За последние 20 лет цифровое проектирование и моделирование динамики движения автомобиля стали неотъемлемой частью работы разработчиков в автомобильной промышленности. Если раньше создание новой модели требовало множества испытаний физических прототипов, то сейчас значительная часть тестирования проводится в виртуальной среде.
Проектирование 2.0: как цифровое моделирование помогает разрабатывать электромобили быстрее и дешевле
Внедрение цифрового моделирования позволило практически в полтора раза сократить сроки разработки и вывода на рынок новых моделей электротранспорта, при этом снизив количество необходимых натурных испытаний. По словам профессора, доктора технических наук, члена Ассоциации автомобильных инженеров России Андрея Келлера, хотя полностью отказаться от натурных испытаний пока невозможно, после этапа цифрового проектирования требуется разработка лишь 2-3 прототипов для создания предсерийной модели.
Freepik
Испытания в виртуальной среде
Переход на электротранспорт существенно изменил подходы к моделированию. Хотя базовая конструкция автомобиля осталась прежней — энергетическая установка, шасси, кузов, электрооборудование и дополнительное оборудование — физические процессы в электрокаре принципиально отличаются от происходящих в моделях с двигателем внутреннего сгорания.
В традиционном автомобиле основное внимание уделялось процессам преобразования тепловой энергии в механическую, а в электромобиле на первый план выходит моделирование электромеханической системы. Электродвигатель представляет собой сложную динамическую систему с нелинейными характеристиками, которые необходимо учитывать при проектировании.
Электродвигатель — это сложная динамическая система с нелинейными характеристиками, которые необходимо учитывать при проектировании.
Новые задачи появились и в области моделирования климатического комфорта. В традиционном автомобиле источником тепла служил двигатель внутреннего сгорания, а в электромобиле потребовались новые подходы к созданию климатических установок для обеспечения комфортной температуры как в жару, так и в холод.
Особое значение приобрело моделирование взаимодействия электромобиля с окружающей средой. В отличие от автомобилей с ДВС, электромобили показывают лучший запас хода в городском цикле благодаря возможности рекуперации энергии при торможении. Разница в запасе хода в городском и загородном цикле сильно зависит от класса автомобилей. Например, у BMW i4 eDrive35 GranCoupe эта разница меньше, чем у недорогих моделей автомобилей, в частности Chevrolet Bolt EV.
Цифровое моделирование также играет ключевую роль в разработке систем управления электроприводом. То, что было предопределено механической связью, в электромобиле требует создания сложных алгоритмов, связывающих положение педали с выходным моментом электромеханической передачи.
В электромобиле все большую роль играет моделирование процессов в аккумуляторной батарее, включая систему термоменеджмента для поддержания оптимального температурного режима. Все эти факторы в совокупности изменяют внутреннюю систему базовых процессов движения электромобиля и требуют более сложных математических моделей.
Специалисты по электромобилестроению
Отвечая на эти вызовы, в университетах страны должна выстраиваться комплексная система подготовки специалистов для электромобилестроения, считает эксперт Московского Политеха.
«Современный инженер должен быть очень сильно мультидисциплинарен, – подчеркивает Андрей Келлер. – У него должны сохраняться компетенции в области механических систем автомобиля, при этом он должен понимать электрическую часть, современную автомобильную электронику и принципы работы систем управления».