通过SIMULIA仿真重新定义车辆推进

SIMULIA 很高兴能与行业领导者合作，因为他们利用仿真功能来加快开发周期并推动转型。今天，我们很荣幸地邀请到福特汽车公司电气化系统工程计算机辅助工程 （CAE） 技术负责人 Mikhail Ejakov，他将介绍他如何利用仿真来支持向电动汽车的过渡。

汽车行业正在发生一场革命，制造商竞相用性能同样出色的电动汽车取代市场领先的内燃机 （ICE） 汽车。有远见的汽车制造商已经踏上了实现这一目标的转型之旅，许多汽车制造商已承诺在短短几年内实现全电动化。随着监管机构的压力越来越大，以前所未有的速度将有竞争力的新车和技术推向市场的竞争已经开始。

“例如，欧洲监管机构将在 2035 年之前禁止销售配备内燃机的新车，”福特汽车公司电气化系统工程 CAE 技术负责人 Mikhail Ejakov 说。“对于成熟、先进的 ICE 汽车公司来说，开发复杂的新型电动汽车的时间非常短。”

拥抱构造转变

所有这些都促进了创新，创造了一个 Ejakov 将环境比作该行业的早期。

“电动汽车在 ICE 之前就已经存在，在 1900 年代初期的一段时间内，尚不清楚哪种技术将成为道路车辆的主要推进方法，”Ejakov 说。“现在这个行业正在发生类似的事情。我们正在旅途中，我们不知道我们最终会去哪里——但我们知道我们会去某个地方。

过渡到电动汽车似乎很简单，只需将内燃机 （ICE） 换成电动动力总成即可。但对于像福特这样花了几十年时间在 ICE 汽车领域建立全球领导地位的汽车制造商来说，向电动汽车的过渡是一项艰巨的任务。

“这将是一个巨大的结构性转变，”Ejakov 说。“多年来，业内许多人都投入了大量精力来开发非常高效、实用、可靠和方便的 ICE 汽车。现在，我们正在从这个竞争激烈、非常先进的舒适区转移到一个新的和不同的地方。我们的车辆没有发动机和汽油或柴油燃料，而是带有电动机和电池的车辆。整个技术正在发生变化，这改变了客户使用车辆的方式以及他们驾驶和享受车辆的方式。这不是简单地拆除传统的推进系统并安装新的系统的情况。现在，就变化而言，一切都摆在桌面上。

拥抱这种转变将带来机遇和技术挑战。

“目前尚不清楚获胜的技术是什么，”Ejakov 说。“人们认为你只需要一个电池和一个电动机，但这些术语是通用的。他们错过了有关您要制造的特定电机的所有细节。例如，您希望如何设计逆变器？您需要包含哪些具体功能？需要哪些架构、部件和子系统？那么，您想要什么类型的电池，以及如何以及将其安装在车辆中的哪个位置？您需要查看主要功能，但所有这些其他事情也需要注意，因为车辆需要是一种便捷的交通方式，同时也是高效和安全的。所有这些事情都必须从头开始考虑和设计，以便与留下来的元素一起工作。

几十年来不断完善的 ICE 车辆为成功设定了很高的标准。

“在电动汽车中，便利性转化为续航里程和充电时间——为车辆充电需要多长时间以及一次充电可以行驶多远，”Ejakov 说。“这是电动汽车面临的最大便利性挑战之一，因为传统汽车非常出色。在加油站给一辆 ICE 汽车加油需要五分钟，而且这种燃料中的能量是巨大的。

但是，除了方便实用之外，每辆电动汽车还必须具有成本效益。“传统 ICE 汽车的价格所获得的价值令人难以置信，电动汽车需要与之竞争，”Ejakov 说。

基本解决方案集

仿真是直面电气化系统工程的机遇和挑战的关键。Ejakov 使用 SIMULIA 解决方案已经有一段时间了，他的旅程始于 Abaqus（一个有限元基础软件包）。

“我选择 SIMULIA 的一个原因是公司员工的技术能力和他们开发的产品，”Ejakov 说。“我们正在寻找市场上可用的最佳功能，而这正是 SIMULIA 在许多领域提供的功能。”

除了 Abaqus，Ejakov 还重点介绍了 SIMULIA 的 Isight 解决方案，该解决方案允许用户在仿真流程中组合多个跨学科模型。

“仿真是工程流程中不可或缺的一部分，”Ejakov 说。“我们正在应对复杂的科学和工程挑战;每当我们解决一个复杂的问题时，我们都会进行模拟。要设计一个系统，你需要了解它是如何工作的，并能够对它进行建模，因为你不能只通过硬件试验来完成。

模拟实战

仿真使 Ejakov 和他的团队能够提炼特定领域中存在的知识和专业技能。例如，电动汽车工程需要了解在 ICE 动力总成中不起作用的系统和物理学。

“在电动汽车工程中，有一些传统动力系统不存在的新领域，例如电磁场，”Ejakov 说。“仿真帮助我们理解这些并围绕它们进行设计。”

然后是所有车辆工程中常见的更熟悉的挑战。

“了解和测试更传统的问题（如耐用性、振动和热管理）也很重要，”Ejakov 说。“同样，你需要对系统进行建模，因为你必须围绕这些事情进行设计。你需要找到新的权衡，新的最佳空间，并确保一切像发条一样运转。

理解是这一切的关键词。所有汽车制造商都在一定程度上使用仿真，但那些取得最大成果的汽车制造商都投入了时间来准确了解它能做什么。

“人们认为仿真很容易——你只需按下一个按钮，一个解决方案就会神奇地弹出来，”Ejakov 说。“但这项业务没有魔法。要了解什么是仿真以及仿真可以做什么，需要做很多艰苦的脑力工作。然后，当它工作时，它看起来确实像魔术一样，因为模拟和动画非常令人印象深刻。

拓展视野

随着传统汽车公司向电动汽车过渡，他们也敏锐地意识到需要加速创新并确保他们的产品脱颖而出。这是一个竞争激烈的环境，超越了任何单个组织。

“汽车行业是一个由汽车公司、供应商、供应商和其他公司组成的复杂生态系统，”Ejakov 说。“我个人认为这可能是最先进、最具竞争力的行业。当然，机械工程和电气化市场竞争非常激烈。

这个庞大而复杂的行业正在以如此快的速度转型，以至于很难准确预测几十年后它会是什么样子。但可以肯定的是，等待是值得的。

“没有人知道 20 年后这个行业会是什么样子，因为它是一个非常广阔、开放的空间，”Ejakov 说。“我知道的一件事是它会很有趣。我们正处于一段激动人心的旅程的开始，我们还有很长的路要走。我们的确切路径和最终目的地可能会让我们所有人都感到惊讶。