本文原刊登于Ansys.com：《Ansys and Porsche Motorsport: Building on a Winning Legacy With Simulation》

作者： Laura Carter | Ansys 高級市場傳播經理

編輯整理：王楊 | Ansys主任應用工程師

“我比較注重視覺效果，喜歡直觀地看到事物。Ansys Maxwell仿真軟件可幫助我可視化和了解某些邊界或限制的位置。如果我需要向團隊展示自己的想法，那么準備一些全彩仿真圖像總是一個不錯的主意。”

— Leonard Mengoni，保時捷賽車運動部門高壓動力裝置單元開發工程師

在本期“Ask the Engineer”（向工程師提問）欄目中，一位保時捷賽車運動部門內部人士與我們探討了有關保時捷99X Electric Gen3 Evo全電動賽車的動力總成效率的話題。

已有一款全新的保時捷賽車問世，并且它已經顛覆了賽車運動中最令人振奮的系列賽之一——ABB FIA E級方程式世界錦標賽。泰格豪雅保時捷電動方程式車隊將在衛冕世界冠軍車手Pascal Wehrlein和2020年冠軍António Félix Da Costa的帶領下，準備駕駛全新保時捷99X Electric Gen3 Evo全電動賽車，再創賽車歷史。

99X Gen3 Evo在圣保羅E-Prix比賽中首次亮相，成為了加速最快的FIA單座賽車，其能夠在1.82秒內從0加速到60英里每小時。Wehrlein從P1發車位以1分9.851秒的桿位圈速拉開序幕，比去年快整整3秒。這一表現，加上Da Costa的早期登上領獎臺取得的勝利，為車隊本賽季的精彩表現奠定了基礎。

今年的賽事中，基本比賽規則保持不變，包括可用的能量限制。不過，今年車隊可以在排位賽對決、賽車起步和攻擊模式下啟用前輪驅動。由此，經過改進，保時捷99X Electric Gen3 Evo可通過前后輪同時驅動實現臨時四輪驅動，從而獲得額外抓地力。

保時捷賽車運動部門高壓動力裝置開發工程師Leonard Mengoni認為，這些新改進只是常規操作。我們有機會與他討論了他的工作，以及Ansys與保時捷的合作將如何繼續助力保時捷賽車運動部門提升動力總成效率。

視頻入口：https://mp.weixin.qq.com/s/3NPUrH2MkmW2-Yv9o6sULw

首先，從效率角度來看，保時捷99X Electric Gen3 Evo有何不同？

Mengoni：新款賽車的最大峰值功率為350千瓦。在比賽中，現在有兩種情況（賽車起步和攻擊模式），其中最大輸出功率的分配方式與以前不同。我們首次采用四輪驅動和牽引力控制，因此可以控制動力總成，以防止輪胎打滑，并在加速時獲得更大的牽引力。

具體而言，添加四輪驅動后，賽車的性能略有不同。比如，加速時輪胎的旋轉方式不同，因為不再僅靠后輪推動。這意味著，如果賽車處于主動四輪驅動模式，它會將賽車從彎道中拉出，從而獲得更大的縱向加速度，因為所有四個車輪均由電動動力總成驅動。此外，我們還采用了新型輪胎，可提供比以往更大的抓地力。

由于后輪和四輪驅動會導致前后動力總成系統的工作點不同，再加上牽引力控制，工作點的分布也會變得更廣泛。

您如何使用Ansys工具最大限度地提高全新動力總成系統的效率？

Mengoni：對于電機，我們使用Ansys Maxwell 2D和3D電磁仿真。我比較注重視覺效果，喜歡直觀地看到事物。Ansys Maxwell仿真軟件可幫助我可視化和了解某些邊界或限制的位置。如果我需要向團隊展示自己的想法，那么準備一些全彩仿真圖像總是一個不錯主意。

