首頁(yè) > 新聞資訊 本文原載于Ansys Advantage：《Driving on Sunshine with Lightyear One》
位于荷蘭海爾蒙德的一家汽車公司Lightyear利用太陽(yáng)能電池制作車頂，以便用戶可以在日間駕車時(shí)為電池充電，這是對(duì)環(huán)保汽車概念的一次重大顛覆——借助太陽(yáng)就可以為電池充電，就像可以隨車攜帶充電站。
作為Ansys初創(chuàng)公司計(jì)劃的成員，Lightyear從零開(kāi)始設(shè)計(jì)Lightyear One車型，包括輕量化鋁和碳纖維底盤(pán)、4個(gè)輪轂電機(jī)、動(dòng)力總成和太陽(yáng)能車頂，以實(shí)現(xiàn)最大續(xù)航里程和最高效率。
Lightyear首席結(jié)構(gòu)工程師Andrea Carpi指出：“環(huán)保意識(shí)較強(qiáng)的駕駛者們不強(qiáng)調(diào)時(shí)速能夠幾秒破百，他們追求效率，用清潔能源提供最大續(xù)航里程，而無(wú)需頻繁停車充電。”
Carpi和他的工程師同事通過(guò)使用Ansys Mechanical、Ansys Fluent和Ansys HFSS為5座型Lightyear One進(jìn)行結(jié)構(gòu)、空氣動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)和熱設(shè)計(jì)，讓用戶可以一次充電行駛725公里（約450英里）。從擋風(fēng)玻璃頂部延伸到后備箱后部的太陽(yáng)能電池，可以讓用戶在陽(yáng)光下的每小時(shí)行駛里程延長(zhǎng)12公里。Lightyear One也配備了能夠插入普通民用插座的插頭。不過(guò)根據(jù)用戶的駕駛習(xí)慣和所在地區(qū)的日照量不同，也許很多用戶并不需要頻繁使用它。
從一開(kāi)始就取得成功的設(shè)計(jì)
Lightyear團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在是獨(dú)立于埃因霍溫大學(xué)的實(shí)體，但它其實(shí)是從 “埃因霍溫太陽(yáng)能小組 (Solar Team Eindhoven)” 發(fā)展而來(lái)的，該學(xué)生工程團(tuán)隊(duì)在2013年到2019年間，連續(xù)四次贏得 “普利司通世界太陽(yáng)能車挑戰(zhàn)賽 (Bridgestone World Solar Challenge)” 冠軍，（該比賽每?jī)赡昱e行一次，因此他們都贏得了冠軍）。在參加 “實(shí)用太陽(yáng)能汽車” 的 “巡航車” 類比賽中，該車隊(duì)的Stellar Era太陽(yáng)能車于2019年10月完成了從達(dá)爾文到阿德萊德，穿越澳大利亞內(nèi)陸3,020公里（約1,876英里）的賽程，車輛耗電僅71.24千瓦時(shí)。
如此優(yōu)異的成績(jī)讓人們不禁思考，如何將這款太陽(yáng)能車商業(yè)化。2016年，埃因霍溫大學(xué)工程學(xué)教授兼該車隊(duì)教員領(lǐng)導(dǎo)Lex Hoefsloot，以及聯(lián)合創(chuàng)始人Koen van Ham、Martijn Lammers、Arjo vander Ham和Qurein Biewenga決定把它商業(yè)化。2020年11月，Lightyear現(xiàn)任首席執(zhí)行官Hoefsloot在接受《福布斯》雜志采訪時(shí)表示，做出這個(gè)決定是基于久經(jīng)時(shí)間考驗(yàn)的商業(yè)信條——“如果我們不做，我們將會(huì)后悔”。
商業(yè)化&重新設(shè)計(jì)
