Soluciones de transporte y movilidad de SIMULIA

El desarrollo del sistema de transmisión para un vehículo eléctrico o híbrido es muy diferente del diseño del motor de combustión interna. Los motores, el cableado, la refrigeración, el sistema electrónico de potencia y la batería deben diseñarse para garantizar la seguridad, la fiabilidad y la eficiencia. La optimización impulsada por la simulación ayuda a los ingenieros a mejorar el rendimiento eléctrico y la autonomía, y a encontrar la mejor solución entre las variables de la competencia.

Cada detalle cuenta para la experiencia del conductor y de los pasajeros. El ruido, las vibraciones, la temperatura y el confort son solo algunos de los factores que los diseñadores de cabinas de vehículos deben controlar y optimizar. Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) son especialmente importantes, ya que consumen cantidades significativas de energía e influyen en la autonomía del vehículo. Con la simulación, los ingenieros pueden optimizar el diseño del sistema HVAC y otros sistemas interiores para garantizar el confort térmico con un consumo de energía mínimo.

La concepción es la primera etapa del diseño, pero las decisiones tomadas aquí tienen implicaciones para todo el ciclo de desarrollo y pueden marcar la diferencia entre un diseño ganador y uno que no salga de la mesa de dibujo. La simulación en la etapa de concepción permite a los ingenieros analizar el rendimiento de la estructura del vehículo antes de construir un prototipo físico. Las diferentes variaciones de diseño se pueden modificar y simular fácilmente sin tener que tediosas operaciones de remallado, lo que permite realizar rápidamente estudios comparativos de rendimiento. 

Independientemente de si conductor prefiere un manejo suave y fácil o deportivo y emocionante, la dinámica de los vehículos es crucial para satisfacer las expectativas del cliente en cuestión de manejo y experiencia de conducción. Los componentes de la dirección, la suspensión y el sistema de transmisión se pueden optimizar de forma aislada o como parte de un sistema más grande con simulación de dinámica multicuerpos. La dinámica del vehículo se puede investigar en condiciones de carretera difíciles y con un comportamiento desafiante del conductor de forma rápida y segura en un gemelo virtual. La simulación Hardware-in-the-Loop (HIL) y Man-in-the-Loop (MIL) ofrece información en tiempo real sobre el manejo y la conducción dentro de un simulador de conducción para proporcionar información sobre la experiencia del usuario final.

La función del sistema de transmisión es suministrar potencia de la fuente de energía a las ruedas de la forma más eficiente posible. Los motores y todos los componentes del sistema de transmisión tienen que durar cientos de miles de kilómetros bajo tensión constante. La simulación ayuda a los ingenieros a comprender la transferencia de par a través del sistema de transmisión, así como otros factores importantes e identificar posibles fuentes de fractura o desgaste. La optimización del sistema de transmisión aumenta la fiabilidad del vehículo.

Con cada bache de la carretera, se propagan fuerzas considerables a través del vehículo. El objetivo del ingeniero es garantizar que estas fuerzas se distribuyan para minimizar el impacto que sienten los pasajeros y el desgaste experimentado por la suspensión y los elementos de la carrocería. 

El rendimiento de los frenos es crucial para la seguridad del vehículo. Los frenos deben ser capaces de detener el peso del vehículo y su carga incluso a alta velocidad en condiciones de humedad, barro o hielo. La simulación revela la potencia de frenado de los diseños de frenos en escenarios difíciles, sin tener que probar un prototipo físico. También se puede analizar el desgaste de los discos y las pastillas de freno para comprender la durabilidad y la acumulación de polvo de los frenos, y la simulación térmica y aerodinámica también muestra cómo los frenos se calientan y se enfrían para ayudar a diseñar sistemas de frenado generales.

La gestión del calor de los motores ha sido durante mucho tiempo uno de los factores más importantes para garantizar la fiabilidad. Con la transición a los vehículos eléctricos, están surgiendo nuevas necesidades de refrigeración, ya que los motores y las baterías generan calor y, en el caso de las baterías, existe la necesidad adicional de calefacción en invierno. El diseño de sistemas de refrigeración y calefacción eficaces requiere una comprensión del refrigerante interior, así como del flujo de aire alrededor y a través de la carrocería del vehículo. La simulación térmica revela la generación de calor y la eficacia de los sistemas de refrigeración en diferentes condiciones climáticas y escenarios.

La resistencia aerodinámica tiene un gran impacto en la eficiencia y, en última instancia, en la autonomía de un vehículo. Tradicionalmente, la aerodinámica requiere cantidades significativas de pruebas en túnel de viento para analizar y mejorar. La simulación permite modelar la aerodinámica en cualquier etapa del desarrollo, desde la concepción en adelante, sin pruebas físicas lentas o de elevado coste, y ofrece una representación más realista del rendimiento de conducción real que solamente un túnel de viento.

Para 2030, se espera que los sistemas electrónicos representen la mitad del coste total de un vehículo. Los sistemas de seguridad, control del motor, autónomos y de asistencia al conductor (ADAS), e información y entretenimiento son solo algunos de los sistemas integrados en los vehículos modernos, y todos estos sistemas funcionan en estrecha proximidad sin interferencias ni errores de datos. La simulación electromagnética permite a los ingenieros electrónicos analizar la compatibilidad electromagnética (EMC) y la integridad de la señal y la alimentación (SI/PI) del sistema electrónico de a bordo, así como resolver cualquier problema. A nivel del sistema, también ayuda a los integradores a encontrar la mejor ubicación para las antenas y los sensores, y a mitigar la diafonía y las interferencias entre sistemas integrados.

La batería sigue siendo el componente más grande y de más elevado coste de un automóvil eléctrico. Los fabricantes compiten mucho en cuanto a autonomía, velocidad de carga y coste, todos los cuales están determinados en gran parte por el rendimiento de la batería. La simulación se puede utilizar para diseñar baterías, desde las celdas individuales hasta toda la batería, revelando los complejos fenómenos electroquímicos en 3D de carga y descarga. La simulación multifísica también ayuda a diseñar otros aspectos del módulo de la batería, como la resistencia a los choques y la refrigeración.