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憑借陽光即可行駛的車——Lightyear One

2023-02-07

本文原載于Ansys Advantage：《Driving on Sunshine with Lightyear One》位于荷蘭海爾蒙德的一家汽車公司Lightyear利用太陽能電池制作車頂，以便用戶可以在日間駕車時為電池充電，這是對環(huán)保汽車概念的一次重大顛覆——借助太陽就可以為電池充電，就像可以隨車攜帶充電站。作為Ansys初創(chuàng)公司計劃的成員，Lightyear從零開始設(shè)計Lightyear One車型，包括輕量化鋁和碳纖維底盤、4個輪轂電機(jī)、動力總成和太陽能車頂，以實現(xiàn)最大續(xù)航里程和最高效率。Lightyear首席結(jié)構(gòu)工程師Andrea Carpi指出：“環(huán)保意識較強(qiáng)的駕駛者們不強(qiáng)調(diào)時速能夠幾秒破百，他們追求效率，用清潔能源提供最大續(xù)航里程，而無需頻繁停車充電?！盋arpi和他的工程師同事通過使用Ansys Mechanical、Ansys Fluent和Ansys HFSS為5座型Lightyear One進(jìn)行結(jié)構(gòu)、空氣動力學(xué)、電磁學(xué)和熱設(shè)計，讓用戶可以一次充電行駛725公里（約450英里）。從擋風(fēng)玻璃頂部延伸到后備箱后部的太陽能電池，可以讓用戶在陽光下的每小時行駛里程延長12公里。Lightyear One也配備了能夠插入普通民用插座的插頭。不過根據(jù)用戶的駕駛習(xí)慣和所在地區(qū)的日照量不同，也許很多用戶并不需要頻繁使用它。從一開始就取得成功的設(shè)計Lightyear團(tuán)隊現(xiàn)在是獨立于埃因霍溫大學(xué)的實體，但它其實是從 “埃因霍溫太陽能小組 (Solar Team Eindhoven)” 發(fā)展而來的，該學(xué)生工程團(tuán)隊在2013年到2019年間，連續(xù)四次贏得 “普利司通世界太陽能車挑戰(zhàn)賽 (Bridgestone World Solar Challenge)” 冠軍，（該比賽每兩年舉行一次，因此他們都贏得了冠軍）。在參加 “實用太陽能汽車” 的 “巡航車” 類比賽中，該車隊的Stellar Era太陽能車于2019年10月完成了從達(dá)爾文到阿德萊德，穿越澳大利亞內(nèi)陸3,020公里（約1,876英里）的賽程，車輛耗電僅71.24千瓦時。如此優(yōu)異的成績讓人們不禁思考，如何將這款太陽能車商業(yè)化。2016年，埃因霍溫大學(xué)工程學(xué)教授兼該車隊教員領(lǐng)導(dǎo)Lex Hoefsloot，以及聯(lián)合創(chuàng)始人Koen van Ham、Martijn Lammers、Arjo vander Ham和Qurein Biewenga決定把它商業(yè)化。2020年11月，Lightyear現(xiàn)任首席執(zhí)行官Hoefsloot在接受《福布斯》雜志采訪時表示，做出這個決定是基于久經(jīng)時間考驗的商業(yè)信條——“如果我們不做，我們將會后悔”。商業(yè)化&重新設(shè)計雖然團(tuán)隊已從“普利司通世界太陽能車挑戰(zhàn)賽”中受益良多，但作為一家商業(yè)公司，Lightyear必須從消費者的角度出發(fā)，重新思考自己的設(shè)計。這意味著不僅要降低成本，同時還要提高效率和舒適度。比如，在為比賽設(shè)計時，可能可以接受在澳大利亞的長途自駕游中關(guān)閉空調(diào)，但普通消費者不太可能忍受這種狀態(tài)。因此，團(tuán)隊利用積累的經(jīng)驗和知識，從零開始重新設(shè)計這款太陽能汽車。Ansys初創(chuàng)公司計劃在這個階段提供了支持，助力他們對結(jié)構(gòu)、空氣動力學(xué)和電子設(shè)計開展虛擬測試，避免了物理原型制作和測試的成本。仿真模擬車輛前端在受到最大道路載荷時的最大變形（位移）Carpi表示：“我們受益于Ansys初創(chuàng)公司計劃，以低成本實現(xiàn)了仿真。