混合动力车及电动汽车的先进数值仿真

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1、混合动力车及电动汽车的先进数值仿真--利用无缝集成的多物理域仿真软件工程化汽车工业的未来ANSYS是全球唯一能提供行业标准的，集结构、流体、电场、磁场等多物理场分析于一体的完整仿真软件供应商。ANSYS无缝集成于Workbench?平台的设计工具被广泛地应用于混合动力传动系统的研发中，包括：   ●Simplore——多领域系统仿真软件，应用于集电气、热、机械、机电、电磁及液压等于一体的高性能系统设计、建模、分析和优化。   ●Q3DExtractor——计算电磁场求解软件，在工程师设计印刷电路板、电子封装及电力电子设备时，用于计算载流结构的

2、频变电阻、电感、电容和电导参数。   ●HFSS——三维全波电磁场仿真软件，可提供电场、磁场、电流、散射参数、远/近辐射场结果。根据特定的几何形状、材料特性、输出类型，该工具会自动生成合适的、高效的、准确的网格，利用有限元法求解问题。   ●Maxwell——低频电磁场仿真工具，利用有限元方法计算静态、频域、时变电磁场和电场，可用于设计和分析机电和电磁设备，例如：电动机、作动器、变压器、传感器和线圈等。   ●RMxprt——旋转电机（电动机和发电机）开始设计和方案优选软件。用户可以利用各种电机的模板轻松地建立模型，指定材料，计算电机性能，确

3、定初始结构尺寸和设计方案，并可在数秒内完成数百次参数化、优化设计和性能分析。   ●NSYSIcepak——计算流体动力学软件，可用于电子系统热管理设计，预测元件、电路板或系统级的热流量和热传递，以及稳态和瞬态的热流及传热计算（传导、对流、辐射）。   ●Slwave——用于整个PCB板和集成电路封装的信号完整性和电源完整性分析，频率范围覆盖直流到超过10Gb/s，可直接从电路CAD设计版图中抽取信号完整性和电源完整性网络的频变电路模型。   ●ANSYSMechanical——一款全面的机械分析软件，包括结构的线性、非线性及动态分析（应力、

4、挠曲和振动），可提供完整的一套单元行为、材料模型、公式求解器用于机械工程问题分析、热分析与声学、压电、热-结构、热-电等耦合物理问题分析。   ●ANSYSCFD——流体力学计算软件包，具有通用及专用的流体建模及流动分析能力，其建模功能包括对流体流动、紊流、热传递、层流-紊流、不可压缩-完全可压缩问题的建模，以及对固定或旋转装置等温问题的分析。   ●ANSYSMultiphysic——多物理场仿真模块，可以进行复杂的多物理耦合分析，应用广泛的ANSYS多物理场求解器可在开发的、自适应的AnsysWorkbench框架下对结构力学、热传递、流

5、体、电磁问题进行分析。   随着空气污染及石油短缺问题的日益严重，利用混合动力车和电动汽车替代传统汽油车和柴油车已成为摆在人们面前的问题。世界各国政府都在推动混合动力/纯电动汽车的研究。美国政府已宣布财政支出24亿美元用于资助电池组、电机及其它零部件的全新设计，并制订了在2015年前路上有100万辆混合动力车的目标。美国能源部预测，到2030年，新能源汽车将占整个轻型汽车和卡车市场28%的份额，这将比2005年增加20%。   为满足对混合动力/纯电动汽车不断增长的需求，研发性能更好、价格更经济的电气传动系统的竞争日益激烈。研发新的电气传动系

6、统具有巨大的商业回报潜力，但与此同时，将有缺陷的、不适合市场的、尚不完善的产品推向市场也存在着商业风险。   显然，汽车技术正在经历一场革命。领导这一革命的重任已落在汽车工程师的肩上，他们必须重新思考如何进行动力传动系统的设计。无论是整车生产企业的工程师还是零部件生产企业的工程师都面临着一项挑战，即如何在一个非常有限的时间内，研发出新一代的动力传动系统。   为了满足上述需求，具有混合动力车/电动汽车创新能力的主要汽车公司集中全力于仿真驱动式的研发，而不是过时的反复样机试验法。事实上，在下一代电气传动系统的设计竞赛中，能否有效实施先进的数值仿

7、真技术有可能将优胜者与不精于此道的竞争者区别开来。   有许多软件解决方案可用于动力系统开发中的各种性能分析，包括机械分析、电气分析、电磁分析、电化学分析、流体分析、热管理应用方面的分析等。通常，这些独立的分析软件不能完全兼容，因而妨碍工程师全面、有效地实现电气传动系统的优化设计。本文对一款业界领先的、可在统一集成环境下实现多学科全面分析的一流软件的价值做了论述。混合动力系统设计者面临的主要挑战   当前，汽车工程师通常面临必须从头开始设计电气传动系统的技术挑战，其关键部件包括：动力电池组、牵引电动机及发电机、功率电子器件。混合动力汽车部件的

8、设计涉及到复杂的物理问题和极具挑战性的系统集成问题，其单个部件开发过程中面临的挑战以及系统集成时电磁部件之间的电磁兼容/电磁干扰问题将在下文进行探讨。   ●电池组