MODSIM通过轮胎工程仿真掌握可持续性

在本文中，我们将讨论仿真如何实现轮胎工程的可持续性。轮胎粉尘是颗粒物污染的重要来源，将受到下一代欧洲排放标准的监管。此外，电动汽车 （EV） 的高扭矩和高重量意味着 EV 轮胎的磨损更多。所有这些因素意味着轮胎制造商无法避免将可持续性作为设计要求。

仿真使轮胎工程师能够最大限度地提高其产品的可持续性，并确保轮胎满足所有规格。领先的公司正在使用仿真来寻找磨损、燃油效率和魔力三角抓地力之间的最佳权衡;设计智能互联轮胎，实现自动磨损监测和轮胎即服务 （TaaS）;并通过模块化轮胎设计管理其产品系列日益复杂的情况。

轮胎如何导致空气污染

当我们想到汽车造成的污染时，我们通常会想到尾气排放。但还有另一个影响惊人的污染源——轮胎。

根据伦敦帝国理工学院的一项研究，轮胎占汽车颗粒物排放量的一半以上，颗粒物是可能导致呼吸问题的微小颗粒，如烟灰和灰尘。随着汽车的行驶，轮胎会逐渐磨损，释放的微小橡胶颗粒可以被带到空气中或冲入水道，在那里它们会造成微塑料污染。

即使是电动汽车也会释放轮胎颗粒——事实上，电池增加的重量和许多电动汽车输出的高扭矩会导致轮胎磨损得更快。认识到这个问题，下一代欧洲排放标准欧 7 将考虑轮胎的排放。对于轮胎制造商来说，可持续性设计从未像现在这样重要。

提高轮胎耐磨性和燃油效率 – “魔力三角”

轮胎工程师经常谈论需求的魔力三角 - 存在于复杂权衡中的三个基本 KPI：磨损、滚动阻力和湿地抓地力。这些也可以被认为是耐用性、燃油效率和操控性。在所有条件相同的情况下，改变轮胎的材料特性以提高其耐磨性会降低其他两类的性能。

因此，轮胎工程师希望在这个三角形内进行优化——找到一种能够满足三角形所有角落要求的设计，甚至有可能将三角形的边界向外推，同时提高多个类别的性能。

通过仿真，工程师可以在致力于制造原型之前分析规划设计的潜力，包括其耐用性、燃油效率、操控性、抗穿刺性、热弹性、打滑、空气阻力等，从而可能节省开发时间和金钱，并拓宽创新视野。仿真使轮胎工程师能够探索更多的设计空间，使用自动化实验设计 （DoE） 和优化来有条不紊地搜索因素之间的最佳权衡。

模块化轮胎

为了提高燃油效率和定制乘坐体验，汽车制造商和驾驶员对精确满足其需求的轮胎的要求越来越高。随着电动汽车的兴起和电动汽车的增加，需要开发能够承受增加的重量和扭矩的新轮胎。

随着轮胎变得越来越专业，产品范围必须扩大以满足每个客户的要求。这增加了工程团队的负担，他们需要在更短的时间内开发更多的轮胎设计。从可持续性的角度来看，生产这么多轮胎原型也可能非常浪费。轮胎制造商必须管理比以往更多的库存单位 （SKU）。

模块化轮胎是解决这个问题的一种方法。团队不是从头开始设计每个轮胎，而是开发常见的轮胎零件，这些零件可以根据产品的具体要求进行混合和匹配。

轮胎的打滑模拟。

统一建模和仿真 （MODSIM） 方法可加速模块化轮胎设计。在 MODSIM 下，模块化轮胎元件可以单独设计，然后自动构建成成品轮胎产品。仿真用于优化流程每个阶段的设计，从普通胎体的初始设计到成品轮胎的最终分析。可以优化单个组件，同时考虑它们在组装轮胎中的相互作用。

互联轮胎和轮胎即服务

轮胎管理一直是车队运营的重要组成部分。在卡车运输、包裹递送、公共交通、汽车租赁和出租车租赁等行业，车辆每年行驶数万或数十万英里，运营商通常必须管理数百辆汽车。爆胎会使货物延迟数小时，甚至危及安全，因此轮胎磨损是车队经理始终关注的重点。

传统的轮胎管理方法需要定期检查和严格的更换周期。然而，这是劳动密集型的，并且需要不利的权衡——太不频繁地更换轮胎有轮胎爆裂的风险，但太频繁地更换轮胎是浪费，并导致大量停机时间。这对于拼车和物流等行业的新挑战者尤其重要，对他们来说，优化的车队管理提供了超越老牌企业的关键竞争优势。

为了提高轮胎管理效率，轮胎制造商开发了互联轮胎.其中包括监测轮胎状况的传感器和向操作员广播这些数据的天线系统。这有助于实现轮胎即服务 （TaaS） 模式，在这种模式下，轮胎制造商不是作为单一产品销售轮胎，而是作为持续订阅销售轮胎。

电磁仿真可用于开发传感器和天线，并确保它们在水、雪和泥浆等具有挑战性的条件下也能按预期运行。由 MODSIM 提供支持的多物理场仿真意味着天线和传感器的电磁分析可以在与结构和空气动力学分析相同的模型上执行，从而确保所有团队都使用相同的最新和准确的数据。

总结

轮胎中的颗粒物是空气污染的主要来源，未来的监管排放标准将要求汽车制造商在其排放数据中考虑它。此外，电动汽车往往更重、更强大，导致磨损增加。这些因素将导致轮胎制造商面临越来越大的压力，他们需要制造更耐用、更可持续的轮胎。

仿真可帮助轮胎制造商设计出满足日益严格规格的轮胎，并平衡所有权衡，包括“魔术三角”。仿真还使制造商能够开发创新的新轮胎概念，例如模块化轮胎和智能互联轮胎。通过将建模和仿真结合在一个统一环境 （MODSIM） 中，轮胎制造商可以加快开发过程并降低成本。