在新能源汽車(chē)研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般對(duì)整車(chē)結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度、碰撞、NVH以及耐久等性能都有明確的要求，CAE仿真在新能源汽車(chē)研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了機(jī)械、流體動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電氣和電磁等領(lǐng)域，主要解決電氣傳動(dòng)系統(tǒng)單個(gè)部件：電池組、牽引電動(dòng)機(jī)、電力電子器件等的開(kāi)發(fā)問(wèn)題，以及子系統(tǒng)之間的集成和電磁干擾、復(fù)雜電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，此外還有新能源汽車(chē)NVH特性、輕量化、安全性等性能分析優(yōu)化。

CAE分析在新能源汽車(chē)研發(fā)中的作用概括如下：（1）增加設(shè)計(jì)功能，借助CAE分析計(jì)算，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，減少設(shè)計(jì)成本；（2）縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期；（3）CAE分析起到的“虛擬樣機(jī)”作用替代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中資源消耗極大的“物理樣機(jī)驗(yàn)證設(shè)計(jì)”過(guò)程，虛擬樣機(jī)作用能預(yù)測(cè)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的可靠性；（4）采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳方案，降低材料的消耗或成本；（5）在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題；（6）模擬各種試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)；（7）進(jìn)行機(jī)械事故仿真分析，查找事故原因。

本文將從以下6個(gè)案例介紹CAE仿真在新能源汽車(chē)研發(fā)中的應(yīng)用。

1、電池組仿真分析

電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常非常復(fù)雜，其中包含螺栓、支撐結(jié)構(gòu)、銅片等細(xì)節(jié)，而熱分析中所需要的關(guān)鍵部位，如換熱流道、電芯等是包裹在這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)下，需要提取出來(lái)以供CFD計(jì)算。

利用CAE技術(shù)對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行仿真分析主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）電池組熱管理：建立虛擬的電池組和散熱通道的三維模型，在此基礎(chǔ)上分析散熱效果并對(duì)不同方案進(jìn)行對(duì)比和優(yōu)化，取代了試驗(yàn)方法，大大提高了設(shè)計(jì)效率；

（2）電池的機(jī)械性能分析：仿真模擬碰撞，碾壓，針刺對(duì)電池的影響；

（3）電池的電性能分析：研究過(guò)充/過(guò)放，大電流，充/放，外部短路對(duì)電池的影響；

（4）電池的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析：研究電池組的振動(dòng)、耐久性和疲勞壽命。

2、電動(dòng)機(jī)仿真分析

利用CAE技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行仿真分析主要包括以下幾個(gè)方面：（1）電磁設(shè)計(jì)優(yōu)化：計(jì)算轉(zhuǎn)矩曲線，優(yōu)化電磁參數(shù)；（2）熱分析：設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)，防止熱損耗；（3）振動(dòng)分析：降低電機(jī)噪聲；（4）系統(tǒng)集成：優(yōu)化電動(dòng)機(jī)及控制器；（5）結(jié)構(gòu)耐久性分析。

基于CAE的電機(jī)仿真應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）性能評(píng)估與優(yōu)化：模擬不同負(fù)載和工況下電機(jī)的運(yùn)行情況，通過(guò)仿真分析電機(jī)的性能特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)和控制策略，以提高效率和穩(wěn)定性。

（2）控制算法驗(yàn)證：提供了一個(gè)低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的平臺(tái)，用于測(cè)試不同控制策略，確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。

（3）故障分析與預(yù)測(cè)：模擬電機(jī)在不同故障模式下的運(yùn)行情況，分析了解故障產(chǎn)生的原因和影響，有助于制定更準(zhǔn)確的維護(hù)計(jì)劃，提前預(yù)防潛在問(wèn)題。

3、電力電子器件仿真分析

在新能源汽車(chē)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，電力電子器件精確地控制著蓄電池與牽引電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)之間的能量傳輸，并根據(jù)路況和駕駛員指令做出邏輯判斷來(lái)調(diào)節(jié)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)。電力電子器件根據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)到的位置、速度、溫度等反饋信號(hào)，嚴(yán)格控制著蓄電池提供給牽引電動(dòng)機(jī)的電能。

利用CAE技術(shù)對(duì)電力電子器件進(jìn)行仿真分析主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）控制邏輯優(yōu)化：在不同驅(qū)動(dòng)工況下，優(yōu)化電氣 傳動(dòng)動(dòng)力集成部件及系統(tǒng)；

（2）熱管理：電磁損耗散熱方式和路徑設(shè)計(jì)；

（3）熱應(yīng)力分析：優(yōu)化由熱應(yīng)力和電磁力產(chǎn)生的機(jī)械形變問(wèn)題。

基于CAE的電力電子器件仿真應(yīng)用如下：

（1）電力電子器件熱分析：利用電子熱流分析工具，指定電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中主要熱源（電子控制器件和電機(jī)的載流部件）的幾何尺寸，通過(guò)單獨(dú)添加系統(tǒng)中關(guān)鍵點(diǎn)上的每個(gè)熱源，同時(shí)還考慮空氣流通量和傳導(dǎo)熱量的影響，以及參數(shù)化分析，可處理數(shù)據(jù)并生成等效熱模型，利用這些熱模型可確定電力電子器件整體溫度分布以及溫升性能參數(shù)，例如：從電池獲得多少電能才能保證溫度不超過(guò)影響某電子器件性能的限定值。

