仿真技术驱动车辆设计的最优化

邦奇动力太阳能团队2018年在智利赢得Carrera Solar Atacama锦标赛（所有照片均由Geert vanden Wijngaert拍摄）

工程团队在设计和驾驶太阳能汽车时，需要尽可能实现能效最大化。为此，邦奇动力太阳能团队（Punch Powertrain Solar Team）应用仿真驱动设计，以确保汽车能够优化能源的采集和利用。这项创新技术进而将比赛提升到一个全新高度，汽车能够像路航一样捕获风能，达成这个新高度是太阳能团队在其它方面对汽车做出的改进，而且是历时五个月进行了500多次仿真的成果。

前邦奇动力太阳能团队成员Adrian Baiets表示：“所有赛队都来参观路航系统是如何集成的，世界太阳能车挑战赛令人印象深刻，我们赢得了联邦科学与工业研究组织（CSIRO）技术创新奖。我相信在未来几年，我们还会不断看到其他赛队在汽车设计上运用类似机制。”

1. 设计路航/太阳能混合动力汽车

将太阳能汽车改造成路航混合动力汽车不可能一蹴而就，在有了最初的灵感概念后，还需要精心策划。Baiets称：“最初的想法是把太阳能汽车改装成4轮转向，这样，车轮整流罩可以变得更窄，从而获得更理想的空气动力学气流。”

仿真显示了侧风如何能在太阳能汽车上产生路航效应

世界太阳能车挑战赛澳大利亚赛道上的某个特定区域以侧风闻名，太阳能团队意识到侧风是获得额外能量的绝佳机会。Baiets表示：“我们已经实现4轮转向，那么为什么不将所有轮子放在一个方向，与车身保持一定角度，这样车头就不会指向正前方呢？该汽车现在能让车头指向最大3度的偏航角。这个角度可以使汽车产生路航效应并实现更优异的空气动力学性能。”

小小的偏航角需要大量额外的工作。通常情况下，汽车是针对正向迎风进行仿真和设计的。但加入偏航角就意味着太阳能团队需要开展一套完全不同的仿真方案，需要把侧风考虑进来，为开展这类仿真及其它空气动力学仿真，该团队在ANSYS Fluent中自动运行工作流程。

2. 自动化工作流程实现优化

虽然世界太阳能车挑战赛每两年举办一次，但考虑到测试、制造和调整赛车所需的时间，仿真团队只有5-6个月的时间来完成赛车设计。这对于设计概念的形成、设计优化并确保设计符合比赛规则来说，这点时间显然捉襟见肘。因此，太阳能团队必须高效率地开展仿真工作。

仿真显示了汽车表面的湍流（俯视图）

从事汽车空气动力学设计的太阳能团队成员Emmerick Vandervelpen表示：“我们采用的是迭代方法。我们先完成基础设计，然后尝试逐步优化每一个部分。” 通过这种方法，我们开始对仿真着迷。我们必须高效利用时间，尽可能多地运行仿真，以掌握汽车的特性以及了解它们将如何影响阻力。

Vandervelpen还指出：“我制定了一个工作流程，这样我就能一直运行仿真。利用Fluent中的日志功能，我可以设置仿真并让它们彻夜运行，系统可以自动加载新的仿真，随后我会在早上评估结果并安排下一组仿真任务。” 太阳能团队的工作流程非常高效，他们仅仅在5个月的时间里就完成了500多次仿真任务。

3. 仿真驱动设计成功

利用仿真采集到的数据，太阳能团队能够将汽车的阻力比之前车型降低20%。Vandervelpen指出：“如果没有仿真，就难以了解设计改动所产生的影响，运行仿真需要时间，但只要一天就能掌握设计改动对空气动力学的影响。所以理论上，每天我们都向最佳车辆设计靠近一步。”