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如何通過仿真優(yōu)化電動汽車的電能消耗
2025-01-15 09:55:51· 來源：ESI集團
如何通過仿真優(yōu)化電動汽車的電能消耗隨著智能電動車的普及，運行中的車輛對電的消耗更增。制造商需要優(yōu)化電動汽車的能源消耗，保證行駛里程。一種方法是通過減少
如何通過仿真優(yōu)化電動汽車的電能消耗
隨著智能電動車的普及，運行中的車輛對電的消耗更增。制造商需要優(yōu)化電動汽車的能源消耗，保證行駛里程。一種方法是通過減少車身和裝飾來減輕整體重量。ARRK通過采取不同的方法，節(jié)省了30％的質(zhì)量。是如何做到的呢？
為什么復(fù)合材料對電動汽車市場很重要？
車身整體減重是優(yōu)化電動汽車能耗、減少運營消耗的關(guān)鍵?？梢酝ㄟ^多種措施使結(jié)構(gòu)、車身和內(nèi)飾降低總量，但研發(fā)人員很少針對動力總成減重。
在ARRK，我們致力于減輕動力總成的重量。我們研究了用低密度材料代替鋁外殼材料來優(yōu)化典型的兩級電傳動的重量。碳纖維增強熱塑性材料提供了機械性能和快速制造工藝的良好組合，但要達到齒輪箱的耐久性和聲學(xué)預(yù)期所需的剛度（尤其是在高于100°C的溫度下），對復(fù)合材料來說是一項挑戰(zhàn)。
電動汽車動力傳動系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)？
電齒輪箱的功能復(fù)雜性比傳統(tǒng)變速箱低，因為齒輪的數(shù)量現(xiàn)在要低得多。傳統(tǒng)車輛有多達7個傳動比，而電動車輛只有一到兩個。
對電動變速箱來說，最具挑戰(zhàn)性的是艙內(nèi)聲環(huán)境控制。燃油車的內(nèi)燃機會淹沒變速箱的工作噪音，而現(xiàn)在的電動引擎是靜音的。這使得變速箱聲學(xué)占主導(dǎo)地位，尤其是在低速情況下。變速器本身的聲音，通常帶有低沉的嗚嗚聲，需要控制以降低乘客的不適。
理想的變速箱，不會因傳遞的載荷而變形。但在現(xiàn)實中，軸承會發(fā)生位移，導(dǎo)致軸上齒輪的運行位置發(fā)生變化。用新的外殼材料替換原來的鋁變速箱，而維持相同或更好的剛度，這是一個挑戰(zhàn)。中間軸和輸出軸的軸偏差和軸傾斜誤差必須保持在鋁殼的同一水平或更低。
ARRK是如何解決這一挑戰(zhàn)的？
在本次項目中我們用纖維增強熱塑性材料取代了電動變速器的鋁外殼材料，不會對內(nèi)部零件有其他變動。
使用短纖維增強熱塑性材料（含短切玻璃纖維的PPA材料）以及復(fù)合材料片材（雙軸碳纖維織物和聚酰胺熱塑性基體）進行過模壓。鋁嵌件作為軸承座，確保將軸承載荷傳遞到奧爾加諾板中，并減少齒輪嚙合的偏差。附加的注塑肋和單向帶保證了剛度要求。
通過ARRK P+Z(德國實體)和ARRK Shapers(法國實體)共同努力，展示了ARRK產(chǎn)品開發(fā)小組開發(fā)零部件、制造工具、建立生產(chǎn)流程和批量生產(chǎn)的能力。德國實體負(fù)責(zé)研發(fā)，法國實體建立生產(chǎn)流程，搭建工具和樣機。
ARRK產(chǎn)品研發(fā)由CAE仿真驅(qū)動。不同工藝的有限元仿真，復(fù)材仿真、沖壓仿真，迭代優(yōu)化至采納。通過ESI的復(fù)合材料制造解決方案，優(yōu)化后的變速箱重量為4kg，而最初的鋁合金的變速箱重量為5.8kg，實現(xiàn)了近30%的減重。ESI幫助ARRK構(gòu)建性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)鋁齒輪箱的復(fù)合材料變速箱，大大提升研發(fā)能力。