我們使用Maxwell軟件來查看電機的輸出扭矩（電機產生的反電動勢，使其能夠旋轉），以了解在特定輸入電流下能獲得多少扭矩。

此外，我們還可以使用該軟件來研究損耗。對于保時捷99X Electric Gen3 Evo，我們很早就開始使用損耗模型，因為Maxwell軟件提供了強大的基礎，可以在此基礎上進行構建，并且它還可以通過執行額外的后處理或添加一些額外的分析計算來提高我們的能力。

同時，Ansys Mechanical軟件有助于我們從機械角度優化電機的轉子。通常，在賽車運動中，我們的轉速要比公路汽車更高，才能在賽道上達到更高的速度。轉子至關重要，因為它是電磁系統中唯一的運動部件，負責產生驅動汽車達到這些速度所需的扭矩。在設計流程的早期階段考慮電磁和機械兩個方面對我們非常有幫助。

除了電機之外，您在動力總成優化中還需要考慮其他什么因素嗎？

Mengoni：我們必須始終牢記，需要考慮其他組件。具體來說，就是逆變器，它是將電力從電池傳輸到電機的組件。我們使用Ansys Q3D Extractor軟件來仿真逆變器的開關單元。通過仿真，我們可以了解如何降低給定設計的開關損耗，或者新設計如何減少逆變器損耗。開關過程中也會產生振蕩，所以我們必須考慮這些因素，以確保逆變器和電機的安全運行。

然而，對45分鐘比賽期間發生的所有開關動作進行仿真是不切實際的，因為涉及的時間跨度差異很大。然而，基于非常詳細的仿真，我們可以推導出更通用、更易于計算的模型，并再次使用這些模型來計算基于逆變器和電機的動力總成效率，這就為我們指明了方向。

那么，將賽車從后輪驅動調整為主動四輪驅動，并不會讓挑戰更加艱巨，只是變得有所不同對嗎？

Mengoni：確實存在一些不同。對我們來說，這是一種類似的方法，只是需要處理更多的輸入數據，因為我們面臨更多的場景。然而，對于賽道上的控制工程師和動力總成工程師來說，變化卻是巨大的。他們還必須考慮賽車的行為以及與測試臺的差異。

例如，在賽道上，您必須考慮路緣，以及如何在后輪驅動和四輪驅動下實現良好的駕駛性能。我非常尊敬我們的賽車工程師，以及賽場上和德國魏薩赫（Weissach）的工作人員，因為他們可以處理來自車手的反饋，并為他們提供所需的幫助。

車手其實不會感覺到我們是否實現了0.1%的效率提升，因為這是一個微小的變化。但重點在于，如果我們為車手和車隊提供更高效的動力總成，那么在比賽中他們就會有更多的選擇。如果能節省更多能量，那就意味著可以采取不同的（更好的）策略。

比如，在比賽當天，車手可以進一步加大賽車油門。因此，對于我們從仿真中獲得的0.1%效率提升，車手可能不會直接感受到這一點，但最終，這點額外的能量，可能足以讓車手在關鍵時刻超越對手。

您能談談賽車運動對于保時捷公路汽車開發的價值嗎？

Mengoni：毫無疑問，保時捷有投身賽車運動的熱忱，畢竟這就是我們品牌身份的一部分。除了電動方程式外，我們還會定期與公路汽車工程師交流其他項目。當然，他們的要求與我們略有不同，因為并非每個人都會以我們駕駛電動方程式賽車的速度駕駛保時捷。但無論如何，保時捷有搭載電動動力總成的公路汽車，因此彼此溝通是有很意義的。

公路汽車和賽車工程師都擁有良好的技術經驗，既涉及非常相似的領域，也有很多截然不同的領域。例如，加速和效率是兩者共同的主題，但其他方面，如由于法律或賽車系列法規而造成的限制，則大相徑庭。

另一個區別，是開發速度。對于電動方程式，我們每兩年開發一套新的動力總成，這比公路汽車的開發周期要短得多，因為車隊規模較小，法規和流程也較少。在仿真的幫助下，我們可以嘗試各種方案并驗證它們是否可行，公路汽車開發人員對此很感興趣。另一方面，他們在共同項目中的經驗也讓我們受益匪淺。總之，我認為雙方都可以從中獲益。