Che si tratti dell’ultimo veicolo elettrico, di un ibrido o di un’auto tradizionale a benzina, tutti condividono un’esigenza critica: mantenere le temperature “giuste”. La gestione energetica e termica dei veicoli è come la direzione di un’orchestra, dove ogni strumento deve suonare al volume perfetto. Quando funziona, è bellissimo. Quando non funziona… beh, è allora che si nota.
La rivoluzione dei veicoli elettrici ha aumentato il calore di questa sfida. Ogni watt di energia utilizzato per il raffreddamento o il riscaldamento influisce direttamente sulla distanza percorribile con una carica. Le lezioni che stiamo apprendendo dai veicoli elettrici stanno aiutando a rendere tutti i veicoli più efficienti, indipendentemente da ciò che c’è sotto il cofano.
Ottimizzazione della gestione energetica e termica dei veicoli
I tradizionali approcci ingegneristici a blocchi non bastano più. Sviluppare il sistema di raffreddamento separatamente dalla catena cinematica, che è separata dal sistema di comfort della cabina? È come cercare di costruire una casa facendo lavorare diversi appaltatori senza parlare tra loro. Potrebbe anche stare in piedi, ma non sarebbe molto efficiente!
È necessario un approccio integrato per mettere insieme tutto fin dal primo giorno. È qui che entrano in gioco strumenti di simulazione e di test avanzati, che consentono agli ingegneri di vedere il quadro generale prima ancora di costruire il primo prototipo.
Le soluzioni integrate VEM-VTM di Simcenter coprono tutte le fasi di sviluppo, dai requisiti, al benchmarking, all’architettura e al dimensionamento, fino alla progettazione dei componenti VTM e all’integrazione del veicolo.
Approfondiamo come questo approccio moderno sta rivoluzionando lo sviluppo dei veicoli…
1 – Benchmarking e definizione degli obiettivi del VEM
Presso la struttura VEM dedicata, i veicoli esistenti sono dotati di sensori per identificare tutte le energie meccaniche, elettriche e termiche che li attraversano. Vengono eseguiti diversi scenari, come la guida normale, l’avviamento a freddo, l’avviamento a caldo e la ricarica, per catturare il comportamento completo del veicolo in varie condizioni. Gli ingegneri utilizzano questi dati per creare un gemello digitale che può essere modificato per esplorare potenziali miglioramenti e ottimizzazioni. È possibile modificare qualsiasi aspetto dell’auto, come le dimensioni o il tipo di batteria, il sistema HVAC o il posizionamento di diversi componenti, e poi eseguire simulazioni per vedere come questo influisce sulle prestazioni complessive.
Vuole saperne di più sul benchmarking VEM?
2 – Definizione dell’architettura del veicolo
La definizione dell’architettura del veicolo si concentra sulla definizione dei requisiti di sistema e sul dimensionamento iniziale per soddisfare gli obiettivi di prestazione. Le attività chiave includono la selezione del tipo di propulsore, la definizione dell’architettura del sistema termico, il dimensionamento dei componenti chiave come il motore e la batteria e la determinazione delle esigenze di raffreddamento/riscaldamento.
Gli OEM utilizzano i dati e i modelli dei fornitori per convalidare il dimensionamento iniziale e sviluppare le strategie termiche. Ciò consente di identificare precocemente le sfide di integrazione e di ottimizzare l’architettura. Il processo supporta lo sviluppo efficiente dei sistemi di gestione termica, bilanciando i requisiti di prestazioni e comfort.
Questo approccio guidato dai dati aiuta gli OEM a integrare le considerazioni termiche fin dall’inizio, consentendo uno sviluppo più rapido di veicoli efficienti dal punto di vista energetico.
Per maggiori informazioni sull’architettura del veicolo, legga l’articolo di Charged EV su come utilizzare l’ingegneria generativa nell’esplorazione dell’architettura EV.
3 – Dimensionamento e sviluppo del sistema
Il dimensionamento del VEM è come la creazione di un progetto energetico equilibrato per un’automobile. Di quanto accumulo di energia abbiamo bisogno per l’autonomia di guida desiderata? Quanto deve essere forte il motore elettrico per l’accelerazione, le salite e le velocità autostradali? Come l’elettronica di potenza gestirà il flusso di energia tra la batteria e il motore? Il sistema di raffreddamento manterrà tutto a temperature operative sicure?
Tutti gli elementi costruttivi devono combaciare perfettamente. Se un componente è troppo piccolo o troppo grande, influisce sulle prestazioni dell’intero sistema. L’obiettivo è trovare il punto di forza in cui tutto funziona in modo efficiente, soddisfacendo tutti i requisiti.
4 – Ingegneria dettagliata dei componenti
Nel corso della loro vita, i componenti dei veicoli sono ripetutamente esposti a temperature fino a diverse centinaia di gradi Celsius. Senza un’adeguata gestione termica, questo porterà al guasto dei componenti, causando problemi significativi di sicurezza e di costi.
Le soluzioni Simcenter aiutano i progettisti a prevedere il comportamento termico di ogni componente per capire i livelli di raffreddamento necessari. Inoltre, aiutano a garantire che le batterie dei veicoli elettrici rimangano entro la temperatura operativa ottimale per offrire le massime prestazioni e garantire la sicurezza.
La simulazione integrata permette anche agli ingegneri di ottimizzare il comfort termico della cabina accanto alle prestazioni del veicolo. Il comfort sta diventando un elemento di differenziazione sempre più importante, soprattutto nei veicoli di lusso, quindi il comfort deve essere ottimizzato senza impattare sulle prestazioni.
Legga le seguenti risorse per maggiori informazioni sulla gestione termica dei componenti:
- Blog su modellazione e sicurezza delle batterieDalla progettazione delle celle in 3D fino al pacco batterie completo e alla propagazione termica durante un evento di fuga.
- Le registrazioni dell’ultimo Workshop termico ICE dove gli esperti del settore hanno condiviso gli ultimi sviluppi della simulazione per i motori a combustione interna
- Guardi il webinar sul comfort termico della cabina per scoprire come la simulazione ad alta fedeltà aiuta a progettare sistemi di controllo HVAC efficienti, oppure legga come Calsonic Kansei Corporationora fusa con Magneti Marelli e conosciuta come Marelli, ha ridotto della metà il numero di prototipi fisici per la progettazione di sistemi di climatizzazione.
5 – Integrazione completa del veicolo
Per i veicoli moderni, una visione olistica è essenziale fin dall’inizio, poiché innumerevoli fattori interdipendenti influenzano l’utilizzo di energia e la gestione termica. La mancata integrazione di questi elementi in una fase iniziale porta a modifiche di progetto costose e lunghe in seguito.
L’integrazione virtuale attraverso la simulazione a livello di sistema è un fattore chiave, che consente ai team interfunzionali di abbattere i silos tradizionali e di collaborare in modo efficace. Un filo digitale collega i sottosistemi in evoluzione, assicurando che i modelli più recenti siano integrati durante lo sviluppo. In questo modo, ogni disciplina è in grado di capire come il proprio lavoro impatta – e viene impattato – sul sistema più ampio del veicolo.
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