新能源汽車是由幾千個零部件組成的復雜產品，在仿真設計和研發過程中涉及到流體、結構、溫度、電磁和控制等多個領域的復雜多物理場問題。

隨著CAE仿真技術的日趨成熟，企業完全可以將這種先進的研發手段與傳統的試驗和設計經驗相結合，形成互補，從而提升研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。

ANSYS新能源汽車仿真設計解決方案

ANSYS仿真技術在新能源汽車設計中的主要應用領域包括：

新能源動力電池

新能源動力電池是新能源汽車的三大核心技術之一，被譽為新能源汽車的心臟。按照電池的工作性質和貯存方式，可以劃分為兩大類：蓄電池和燃料電池。

蓄電池，又稱為二次電池，即可充電電池，如鉛酸蓄電池、鎳基電池、鋰電池、空氣電池等；燃料電池，即活性材料在電池工作時才連續不斷地從外部加入電池，如氫氧燃料電池、質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池等。

ANSYS CFD數值模擬方法可以在電池單體設計、電池包熱設計等領域中發揮重要的作用。

                                                                  發動機及進排氣系統

傳統的發動機及動力總成設計過程，基于宏觀概念的經驗外推、在臺架上反復調試對比，以及各種“集總”參數的半經驗分析、試湊等方法，花費大、周期長、適用性小。而應用CFD技術對發動機的工作過程進行數值模擬分析，不僅提供的信息量大，而且花費小、周期短、適用性強，能夠在短時間內進行廣泛的變參數研究，為開發新型發動機和舊發動機性能提升提供指導。

目前，ANSYS CFD在這個領域的應用主要集中在氣缸蓋氣道設計、進排氣系統設計、氣缸內工作過程模擬、冷卻與潤滑系統設計、消 音 器設計等方面。

                                                                             進氣閥截面上的速度矢量分布圖

                                                                            左：缸內燃油噴射過程模擬；右：缸內噴油渦流

                                                                         排氣中的碳氫和氮氧化物濃度分布圖

                                                                        空調系統及乘員艙熱舒適性

空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。

                                                                    除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖

                                      左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖

                                                                              發動機艙熱管理

在車身前結構設計中，發動機艙的設計非常重要，在設計時盡可能地減小發動機艙的大小，從而增加乘客艙和行李艙的容積。但是太小的發動機艙又面臨著發動機散熱困難，影響發動機性能，嚴重的會造成發動機不能正常運行。通過發動機艙熱管理分析，可以得到發動機艙內的溫度場分布情況和空氣流動情況，設計人員可以據此合理設計發動機艙內的布局，組織空氣流路，保護重要零部件不受熱害侵蝕。

                                                                                    發動機艙內的流線圖及溫度分布云圖

                                                                                      外空氣動力學及氣動噪聲

氣動性能分析是從空氣動力學角度分析汽車動力性、經濟性和操作穩定性，各大汽車廠商都致力于降低空氣阻力、改善氣流升力。這也是風洞技術最早引入汽車設計的研究方向，更是CFD數值模擬方法在汽車設計中最成熟的應用方向。

ANSYS CFD數值模擬方法與傳統的風洞試驗相比，不再局限于測量有限個點處的空氣流動屬性，而是直接獲得整車附近完整空間的流動屬性，從而可以讓設計者獲知一些復雜的空氣流動現象，為氣動減阻、降噪等問題提供幫助，而這正是傳統風洞試驗無法詳細獲知的。

                                                                                 車身附近的流線圖

                                                                               車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖

                                                                                    底盤設計

從整車的組成看，底盤作為整車組成的三大部分之一，是整車動力性、經濟性、安全性、可靠性等性能的基礎；從車身設計制造的角度來看，必須選用與其緊密匹配的底盤和發動機才能發揮其整體優勢。因此，底盤在整車的設計中具有舉足輕重的地位。

