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。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。

作为电动驱动器的基本组件,需要测试转子的耐用性,因为它们必须在驱动操作期间以不同的速度和扭矩凸起非常大的转数。然而,评估转子叠片的强度是耗时的。VW Kassel正在自动化转子的测试过程,并通过COMSOL Multiphysics构建模拟应用来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,大众汽车开始开发一个模块化系统 - 称为模块化电气化工具包(MEB) - 优化EV设计并使制造过程更高效。MEB考虑主轮驱动的扭矩,电源和速度,以及用于全轮驱动版本的可选前轮驱动(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。

从电动驱动开发过程的一开始,在VW卡塞尔的设计,仿真和测试方面一直密切合作。首先,仿真专家审查了电动驱动器的性能规范,并使用模拟来调查如何最佳接近设计。例如,模拟驱动器大大减少了变体的数量并根据该模型分发仿真应用程序,使设计人员能够基准标记不同的变体并选择最好的变体并选择最佳变量。

这一协作对于所有人来说至关重要,有益,因为模拟无法涵盖所有​​现实世界问题。因此,测试过程在开发过程中起着重要作用。此外,实验测试程序有助于改善仿真模型。

“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,即使对于模拟专家,也可以分析诸如这些可能具有挑战性的复杂的身体问题。该团队需要一种与同事沟通的方法,并使非专家在机械模拟中进行测试以测试某些参数。设计人员能够通过使用Application Builder,COMSOL MultiphySics中的内置工具来满足这些需求,以创建预测转子中应力的仿真应用。

通过专业应用提高EV生产

图2.具有转子板,轴和磁铁的典型转子设置。

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示例。

标准化开发,为公司提供服务和客户需求

除了在VW卡塞尔的部门之间自动化发展过程之外,专业仿真应用还可以帮助工程师标准化转子叠层的基准处理。

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(伯灵顿,MA)贡献。有关更多信息,请访问这里


yabovip16.com技术简报杂志

本文首先出现在6月份,2021年问题yabovip16.com杂志。

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