电动汽车设计中的CAE仿真技术应用

1、电动汽车是由几千个零部件组成的复杂产品，在设计和研发过程中涉及到流体、 结构、温度、电磁和控制等多个领域的复杂多物理场问题。随着CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与传统的试 验和设计经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研 发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。多物理场仿真技术在电动汽车设计中有着广泛应用，主要领域包括：1 .新能源动力电池2 .电机及电驱动系统设计分析3 .电子系统SI/PI/EMC分析4 .空气动力学分析5 .空调及热管理6 .传动系统7 .制动系统8 .汽车车灯9 .其它零部件及子系统【三yw

2、 iv酎久性5iE 口出 r， rviaMwellMeLlinlMll说盟1. Mech*nkal 家 LSDVHA I. n tode Design Lif e4. MflD/MecurL)roFLOWN LX ANSVCFD Slmplnrer二1g打1安世亚太新能源汽车解决方案履M亮：轻量化设it 悔髓严品设计与优化 Mctdflow /Folyflow1 .新能源动力电池新能源动力电池是新能源汽车的三大核心技术之一。 CFD数值模拟方法可以在电 芯的电化学过程模拟、电池单体的发热特性模拟、电池组及电池包的热设计、 PEMFCffi SOFC然料电池的研发等领域中发挥重要的作用。电芯放电

3、过程中瞬态电极锂离子浓度分布串联电芯在固定倍率放电时的瞬态温度结果LZCei X ：F*二二1 qxi工 4r卜工 北望mH3 06r=*寸 ”心！ ：| j_ : / r ： 匕。*3G 之无学4 C.在加 1工事应3CBEt.XflON 之 gV4 G.xri-xOrrbjol 柏ug 随3gmlt*( *闾启a am 二U LirhT 后np. a，啊0lj;,3!； 2T%邕21？ 3L2RK4】一.电3 3k纯 怎眄E用j I5S*：V (319一二电? |附 x箱取龊 温防广?2IBek：2S Irt-BWC42XSSrhig 打在*力川映七中E57E：总 riffle ?3出_K

4、 cl !1| 匚 他-pSrdijn ikiMR咕匐05LLI1 F ； I 4 5 klM I I .3G ei- 36?8 gEZGe：,Q E。A0iE.oa=-J7 hfT.n r.raiT0*” FHeQ tl事川EJJHb 4川 iJOUB J&BrflE.：as-L-CjcnKPjrSrO-3JtWT150tNorj b.闻E pLlEMTfii? rfi 唧皿电池包散热分析结果：电池单体表面的对流换热系数分布PEMFC燃料电池的仿真分析结果：表面温度及H2浓度分布云图作为电动汽车能量供给的关键设备， 电池包的结构设计应尽可能高效和轻便，并在保证存放空间合理布局的基础上，满足多

5、变运行环境和行驶工况下的机械承受、 工作安全性、可靠性及使用寿命要求。禾I用ANSYS Mechanic龈LS DYNAT以对 电池包的安全性和耐久性做充分验证。电池包振动分析2 .电机及电驱动系统设计分析电机设计是一个复杂的多物理场问题，它涉及到电磁、结构、流体、温度和控制 等多个领域。ANSYSI供集成化设计解决方案和流程，主要包括：电机快速设计 和方案优选；电机电磁场有限元精确优化设计； 电驱动系统集成化设计；电机电 磁、热耦合分析；电机电磁、控制、振动、噪声耦合分析。HFSS, Q3D,SIWaveSimplorerSCADE Suite控翦系抗设计SCADE:G寄生参数提取RLCGC

6、FDL幅分所atrmetncsANSY就缝集成的电机设计多物理场解决方案Mechanical德席将分析MaxweH用氏场育限元分析电机的电磁、流体、热耦合分析H43初JL1噌hL4.- 5 4b3 ITo?口,服1阳&I0GlBP怛-L Rii-*1IJ .MF 基于Maxwell的电机齿槽转矩、气隙磁密、磁钢大小多目标组合优化h; -nr (Alinr- fji* 口修介*4，T闻u-TMl 单 HmoLT-1|叩I. I- r . Fir博tiIn ehrLJ FJCJI向有g行 cl,Lj ralic r eij.HhdPh,mw& IT.,通与L ifEITi* 9戟叼吁力尸办刑儿叱*

