随着更多消费者表达对环境的关注,电动汽车(EVS)正在跟踪以传统的内燃机车辆作为运输方式。为了应对这种日益增长的需求,领先的汽车制造商正在为EVS提供铺平道路,并在燃烧发动机的制造商旁边铺平了EVS的方式,改变了电动机和混合动力电机的开发。一位这样的汽车制造商是大众汽车,德国的卡塞尔植物专门从事电动驱动器的开发,规划和生产。它每天具有150个电动和300个混合动力车的生产输出。

作为电力驱动的基本部件,转子需要进行耐久性测试,因为在驱动运行期间,它们必须以不同的速度和扭矩承受大量的转数。然而,评估转子层合的强度是费时的。通过使用COMSOL Multiphysics构建仿真应用程序,大众卡塞尔正将这种转子测试过程自动化,并降低开发成本和提高产品质量®软件。

平衡电磁和机械要求

图1. MEB的示意图,具有可选的全轮驱动(车辆前部)和主驱动器(右侧,车辆后部)。

2015年,大众开始开发模块化系统,称为模块化电气化工具包(MEB),以优化电动汽车设计,提高制造过程的效率。MEB考虑了扭矩,功率和速度的主后轮驱动和可选前轮驱动使用的全轮驱动版本(图1)。

在其他要求之外 - 例如轴,驱动单元,重量和轴胎的比率 - 高压驱动电池的设计和放置在整体MEB概念中起着重要作用。虽然MEB有助于优化各个组件和整体系统,但平衡这些要求在设计师的部分内仔细考虑,特别是在占数字化,自主驾驶和电动驱动等新技术时。

从电力驱动开发过程的一开始,大众卡塞尔的设计、模拟和测试人员之间就有密切的合作。首先,仿真专家审查一个电力驱动的性能规范,并使用仿真研究如何最好地接近设计。例如,对驱动器进行建模大大减少了变体的数量,并在此模型的基础上发布仿真应用程序,从而使设计者能够对不同的变体进行基准测试,并选择最佳的变体。

这种协作对所有人都是至关重要和有益的,因为模拟不能覆盖所有现实世界的问题。因此,测试过程在开发过程中扮演着重要的角色。此外,实验测试程序有助于改进仿真模型。

“在电气机的开发过程中,一个人必须满足许多要求,”STEFFEN ROTHE博士博士,在VW卡塞尔的组件开发仿真工程师。“一方面,机器必须匹配扭矩和功率的电气要求。另一方面,转子必须具有一定的耐久性,其中离心力是转子的主要负载。“

此外,平衡双重要求可能是具有挑战性的,因为它们有时是有可能的。例如,虽然更好地使用薄,但是用于电磁要求的薄纱结构,较厚的结构对于机械耐久性是优选的。重要的是,这些要求在开发过程中提前解决。一种有效的方法是模拟涵盖要求的所有负载箱。“模拟,”Rothe说,“在加速设计过程中发挥着重要作用。许多工业仿真程序被设计为黑匣子,而Comsol Multiphysics在其透明度中是独一无二的。它使用户能够查看和修改实现的方程甚至添加自己,“ROTHE说。此外,该软件始于开头的多体工具,使用户能够同时模拟不同的物理字段。因此,用户可以组合不同的物理字段来完成全新的事情。

然而,即使对仿真专家来说,分析诸如此类的复杂物理问题也是一项挑战。该团队需要一种与同事沟通的方式,并使非机械模拟专家能够测试某些参数。通过使用COMSOL Multiphysics中的内置工具Application Builder来创建预测转子应力的仿真应用程序,设计人员能够满足这些需求。

通过专业应用提高电动汽车生产

图2。一个典型的转子设置与转子板,轴,和磁铁。

为了设计同事申请,以评估转子叠片的强度和耐用性,仿真专家Marie Hermanns和Steffen Rothe考虑了模型的哪个部分可以自动化,其中模型参数是可变的,并且应用程序应该显示哪些结果。

对于典型的转子设置(图2),模拟专家得出结论,它们可以自动化负载测试来包括干扰,温度和操作速度。这些是其他部门的同事将受益能够改变自己的参数。一般变量参数包括几何,面积,干扰,触点,有源磁铁的数量和材料。这些考虑因素帮助Hermanns为应用程序的直观用户界面放在一起(图3),同事可以用于自动化所需的计算。

“这个想法是为同事创建一个申请,以实现简单快捷的方式来基准不同的设计,”赫尔曼斯说。“另外,可以使用直观的用户界面为特定问题创建一个工具。在这种情况下,用户不必学习模拟方式的详细信息。“

图3。模拟应用程序用户界面的一个示例。

标准化开发,为公司提供服务和客户需求

除了在大众卡塞尔的部门之间自动化开发过程,专业的模拟应用程序帮助工程师标准化他们的基准流程的转子层压。

图4.转子的标准化应力结果。

该应用程序缩短了执行常见任务所需的时间,例如应用边界条件,材料和负载,并标准化并组合到用户界面中。进一步的好处是自动生成的报告,其包括层压转子板段的强度等级,并有助于在团队中标准化报告摘要(图4)。

通过使用仿真应用的转子叠层的应力分析,VW卡塞尔的工程师能够在电动驱动器的开发过程中节省时间和金钱。应用程序还通过帮助模拟专家和非专家来提高产品质量,类似于冗长的模型施工过程和标准化模型和结果,从模型到市售的EV来缩短所需的距离。

本文由COMSOL (Burlington, MA)贡献。欲了解更多信息,请访问这里


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本文首次发表于《华尔街日报》2021年6月号金宝搏官网杂志。

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