Altair客車BUSolutions項目成功案例

——LCO-140H 世界一流的液壓混合動力客車

項目介紹

BUSolution計劃最初由Altair下屬的產品設計公司Altair ProductDesign, Inc.發起，是公共和私有企業間研發合作的成就。日前，該計劃已經生產出世界上第一輛串聯式液壓混合動力客車LCO-140H（擁有低購置成本、首個40英尺混合動力客車），這項創新性的成果，將幫助美國地方和區域性公共交通運輸系統更好的應對未來的挑戰。

Altair采用“clean-sheet”即全新的設計理念，使這款客車有極低的自重和可觀的運載能力，且相比于傳統客車高出兩倍的燃油效率和更低的終身成本。這無疑是混合動力客車中的佼佼者。同時，這項技術也將使公共運輸部門無需更新現有的管理架構即可對逐步對老化的車型進行更新換代。

挑戰

創建Altair BUSolutions的靈感來自于全球運營的、多學科產品研發咨詢公司——Altair ProductDesign。在對交通運輸行業廣泛而深入的調研后，Altair ProductDesign認識到，經營者們需要一個全新的客車開發和設計方案來應對商業運營中所遇到的挑戰。

Altair在公司內部創立了BUSolutions計劃，擁有著先進的運營策略以及超過500名設計師、仿真專家和車輛工程師所組成的跨職能團隊，并憑借在領域內深厚的經驗和尖端的仿真驅動設計實踐，致力于開發全新的下一代客車設計方案。

與此同時，為了保證計劃目標與產業需求相一致，從創立的初期，BUSolutions計劃便一直與生產制造部門、交通運輸部門和一些環境保護組織保持密切的溝通。

基于創新性設計的美好前景和預期的可觀商業利益，在2005年，Altair與密歇根州最大的技術貿易組織Automation Alley成功建立合作關系，確保聯邦的資金可以向技術示范樣車的生產和測試提供資助。

隨后，該計劃引起了DOT（美國交通部）和FTA（聯邦交通局）官員的關注。從2005年開始，除了MEDC (密歇根經濟發展公司)和Automation Alley的投資，FTA也向Altair注資510萬美元，這為示范樣車的生產提供了強有力的資金支持。

到今天，BUSolutions LCO-140H已經順利通過了驗證設計和性能指標的測試階段，并將是當今市場成本最低、燃油效率最高的混合動力客車。

解決方案

仿真驅動設計

高效、低成本的虛擬技術協助管理者更快地做出最適宜的決策，這貫穿產品設計周期的始終，Altair憑借這種仿真驅動設計的工作方式使性能指標、省時和降成本目標的順利實現成為可能。

在該項目中所應用的核心工具為OptiStruct。OptiStruct是Altair HyperWorks CAE創新平臺的中專注于結構優化設計的軟件，用于進行同時滿足性能指標和安全性指標的最小質量概念設計及細化設計，是幫助工程師和設計師開發輕型高效率結構設計方案的強大工具。

除了使用OptiStruct，Altair的工程師還使用了HyperWorks軟件包的幾乎所有的工具，包括solidThinking，這是一款在工程初期用于概念設計的工業設計軟件。

優化驅動設計流程

客車車體的整體設計流程見上圖，此設計基于全新的設計理念，在概念設計階段即引入CAE仿真技術，在定義了設計空間及各種工況后，采用拓撲優化技術對結構進行分析，得出最佳的設計方案提供給設計團隊，設計師在CAD中進行結構設計后，再回到CAE對結構的剛度、強度、動力等性能進行進一步評估，在詳細設計階段對梁截面進行尺寸及形狀優化，在滿足各種約束如扭轉、彎曲模態及最大變形等條件下達到重量最輕等設計目標，以得到滿足設計規范的最優設計，下圖是LCO-140H客車的最終框架結構。Altair的優化技術和軟件貫穿從概念設計到詳細設計的整個流程。

串聯式液壓混合動力技術

不同于電動混合動力技術，LCO-140H使用液壓而不是電力來驅動車輛。通過液壓泵/馬達，實現剎車時能量的回收和加速時能量的釋放，而發動機只在需要時運行，當客車僅依靠儲存的液力就能進行驅動時發動機是不工作的。

根據在Altoona Penn進行的美國聯邦運輸局（FTA）的認證項目中的公交車數據庫，在燃油效率方面，LCO-140H 是傳統柴油公交車的兩倍多——單位加侖行駛里程多出110%。并且，相比于當前最好的柴電混合動力客車，LCO-140H比其多出30%的單位燃油行駛里程，然而購置成本要比其低30%。

LCO-140H 客車的特點

LCO-140H 客車還有能滿足節能環保和維護方便的諸多優點，這包括：

· 重量比其它混合動力客車輕15%，比傳統的柴油客車輕10%
· 全鋁車身和底盤設計
· 串聯式液壓混合動力驅動系統
· 比傳統柴油客車更低的成本和更優的性能：燃油效率提高110%，終身成本降低20%
· 比當今最好的電動混合動力客車更低的成本和更好的性能：燃油效率提高30%，終身成本降低30%
· 行業內最多的41個乘客座椅，然而重量比傳統的客車座椅系統輕70%
· 設計新穎而先進的冷卻系統使散熱面積增大50%，通過Altair“清潔空氣通道”設計使清潔的空氣從車身頂部導入
· 使附屬件動力損耗降到最低
· 地板和頂蓋采用巴爾沙木（Balsa）為主要材料的輕型木質
· 采用Altair ilumisys技術耐用持久的LED內部照明
· 應用人體工程學設計的駕駛員環境，極大改善了視野
· 所有車輪都采用盤式制動器

結論

LCO-140H客車的展望

從設計的初衷和示范樣車所給出的卓越表現，我們可以看出，LCO-140H客車已經完全具備了推向市場的條件。通過這個項目的成功，Altair希望在不久的將來宣布更多類似的商業項目計劃。