Список выполненных НИОКР

Создание «умного» цифрового двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня

Специалисты Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) СПбПУ – ключевого структурного подразделения Центра НТИ СПбПУ – успешно завершили первые два этапа разработки малогабаритного городского электромобиля.

Проект «Создание «умного» цифрового двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня» реализуется по заказу Министерства науки и высшего образования РФ (соглашение №075-02-2018-1908 от 20.12.2018 г., УИП RFMEFI57818X0269).

Среди целей проекта, лежащих в зоне ответственности инженеров Центра НТИ СПбПУ, – создание комплекса программ «Умный» цифровой двойник» и разработка методик цифрового проектирования и оптимизации автомобиля. «Умный» цифровой двойник позволит проводить виртуальное тестирование и настройку автомобиля, моделировать и измерять любые его показатели в различных условиях жизненного цикла с детальным учетом характеристик материалов и особенностей технологических процессов.

Такое сочетание технологий дает возможность сократить трудозатраты на разработку электромобиля не менее чем на 30% и более чем вдвое сократить длительность работ по выпуску серийного образца. В ходе проекта должно быть продемонстрировано сокращение времени проектирования путем разработки и изготовления в краткие сроки экспериментального образца электромобиля с использованием серийных или близких к серийным технологий.

Результаты первого этапа работ:

  • подготовлены методики цифровой разработки стиля экстерьера электромобиля, проведена предварительная разработка стилевой поверхности;
  • разработана методика многокритериальной оптимизации эластокинематических элементов подвески, разработана детальная конструкция подвески;
  • произведен подбор тягового электродвигателя, конструкция которого представляет собой единую систему «двигатель – редуктор – инвертер»;
  • прорабатывается архитектура электрики и электроники с учетом требований системы ADAS.

Виртуальный стенд «Лобовой удар»

Элемент экстерьерных решений: оптика

Руководитель проекта д.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ и ИППТ СПбПУ, профессор кафедры «Прикладная математика» Института прикладной математики и механики (ИПММ) Юрий Болдырев: «Все решения соответствуют матрице целевых параметров и ограничений и многократно выверяются на виртуальных испытательных стендах. Модели подвесок выполнены с учетом общей компоновки автомобиля, на основе кинематических схем подвески и с учетом технологических процессов изготовления. Каркас кузова электромобиля проходит многокритериальную оптимизацию по показателям пассивной безопасности, жесткости и виброакустического комфорта».

Результаты второго этапа работ:

На втором этапе в краткие сроки с применением технологии цифрового двойника разработана конструкция каркаса кузова, определены состав кузова и технология изготовления отдельных конструктивных элементов. Каркас разработан с учетом платформенности будущей линейки электромобилей с применением метода Simulation-Based Design («проектирование на основе математического моделирования»), лежащим в основе новой парадигмы проектирования и включающим десятки многокритериальных расчетных проверок цифрового двойника кузова электромобиля.

Конструкция каркаса кузова электромобиля

На разработанном виртуальном испытательном полигоне каркас кузова прошел порядка 200 виртуальных испытаний, произведена его оптимизация в части соответствия требованиям ЕЭК ООН по пассивной безопасности согласно следующим правилам:

  • №94 (фронтальный удар о деформируемый барьер);
  • №95 (боковой удар деформируемым барьером);
  • №32/34 (задний удар недеформируемым барьером);
  • №14 (удерживающие системы и сидения).

По результатам испытаний проведен контроль прочности, жесткости и показателей виброакустики кузова.

Виртуальные испытания конструкции электромобиля на пассивную безопасность согласно требованиям правил ЕЭК ООН и рейтинговым тестам

Во время проектирования учтена возможность дальнейшей индустриализации методом замены технологии изготовления штучного изделия-прототипа на технологию, используемую в массовом производстве: замена гибки на формовку кузовных деталей.

Выполнена проработка стилевого решения экстерьера, разбиение стилевых поверхностей на кузовные детали исходя из линий разъемов, кинематики открывания и общего дизайна. Определены линии разъемов, плоскости прилегания и конфигурация фланцев деталей. Проведена оценка конструкции деталей на технологичность с учетом ограничений выбранной технологии изготовления (стеклопластиковые панели экстерьера кузова).

Кузовные панели левой боковины электромобиля

Также выполнен ряд аналогичных работ по созданию стилевого решения интерьера. Конструкция деталей проработана с учетом ограничений выбранной технологии изготовления (стеклопластиковые панели). Проработаны модели сидений и рулевого колеса.

Детали интерьера, разработанные на втором этапе работ

В рамках разработанного предварительного стилевого решения выполнена частичная проработка конструкции сидений. Передние сидения имеют функцию складывания для возможности посадки на задний ряд. Задние сидения разрабатываются на базе оригинального каркаса. Каркас задних сидений прорабатывается с учетов возможности крепления детских сидений через ISOFIX и обладает возможностью легкого демонтажа для увеличения багажного отсека.

Конструкция сидений первого и второго ряда

С учетом компоновки интерьера автомобиля и ограничений выбранной технологии изготовления (вакуумная формовка) проработана геометрия воздуховодов системы кондиционирования воздуха. Разработанные воздуховоды обеспечивают достаточный прогрев боковых стекол.

Поле температур лобового стекла при обдуве теплым воздухом;
элементы системы кондиционирования воздуха

Также в рамках второго этапа проекта на базе кинематических расчетов устойчивости и управляемости разработан и изготовлен полный комплект деталей подвески для ЭО электромобиля:

  • изготовлены детали рычагов подвески (полностью оригинальная разработка);
  • изготовлены амортизационные стойки передней и задней подвесок;
  • по результатам математического моделирования доработана конструкция рулевых тяг и кулаков.

По результатам натурных и виртуальных испытаний, топологической и параметрической оптимизации (виртуальные стенды «Прочность при эксплуатационных нагрузках», «Ресурс», «Жесткость») проведена валидация конечно-элементных моделей рычагов. Проведены испытания жесткости линейки сайлент-блоков, подобраны наиболее близкие серийные решения, а также проведены испытания буферов отбоя и скорректированы параметры расчетных моделей.

Детали подвески электромобиля

На базе Product Definition (описание полного состава автомобиля), являющегося неотъемлемой частью цифрового двойника, разработана электронная архитектура, подготовлен перечень электронных компонент в составе ЭО электромобиля. На основе разработанного перечня систем разработана структурная схема ЭО электромобиля. Проведена оценка рынка на возможность закупки готовых компонент электронной архитектуры электромобиля, удовлетворяющих предъявленным требованиям и обладающих необходимым функционалом. По результатам проведенного анализа разработана функциональная схема электрооборудования экспериментального образца.

Выполнены виртуальные испытания и проработка конструкции деталей системы охлаждения:

  • выполнено моделирование набегания потока на бампер и решетку радиатора;
  • построены поля скоростей и давления;
  • построены линии тока в подкапотном пространстве;
  • выбраны компоненты системы охлаждения;
  • конструкция проработана с учетом симуляции набегания потока и компоновки;
  • проработаны трубки, шланги, электрическая помпа, радиатор.

Поле скоростей воздушного потока в подкапотном пространстве

Проведена конструкторская проработка деталей тормозной системы:

  • трассировка тормозных трубок;
  • модели тормозных суппортов, дисков, вакуумного усилителя, блока АБС, насоса вакуума и ресивера.

Тормозная система электромобиля