一百多年來，德國汽車大廠 BMW 始終以解決複雜的工程難題為傲，持續引領汽車產業的創新腳步。如今，面對全面電動化的未來，BMW 的工程團隊正迎來前所未有的挑戰：重新構思並設計全新世代的汽車系統。

身處這場產業轉型核心、擁有深厚 CAE 經驗的 BMW 模擬專家 Norbert Schroeder，在近期於德國班堡（Bamberg）舉辦的 EuroCentral 2025 SIMULIA 區域用戶大會上，分享了團隊如何運用模擬技術克服設計瓶頸的實戰經驗。

產業轉型痛點：從單一組件邁向「系統級模擬」

在過去的燃油車時代，研發重心多半聚焦於單一零組件的優化。Norbert 回憶道：「我最初負責內燃機開發時，主要是針對曲軸這類獨立的單一零組件進行模擬。但在電動車傳動系統中，所有的零件都是高度整合的。」

電動車的設計牽一髮而動全身。轉子、變速箱、外殼以及複雜的電磁效應，再也不能被拆分看待，而必須視為一個完整的系統。這種高度整合的趨勢，徹底翻轉了工程師的模擬思維。

Norbert 強調：「雖然單一零件的細節可能變小了，但必須考量的物理範疇卻變得極為寬廣。這正是為什麼系統級模擬（System-level Simulation）在現今的開發流程中變得至關重要。」

無縫整合的 SIMULIA 解決方案：Abaqus、Simpack 與 Tosca 的極致發揮

在模擬工具的選擇上，Norbert 堅持採用最高標準的技術方案。他自大學時期便開始接觸 SIMULIA 產品，從單純運用 Abaqus，到後來進一步結合 Simpack 以擴充動態分析能力。如今，他的團隊已能熟練地將這些工具無縫整合，建立起一套強大的分析工作流：

• Abaqus：專注處理複雜的非線性與接觸問題。
• Simpack：進行動力系統的高階多體動力學分析（MBD）
• Tosca：執行精準的拓撲與非參數優化。

挑戰極限：兼顧輕量化與結構強度的順序耦合分析

在傳統引擎中，沉重且高剛性的軸承座（Roller Bearing Seat）足以吸收強大的負載。然而，為了提升電動車的續航力，工程師必須大幅減輕外殼重量，這無可避免地會導致結構剛性下降。Norbert 指出：「我們正在將設計推向物理極限。為了確保傳動系統的結構安全性，我們現在需要精細度極高的滾動軸承模型。」因為在高度整合的電動傳動系統中，這些軸承必須在極輕薄的外殼內部，為高速運轉的馬達轉子提供精準且穩固的支撐。

如果無法精確掌握軸承滾子對外圈與變速箱蓋的力量分佈，系統就可能產生過大的噪音、異常摩擦，甚至導致嚴重的結構失效。為此，BMW 團隊採用了嚴謹的順序耦合流程（Sequential Coupled Process）：

1. 首先，利用 Simpack精準計算系統級的動態受力情況。
2. 接著，將數據導入 Abaqus 計算詳細的結構響應與變形。
3. 最後，透過 Tosca 根據受力分佈進行拓撲優化，找出最佳的輕量化幾何設計。v

透過這套整合方案，BMW 團隊成功攻克了馬達驅動模擬中最棘手的難題之一——輕量化滾動軸承座（Roller Bearing Seat）的設計與優化。

擁抱 3DEXPERIENCE 平台：以多物理場模擬佈局未來

對 BMW 而言，模擬技術早已超越了「驗證設計」的範疇，更是發現潛在問題的關鍵。Norbert 坦言：「在某些情況下，如果沒有模擬，我們根本無從得知問題出在哪裡。它不僅縮短了開發週期，更是讓許多前瞻開發成為可能。」

隨著技術成熟，模擬已成為實體測試高度信賴的替代方案。BMW 團隊在虛擬環境中所設定的邊界條件，甚至能比傳統的實體測試更為精準全面。

展望未來，隨著電動車技術的持續演進，Norbert 深信 SIMULIA 將是 BMW 持續創新的重要推手：「未來的研發關鍵在於多物理場模擬（Multiphysics Simulation），這是一條充滿挑戰卻勢在必行的道路，特別是在電池開發領域。」

為此，BMW 正積極邁向 3DEXPERIENCE 平台，將團隊建立的成熟工作流程全面導入。透過平台的協同合作與資料管理能力，工程團隊未來在面對新專案時，將能以更高的效率重複使用這些高價值的模擬資產，持續在競爭激烈的電動車市場中保持技術領先。

達梭系統原文