凭借阳光即可行驶的车——Lightyear One

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本文原载于Ansys Advantage：《Driving on Sunshine with Lightyear One》

位于荷兰海尔蒙德的一家汽车公司Lightyear利用太阳能电池制作车顶，以便用户可以在日间驾车时为电池充电，这是对环保汽车概念的一次重大颠覆——借助太阳就可以为电池充电，就像可以随车携带充电站。

作为Ansys初创公司计划的成员，Lightyear从零开始设计Lightyear One车型，包括轻量化铝和碳纤维底盘、4个轮毂电机、动力总成和太阳能车顶，以实现最大续航里程和最高效率。

Lightyear首席结构工程师Andrea Carpi指出：“环保意识较强的驾驶者们不强调时速能够几秒破百，他们追求效率，用清洁能源提供最大续航里程，而无需频繁停车充电。”

Carpi和他的工程师同事通过使用Ansys Mechanical、Ansys Fluent和Ansys HFSS为5座型Lightyear One进行结构、空气动力学、电磁学和热设计，让用户可以一次充电行驶725公里（约450英里）。从挡风玻璃顶部延伸到后备箱后部的太阳能电池，可以让用户在阳光下的每小时行驶里程延长12公里。Lightyear One也配备了能够插入普通民用插座的插头。不过根据用户的驾驶习惯和所在地区的日照量不同，也许很多用户并不需要频繁使用它。

从一开始就取得成功的设计

Lightyear团队现在是独立于埃因霍温大学的实体，但它其实是从 “埃因霍温太阳能小组 (Solar Team Eindhoven)” 发展而来的，该学生工程团队在2013年到2019年间，连续四次赢得 “普利司通世界太阳能车挑战赛 (Bridgestone World Solar Challenge)” 冠军，（该比赛每两年举行一次，因此他们都赢得了冠军）。在参加 “实用太阳能汽车” 的 “巡航车” 类比赛中，该车队的Stellar Era太阳能车于2019年10月完成了从达尔文到阿德莱德，穿越澳大利亚内陆3,020公里（约1,876英里）的赛程，车辆耗电仅71.24千瓦时。

如此优异的成绩让人们不禁思考，如何将这款太阳能车商业化。2016年，埃因霍温大学工程学教授兼该车队教员领导Lex Hoefsloot，以及联合创始人Koen van Ham、Martijn Lammers、Arjo vander Ham和Qurein Biewenga决定把它商业化。2020年11月，Lightyear现任首席执行官Hoefsloot在接受《福布斯》杂志采访时表示，做出这个决定是基于久经时间考验的商业信条——“如果我们不做，我们将会后悔”。

商业化&重新设计

虽然团队已从“普利司通世界太阳能车挑战赛”中受益良多，但作为一家商业公司，Lightyear必须从消费者的角度出发，重新思考自己的设计。这意味着不仅要降低成本，同时还要提高效率和舒适度。比如，在为比赛设计时，可能可以接受在澳大利亚的长途自驾游中关闭空调，但普通消费者不太可能忍受这种状态。

因此，团队利用积累的经验和知识，从零开始重新设计这款太阳能汽车。Ansys初创公司计划在这个阶段提供了支持，助力他们对结构、空气动力学和电子设计开展虚拟测试，避免了物理原型制作和测试的成本。

仿真模拟车辆前端在受到最大道路载荷时的最大变形（位移）

Carpi表示：“我们受益于Ansys初创公司计划，以低成本实现了仿真。企业必须明智地使用投资人的资金，才能使之发挥出最大效益，而Ansys仿真软件帮助我们节省了时间和资金。”

Lightyear One面临着一个独特的结构问题，他们需要确保5平方米大小的太阳能电池板能够承受道路颠簸，并且在发生轻微碰撞时也不会完全损坏。Lightyear工程师利用仿真技术设计了一种分层结构，包括在太阳能电池顶部覆盖安全玻璃，以及在下方加装支撑结构，以增加强度。标准太阳能电池板结构中的单个电池如果发生故障，整块电池板就会停止工作，而Lightyear One系统与之不同，即使在太阳能电池板的一部分受损后仍能继续工作。

为了减少阻力和升力，提高空气动力学效率，Lightyear工程师使用Ansys Fluent进行仿真，优化设计汽车的气动外形。随后他们开展了风洞测试，以验证仿真结果。Lightyear One底部平坦，顶部狭长呈锥形，形状犹如飞机机翼。通过用缓坡度拉长顶部，气流始终附着在汽车上，与使用陡坡度的较短车身相比，可以减少阻力。此外，新型轮罩还能引导空气围绕外侧流动，避免其进入轮舱而导致阻力增大。