（2）汽車(chē)車(chē)燈CAE分析：主要包括車(chē)燈內(nèi)的散熱分析、結(jié)露分析和結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分析、車(chē)燈振動(dòng)強(qiáng)度分析及模具設(shè)計(jì)的注塑工藝分析等。

4、電磁兼容仿真分析

以EV/HEV電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例：牽引電機(jī)高速運(yùn)行，大功率IGBT以幾十KHz頻率開(kāi)關(guān)所導(dǎo)致的各種高低頻電磁干擾將直接影響各種控制信號(hào)檢測(cè)和傳導(dǎo)；線纜、IGBT、母排、PCB關(guān)鍵路徑走線等寄生參數(shù)也會(huì)直接影響各種功率和控制信號(hào)的傳導(dǎo)；PCB控制板級(jí)信號(hào)串?dāng)_和電磁輻射干擾；各種車(chē)載電磁設(shè)備分布在有限的車(chē)體空間內(nèi)，相互之間也存在電磁干擾，影響設(shè)備的性能；車(chē)載各種高低頻感應(yīng)、輻射和傳導(dǎo)干擾不僅會(huì)影響電磁設(shè)備的性能，而且容易導(dǎo)致控制系統(tǒng)誤動(dòng)作或失控，影響整車(chē)運(yùn)行性能，甚至造成故障和事故。

在樣機(jī)制造之前進(jìn)行電磁兼容分析，減少電磁兼容的測(cè)試。主要對(duì)汽車(chē)電機(jī)、母排、控制器等重要部件的電磁兼容進(jìn)行分析。

5、汽車(chē)輕量化仿真分析

輕量化一直是汽車(chē)研發(fā)中重要的一點(diǎn)，可以提升汽車(chē)動(dòng)力性能和操控性、減少能源消耗和排放物。

基于輕量化仿真需求，通過(guò)將材料的各項(xiàng)特性準(zhǔn)確的映射到結(jié)構(gòu)分析CAE模型中，可提升計(jì)算結(jié)構(gòu)CAE的求解精度，提高驗(yàn)證可靠性；降低產(chǎn)品重量，節(jié)約材料成本；降低產(chǎn)品厚度，加快生產(chǎn)效率。通過(guò)虛擬驗(yàn)證替代試驗(yàn)驗(yàn)證，縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約大量開(kāi)發(fā)成本，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

6、噪聲仿真分析

（1）氣動(dòng)噪聲仿真分析

仿真計(jì)算分析計(jì)算空調(diào)通風(fēng)口、管道流動(dòng)、換熱風(fēng)扇、車(chē)身外部氣動(dòng)噪聲、排氣管等氣動(dòng)噪聲。車(chē)載空調(diào)對(duì)車(chē)內(nèi)乘車(chē)環(huán)境有重要影響，傳統(tǒng)的通風(fēng)、溫度控制等功能是汽車(chē)空調(diào)行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、氣動(dòng)等噪聲源的降低，空調(diào)噪聲對(duì)乘客艙內(nèi)舒適性有越來(lái)越重要的影響。

（2）整車(chē)聲學(xué)仿真分析

先對(duì)車(chē)內(nèi)聲空間與車(chē)身剛體結(jié)構(gòu)使用結(jié)構(gòu)軟件提取模態(tài)，對(duì)于高阻尼與吸聲材料，使用物理坐標(biāo)建模。CAE軟件將吸聲材料投射于車(chē)身以及車(chē)內(nèi)空間模態(tài)基上，流固耦合并建立物理坐標(biāo)與模態(tài)坐標(biāo)的混合模型進(jìn)行聲學(xué)計(jì)算。

（3）內(nèi)飾件聲學(xué)仿真分析

CAE能夠建立包含內(nèi)飾件的汽車(chē)部件模型或整車(chē)模型，評(píng)價(jià)內(nèi)飾件隔聲、隔振效果，幫助工程師進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）輪胎噪聲仿真分析

基于CAE的輪胎噪聲分析包括：不同輪胎紋理噪聲頻譜特性分析、輪胎噪聲喇叭口效應(yīng)分析、低噪聲路面對(duì)輪胎噪聲影響分析、輪胎噪聲耦合模型分析等。

CAE仿真技術(shù)在新能源汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中將扮演著至關(guān)重要的角色，汽車(chē)工程師利用CAE仿真技術(shù)研究各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)整車(chē)性能的影響效果，以及各參數(shù)之間相互影響規(guī)律，從而在最短周期內(nèi)研制出高質(zhì)量、可靠穩(wěn)定的新能源汽車(chē)。從而改進(jìn)能源效率、減少碳排放、提高電池壽命和車(chē)輛性能，促進(jìn)新能源汽車(chē)的創(chuàng)新和性能優(yōu)化，降低開(kāi)發(fā)成本。