仿真加速车辆开发并降低风险

我们正处于一场由可持续性和城市化等趋势推动的出行变革之中。汽车行业需要彻底重塑其产品，以满足新的排放标准，并将电驱动和氢发动机等新技术推向市场。与此同时，铁路行业正迎来高速铁路和城市轨道交通的建设热潮，而城市个人出行面临的挑战则由电动自行车和电动踏板车等创新技术来解决。

为了保持竞争力，制造商、供应商和建筑公司需要紧跟这一快速变革的步伐。然而，开发一款新车（尤其是全新设计）是一个漫长且成本高昂的过程，伴随着相当大的风险。此外，全球统一轻型车辆测试程序 (WLTP) 等新标准大幅增加了所需的测试量。仿真为这些挑战提供了解决方案，可缩短开发周期，同时减少测试需求。

借助仿真技术，设计师可以在真实产品的虚拟孪生模型上优化单个组件或整个系统的性能。仿真可在开发的任何阶段使用，从初始概念到最终设计，分析结构完整性、空气动力学、噪声、振动、舒适度、操控性等因素。在构建物理原型之前，就可以识别并解决潜在问题，从而降低后期成本高昂的重新设计风险。

SIMULIA 仿真工具组合为设计师和工程师提供了综合全面的解决方案，用于分析和优化组件、车辆和交通运输基础设施。这些工具可与行业标准计算机辅助设计 (CAD) 工具以及 3DEXPERIENCE 平台上的其他达索系统工具集成。

汽车与交通运输行业解决方案的主要优势

虚拟测试

用虚拟风洞和驾驶模拟器替代物理测试

最大限度降低风险

在开发早期发现问题并尽快解决

优化性能

在动力、操控性和乘客舒适度之间找到最佳平衡点

提高可持续性

提高燃油效率或开发全新电动汽车概念

降低开发成本

通过减少设计迭代和物理原型来控制预算

缩短产品上市时间

缩短新概念的开发时间并获得竞争优势

建模仿真一体化 – MODSIM

借助建模仿真一体化 (MODSIM)，可在开发周期的任意阶段对车辆性能或其任何部件进行分析。该技术甚至适用于初始概念阶段——远早于构建原型之前。这不仅可以加速开发流程，同时也能降低开发后期阶段出现问题的风险。

仿真模型直接源自 CAD 几何结构，无需导出或导入其他工具。这意味着设计更新可自动传达给所有用户，从而减轻版本管理的行政工作量，并确保所有人都在使用统一数据源。

探索 SIMULIA MODSIM 解决方案

通过多物理场仿真实现最佳权衡

设计的成功与否受诸多因素影响。为了开发出具有竞争力的车辆，工程师需要在安全性、气动力、发动机温度、噪声、振动、乘坐舒适性、操控性、座舱舒适度以及数据连接性等诸多因素之间取得平衡。这些都是多物理场现象，融合了结构、流体、电磁学、振动声学和多体动力学等多个不同学科。

SIMULIA 可提供涵盖这些学科的完整仿真工具组合。这些工具可结合使用，以考虑不同物理现象之间的相互作用，例如电子设备中因电能损耗产生的热量以及组件内部和周围气流所带来的冷却效果。

探索 SIMULIA 多体仿真解决方案

像最终用户一样去体验

乘坐体验让汽车不仅仅是一种交通工具。从悬架到风噪，从空调到座椅舒适度，每个细节都必须恰到好处，以最大限度地提升驾驶员和乘客的体验。仿真支持在世界任何地方对车辆在真实条件下的行为进行建模，而无需离开办公室。

虚拟孪生体验可为工程师再现驾驶员的体验。设计师可以看到、听到甚至感受到乘客在汽车行驶过程中的体验。实时运动仿真具备硬件在环 (HiL) 和人在环 (MiL) 功能——逼真的物理仿真可与驾驶模拟器进行接口连接，为虚拟测试驾驶员提供即时物理反馈，让他们感受到路上的每一处颠簸。

可持续性设计

交通运输行业正在经历变革。在电池、电机和自动驾驶/高级驾驶辅助系统 (ADAS) 技术创新的推动下，电动汽车的数量不断增多。与此同时，公共交通和主动交通领域近年来也展现出极高的关注热度和创新活力。仿真正在帮助工程师更快地开发出面向未来的全新车辆和交通解决方案，同时降低开发风险。

无论采用何种交通方式，能源效率都至关重要。全球统一轻型车辆测试程序 (WLTP) 要求报告每种车型的燃油效率，如果没有仿真技术，这一过程将非常耗时且成本高昂。从最大限度降低空气动力学阻力和轮胎阻力，到寻找电机最高效的运行模式，仿真驱动的优化可改善车辆燃油消耗和续航里程。

汽车与交通运输行业的 SIMULIA 客户

电驱动工程

开发电动或混合动力汽车的驱动系统与内燃机设计截然不同。电机、电缆、冷却系统、电力电子设备和电池都需要精心设计，以确保安全性、可靠性和效率。仿真驱动的优化可帮助工程师提升电动性能和续航里程，并在相互竞争的变量之间找到最佳平衡点。