車架強度分析及優化

就載荷性質而言，車架所受到的主要載荷為彎曲、側向載荷和縱向載荷等。彎曲載荷是由車架自身質量和外加質量產生的載荷，外加質量包括乘車人員和貨物的質量、底盤各總成及發動機質量等。側向載荷是由汽車轉向時離心力產生作用的載荷，縱向載荷是由于汽車加速、制動時的慣性力作用產生的載荷。ANSYS 軟件能夠快速準確的計算應力，提高底盤設計效率，避免設計缺陷及設計更改費用。

                                                                      左：幾何模型；右：網絡模型

                                                                   車身骨架有限元模型

                                                                          

                                                                                 縱向應力分布

剎車設計

剎車系統由操控系統、液壓系統和助力系統組成，它是汽車上最主要的安全裝置之一。其整體性能對汽車的操作穩定性及人員的安全性都有著直接的影響。剎車系統的設計研發主要集中在制動器、調整臂、真空助力器、閥類控制及保護等部件，在CAE分析中通常需要關注這些結構的強度和變形分析、振動和噪聲分析、疲勞壽命分析、溫度場分析、熱應力分析等。

                                                                               失穩模態振型

制動散熱性能仿真分析(F1賽車制動器)

                                                                              制動器溫度場分布

                                                                                制動器空氣流場分布

動力傳動系統

汽車動力傳動系起功率傳遞功能，基本部件均屬高強度部件，其包含的零部件主要有：變速箱、離合器、萬向節、主減速器、差速器、半軸、液力偶合器與液力變矩器等。接觸強度與接觸疲勞計算對傳動系的設計尤為重要，ANSYS有效、易用的非線性計算功能，為接觸問題的解決提供了良好的工具。

齒輪作為汽車系統的傳動部件，在嚙合過程中其強度是否滿足要求至關重要。

齒輪傳動分析

萬向節密封套起防漏油、防塵作用，工作環境惡劣。某發動機有限公司采用ANSYS軟件對萬向節密封套進行了不同軸斜傾角下超彈橡膠材料的大變形接觸分析，完好地解決了密封套的壽命與密封性問題。

                                                                              萬向節密封套大變形接觸分析

液力變矩器是以液體作為工作介質、利用液體的動能進行能量傳遞的裝置，涉及到強度、內部流體流動、疲勞等多方面仿真計算。ANSYS軟件可以幫助解決液力變矩器在不同的工況條件下，結構零部件的強度、剛度及穩定性校核問題。

                                                                            液力變矩器強度校核

減速機一般都會傳遞較大的功率與扭矩，因此，在各齒輪嚙合傳動的過程中，相互之間就會產生較大的切向力、徑向力與軸向力，這些力通過各個軸承傳遞到箱體上使箱體受力變形。以下將通過Ansys 對箱體的受力和變形情況進行模擬。

                                                                           減速機箱體強度模擬

安全性

安全、清潔、節能是現代汽車設計的三大主題。汽車安全分主動安全（防止事故）和被動安全（一旦發生事故對乘員的保護）。被動安全的重要性已經成為行業和用戶的共識。在汽車投入市場之前，廠家對整車進行碰撞試驗，其目的就是為了提高汽車被動安全性能。但是在產品開發中，如果廠家僅依靠試驗研究進行汽車安全設計，保證碰撞檢測合格，那么必將面臨巨大的研發費用和時間。應用ANSYS LS-DYNA高度非線性瞬態動力分析功能可高效仿真各型汽車以任意的速度和角度與任意的物體發生碰撞的整個歷程，能分析在發生碰撞或緊急剎車時安全帶系統和安全氣囊系統對乘員的保護情況，從而優化安全保險裝置的設計，提高汽車的安全性能。

ANSYS LS-DYNA程序具備模擬汽車碰撞時結構破損和乘員安全性分析的全部功能，其內置安全帶、傳感器等單元，以及氣囊和假人模型。

                                                                            乘客安全保護模擬

                                                                                整車碰撞性能分析

（來源：Neo 全國3D大賽）