随着汽车加速迈进电动化时代,在电动汽车(EV)的竞争激烈和消费者期望不断上升的大潮中,设计创新成为推动力。一方面,传统的车企如今正面临着众多的新挑战,他们正在加速推出自己的电动产品系列来紧跟市场节奏;另一方面,“轻装上阵”的造车新势力来势汹汹,他们则在重新解读用户对交通工具的态度并试图重塑电动汽车的形式。
EV 市场一大显著的特点在于其肉眼可见、瞬息万变的变革速度。电动汽车的设计优化现已进入到为了单个品质因数的提升而殚精竭虑的阶段。从老牌福特到新贵 Rivian,电动卡车厂商已经能“负重千钧”;四门轿跑厂商 Lucid 声称其续航已经达到 500英里(约 800 公里);Rimac Nevera 等极限跑车厂商则在追求极致的加速性能,可以做到 0-60mph(大约 96.6 公里/小时)加速仅需 2 秒的壮举。
在这场技术竞赛中,奔驰则凭其 Vision EQXX 概念车小胜一筹。它集成了多种最先进的技术,被称为“奔驰有史以来能效最高的车型”。得益于极高的空气动力学效率,轻量化材料,高能量密度电池,低摩擦传动系统和其他增强,这款概念车的续航长达 1000 公里(621 英里)。
虽然在当下的电动汽车设计中,碳化硅(SiC)已经被证明可以满足高电压交换需求,但设计师还是需要在对照实验环境中,验证这种高交换频率对电磁兼容性(EMC)的系统性影响。再比如,对车身的改变可以提高空气动力学性能,但同时也会影响前格栅的传感器雷达系统。类似这样的例子在汽车设计领域还有很多。
对于 EV 设计师而言,这些多变量优化问题构成了实实在在的挑战。如果无法在多个领域快速准确地完成设计探索,那么所有的优化和能效提升就只能是“纸上谈兵”。但目前而言,很多现有的工具和设计流程帮助并不大,它们往往只专注于单一领域,简单粗暴地把设计数据丢进数据库,简单分析后再扔进另外一个工具,最后检查下是否违反了该领域的任何限制条件。而协同优化的方法则大相径庭,EV 设计师不仅可以用其来检测是否存在设计违规,还可以应对产品上市时间的压力,并解决探索阶段在不同设计领域的循环往复带来的高成本问题。
要实现这样复杂和多学科协同优化的工作,不得不提到 Cadence Allegro PCB 设计平台。这个平台的一个显著特点是集成了 Celsius 热求解器,它的设计理念和功能恰好体现了我们之前讨论的“分析左移”和综合设计工具的理念。通过 Celsius 热求解器,Cadence Allegro 支持在设计过程中进行实时分析,这大大加快了分析步骤,并确保了设计的连贯性和高效性。
针对更复杂的问题,Cadence 提供了更精密的设计流程和工具。比如,电源完整性分析流程可以处理电源树,IR 电压降分析和解耦电容器(decaps)的回路电感;IC 封装分析适用于直流电电热性能和交流解耦电容器行为;多结构分析则完整覆盖了从电源到 PCB,再到中介层和散热设备的全过程;同时还能进行包括电子设备冷却在内的系统级热分析。
这些工具都集成在了 Cadence 多种可供选择的解决方案中,包括面向模拟和定制 IC 设计的系统设计平台、RF 和微波设计,以及 PCB 与封装。这些解决方案都有各自匹配的系统分析技术,比如 EMC 签核,信号与电源完整性分析,以及热和电子设备冷却检测。需要强调的是,Cadence 还可以提供计算流体力学分析套件,这是车身设计和高效电子设备冷却系统开发的必备工具。
Cadence 所提供的一系列针对 EV 设计的工具和套件,以及持续致力于工具间集成和平台化的努力,正是行业发展的强力推动器。这些先进的工具不仅为 EV 设计师们提供了强大的支持,更是在能效提升这一关键战场上,让理论转化为实际操作的桥梁。随着技术的不断进步和创新思维的不断深入,电动汽车设计的未来充满无限可能。