企業(yè)必須明智地使用投資人的資金，才能使之發(fā)揮出最大效益，而Ansys仿真軟件幫助我們節(jié)省了時間和資金?！盠ightyear One面臨著一個獨特的結(jié)構(gòu)問題，他們需要確保5平方米大小的太陽能電池板能夠承受道路顛簸，并且在發(fā)生輕微碰撞時也不會完全損壞。Lightyear工程師利用仿真技術(shù)設(shè)計了一種分層結(jié)構(gòu)，包括在太陽能電池頂部覆蓋安全玻璃，以及在下方加裝支撐結(jié)構(gòu)，以增加強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池板結(jié)構(gòu)中的單個電池如果發(fā)生故障，整塊電池板就會停止工作，而Lightyear One系統(tǒng)與之不同，即使在太陽能電池板的一部分受損后仍能繼續(xù)工作。為了減少阻力和升力，提高空氣動力學(xué)效率，Lightyear工程師使用Ansys Fluent進(jìn)行仿真，優(yōu)化設(shè)計汽車的氣動外形。隨后他們開展了風(fēng)洞測試，以驗證仿真結(jié)果。Lightyear One底部平坦，頂部狹長呈錐形，形狀猶如飛機(jī)機(jī)翼。通過用緩坡度拉長頂部，氣流始終附著在汽車上，與使用陡坡度的較短車身相比，可以減少阻力。此外，新型輪罩還能引導(dǎo)空氣圍繞外側(cè)流動，避免其進(jìn)入輪艙而導(dǎo)致阻力增大。Lightyear One的內(nèi)飾將采用現(xiàn)代時尚設(shè)計Lightyear團(tuán)隊還利用仿真技術(shù)設(shè)計了4個獨立的輪轂電機(jī)，這些電機(jī)能夠在需要時向需要的位置提供動力。他們運用Ansys電磁仿真技術(shù)來確保其太陽能電池板發(fā)電效率達(dá)到最大，并使用Ansys電池管理系統(tǒng) (BMS)仿真，實現(xiàn)有效地存儲和分配電力的最優(yōu)方案。Lightyear已開始接受Lightyear One的預(yù)約訂單，預(yù)期售價為15萬歐元，自2021年底開始向歐盟、挪威和瑞士交付。該車型預(yù)計將在2024-2025年向全球其他地區(qū)提供，屆時還將有價格較低的第二款車型推出。（文章來源公眾號：Ansys）+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關(guān)于億道電子億道電子技術(shù)有限公司（英文名稱：Emdoor Electronics Technology Co.,Ltd）是國內(nèi)資深的研發(fā)工具軟件提供商，公司成立于 2002 年，面向中國廣大的制造業(yè)客戶提供研發(fā)、設(shè)計、管理過程中使用的各種軟件開發(fā)工具，致力于幫助客戶提高研發(fā)管理效率、縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，提升產(chǎn)品可靠性。20 年來，先后與 Altium、ARM、Ansys、Minitab、Green Hills、EPLAN、QT、QA Systems、MicroFocus、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software 、Autodesk、Source Insight、TeamEDA、IncrediBuild、Adobe等多家全球知名公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，并作為他們在中國區(qū)的主要分銷合作伙伴服務(wù)了數(shù)千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發(fā)工具、EDA 設(shè)計工具、軟件編譯以及測試工具、結(jié)構(gòu)設(shè)計工具、仿真工具、電氣設(shè)計工具、以及嵌入式 GUI 工具等等。億道電子憑借多年的經(jīng)驗積累，真正的幫助客戶實現(xiàn)了讓研發(fā)更簡單、更可靠、更高效的目標(biāo)。歡迎關(guān)注“億道電子”公眾號了解更多研發(fā)工具軟件知識

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