Ingeniería de vehículos eléctricos
Las simulaciones optimizan el diseño de vehículos eléctricos, mejoran el rendimiento y dar forma al futuro del transporte sostenible
Futuro digital de los vehículos eléctricos
Los vehículos eléctricos nos están trasladando a una era de transporte eficiente, asequible y limpio. Están preparados para revolucionar los viajes y convertirse en una piedra angular del panorama de la movilidad en las ciudades inteligentes.
Para integrar esta nueva generación de vehículos, los innovadores, los fabricantes de equipos originales (OEM) y los proveedores deben replantearse la ingeniería de vehículos. Los ciclos de desarrollo comprimidos exigen una colaboración sin precedentes entre todas las partes interesadas. Debido a que esto afecta a varios sistemas de los vehículos, la integración de nuevas tecnologías presenta un complejo desafío de ingeniería. La electrificación requiere soluciones innovadoras que unifiquen las disciplinas y ofrezcan una visión más clara del rendimiento de los vehículos.
Ventajas clave de la simulación para la ingeniería de vehículos eléctricos
Rendimiento mejorado
La electrificación aumenta el par y la aceleración, y eso mejora el nivel de aceptación de vehículos eléctricos.
Aumento de la eficiencia de la batería
El I+D y la simulación amplían la autonomía de conducción y reducen los tiempos de carga.
Menores costes
Los vehículos eléctricos asequibles reducen los costes y aumentan la accesibilidad.
Experiencia de gemelo virtual para la simulación de sistemas eléctricos de vehículos
El desarrollo de un vehículo eléctrico es un proceso largo que implica múltiples iteraciones desde el concepto hasta el diseño final, junto con extensas pruebas y prototipos. La simulación crea una experiencia de gemelo virtual que recoge todos los datos de diseño relevantes y reproduce con precisión el comportamiento del mundo real. Esta prueba virtual sustituye a las pruebas físicas, reduciendo el número de prototipos y recortando significativamente el tiempo y los costes de desarrollo.
MODSIM facilita el modelado de vehículos eléctricos
La técnica de modelado y simulación unificados (MODSIM) elimina los silos entre el diseño y el análisis integrando el diseño asistido por ordenador (CAD) y la ingeniería asistida por ordenador (CAE) en un único entorno. Esta integración permite a los ingenieros recibir comentarios inmediatos sobre el impacto de los cambios de diseño, lo que garantiza un rendimiento óptimo. Todas las partes interesadas en el diseño de vehículos eléctricos pueden participar activamente y democratizar la simulación, y los miembros del equipo trabajan con los mismos datos actualizados, manteniendo una única fuente de información.
Conceptos básicos de los procesos de ingeniería de vehículos eléctricos
- Nivel de componentes
- Nivel del sistema
- Nivel completo del vehículo
Motores eléctricos para aplicaciones de tracción
Los motores eléctricos son componentes cruciales en vehículos eléctricos e híbridos, trenes y maquinaria industrial. Convierten la energía eléctrica en energía mecánica, lo que permite el movimiento. Los motores de tracción están diseñados para alta torsión y eficiencia, proporcionando una aceleración potente y un funcionamiento suave a diferentes velocidades. Estos motores suelen ser robustos y ligeros, y están diseñados para soportar condiciones de funcionamiento exigentes. Las características clave incluyen un control preciso de la velocidad, un bajo mantenimiento y una alta eficiencia energética, lo que las hace ideales para soluciones de transporte sostenible. Los avances continuos en la tecnología de motores continúan mejorando su rendimiento, fiabilidad e integración con los sistemas electrónicos de potencia modernos.
Ingeniería electrónica de potencia
La electrónica de potencia para aplicaciones de tracción desempeña un papel crucial en el control y la conversión de la energía eléctrica para accionar motores eléctricos en vehículos y trenes. Estos sistemas gestionan el flujo de potencia entre la fuente de energía (como baterías o redes eléctricas) y el motor de tracción, lo que garantiza un rendimiento óptimo. Los componentes principales son inversores, convertidores y controladores que regulan la tensión, la corriente y la frecuencia para lograr un funcionamiento eficiente y preciso del motor. La electrónica de potencia permite el frenado regenerativo, que recupera energía durante la desaceleración, lo que mejora la eficiencia general. Su diseño compacto, fiabilidad y eficiencia son fundamentales para el avance de los sistemas de tracción eléctricos e híbridos, y esto promueve la transición hacia un transporte más ecológico.
Simulación de transmisión mecánica
Las transmisiones de engranajes de vehículos eléctricos son componentes esenciales que transmiten potencia del motor eléctrico a las ruedas, lo que optimiza el rendimiento y la eficiencia. A diferencia de los vehículos con motor de combustión interna tradicionales, los vehículos eléctricos suelen utilizar transmisiones de una velocidad debido al amplio rango de pares de los motores eléctricos. Esta simplicidad reduce la complejidad mecánica, el peso y las necesidades de mantenimiento. Las transmisiones de engranajes garantizan un suministro de par suave, mejorando la aceleración y la eficiencia energética. Algunos vehículos eléctricos avanzados incorporan cajas de cambios multivelocidad para mejorar el rendimiento a altas velocidades. El diseño se centra en minimizar el ruido, las vibraciones y la dureza (NVH), contribuyendo a la experiencia general de conducción tranquila y suave por la que se conocen los vehículos eléctricos.