隨著智能電動車的普及，運行中的車輛對電的消耗更增。制造商需要優(yōu)化電動汽車的能源消耗，保證行駛里程。一種方法是通過減少車身和裝飾來減輕整體重量。ARRK通過采取不同的方法，節(jié)省了30％的質(zhì)量。是如何做到的呢？
為什么復(fù)合材料對電動汽車市場很重要？
車身整體減重是優(yōu)化電動汽車能耗、減少運營消耗的關(guān)鍵?？梢酝ㄟ^多種措施使結(jié)構(gòu)、車身和內(nèi)飾降低總量，但研發(fā)人員很少針對動力總成減重。
在ARRK，我們致力于減輕動力總成的重量。我們研究了用低密度材料代替鋁外殼材料來優(yōu)化典型的兩級電傳動的重量。碳纖維增強熱塑性材料提供了機械性能和快速制造工藝的良好組合，但要達到齒輪箱的耐久性和聲學(xué)預(yù)期所需的剛度（尤其是在高于100°C的溫度下），對復(fù)合材料來說是一項挑戰(zhàn)。
電動汽車動力傳動系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)？
電齒輪箱的功能復(fù)雜性比傳統(tǒng)變速箱低，因為齒輪的數(shù)量現(xiàn)在要低得多。傳統(tǒng)車輛有多達7個傳動比，而電動車輛只有一到兩個。
對電動變速箱來說，最具挑戰(zhàn)性的是艙內(nèi)聲環(huán)境控制。燃油車的內(nèi)燃機會淹沒變速箱的工作噪音，而現(xiàn)在的電動引擎是靜音的。這使得變速箱聲學(xué)占主導(dǎo)地位，尤其是在低速情況下。變速器本身的聲音，通常帶有低沉的嗚嗚聲，需要控制以降低乘客的不適。
理想的變速箱，不會因傳遞的載荷而變形。但在現(xiàn)實中，軸承會發(fā)生位移，導(dǎo)致軸上齒輪的運行位置發(fā)生變化。用新的外殼材料替換原來的鋁變速箱，而維持相同或更好的剛度，這是一個挑戰(zhàn)。中間軸和輸出軸的軸偏差和軸傾斜誤差必須保持在鋁殼的同一水平或更低。
ARRK是如何解決這一挑戰(zhàn)的？
在本次項目中我們用纖維增強熱塑性材料取代了電動變速器的鋁外殼材料，不會對內(nèi)部零件有其他變動。
使用短纖維增強熱塑性材料（含短切玻璃纖維的PPA材料）以及復(fù)合材料片材（雙軸碳纖維織物和聚酰胺熱塑性基體）進行過模壓。鋁嵌件作為軸承座，確保將軸承載荷傳遞到奧爾加諾板中，并減少齒輪嚙合的偏差。附加的注塑肋和單向帶保證了剛度要求。
通過ARRK P+Z(德國實體)和ARRK Shapers(法國實體)共同努力，展示了ARRK產(chǎn)品開發(fā)小組開發(fā)零部件、制造工具、建立生產(chǎn)流程和批量生產(chǎn)的能力。德國實體負(fù)責(zé)研發(fā)，法國實體建立生產(chǎn)流程，搭建工具和樣機。
ARRK產(chǎn)品研發(fā)由CAE仿真驅(qū)動。不同工藝的有限元仿真，復(fù)材仿真、沖壓仿真，迭代優(yōu)化至采納。通過ESI的復(fù)合材料制造解決方案，優(yōu)化后的變速箱重量為4kg，而最初的鋁合金的變速箱重量為5.8kg，實現(xiàn)了近30%的減重。ESI幫助ARRK構(gòu)建性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)鋁齒輪箱的復(fù)合材料變速箱，大大提升研發(fā)能力。
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