空调控制与座舱舒适度

每个细节都会影响驾驶员和乘客的体验。噪声、振动、温度和舒适度只是车辆座舱设计师必须控制和优化的部分因素。暖通空调 (HVAC) 系统尤为重要，因为它们会消耗大量能源并影响车辆续航里程。借助仿真技术，工程师可以优化 HVAC 和其他内饰系统的设计，以确保在最低功耗下实现热感舒适度。

概念结构工程

概念阶段是设计的第一阶段，但在此阶段做出的决策将影响整个开发周期，并可能决定设计是成功还是失败。在概念阶段进行仿真，让工程师能够在构建物理原型之前分析车辆结构的性能。还可以轻松修改和仿真不同的设计变体，而无需进行繁琐的重新网格划分，从而能够快速进行性能权衡研究。

车辆动力学

利用 SIMULIA 进行动力总成强度和耐久性仿真，以提升汽车与交通运输领域的车辆性能

无论驾驶员追求平稳轻松还是动感有趣的驾驶体验，车辆动力学对于满足客户对操控性和乘坐体验的期望都至关重要。转向、悬架和动力总成组件可通过多体动力学仿真进行单独优化，也可作为更大系统的一部分进行优化。在虚拟孪生环境中，可以快速、安全地研究崎岖路况和具有挑战性驾驶行为下的车辆动力学。硬件在环 (HiL) 和人在环 (MiL) 仿真可在驾驶模拟器中提供关于操控性和乘坐体验的实时反馈，有助于深入了解最终用户体验。

动力总成强度、耐久性和振动

动力总成的作用是尽可能高效地将能源产生的动力传递到车轮。发动机、电机、变速器和所有动力总成组件必须在持续应力下运行数十万公里。仿真可帮助工程师了解动力总成中的扭矩传递情况以及其他重要因素，并识别潜在的断裂或磨损源。优化动力总成可提高车辆的可靠性。

底盘与悬架强度、耐久性和振动

道路上的每一次颠簸都会产生相当大的力，这些力会在整个车辆中传递。工程师的目标是确保这些力得到合理分配，以最大限度减少乘客感受到的冲击以及对悬架和车身部件造成的磨损。

制动系统工程

制动性能对于车辆安全至关重要。制动系统必须能够在潮湿、泥泞或结冰等恶劣条件下，即使车辆以高速行驶，也能有效制动车辆及其载荷的重量。仿真能够在无需测试物理原型的情况下，揭示制动设计在具有挑战性场景下的制动性能。此外，还可以分析制动盘和制动片的磨损情况，以了解其耐久性和制动粉尘污染，同时热仿真和空气动力学仿真还能展示制动器的加热和冷却机制，从而有助于设计整体制动系统。

车辆热管理

长期以来，管理发动机热量一直是确保车辆可靠性的最重要因素之一。向电动汽车的转型带来了新的冷却需求，电机和电池都会产生热量，而对于电池来说，冬季还需要额外的加热。设计有效的冷却和加热系统需要了解车辆内部冷却液以及车身周围和内部的气流。热仿真能够揭示不同天气条件和场景下的热量产生以及冷却系统的有效性。

车辆空气动力学

空气动力学阻力对车辆的效率和最终续航里程有着巨大影响。传统上，空气动力学需要通过大量的风洞试验来分析和改进。仿真支持在开发的任何阶段（从概念阶段开始）对空气动力学进行建模，而无需进行成本高昂且耗时的物理测试，并且与风洞相比，它能提供更逼真的实际驾驶性能表现。

车辆电子

预计到 2030 年，电子系统将占车辆总成本的一半。安全系统、发动机控制、自动驾驶和高级驾驶辅助系统 (ADAS) 以及信息娱乐系统只是现代车辆中集成的部分系统，所有这些系统都必须在近距离内运行，且不能出现干扰或数据错误。电磁仿真使电子工程师能够分析车载电子设备的电磁兼容性 (EMC) 以及信号和电源完整性 (SI/PI)，并解决任何问题。在系统层面，它还能帮助集成商找到天线和传感器的最佳放置位置，并减轻车载系统之间的串扰和同址干扰。

电池工程

电池是电动汽车中体积最大、成本最高的组件。制造商在续航里程、充电速度和成本方面展开激烈竞争，而这些因素在很大程度上都取决于电池的性能。仿真可用于电池设计，从单个电池到整个电池组，揭示充放电过程中的复杂3D电化学现象。多物理场仿真还有助于设计电池模块的其他方面，包括耐撞性和冷却。

汽车与交通运输细分领域

汽车与交通运输行业涵盖多个细分领域，每个领域都能受益于仿真技术，提高性能、安全性和效率。

乘用车和轻型卡车的设计用途多样，从经济型到豪华型，确保舒适的乘坐体验。
重型卡车对全球经济至关重要，它们依靠仿真来应对物流需求的挑战。
公交车通过仿真技术不断提升舒适度和排放标准，包括混合动力和电动车型。火车作为一种可持续的交通方式，利用仿真来优化组件和系统，以满足客运和货运服务需求。
在赛车运动中，仿真对于在极端条件下最大限度地提高速度、操控性和耐久性至关重要。从踏板车到赛车，摩托车利用仿真技术实现量身定制的空气动力学和动态性能。
最后，自行车和主动出行解决方案（包括电动自行车和货运自行车）利用结构和电磁仿真来满足日益增长的复杂性和安全性期望。仿真在推动这些交通细分领域的发展中发挥着关键作用。