电气化 | 电动方程式车队利用仿真技术提高效率
本文原刊登于Ansys Blog：《TAG Heuer Porsche Formula E Team Races Toward Efficiency with Simulation》
作者：Laura Carter | Ansys高级市场营销内容专家
编辑整理：王杨 | Ansys主任应用工程师
随着人们迈向全电动汽车未来，保时捷等原始设备制造商正在对一些有史以来速度最快、重量最轻的车辆进行敏捷性测试。世界上只有一项比赛，可以让您看到电动汽车以每小时200英里的速度在城市街道上飞驰45分钟，这就是ABB FIA E级方程式世界锦标赛。
E级方程式赛车不仅仅关乎动力，还关乎如何高效地利用动力来赢得比赛。在这里，速度最快与效率最高相吻合，损耗的测量单位不仅仅是千瓦，还会以毫秒计算。为了应对这一全电动挑战，一级方程式赛车的各个方面都经过了重新思考、重新设计和改造，以实现高性能、高效、可持续的比赛。
为了实现制胜的效率水平，Gen3的电动动力总成必须面向广泛的工作运行需求点进行优化。这些性能要求涉及多个大洲不同地形的不同赛道，而最终效率和速度的完美结合将决定一切。
保时捷99X Electric在2023年开普敦E-Prix比赛中完成一圈。泰格豪雅保时捷电动方程式车队车手António Félix da Costa赢得了比赛。
持续优化实现更智能的能耗
保时捷赛车运动部门的Leonard Mengoni了解ABB FIA电动方程式赛车的挑战，以及效率对未来电动赛车发展的影响。他是参与保时捷99X Electric Gen3电动方程式赛车电动动力总成持续优化的多位设计工程师之一。他以仿真数据作为参考，将各种变量纳入考虑，以进行基准测试，并帮助车辆在比赛中保持最高的效率。
Mengoni表示：“在比赛中，可能会出现不同的情况，例如安全车或全程黄灯，这将导致必须完成更多的圈数。一旦发生此类事件，驱动器的能耗目标就会被调整。我们还可以监测竞争对手的情况，以估计他们正在使用的策略，并据此调整我们的策略。”
泰格豪雅保时捷电动方程式车队的维修团队在2023年开普敦E-Prix比赛中，详细介绍了支持保时捷99X Electric的技术细节。
Mengoni的团队定期查看动力总成组件的详细模型，以确定保时捷99X Electric电机及其逆变器优化和轻量化的可能性。在此基础上，该团队将不断地进行设计修改，从而在整个比赛中实现最高的效率，拥有高效的动力总成有助于泰格豪雅保时捷电动方程式车队在比赛中超越竞争对手，因为他们可以充分利用优化节省的能量。
Mengoni指出：“通过将赛前仿真数据与练习期间在赛道上获得的数据进行比较，我们可以评估对赛道条件（例如抓地力或温度）的估计值是否与现实相符。利用数据分析这些差异并找出原因，使我们能够改进仿真模型，并在比赛前调整整体策略。”
Ansys对保时捷的动力总成概念进行测试
保时捷99X Electric Gen3赛车的最新版本与其前代车型有显著不同。它具有更高的功率驱动和能量回收能力，但电池容量较小，这要求该团队在高功率密度和高效率之间找到合适的平衡点。
在开始进行任何测试和验证之前，会对可能的硬件和软件动力总成修改进行仿真，以判断其潜力。在前期开发阶段，仿真发挥着特别关键的作用，因为有许多技术和动力总成拓扑方案可供选择。在测试之前确定最有前景的方法，可确保团队尽可能高效地利用测试时间。
在第九赛季开始之前，泰格豪雅保时捷电动方程式车队将提高赛车的动力水平视为研究广泛动力总成概念的动力。最初，在分析了不同的动力总成备选方案后，该车队仍无法决定采用哪种路径。通过仿真重新审视分析后，他们花了大量的时间进一步研究组件损耗是如何产生的细节，以及如何以最有效的方式对损耗进行建模。
保时捷99X Electric赛车在2023年开普敦E-Prix比赛的维修道上等候
泰格豪雅保时捷电动方程式车队利用仿真技术进行了大量迭代工作，以开发一种几乎在任何条件下都能高效运行的动力总成。具体而言，该车队使用Ansys Maxwell 2D和3D进行电机仿真，因为它可提供许多自由度和模型中根据数据估算的参数。在Ansys专家的支持下，泰格豪雅保时捷电动方程式车队能够纳入额外的损耗模型，并将逆变器的开关输出电压考虑在内。
Ansys Motor-CAD还可用于评估电机的热性能，因为该团队发现它可以提供快速而精确的结果。对于逆变器，该团队将分析计算与Ansys Twin Builder中逆变器模型相结合，进行更详细的计算和设计验证。
如何在仿真验证期间进行测量
在赛车环境中，每次仿真都必须通过测量进行验证。每当在前期开发过程中使用仿真时，该团队都会尝试尽快验证仿真，以确保它们包含所有相关的物理效应。总之，只要所研究的技术和材料在一定的差异范围内，更准确的仿真验证意味着从长远来看更少的测量活动。
Mengoni表示：“在赛季开始之前，我们必须使用仿真来精确评估哪种概念或技术对新的动力总成系统有利。通过将仿真结果与来自测试台和赛道的测量数据进行比较，我们可以进一步改进模型。对我们来说，提前掌握需要进行哪些修改非常重要，因为在赛季期间，我们只能通过软件方面的更新来改进赛车。”
