利用仿真设计一辆功能齐全的全电勒芒赛车以推动可持续发展

向勒芒电动车赛冲刺

在一个以可持续性为前沿和核心的世界里，越来越多的赛车队正在考虑电子替代品。
现在的问题在于：如果能够以电动方式参加耐力赛，勒芒车赛会发生什么？
如果赛车充电时间与汽油或柴油汽车的加油时间相同，会发生什么？这就是荷兰埃因霍温理工大学 InMotion 学生团队取得的成果。

InMotion 目前正在位于荷兰赫尔蒙德的汽车园区调整优化其新型 Revolution 赛车。Revolution 是一辆全电勒芒赛车，其创新的 12 分钟快充技术和新一代的电池组尤为引人注目。

“我们确实在为移动出行努力创新，”InMotion 的客户经理马丁·肖尔图斯说。“我们认为，目前的快充速度太慢，这可能是人们不愿意驾驶电动车的一个原因。通过 Revolution，我们希望能尽量加快充电时间。它完成充电只要 12 分钟。这是一大突破。它为勒芒车赛而生。

“勒芒 24 小时耐力赛是久负盛名的赛事。我们整个团队的梦想就是用这项技术参与该赛事。如果它能在勒芒 24 小时耐力赛中成功，那么它就能在任何地方成功。”

十年创新制胜之路

InMotion 团队每年都会吸纳新的学生成员，并在持续不断地践行创新。经验丰富的前成员每周都会与当前团队碰面，分享信息并帮助他们解决技术难题。

InMotion 已经连续制造了四款创新型赛车，包括 Ignition（使用传统生物乙醇燃料，一辆快速的学生电动方程式 3 级赛车）、Fusion、Vision（更符合空气动力学的电动概念车）和 Revolution（一辆先驱型车辆，充电时间仅为 12 分钟，比保时捷电动车甚至特斯拉都快）。

“这支了不起的学生团队已有十年历史，”InMotion 团队经理伊沃特·蒂默曼斯说。“这正是 InMotion 的特别之处。十年前创立它的人仍然在监事会。我们第一辆电动赛车 Fusion 的制造者仍在就 Revolution 为我们提供相关知识。这点很特别。这体现了团队不断向前发展进步并保持连续性的特点。”

使用西门子解决方案获取专业经验

在过去一年中，InMotion 一项主要的工作重点是实现团队专业化。学生们想提升团队的档次，开始像一支真正的赛车队一样运转。InMotion 求助于 Siemens Digital Industries Software 来帮助他们实现这一目标。

“西门子是实现这一目标的关键合作伙伴，因为他们为我们提供了设计和制造汽车所需的所有软件，”蒂默曼斯补充说。

“使用优秀的软件极有必要。西门子也为一级方程式赛车提供了相同的软件套件。所以，在 InMotion，我们使用与专业车队相同的软件，这确实帮助我们将设计推向极限。因此，我们的车库里有了一辆出色的赛车，这是一项巨大的工程成就。这真的很特别。”

我们的目标是拥有一辆能够参赛的电动勒芒赛车和一支高度专业的赛车队。为此，学生们依靠与领先的 F1 车队使用的相同西门子软件工具。

创新思维

团队使用 NX™ 软件进行详细的计算机辅助设计 (CAD) 工作，并使用各种 Simcenter™ 软件工具（如 Simcenter STAR-CCM+™ 软件和 Simcenter 3D 软件）执行高级工程任务，为 Revolution 及其系统构建了全面的数字孪生。毫不令人意外，依靠团队的创新思维，InMotion 成为首批将 Teamcenter® 软件完全整合到流程中的学生团队之一，充分利用了 Revolution 数字主线提供的正确数据。Teamcenter、NX 和 Simcenter 是 Siemens Xcelerator 这一软硬件和服务业务平台的一部分。数千兆的数据已是屡见不鲜，而通过使用 Teamcenter，不同的学生工程师可以在专注于重要数据的同时处理数字孪生的各个复杂方面。Teamcenter 可以在数字主线中无缝连通高级仿真、数据管理和测试流程，在简化流程方面发挥着关键作用。

“人们认为我们只是做点设计工作，但事实并非如此。我们作为一支团队来设计 Revolution，而这个过程伴随着许多要求、偏好、想法和限制，”InMotion 技术经理托马斯·库伊珀斯说。

全面数字孪生的强大功能

从设计输入和标准出发，InMotion 工程师采用了经典的 V 循环方法，这是大多数汽车原始设备制造商 (OEM) 执行设计开发迭代时采用的传统方法。经过数月的设计和分析后，该团队制定了 Revolution 的蓝图。

“当您想要设计 Revolution 这样的产品时，您的工作必须有一个坚实的基础，”库伊珀斯说。“我们用西门子工具做到了这点，例如，使用 Siemens NX 进行 3D 建模。我们制作了一个模型并在数字化环境中对其进行测试，确保当我们开始在现实中制造最终产品时不会遇到任何奇怪的问题。”

工程团队面临的主要挑战之一是，Revolution 装配的规模巨大，而且模型的不同领域需要大量的专业工程师参与。

“我们有一支相当大的工程团队，能否将任务委派给不同的工程师对我们而言很重要，”库伊珀斯说。“通过使用 Teamcenter，我们能够同时在同一个装配上协同工作，并为设计迭代做出自己的贡献。在所有这些工作中，都不会出现覆盖彼此工作或者导致装配支离破碎的风险。”

利用数字主线

对于团队中的部分工程师来说，在数字主线中使用数字孪生是一个新概念。对于新一代的 InMotion 工程师来说，原型设计和即时故障排除等老式策略已成为过去。

“我认为，以如此详细的程度工作，并在虚拟世界中以如此的精确程度呈现先进的设计和工程性能，足以令大多数工程师大开眼界，”库伊珀斯解释道。

该团队迅速意识到，让每个人都快速掌握所有西门子解决方案不可一蹴而就。他们得到了 Emixa Industry Solutions 的帮助，这家位于荷兰贝斯特的公司是西门子的白金级智能专家合作伙伴。

“当我们遇到困难时，Emixa Industry Solutions 的顾问总能迅速做出响应，为我们指出正确的方向，”库伊珀斯解释道。“西门子的另一好处是 Siemens Xcelerator Academy，尤其是对学生来说。我们中的大多数人已经在大学里完成了在线课程。但是，当我们开始作为一个新团队工作时，我们可以访问更多的特定材料和教程。这对我们非常有用。”

“我大量使用了 NX 和 Simcenter 来进行强度分析，”InMotion 的电池组工程师基尔·布恩斯说。“特别是在设计坚固的部件时，比如容纳所有组件的管状框架、整个电动动力总成、后悬挂和尾翼。
这些部件必须彼此适配并足够坚固才能承受车轮载荷。要完成此设计，您可以立即从 NX 模型转到 Simcenter 来进行强度分析测试。您可以施加荷载和约束来查看框架能否承受，哪里需要设计加固件，或者哪里可以减少一些材料。”

“借助这些互联互通的西门子工具，您可以确信设计确实适合汽车并将发挥应有的性能。”他补充道，“不必进行任何修改就能让设计正常运行，这真是太棒了。”

随着 Siemens Xcelerator 业务平台的一些先进功能陆续到位，当前和未来的 InMotion 团队可以获得坚实的工程基础并在电动赛车生态系统中取得成功，并有望很快在勒芒赢得锦标。