移动出行新动向：汽车电气化趋势呼唤仿真分析助力产品开发
技术文章 | March 22, 2022
当制造商在为汽车新的应用开发零部件时，常常面临着与下面所说相类似的困难。在仿真分析领域工作的人都相当关心一个问题：寻找正确、合适的材料模型以获得最佳的仿真结果。
橡胶材料的仿真分析尤为如此，但我们常常发现有些公司为了省时省力而使用过于简单的模型。有时疏忽或低估了温度对零件设计和布局的影响，有时没有正确检查周围安装空间内部件的蠕变趋势，有时忽略了公差情况或装配过程中可能出现的问题。
这些情形屡见不鲜，也许不足为奇。汽车电气化的发展势头日趋强劲，这也体现了汽车行业对未来的最大期盼。减少对矿物燃料的依赖、降低温室气体排放、推行更加绿色和经济的出行方式，汽车电气化对于这些目标全都大有裨益。然而，交通工具的电气化是一个极为复杂的过程，电动车辆的开发与传统车辆的开发大不相同。
汽车电气化带来诸多挑战
开发内燃机的工程师们已经花费了大约一个世纪的时间来完善燃油车技术，而如今从事电气化工作的工程师们不仅被要求在十几年内要使电动车比肩传统燃油车的性能，还要进行超越。开发电动车的工程师们必须将电池和各种电驱系统集成到汽车中去，这就对我们这些零部件供应商的产品开发提出了更高的要求，从而对于我们产品开发的有机组成部分——仿真分析也提出了更高的要求。
汽车电气化以及电子类部件占比的增加为我们带来了许多新挑战。诸如热传递和导热、流体结构相互作用、多组分零件、同一系统设计中不同功能的集成、阻燃材料的应用、导电、电磁屏蔽、集成传感器、新型执行器系统等问题，不胜枚举。因此，我们便遇到了很多与储能和发电直接相关的新话题，比如电池系统的密封、热稳定性和安全防护相关问题，以及燃料电池系统的密封、分离和绝缘部件。
Unique project ETEMI™ aims to create a material matrix for new mobility applications with 360 degree in-house support – from design and development to testing and industrialization.
Unique project ETEMI™ aims to create a material matrix for new mobility applications with 360 degree in-house support – from design and development to testing and industrialization.
能满足新应用要求的新材料
德特威勒在各个方面均保持着前瞻性。例如，我们最近自主研发推出了ETEMI——导电、导热、抗电磁干扰的橡胶新材料。ETEMI项目于2020年启动，其材料开发范围涵盖传统合成橡胶、液态硅胶（LSR）和热塑性塑料。
目标在于为混合动力汽车和纯电动汽车领域的客户提供多样化且具有特殊功能的系统关键密封件，例如带有传感器功能的一体化密封件、或者在电池系统中所使用的可以具有局部导电性能的密封垫。
可持续发展变得越来越重要
如何实现可持续发展在汽车行业也是一个日益重要的话题，具体做法包括诸如更多地使用环保型的生物基材料以及车身减重等方面。密封件通常很小，因此其对减重的影响通常不会太大，但我们仍需关注可持续发展趋势下像金属部件被热塑性塑料取代时所出现一系列密封问题。
仿真分析为解决上述所有挑战以及未列举出来的其他挑战做出了重要贡献，它有助于优化我们的产品部件，从而确保整个系统的最佳性能得以实现。想要充分利用仿真分析的优势最关键的就在于要在开发过程的早期阶段就与德特威勒这样的专业仿真分析合作伙伴进行合作，这样，设计方案可以从一开始就进行优化，并节约大量时间和成本，从而使产品更快上市，并在品质和合规性方面尽可能达到最高水平。
仿真专业知识
德特威勒的仿真技术具有以下三个核心模块：
产品设计时的结构机械性能分析
我们可以进行静态和动态的非线性结构力学仿真、静态和瞬态热仿真、电仿真以及多重物理量仿真，将不同学科知识结合在一个模型内，确保仿真尽可能接近现实。
工艺开发过程中的模流分析
除了产品功能设计以外，我们还利用仿真分析来模拟注射成型工艺过程（橡胶、液态硅胶、热塑性塑料和多色注产品皆可）并以此来帮助模具设计和优化成型工艺，从而生产出高品质的零件。目前，我们还在探索仿真技术在模压成型工艺、橡胶件冲压工艺、挤出工艺和深拉工艺上的应用。
材料层面的测试和建模
材料的测试和建模是仿真分析中的一个重要课题。由于我们自己生产所有合成橡胶材料，包括导电、导热、抗电磁干扰的材料，我们已经投入了大量精力来尽可能准确地表征仿真分析所需的所有特性，并使用数学模型加以描述。结合仿真分析，我们能够为每种情况下产生的负载创建最合适的材料模型。在材料测试和建模领域，我们是行业引领者。这些材料知识能够惠及我们的客户，许多客户自己也进行仿真分析，并且依赖于我们为其提供的材料模型。
Example of a Datwyler simulation project on optimizing the design of a housing seal for an electrification application.
Reduced mounting force
Introduction of groovesReduced creep tendency of the thermoplastic housing
Introduction of groovesIncreased seal integrity and long-term peformance
Introduction of groovesImproved compensation of design tolerances
Increased seal heightIncreased seal integrity
Increased seal height
在德特威勒，仿真分析并非由各个业务领域和业务部门的工程部责任，而是由全球技术与创新职能部门来承担责任的。
因此，我们在项目开发过程中会与研究材料和表面技术的同事、负责创新的先进技术部门的同事以及自动化、数字化和工业化部门的同事保持着密切联系与交流。在汽车电气化为行业发展大趋势的今天，这种跨部门的协作方式让客户能够从德特威勒的深厚知识和专业技术中大受裨益；将仿真分析交由全球性的职能部门来实施和担责，清楚地表明了德特威勒对数字产品和工艺开发的重视程度。