Ingeniería de transmisión eléctrica
La ingeniería de transmisión eléctrica es un campo multidisciplinar centrado en el diseño, el desarrollo y la aplicación de sistemas que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Estos sistemas, conocidos como transmisiones eléctricas, forman parte de los vehículos eléctricos. Aunque las máquinas eléctricas existen desde hace tiempo, el uso de sistemas de propulsión eléctrica para sistemas de tracción plantea nuevos desafíos de ingeniería.
El motor eléctrico se encuentra en el núcleo de los sistemas de transmisión eléctrica e incorpora un controlador electrónico que regula la velocidad, el par y la posición. La ingeniería involucrada en estos sistemas incluye varias áreas clave: ingeniería eléctrica, teoría de control, electrónica de potencia e ingeniería mecánica.
Diseño de baterías para automóviles
Las baterías son el núcleo de los vehículos eléctricos, que proporcionan la energía necesaria para alimentar el motor eléctrico. Por ello, necesitan almacenar tanta energía como sea posible para minimizar la preocupación respecto a su autonomía y garantizar la seguridad en caso de imprevistos.
Las baterías constan de numerosas células de iones de litio dispuestas en módulos, optimizadas para ofrecer densidad de energía, durabilidad y seguridad. El diseño se centra en maximizar la autonomía, minimizar el tiempo de carga y garantizar la gestión térmica para evitar el sobrecalentamiento. Los sistemas avanzados de gestión de la batería (BMS) supervisan el estado y el rendimiento de cada célula, lo que equilibra los ciclos de carga y descarga. Las innovaciones en tecnología de baterías, como las baterías de estado sólido y la capacidad de carga rápida, están impulsando la evolución de los vehículos eléctricos, haciéndolos más eficientes, fiables y accesibles para su adopción generalizada. Las baterías son sistemas muy complejos, que requieren métodos de ingeniería avanzada en todos los niveles: desde química hasta ingeniería de celdas, ingeniería de módulos y paquetes, y finalmente la integración en vehículos completos.
Análisis de comportamiento térmico
La termodinámica de vehículos eléctricos se centra en la gestión del calor interior para garantizar un rendimiento y una eficiencia óptimos. A diferencia de los motores de combustión interna, los vehículos eléctricos generan menos calor, pero la gestión térmica eficiente sigue siendo crucial, especialmente para la batería, el sistema electrónico de potencia y el motor eléctrico. Algunos sistemas como la refrigeración líquida, las bombas de calor y los materiales de cambio de fase se utilizan para mantener temperaturas óptimas, evitando el sobrecalentamiento o pérdidas de eficiencia relacionadas con el frío. Una gestión termodinámica adecuada mejora la vida útil de la batería, la velocidad de carga y el rendimiento general del vehículo. A medida que evolucionan los vehículos eléctricos, los sistemas térmicos avanzados se vuelven cada vez más importantes para maximizar la autonomía y la fiabilidad en diferentes climas y situaciones de conducción.
Compatibilidad electromagnética
El electromagnetismo de los vehículos eléctricos desempeña un papel fundamental en el funcionamiento y la eficiencia de los vehículos eléctricos, especialmente en el diseño de motores eléctricos y sistemas de carga. En los motores, los campos electromagnéticos convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico, con un diseño preciso necesario para maximizar el par, la eficiencia y la densidad de potencia. Los principios electromagnéticos también se aplican en los sistemas de carga inalámbricos, donde la energía se transfiere a través del acoplamiento inductivo entre bobinas. Un diseño electromagnético eficaz minimiza las pérdidas de energía, reduce la generación de calor y limita las interferencias electromagnéticas (EMI) que podrían interrumpir el sistema electrónico del vehículo. A medida que avanza la tecnología de vehículo eléctrico, resulta clave optimizar las propiedades electromagnéticas para mejorar el rendimiento, aumentar la autonomía y garantizar un funcionamiento fiable y seguro.
Aerodinámica del vehículo eléctrico
La aerodinámica del vehículo eléctrico es crucial para mejorar la eficiencia y ampliar la autonomía de conducción. Al minimizar la resistencia aerodinámica, los vehículos eléctricos pueden reducir la energía necesaria para mantener la velocidad, lo que permite conservar la energía de la batería. El diseño tiene varios elementos clave: una silueta aerodinámica de la carrocería, una parte inferior lisa y características como obturadores de rejilla activos que se cierran a altas velocidades para mejorar el flujo de aire. La optimización aerodinámica también reduce el ruido y mejora la estabilidad de conducción. Con coeficientes de resistencia aerodinámica más bajos, típicamente alrededor de 0,24 para vehículos eléctricos modernos, los fabricantes pueden aumentar significativamente la autonomía, haciendo de la aerodinámica un aspecto fundamental del diseño de los vehículos eléctricos.
Acústica, ruido y vibraciones
La experiencia del cliente es un factor crucial en las decisiones de compra de automóviles. Para garantizar que los vehículos eléctricos compitan de manera efectiva con los vehículos tradicionales de motor de combustión interna (ICE), es esencial ofrecer una experiencia excepcional tanto a los conductores como a los pasajeros. A diferencia de los vehículos ICE, los vehículos eléctricos suelen generar más ruido tonal, que puede ser percibido como zumbidos y quejidos molestos. La utilización de simulaciones puede ayudar a identificar las fuentes de ruido y vibraciones en el vehículo, lo que permite a los ingenieros implementar soluciones específicas que mejoran la experiencia general y mantienen el peso del aislamiento al mínimo.
Testimonios de clientes sobre las herramientas de simulación de vehículos eléctricos SIMULIA
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