雖然團(tuán)隊(duì)已從“普利司通世界太陽(yáng)能車挑戰(zhàn)賽”中受益良多，但作為一家商業(yè)公司，Lightyear必須從消費(fèi)者的角度出發(fā)，重新思考自己的設(shè)計(jì)。這意味著不僅要降低成本，同時(shí)還要提高效率和舒適度。比如，在為比賽設(shè)計(jì)時(shí)，可能可以接受在澳大利亞的長(zhǎng)途自駕游中關(guān)閉空調(diào)，但普通消費(fèi)者不太可能忍受這種狀態(tài)。
因此，團(tuán)隊(duì)利用積累的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，從零開(kāi)始重新設(shè)計(jì)這款太陽(yáng)能汽車。Ansys初創(chuàng)公司計(jì)劃在這個(gè)階段提供了支持，助力他們對(duì)結(jié)構(gòu)、空氣動(dòng)力學(xué)和電子設(shè)計(jì)開(kāi)展虛擬測(cè)試，避免了物理原型制作和測(cè)試的成本。
仿真模擬車輛前端在受到最大道路載荷時(shí)的最大變形（位移）
Carpi表示：“我們受益于Ansys初創(chuàng)公司計(jì)劃，以低成本實(shí)現(xiàn)了仿真。企業(yè)必須明智地使用投資人的資金，才能使之發(fā)揮出最大效益，而Ansys仿真軟件幫助我們節(jié)省了時(shí)間和資金。”
Lightyear One面臨著一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，他們需要確保5平方米大小的太陽(yáng)能電池板能夠承受道路顛簸，并且在發(fā)生輕微碰撞時(shí)也不會(huì)完全損壞。Lightyear工程師利用仿真技術(shù)設(shè)計(jì)了一種分層結(jié)構(gòu)，包括在太陽(yáng)能電池頂部覆蓋安全玻璃，以及在下方加裝支撐結(jié)構(gòu)，以增加強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)中的單個(gè)電池如果發(fā)生故障，整塊電池板就會(huì)停止工作，而Lightyear One系統(tǒng)與之不同，即使在太陽(yáng)能電池板的一部分受損后仍能繼續(xù)工作。
為了減少阻力和升力，提高空氣動(dòng)力學(xué)效率，Lightyear工程師使用Ansys Fluent進(jìn)行仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)汽車的氣動(dòng)外形。隨后他們開(kāi)展了風(fēng)洞測(cè)試，以驗(yàn)證仿真結(jié)果。Lightyear One底部平坦，頂部狹長(zhǎng)呈錐形，形狀猶如飛機(jī)機(jī)翼。通過(guò)用緩坡度拉長(zhǎng)頂部，氣流始終附著在汽車上，與使用陡坡度的較短車身相比，可以減少阻力。此外，新型輪罩還能引導(dǎo)空氣圍繞外側(cè)流動(dòng)，避免其進(jìn)入輪艙而導(dǎo)致阻力增大。
Lightyear One的內(nèi)飾將采用現(xiàn)代時(shí)尚設(shè)計(jì)
Lightyear團(tuán)隊(duì)還利用仿真技術(shù)設(shè)計(jì)了4個(gè)獨(dú)立的輪轂電機(jī)，這些電機(jī)能夠在需要時(shí)向需要的位置提供動(dòng)力。他們運(yùn)用Ansys電磁仿真技術(shù)來(lái)確保其太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率達(dá)到最大，并使用Ansys電池管理系統(tǒng) (BMS)仿真，實(shí)現(xiàn)有效地存儲(chǔ)和分配電力的最優(yōu)方案。
Lightyear已開(kāi)始接受Lightyear One的預(yù)約訂單，預(yù)期售價(jià)為15萬(wàn)歐元，自2021年底開(kāi)始向歐盟、挪威和瑞士交付。該車型預(yù)計(jì)將在2024-2025年向全球其他地區(qū)提供，屆時(shí)還將有價(jià)格較低的第二款車型推出。
（文章來(lái)源公眾號(hào)：Ansys）
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