Leonard Mengoni på Porsche Motorsport förstår utmaningarna med ABB FIA Formel E-racing och vilken effekt effektiviteten kommer att ha på utvecklingen av elektriska racerbilar i framtiden. På Ansys blogg noterar man i en längre artikel att han är en av flera designingenjörer som är involverade i den pågående optimeringen av Porsche 99X Electric Gen3 Formel E-racerns elektriska drivlina. Han använder simulering som en vägledning som involverar valfritt antal variabler för att jämföra och för att bibehålla den högsta effektiviteten under ett lopp.
Mot en helelektrisk framtid
Vartefter bilden av en helektrisk framtid för alla fordon testar tillverkare som Porsche smidigheten hos några av de snabbaste, lättaste fordonen som någonsin tillverkats. Det finns egentligen bara en tävling på planeten där du kan se elbilar rusa på stadsgator i 45 minuter i upp till 320 km i timmen, och det är ABB FIA Formula E World Championship.
Att ABB satsat på att sponsra denna racingtävling är högst begripligt, med tanke på bolagets allmänt starka ställning på elsidan och vilja att underlätta och förknippas med effektivas lösningar relaterat till den stora förändringsprocess som idag i ökande tempo ser till att elektrifiera världens fordonsflottor. ABB FIA Formel E-racing ska fungera som ett banér som bidrar till att bana väg för en helt elektrisk framtid och i detta fall hjälper Ansys-lösningar till.
I bloggen noteras att Mengonis team tittar rutinmässigt på detaljerade modeller av drivline-komponenter för att identifiera möjligheter till optimering och lättare vikt av Porsche 99X Electrics elektriska maskin och dess växelriktare. Därifrån gör teamet stegvisa förändringar för att uppnå högsta effektivitet under ett helt lopp. Att ha en effektiv drivlina hjälper TAG Heuer Porsche Formula E Team under loppet, eftersom de kan använda den mängd energi som sparas genom optimering för att köra om sina konkurrenter.
– Genom att jämföra vår simuleringsdata före händelsen med den data vi fick på banan under träningspass, kan vi utvärdera om våra uppskattningar av banförhållandena, som grepp eller temperaturer, matchar verkligheten, säger Mengoni, och fortsätter:
– Att använda data för att analysera dessa skillnader och utrota orsaker gör det möjligt för oss att förbättra våra simuleringsmodeller och anpassa vår övergripande strategi innan loppet.
Ansys sätter Porsches drivlinjekoncept på prov
Den senaste versionen av Porsche 99X Electric Gen3-bilen är en betydande avvikelse från sin föregångare. Den har en högre kraftdrift och energiåtervinning, men mindre batterikapacitet, vilket krävde att teamet hittade den rätta balansen mellan hög effekttäthet och hög effektivitet.
Innan några test- och valideringsaktiviteter påbörjas simuleras eventuella modifieringar av hårdvara och mjukvara för att bedöma deras potential. Det är i förutvecklingsstadiet som simulering spelar en särskilt kritisk roll, eftersom det finns många tekniker och drivlinstopologier att välja mellan. Att bestämma det mest lovande tillvägagångssättet före testning säkerställer att teamet använder testtiden så effektivt som möjligt.
Inför säsong nio såg TAG Heuer Porsche Formula E Team på bilens ökade effektnivå som motivation för att undersöka ett brett utbud av drivlinakoncept. Efter att först ha analyserat olika drivlinavarianter kunde teamet inte bestämma sig för en väg att följa. Så, genom att se över deras analys med simulering, gavs avsevärd tid på att borra ner ytterligare på detaljerna kring hur förlust genereras i komponenterna och hur den förlusten kunde modelleras på det mest effektiva sättet.
Ansys Motor-CAD
TAG Heuer Porsche Formula E Team gjorde mycket iterativt arbete med hjälp av simulering för att utveckla en drivlina som är effektiv under praktiskt taget alla förhållanden. Specifikt använder teamet Ansys Maxwell 2D och 3D för simulering av elektriska maskiner, eftersom det erbjuder många frihetsgrader och antalet parametrar i modellen som uppskattas från data. Stöd från Ansys-experter gjorde det möjligt för TAG Heuer Porsche Formula E Team att införliva ytterligare förlustmodeller och ta hänsyn till växelriktarens switchade utgångsspänningar.
Ansys Motor-CAD användes också för att utvärdera den elektriska maskinens termiska prestanda, eftersom teamet fann att den levererar snabba men exakta resultat. För växelriktaren förlitade sig teamet på en blandning av analytiska beräkningar och en växelriktarmodell i Ansys Twin Builder för mer detaljerad beräkning och validering av dess konstruktioner.
Hur simulering mäter sig under validering
I en tävlingsmiljö måste varje simulering valideras genom mätning. Närhelst simulering används under förutveckling försöker teamet validera det så snabbt som möjligt för att se till att de inkluderar alla relevanta fysiska effekter. Sammantaget innebär mer exakt validering med simulering färre mätaktiviteter krävs på lång sikt, så länge som tekniken och materialen som undersöks ligger inom en viss varians.
– Vi måste använda simulering för att få en exakt utvärdering av vilket koncept eller vilken teknik som är fördelaktigt för den nya drivlinan innan säsongen börjar, säger Mengoni, och avslutar, ”genom att jämföra våra simuleringsresultat med mätdata från testbänken och spåra, kan vi förbättra våra modeller ytterligare. Det är viktigt för oss att få ett bra grepp om vilken modifiering som behövs i förväg, eftersom vi under säsongen bara kan förbättra bilen via mjukvaruuppdateringar.”
Mer läsning om simulering och analys inom racingsporten finns på PLM&ERP News och på vår amerikanska systersajt, ENGINEERING.com i Verdi Ogewells artiklar:
1. ANSYS i huvudroll när Red Bull Racing gjorde om för att möta de nya designreglerna i Formel 1
2. The PLM and Simulation Tools That Drive Red Bull Racing to the Top
