Altair 客车BUSolutions项目成功案例 ——LCO-140H 世界一流的液压混合动力客车

BUSolution计划最初由Altair下属的产品设计公司Altair ProductDesign, Inc.发起，是公共和私有企业间研发合作的成就。日前，该计划已经生产出世界上第一辆串联式液压混合动力客车LCO-140H（拥有低购置成本、首个40英尺混合动力客车），这项创新性的成果，将帮助美国地方和区域性公共交通运输系统更好的应对未来的挑战。Altair采用“clean-sheet”即全新的设计理念，使这款客车有极低的自重和可观的运载能力，且相比于传统客车高出两倍的燃油效率和更低的终身成本。这无疑是混合动力客车中的佼佼者。同时，这项技术也将使公共运输部门无需更新现有的管理架构即可对逐步对老化的车型进行更新换代。

挑战

创建Altair BUSolutions的灵感来自于全球运营的、多学科产品研发咨询公司——Altair ProductDesign。在对交通运输行业广泛而深入的调研后，Altair ProductDesign认识到，经营者们需要一个全新的客车开发和设计方案来应对商业运营中所遇到的挑战。

Altair在公司内部创立了BUSolutions计划，拥有着先进的运营策略以及超过500名设计师、仿真专家和车辆工程师所组成的跨职能团队，并凭借在领域内深厚的经验和尖端的仿真驱动设计实践，致力于开发全新的下一代客车设计方案。与此同时，为了保证计划目标与产业需求相一致，从创立的初期，BUSolutions计划便一直与生产制造部门、交通运输部门和一些环境保护组织保持密切的沟通。基于创新性设计的美好前景和预期的可观商业利益，在2005年，Altair与密歇根州最大的技术贸易组织Automation Alley成功建立合作关系，确保联邦的资金可以向技术示范样车的生产和测试提供资助。随后，该计划引起了DOT（美国交通部）和FTA（联邦交通局）官员的关注。从2005年开始，除了MEDC (密歇根经济发展公司)和Automation Alley的投资，FTA也向Altair注资510万美元，这为示范样车的生产提供了强有力的资金支持。到今天，BUSolutions LCO-140H已经顺利通过了验证设计和性能指标的测试阶段，并将是当今市场成本最低、燃油效率最高的混合动力客车。

解决方案

仿真驱动设计

高效、低成本的虚拟技术协助管理者更快地做出最适宜的决策，这贯穿产品设计周期的始终，Altair凭借这种仿真驱动设计的工作方式使性能指标、省时和降成本目标的顺利实现成为可能。

在该项目中所应用的核心工具为OptiStruct。OptiStruct是Altair HyperWorks CAE创新平台的中专注于结构优化设计的软件，用于进行同时满足性能指标和安全性指标的最小质量概念设计及细化设计，是帮助工程师和设计师开发轻型高效率结构设计方案的强大工具。

除了使用OptiStruct，Altair的工程师还使用了HyperWorks软件包的几乎所有的工具，包括solidThinking，这是一款在工程初期用于概念设计的工业设计软件。

优化驱动设计流程

客车车体的整体设计流程见上图，此设计基于全新的设计理念，在概念设计阶段即引入CAE仿真技术，在定义了设计空间及各种工况后，采用拓扑优化技术对结构进行分析，得出最佳的设计方案提供给设计团队，设计师在CAD中进行结构设计后，再回到CAE对结构的刚度、强度、动力等性能进行进一步评估，在详细设计阶段对梁截面进行尺寸及形状优化，在满足各种约束如扭转、弯曲模态及最大变形等条件下达到重量最轻等设计目标，以得到满足设计规范的最优设计，下图是LCO-140H客车的最终框架结构。Altair的优化技术和软件贯穿从概念设计到详细设计的整个流程。

最终车架结构CAE模型                                LCO-140H车架实体结构

串联式液压混合动力技术

不同于电动混合动力技术，LCO-140H使用液压而不是电力来驱动车辆。通过液压泵/马达，实现刹车时能量的回收和加速时能量的释放，而发动机只在需要时运行，当客车仅依靠储存的液力就能进行驱动时发动机是不工作的。

根据在Altoona Penn进行的美国联邦运输局（FTA）的认证项目中的公交车数据库，在燃油效率方面，LCO-140H 是传统柴油公交车的两倍多——单位加仑行驶里程多出110%。并且，相比于当前最好的柴电混合动力客车，LCO-140H比其多出30%的单位燃油行驶里程，然而购置成本要比其低30%。

LCO-140H 客车的特点

LCO-140H 客车还有能满足节能环保和维护方便的诸多优点，这包括：

Ø  重量比其它混合动力客车轻15%，比传统的柴油客车轻10%

Ø  全铝车身和底盘设计

Ø  串联式液压混合动力驱动系统

Ø  比传统柴油客车更低的成本和更优的性能：

ü  燃油效率提高110%，终身成本降低20%

Ø  比当今最好的电动混合动力客车更低的成本和更好的性能：

ü  燃油效率提高30%，终身成本降低30%

Ø  行业内最多的41个乘客座椅，然而重量比传统的客车座椅系统轻70%

Ø  设计新颖而先进的冷却系统使散热面积增大50%，通过Altair“清洁空气通道”设计使清洁的空气从车身顶部导入

Ø  使附属件动力损耗降到最低

Ø  地板和顶盖采用巴尔沙木（Balsa）为主要材料的轻型木质

Ø  采用Altair ilumisys技术耐用持久的LED内部照明

Ø  应用人体工程学设计的驾驶员环境，极大改善了视野

Ø  所有车轮都采用盘式制动器

耐用持久的LED内部照明                          应用人体工程学设计使驾驶员有更宽阔的视野

结论

LCO-140H客车的展望

从设计的初衷和示范样车所给出的卓越表现，我们可以看出，LCO-140H客车已经完全具备了推向市场的条件。通过这个项目的成功，Altair希望在不久的将来宣布更多类似的商业项目计划。