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多重分辨率Leo和Artec Ray II 3D扫描提高燃油效率

挑战:寻求快速、准确的方法将车辆转化为细节丰富的3D模型,用于模拟,迭代设计从而提高其续航里程。

解决方案: Artec Leo, Artec Ray II, Artec Studio

效果:3D扫描捕获到的卡车十分逼真,可直接导入Airshaper程序进行分析和设计优化。仅仅几个小时后,该平台就形成了减少阻力、改善气流以及提高车辆燃油效率的方案。

为什么选择Artec 3D?只有高品质的3D扫描数据才能应用于计算流体动力学(CFD)模拟。将Leo和Ray II相结合,Leo可捕获轮拱等难以触及的区域,Ray II则可捕获更广泛的区域,就能生成具有卓越分辨率的理想空气动力学模型。

Airshaper

用于进行Airshaper空气动力学分析的3D卡车模型。

如果您并非从事卡车运输或物流工作,也许并不了解半挂卡车平均装载120-150加仑的燃料。如果考虑到仅在美国就有近300万辆这样的卡车,那么它们每天要燃烧大量的汽油。

当然,这类车辆的燃油效率由多种因素决定,包括负载、驾驶方式、发动机等等。但卡车制造商在追求设计功能时很容易忽略空气阻力这方面。

所有的车辆在行驶中都会产生空气阻力,而这种阻力会随着车辆的高速行驶而变得越来越大,从而导致使用更多的马力(和燃料)来加速。一般卡车在高速行驶时会消耗50%的前进能量来克服风阻,因此,如果能减少20%的阻力,单次行驶就能节省多达10%的燃油。

Airshaper

使用Artec Ray II对当地一家空运公司停车场内的卡车进行3D扫描。

改进汽车空气动力学通常意味着进行CFD分析,找出哪些部件阻力最大,但是要为首次模拟创建一个高品质的模型需要数周的时间。Airshaper公司简化了这一过程,用户只需上传和分析细节丰富的Artec 3D扫描数据,就能确定设计升级,并在数小时内得出结果。

多重分辨率卡车扫描

Airshaper公司总部位于比利时安特卫普,是一家基于云计算的软件开发商,用户无需重型硬件即可进行复杂的空气动力学模拟。今年早些时候,该公司尝试通过对一辆卡车进行数字化来展示其平台在该领域的潜力,但为了获得理想效果,必须以超高分辨率进行捕捉:从而引入了Artec 3D。

Artec的专家们与Airshaper合作,在不到两天的扫描时间内就完成了整辆卡车的数字化。Ray II的扫描预对齐视觉惯性系统(VIS)在其中发挥了关键作用,每秒200万点的速度和内置的3颗3600万像素摄像头系统也至关重要,让团队能够捕获HDR纹理和所需的逼真色彩。

与此同时,独特的无线Artec Leo具有直观的内置显示屏和838 x 488mm的宽广视野,使散热器格栅和遮阳板等大型部件的数字化变得更加轻松。据Artec 3D扫描专家Dmitry Potoskuev介绍,如果使用传统的有线扫描仪,要完成同样的流程极其困难。

Potoskuev介绍道:“无需笔记本电脑,在梯子上扫描货舱顶部要轻松得多。驾驶室和拖车之间的部件也是如此--Leo的无线属性让我们可以爬进去,从下面进行扫描。整辆卡车的前部都使用了Leo进行扫描,这无疑使扫描众多部件变得更加简单。”

Airshaper

两台Artec Leo 3D扫描仪对卡车主驾驶室进行数字化扫描。

该项目不仅极大地展现了Leo和Ray II各自的能力,以及如何使用两台设备各自的最高分辨率数据相结合创建细节度极高的网格。利用Artec Studio的智能融合算法,只需单击一下,合并扫描结果,如此一来有望彻底改变大规模数据采集的工作流程。

揭示节约燃料的方法

团队获得精确的卡车网格后,只需上传到Airshaper的云平台,就能轻松分析其空气动力学性能。他们能够从三个项目复杂度预设中进行选择,设置模拟参数,配置“虚拟风洞”算法来分析从气流到噪音输出的所有问题。

几小时后,Airshaper的报告出炉,结果令人震惊。事实证明,卡车在高速行驶时为克服风阻消耗了76,000瓦特(102马力,但如果考虑到克服轮胎阻力等等,这一数字可能接近200)。

通过精细的3D视觉效果,Airshaper的平台还揭示了造成阻力的主要因素。在这种情况下,车厢、导流板和遮阳板都被确定为重要的空气阻力元素,但后视镜和车顶造成的乱流尤为严重。

为使卡车更顺畅的在空气中行驶,建议调整后视镜的位置,限制车顶开口,并更好地调整扰流板以实现空气偏转。Airshaper的Wouter Remmerie称赞三维扫描技术让他们解锁了高阶能力,使团队能够捕捉到卡车各个部分的分解,进行“逐个受力分析”。

Airshaper

图片显示3D扫描卡车在空气中行驶时产生的表面摩擦力的可视图。

Remmerie介绍道:“我们有大量的细节需要处理,而这些都可以直接在模拟中捕捉到。尽管从现实到扫描,再从扫描到网格,细节会有一定程度的丢失,但我们仍然可以成功地捕捉到足够的小细节。在模型中,后视镜和格栅的轮廓非常清晰,甚至可以看到轮胎的纹路。”

下个目标:提高电动汽车的续航里程?

特斯拉和摩根等汽车巨头已将Airshaper平台用于优化空气动力性能,避免了重新设计的高昂费用或安装售后零件的麻烦,Remmerie现在预计它还能在电动汽车(EV)上发现更多的应用案例。

电动汽车可能比燃油车更具有可持续性,但它们在空气中行驶时仍会消耗大量能耗。Remmerie说,只要使电动汽车的流线型提高10%,就能节省5%的能耗,足以减少车载电池的体积和重量。

他又继续说道,对特斯拉Semi等电动汽车的分析也证明了这一点。Airshaper最近的一项研究表明,改变后视镜位置、车厢形状和拖车排列方式,可以使Semi比其他卡车阻力更小。因此,三维扫描+空气动力学优化很快成为该公司吸引客户的一个重要因素。

Remmerie总结说:“如果你正在设计一辆新卡车,而别人生产的车辆续航能力很强,你就会想通过3D扫描了解他们是如何做到这一点的。这是该技术的主要优势之一,能够分析现有的卡车,找出它是如何解决空气动力学问题的,并利用这些经验来改进自己的车辆。”

“我们之前的市场已经非常成熟,但随着电动汽车和卡车的出现,又被再次开放拉动起来。因此,利用3D扫描了解新的车辆设计会变得更加重要。”


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