7、 Kfa? rra工&F _Q；EOW 一而I “ E U” r p10L Sriifl 崎4，rinp1 , T； -3fijKkLkLLLL班HXJBDOD 8000 IK0口 120CG LWDQ 1ECDD 1BDDQAAi口 BE 68二SQ1Speed rpmH -性苜k Res&orsi川G 楠 11口14皿 r e y：5 u：r 15MToolkit可一键输出的效率Map图电机电磁-振动-噪音分析3 .电子系统SI/PI/EMC分析部件级Q3Dq yPC0器扰与系杭圾SimplortrANSY5 Workkxnch嚷福,史与第三方CADSiANSYS电机设计解决方案可解决电驱

8、动系统电磁兼容设计问题，包括：部件级、 设备级和系统级的电磁干扰和电磁兼容设计问题。ANSYS解决方案可以仿真分析能够得到线缆间的用扰、线缆的辐射干扰等特性, 并能够得到任意位置的干扰电流和电压，依此对系统内线缆布局方案进行优化。基于HFSS的线缆辐射干扰分析：不同绕制方式机箱周围的三维电场分布图E Field5V_per_3.L.9片草号i.0e-eci2 6.16246-003 d. 由3 1,驯8如-003 1.095SeM30 BC附|事00、 3,1t 时市TSO/ 1. S孙书邛 L.aegi-eoM S.ie2e-Q5 3.46E7e-00S 1.97电事七-MM 工心5H 0S

9、5 6.1B2Se-O0 au麻鼻7看.0fl值车门内的电缆辐射发射分析PowerSpectrum (MHi) (W) 115.70247932308.359536E fte d at Im(V/mJ10.3S553171基于HFS%链接的IGBT辐射干扰源对整车系统的电磁干扰分析ANSYS HFSS解决电动汽车设计中常见的天线布局分析、天线装配性能分析、静电放电及雷击浪涌问题、以及从部件到整车级的电磁兼容仿真分析。天线装配性能仿真整车电磁兼容仿真4 .空气动力学分析气动性能分析是从空气动力学角度分析汽车动力性、经济性和操作稳定性，这是 CFD数值模拟方法在汽车设计中最成熟的应用方向。CFD数

10、值模拟方法与传统的风洞试验相比，不再局限于测量有限个点处的空气流 动属性，而是直接获得整车附近完整空间的流动属性， 从而可以让设计者获知一 些复杂的空气流动现象，为气动减阻、降噪等问题提供帮助。车身附近的流线图车身表面的压力分布云图及车身附近的湍流动能等值面图da-1 1-1 日看UiK-riiEk fR.Ln 1FUJfKT MQfl WQpi-M 国争中典后视镜原始设计和改进设计的气动噪声结果5 .空调及热管理空调系统是汽车不可缺少的部分，好的空调系统不仅噪音低，制冷/制热效果好， 而且燃油消耗低，除霜除雾效果好。通过对空调系统进行CF躁值模拟分析，可 以为优化风道设计、改进除霜除雾性能以

11、及提升乘员舱热舒适性提供依据。MlZ i除霜分析：不同时刻的霜层厚度分布云图9 rill!-OFg MJ_0 占S.iy OS3巡0$H F-3Q 9lX03JOe-Qf8 22b 能061 SfiXF除雾分析：某时刻的雾层厚度分布云图乘员舱舒适性分析：舱内的流线图勒班.结畅,电电池电化学.温度、翻工培构分析纯电动汽车制冷循环热管理-Flownex 一维仿真系统及三维耦合6 .传动系统汽车动力传动系统起着功率传递的功能， 基本部件均属高强度部件，具包含的零 部件主要有：变速箱、离合器、万向节、主减速器、差速器、半轴、液力耦合器 与液力变矩器等。安世亚太的ANSYSZ及MBD for ANSY效解决齿轮的轮滑、传 动、强度、疲劳等评估提供了良好的工具。差速器的润滑仿真：实验和仿真结果对比差速器和润滑油之间、润滑油和箱体之间的换热系数结果基于MBD for ANSYS的齿轮传动分析7 .制动系统制动系统由操控系统、液压系统和助力系统组成，它是汽车上最主要的安全装置之一。其整体性能对汽车的操作稳定性及人员的安全性都有着直接的影响。制动系统的设计研发主要集中在制动器、 调整臂、真空助力器、阀类控制及保护等部 件，在CAE分析中通常需要关注这些结构的强度和变形分析、振动和噪声分析、 疲劳寿命分析、温度场分析、热应力分析等。制动尖叫仿真分析制动器温度场分布制动器空气流场分布8