電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)最小化及挑戰(zhàn)管理

如今油價(jià)穩(wěn)步上漲和環(huán)境問題迫使汽車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)業(yè)不得不認(rèn)真對待電動(dòng)汽車和電動(dòng)卡車。但電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車引發(fā)的具體設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)動(dòng)力汽車。沒有以往工業(yè)記錄參考的全新電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了新的風(fēng)險(xiǎn)。因此盡量降低風(fēng)險(xiǎn)并在汽車上市前評估設(shè)計(jì)選擇的虛擬測試環(huán)境是十分必要的。

電池性能對于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車的成功極為關(guān)鍵。電池性能的三大要素包括電池的能量密度（以千瓦時(shí)(kWh)計(jì)算）、電池的壽命以及成本。只有當(dāng)這三大要素得到了顯著改進(jìn)時(shí)，混合動(dòng)力車才可能廣泛普及。

汽車要選擇合適的電池類型。對于這樣的純電動(dòng)汽車而言，電池往往體積更大、功率更高。這些電池往往都是電量耗盡后再重新充滿。由于這種車輛沒有替代動(dòng)力來源，因此在接近“耗盡”點(diǎn)時(shí)的電量計(jì)算十分重要。這些電池的電壓往往大于300伏特(V)，容量高達(dá)60 kWh。

相比而言，混合動(dòng)力車的電池功率較低?；旌蟿?dòng)力車電池可能在使用期內(nèi)只經(jīng)過1000次深循環(huán)，但淺循環(huán)可能高達(dá)100萬次，并且從來不會(huì)真正達(dá)到全放狀態(tài)，也常常不能達(dá)到全充狀態(tài)?；旌蟿?dòng)力車電池的電壓一般大于144 V，容量最高達(dá)10 kWh——遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電動(dòng)汽車電池，這是因?yàn)榛旌蟿?dòng)力車配有替代動(dòng)力來源。

電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力車電池的電源管理今后將成為關(guān)鍵問題。電源管理的一大要點(diǎn)就是控制充電和發(fā)電；例如，汽車剎車時(shí)，必須對反饋到電池組內(nèi)的再生電源加以控制。車內(nèi)通訊網(wǎng)絡(luò)必須進(jìn)一步加強(qiáng)，從而控制這些系統(tǒng)并為正在駕駛或不在車內(nèi)的駕車者提供汽車充電狀態(tài)信息。此外，這類信息也需要反饋給經(jīng)銷商以了解電池組的健康狀況。

通常被傳統(tǒng)熱機(jī)忽略的車艙溫度、轉(zhuǎn)向和娛樂等輔助設(shè)施將需要電池提供動(dòng)力，因此也需要進(jìn)行管理。還可能包含改進(jìn)過的導(dǎo)航系統(tǒng)，用于計(jì)算最有效的路線來管理電源，幫助駕駛員找到最近的充電站，或計(jì)算出目的地距離，以確保車輛電源的電量充足。在這些需求的促進(jìn)下，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車將加強(qiáng)電氣工程內(nèi)容設(shè)計(jì)和對道路車流情況的計(jì)算。

客戶希望短期內(nèi)原始設(shè)備制造商 (OEM) 能提供“增程式”混合動(dòng)力車和插電式混合動(dòng)力車。這些類型的車輛結(jié)合了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，但在電子構(gòu)造方面比將要取代的傳統(tǒng)汽車更加復(fù)雜。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)工程師面臨的一項(xiàng)主要挑戰(zhàn)是克服里程方面的擔(dān)憂，也就是說他們需要模擬行駛循環(huán)情況，從而讓使用現(xiàn)有電源的車輛的里程和性能達(dá)到最高。

另一項(xiàng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是需要減少電磁干擾，并且能夠模擬和防止高電流與電壓切換的影響。

安全性是設(shè)計(jì)工程師考慮的重中之重，他們必須能夠確保人們在所有環(huán)境下的安全，包括高電流和電壓，特別是出現(xiàn)故障和碰撞的時(shí)候。

電氣復(fù)雜性的加大對從架構(gòu)上優(yōu)化車輛布局設(shè)計(jì)提出了更多要求。設(shè)計(jì)師也因此面臨全面降低車輛成本和重量的壓力。

最終，車輛電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容的增加將對該車網(wǎng)絡(luò)形成更多需求，因此減少成本并確保網(wǎng)絡(luò)能按要求發(fā)揮有效功能顯得越來越重要。

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具可用來解決這些挑戰(zhàn)。明導(dǎo)的Capital Tools套件(Capital)為配電系統(tǒng) (EDS) 設(shè)計(jì)提供全面解決方案，涵蓋了系統(tǒng)要求、特征和功能，以及邏輯和物理架構(gòu)等上游流程，以及制造和服務(wù)等下游流程（圖1）。

圖1：Capital等配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具涵蓋了從概念到客戶服務(wù)的整個(gè)車輛生產(chǎn)流程