Erste Schritte bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen

Die Entwicklung von Elektrofahrzeugen in CAD bietet mehrere Vorteile gegenüber der Entwicklung herkömmlicher Verbrennungsmotoren. Dazu gehören:

• Elektrizität hat niedrigere Brennstoffkosten als Benzin.
• Elektromotoren haben eine geringere mechanische Komplexität und sind daher weniger wartungsintensiv.
• Elektromotoren sind sauberer, weil sie keine Emissionen haben, und daher besser für die Umwelt und den Klimawandel.

Benzinknappheit, höhere Treibstoffkosten und Umweltbedenken haben zu einem verstärkten Interesse an der Elektrifizierung von Autos, Flugzeugen, Unterwasserfahrzeugen und unbemannten Luftfahrzeugen (Drohnen) geführt. Fortschritte in der Batterietechnologie haben die Reichweite von Elektrofahrzeugen vergrößert und machen sie zu einer praktikablen Alternative zu herkömmlichen Motoren. Diese Faktoren haben dazu geführt, dass sich mehr Unternehmen mit der Entwicklung von Elektrofahrzeugen befassen.

Ich habe 2014 zum ersten Mal mit Amazon Prime Air an Elektrofahrzeugen gearbeitet. Das war ein großer Unterschied zu meiner Zeit bei Boeing oder Lockheed Martin, wo wir über Jahrzehnte entwickelte Konstruktionshandbücher und frühere Produktlinien hatten, die uns bei neuen Konstruktionen halfen. Bei Elektrofahrzeugen gab es diese Vorteile nicht.

"Denken Sie über den Tellerrand hinaus" ist ein Klischee, aber manchmal hat man nicht einmal einen Teller. Wie also entwirft man ein neues Elektrofahrzeug? Hier ist ein Ansatz.

Design für Elektrofahrzeuge

Betrachten wir die Verwendung von CAD-Tools, -Techniken und -Prozessen in einem Rahmen für die Konstruktion von Elektrofahrzeugen.

Zerlegen Sie die Anforderungen in Entwurfsspezifikationen. Die Produktentwicklung beginnt mit Anforderungen. Bei Elektrofahrzeugen sind dies u. a. Einsatz, Reichweite, Kapazität, Betriebsbedingungen und Zuverlässigkeit. Wir zerlegen die Anforderungen der obersten Ebene in Teilsystemanforderungen und dann in Konstruktionsspezifikationen. Wir übersetzen die Anforderungen in numerische Werte wie Gewicht, Volumen, Länge, Ladung, Leistung und Stromstärke. Tools wie Mathcad und die Relationen in Creo Parametric unterstützen uns bei diesem Schritt durch technische Berechnungen.

Verwenden Sie Top-Down-Design-Techniken. Die Batterien sind das Herzstück eines jeden Elektrofahrzeugs. Sie könnten damit beginnen, den Platzbedarf für ihr Volumen und die anderen Hauptkomponenten zu ermitteln. Bei einem Auto sind dies der Motor, das Getriebe, der Wandler und das Ladesystem. Bei einer Drohne haben wir Motoren, Propeller, Avionik und Sensoren. Dann können wir die Struktur des Fahrzeugs entwerfen.

Gestalten Sie die Form des Fahrzeugs mit Werkzeugen zur Oberflächenbearbeitung. Verbundwerkstoffe, 3D-Druck und Fortschritte in der Fertigung ermöglichen es uns, Fahrzeuge zu entwerfen, die aerodynamischer, ergonomischer und ästhetisch ansprechender sind als die Geometrie herkömmlicher Fahrzeuge. Für die Gestaltung der äußeren Formlinie (OML) des Fahrzeugs können wir Folgendes verwenden:

• Standardmäßige "technische" Oberflächenmerkmale wie "Sweeps", "Blends", "Swept Blends" und "Boundary Blends".
• Freiformflächen, auch bekannt als "Stilflächen". Diese Funktionen bestehen aus Kurven und Flächen, die Sie im 3D-Raum erstellen und dynamisch manipulieren, indem Sie nach Gefühl gestalten.
• Subdivisionales Modellieren, bei dem wir mit einer einfachen Form wie einer Kugel, einem Würfel oder einem Zylinder beginnen und dann auf die Form drücken und ziehen, fast wie beim Modellieren mit Ton.

Verbinden Sie die Batterien mit den Komponenten, die sie antreiben, mit 3D-Kabelbäumen. Wir können unser Netzwerk mit Blockdiagrammen, Schaltplänen und Verdrahtungsplänen in 2D mit Anwendungen wie Creo Schematics abbilden. Dann können wir diese logischen Referenzen verwenden, um die Verlegung unserer Kabelbäume in unserem 3D-Baugruppenmodell zu steuern.

Bestücken Sie Ihre Fahrzeugbaugruppe. Zusätzlich zu den Standard-3D-Teilmodellen können wir Komponenten erstellen, die:

• Blechdesign für dünnwandige Teile.
• Gitter in der additiven Fertigung zur Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Beibehaltung der erforderlichen Stabilität.
• Bibliotheken, wie z. B. die in der intelligenten Verbindungselementerweiterung (IFX) von Creo, um Verbindungselemente wie Schrauben, Unterlegscheiben und Muttern schnell und einfach zu platzieren.

CAD-Tools beschleunigen und vereinfachen den Entwurfsprozess für die Elektrifizierung.

Nächste Schritte

Deloitte schätzt die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate für Elektroautos für den Rest des Jahrzehnts auf 29%. Für den UAV-Markt wird bis 2026 eine Wachstumsrate von 16,4% erwartet. Der Markt und die Nachfrage nach Elektrifizierung bieten enorme Möglichkeiten für Produktentwicklungsunternehmen.

Sind Sie daran interessiert, diese Trends zu nutzen, um den Marktanteil Ihres Unternehmens zu erhöhen? Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Creo Ihre Konstruktion von Elektrofahrzeugen unterstützen kann, besuchen Sie www.ptc.com/creo.