Kỹ thuật số đã cải thiện ngành công nghiệp ô tô như thế nào?

Trước khi kỹ thuật số máy tính xuất hiện, việc thực hiện các ý tưởng thành sản phẩm phải thông qua việc thử nghiệm các mẫu phẩm (prototypes). Các mẩu phẩm của phụ tùng hoặc một chiếc xe hoàn chỉnh sau khi chế tạo sẽ được đưa vào thử nghiệm vận hành, thậm chí trong một số trường hợp sẽ được đưa đi phá hủy.

Tạo ra mẫu phẩm truyền thống thì rất tốn kém và mất thời gian. Do đa phần lý thuyết thì khác với thực tế, ngay cả các kỹ sư giỏi nhất cũng phải liên tục thay đổi bản vẽ và tạo mẫu phẩm mới.

Thiết kế máy tính (CAD, Computer-Aided Design) và Gia công máy tính (CAE, Computer-Aided Engineering) ra đời đã hỗ trợ rất nhiều trong quá trình thiết kế và mô phỏng hiệu năng. Giờ đây, ô tô đã có thể được chế tạo, tạo mẫu và thử nghiệm trước khi tạo ra một chiếc ô tô thực tế hoàn chỉnh. Các nhà sản xuất có thể hoàn thiện sản phẩm trên máy tính trước khi tạo ra sản phẫm mẫu thử nghiệm trên đường trường.

Một ví dụ điển hình là chiếc Macan thế hệ tiếp theo của Porsche. Công ty đã mô phỏng 20 phiên bản cho các mục đích khác nhau, từ khí động học, quản lý năng lượng và âm học. Mô phỏng máy tính không chỉ cho phép các kỹ sư xác định các sai sót mà còn giải quyết các vấn đề xung đột giữa các thiết kế trước khi lắp rắp thành mô hình xe hoàn chỉnh.

Để giảm thiểu lực cản và tối đa hóa phạm vi hoạt động của chiếc SUV thể thao chạy bằng điện Macan, các chuyên gia tại Porsche đã tập trung chủ yếu vào các mô phỏng của khí động học. Vào năm 2017, họ bắt đầu thử nghiệm trên mô hình và tới nay đang hoàn thiện các chi tiết như ống làm mát. Mô phỏng giờ đây đã trở nên chính xác tới mức có thể tính toán tác động của những thay đổi nhiệt độ đối với hiệu suất của phụ tùng và xe ô tô.

Sự khác biệt của xe điện và xe chạy bằng động cơ đốt trong thông thường nằm ở yếu tố kiểm soát và quản lý nhiệt độ của hệ thống truyền động điện – hay nói cách khác là nhiệt động lực học.

Hệ thống làm mát xe điện hoàn toàn khác với xe chạy động cơ đốt trong. Bình xăng thì không cần làm mát, nhưng pin điện cao áp cần được quản lý nhiệt hết sức cẩn thận. Động cơ điện và các phần tử điện cũng vậy. Hiện nay, động cơ đốt trong chạy ở nhiệt độ từ 90 – 120 độ C, trong khi các bộ phận của hệ thống truyền động điện phải hoạt động ở dải nhiệt độ từ 20 – 70 độ C.

Trước quá trình mô phỏng chiếc xe là quá trình mô phỏng các phụ tùng. Máy phay đa trục chạy CAD có khả năng tạo ra các hình dạng phức tạp từ nhiều loại vật liệu khác nhau. Thậm chí, máy này cũng có thể chế tạo các khuôn dập làm công cụ sản xuất phụ tùng.