數據分析驅動電動車技術邁向新里程

作者 : 本文由Altair贊助供稿

汽車產業正以前所未有的速度發展;模擬驅智能電動車革新。Altair致力於加速產品開發,改善乘客安全和駕乘體驗,優化電驅動總成技術及耐久性,導入數據分析制定車輛設計決策,雲爆發技術降低開發成本及風險,並持續關注環境永續發展。

多年來,Altair身為多物理場模擬技術領導者,已經是總成系統開發者不可或缺的合作夥伴。如同Altair全球垂直產業和銷售支持團隊資深副總裁Richard Yen所述:今日的Altair早已超越單純的模擬技術與工具供應商。「在過去的幾年,我們進入了高性能運算(HPC)領域,並且收購了物聯網和數據分析公司來建構一個以人工智能(AI)為導向的虛擬世界。我們看到這些新的技術如何協助客戶有效地制定精準的決策。」

 

Altair認為內燃機引擎和電動車推進都需要採用整體方法來開發動力總成。

 

Richard表示,以總成系統研發工程為例,不論是內燃機引擎或電驅動系統,系統等級的模擬與分析己成為近年來開發流程的重要進展。「針對傳統引擎或電驅動總成,如果我們檢視與之配合的總成系統的特性,會發現設計需求完全不同,但我們將其一一克服。傳統內燃機引擎包含本體結構、燃燒現象及為數眾多的運動元件;而電驅動總成包含驅動單元、變頻器、儲電和控制系統。試想當馬達離線時,所有的子系統必須持續運作。」

「設計共同點在於同為多物理現象的耦合。包含了結構分析中的剛度、強度、耐久性、熱傳遞及應用運算流體力學(CFD)工具得到的空氣動力學行為。此外,在汽車電子及通訊方面,電子電磁特性也必須被納入模擬。為了使所有子系統有效率地工作,我們必須以整體的角度去平衡各方面的效能與需求。」

Richard指出,現今汽車業廣泛開發的智能駕駛輔助系統,整合了主要的子系統。「當您在一個有限的空間中整合了馬達、控制器及齒輪箱等零件,新的問題可能就會浮現。當馬達運作時,齒輪噪聲可能變成一個問題點。這個問題在傳統內燃機引擎汽車較少被提及,但電動車(EV)因為靜肅性反而凸顯它的效應。要解決這樣的問題,我們必須考量包含控制邏輯,馬達制動至齒輪箱的運作特性,潤滑及熱能管理才能解決噪聲問題。Altair提供並整合所有需要的工具來解決這樣多物理場的複雜問題。」

Richard引用了當前全球汽車市場正在開發的電驅動單元(EDU)浪潮為例,將電驅動主要模組捆綁到一個單獨的組件中。「當您嘗試將馬達、逆變器和齒輪箱一起封裝到一個小空間中時,由於許多物理場耦合在一起,這會帶來真正的挑戰。」

「考量電動車NVH噪聲問題,在高速馬達設計模擬流程中可能會遇到齒輪嘯叫問題,這是在過去內燃機設計應用時不必考慮的問題。為解決此類問題,我們現在必須在設計前期考慮更多的耦合現象,包括控制演算法、馬達設計以減少從馬達到齒輪的扭矩波動、油液和熱管理,可以更完善的解決電動車NVH問題。Altair完善的電驅動解決方案針對多物理場耦合問題進行全面性考量,在單一平台下解決電動車面臨的所有難題。」

 

電動車驅動開發中的更多模擬預計將對環境產生積極影響,系統測試期間所需的原型更少。

 

可持續設計解決方案迎戰氣候變遷

全球的製造業持續強調產品與環境的永續發展,並對環境社會責任及企業治理(ESG)的重視。雖然高速運算也是使用一些能源,Richard相信模擬技術可以在這樣的趨勢下扮演多功能角色。「分析模擬的應用只會日漸普及,人們會越來越習慣使用這些技術。」

當我們考慮到研發設計工作對環境的衝擊,廣泛使用分析模擬的技術對於車輛及動力系統的開發有正面的貢獻。「如果我們對模擬分析與製造實測兩者過程中的能源消耗、時間及原物料的使用進行交互對比,模擬分析所耗用的資源遠小於製造實測。」

模擬分析工具本身也有進一步節能減碳的空間來進一步減少對能源的消耗。「改進軟體工具的運算效能及介面友善性提升可以加速整體分析設計流程。但我們也必須在研發早期階段儘早引進分析模擬的流程”,」Richard解釋,「這樣可以減少試錯造成的重工。比如說,在設計初期就進行不同設計概念的探索,有助於設計早期就可以找到最佳設計。這樣的設計流程可以大大減少後續重工的次數,縮短開發流程周期。」

另一個增進效率並減少研發過程對環境的影響是善用現有數據,在永續發展趨勢下人工智能可以助力企業進行數據分析。「現在每個人都在談論人工智能,但是人工智能是需要被訓練的,」Richard表示,「目前眾多企業對各種設計做了許多分析模擬,但這些數據僅僅被留在電腦裡並沒有進一步使用。將機器學習概念導入,可以識別設計變數對整體流程的影響。透過在車輛項目中運用統計方法對大量設計變數進行降維,可以加快早期設計研究,儘快確定最有前景的概念及一系列關鍵性能標準,如此一來大幅減少總運算量,加速設計模擬進程,日後人們會越來越依賴分析模擬。」

「許多企業正在追求永續經營,為達到這個目標,很多核心觀念必須要改變。」

                         –Altair全球垂直產業和銷售支持團隊資深副總裁Richard Yen

透過提供雲端爆發技術處理功能推進車輛開發專案,可按需使用的高性能運算服務讓使用者能夠在需求達到高峰時安全擴展模擬功能,滿足對多個項目執行詳細的多學科優化研究的需求,降低開發成本和風險。

Richard總結論點認為,對於車輛及總成系統產業而言,要達到永續經營必須在研發過程中有全面性的改變。「許多企業正在追求永續經營。要達到這個目標,很多核心觀念必須要改變並且是以永續做為設計目標。企業必須思考如何實現減少、回收、再利用及回收資源的消耗。這樣的做法必須是從初始的工作架構開始思考。這也是優化概念的來源,輕量化、減少材料的使用(如稀有元素),針對不同駕駛情境最佳化控制設計,使用生物基材料等。」Altair技術將會改變電動客車、越野車和自動駕駛車的設計方式,加速產品開發、提高能效及優化整合系統性能。

深入了解智能電動車多物理場耦合關鍵技術:

  • 電動車生命週期探討
  • 新一代汽車可持續性設計解決方案
  • 5G智能網聯技術探討
  • 未來電動車智能管理及系統集成
  • 數據分析助力研發初期關鍵決策制定
  • 實時數據監測結合數字孿生技術
  • 高性能運算提高研發效能

(本篇文章由Altair贊助供稿)

 

 

 

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