作條件下的加熱/冷卻策略和驅(qū)動(dòng)循環(huán)詳細(xì)研究整個(gè)系統(tǒng)的行為。例如，可以通過模擬每個(gè)子系統(tǒng)（如分體冷卻、儲(chǔ)能罐、材料變化或電動(dòng)泵）的拓?fù)湫薷牡挠绊?，虛擬地開發(fā)增強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱策略。

對(duì)于電動(dòng)汽車而言，為駕駛室舒適度而設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)及其控制邏輯變得更加關(guān)鍵。例如，設(shè)計(jì)人員需要權(quán)衡乘客舒適度（加熱/冷卻）、電池系統(tǒng)熱管理和車輛行駛里程之間的正確權(quán)衡。仿真使設(shè)計(jì)人員能夠改進(jìn)這種權(quán)衡，同時(shí)最大限度地減少熱子系統(tǒng)損失（熱傳遞、壓降、機(jī)械效率等）。

05、外部空氣動(dòng)力學(xué)

傳統(tǒng)上，外部設(shè)計(jì)的美感決定了市場(chǎng)吸引力。但隨著政府對(duì)油耗的嚴(yán)格監(jiān)管以及延長(zhǎng)電動(dòng)汽車行駛里程的努力，外部空氣動(dòng)力學(xué)開始在減少能量損失和決定汽車吸引力方面發(fā)揮重要作用。在高速行駛時(shí)，空氣阻力是車輛最大的能源消耗。此外，車輛的空氣動(dòng)力學(xué)特性需要驅(qū)動(dòng)空氣來冷卻動(dòng)力總成和關(guān)鍵部件，同時(shí)保持前后輪之間的下壓力平衡以改善車輛操控性。

為了設(shè)計(jì)生產(chǎn)更為節(jié)能汽車，設(shè)計(jì)師需要權(quán)衡設(shè)計(jì)風(fēng)格、汽車阻力、冷卻性能和駕駛穩(wěn)定性。格柵百葉窗正變得越來越普遍，以幫助減少高速行駛時(shí)的阻力。為此，了解空氣動(dòng)力學(xué)裝置打開和關(guān)閉時(shí)的控制邏輯變得至關(guān)重要。西門子Amesim 提供了一個(gè)系統(tǒng)模型，可幫助運(yùn)行長(zhǎng)駕駛周期的場(chǎng)景，并定義用于打開和關(guān)閉設(shè)備的控制邏輯。 Simcenter STAR-CCM+ 提供車輛阻力輸入，具體取決于主動(dòng)流設(shè)備的配置。它還有助于評(píng)估駕駛過程中發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的熱環(huán)境，以確保將足夠的冷卻空氣驅(qū)動(dòng)到正確的位置。

總結(jié)

Summary

整車能量管理（VEM）作為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到了多個(gè)諸如能耗，熱管理，空氣動(dòng)力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。西門子工程服務(wù)團(tuán)隊(duì)借助西門子Simcenter強(qiáng)大而高效的工具，融合多年的工程服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，通過一體化的解決方案從整車到零部件再到多屬性平衡，圍繞實(shí)際需求建立仿真思路及測(cè)試方法，并不斷的優(yōu)化方案，為OEM及零部件供應(yīng)商找到一個(gè)高效的平衡點(diǎn)。