混合動(dòng)力車(chē)及電動(dòng)汽車(chē)的先進(jìn)數(shù)值仿真(參考版)
2025-05-19 08:55本頁(yè)面
【正文】 隨著混合動(dòng)力/ 純電動(dòng)汽車(chē)的需求持續(xù)增長(zhǎng)，有一定廣度和深度的多物理域仿真方案不僅具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且是那些想在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝的企業(yè)必不可少的設(shè)計(jì)工具競(jìng)爭(zhēng)籌碼。在激烈的環(huán)境中，汽車(chē)工程師們面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)非常復(fù)雜的下一代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，使用緩慢和低效的、反復(fù)樣機(jī)試驗(yàn)的研制方法已不能滿足快速設(shè)計(jì)的需求。競(jìng)爭(zhēng)中的先驅(qū)這種方法已被多個(gè)汽車(chē)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)用于快速評(píng)估和優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作中，并替代了數(shù)個(gè)樣機(jī)的試驗(yàn)周期，加速了整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)程。 將求解結(jié)果作為描述電機(jī)性能的查詢(xún)表，ANSYS 工程師在Simplorer 軟件中建立了基于電動(dòng)機(jī)等效電路模型的參數(shù)化系統(tǒng)級(jí)仿真模型，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩和其它輸出參數(shù)。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)包含一個(gè)基于物理原型的電機(jī)模型求解結(jié)果，即在給定電參數(shù)輸入條件下一系列測(cè)試點(diǎn)上電機(jī)的輸出性能。然后，將模型參數(shù)化，在ANSYS Maxwell軟件中給模型添加不同邊界條件，如電流、電壓及轉(zhuǎn)子位置。電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)有限元分析仿真實(shí)例：豐田普銳斯的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 涵蓋電磁、熱、流體和結(jié)構(gòu)問(wèn)題的系統(tǒng)仿真 系統(tǒng)集成可能是電氣傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最大的挑戰(zhàn)，因?yàn)楸仨毧紤]每個(gè)部件獨(dú)有的特征、屬性、強(qiáng)度和其它復(fù)雜因素等，以確保整個(gè)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在寬負(fù)載范圍內(nèi)及各種行駛條件下都能獲得最高的整體效率。由此，對(duì)設(shè)計(jì)做出參數(shù)更改，并獲得一系列仿真結(jié)果，直到傳導(dǎo)輻射和輻射電磁發(fā)射等級(jí)都在可接受的限值之內(nèi)為止。 功率變換器系統(tǒng)仿真的結(jié)果可用于檢驗(yàn)輻射發(fā)射，工程師通過(guò)計(jì)算空間任意點(diǎn)上的電磁場(chǎng)強(qiáng)度以判斷逆變器封裝是否符合國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 為了進(jìn)行傳導(dǎo)干擾分析，工程師需要將功率變換器的設(shè)計(jì)版圖從CAD 軟件直接導(dǎo)入到寄生參數(shù)提取軟件中，從而計(jì)算導(dǎo)電通路的頻變電阻、部分電感和電容，并生成等效電路模型以備系統(tǒng)仿真使用。整個(gè)建模過(guò)程非常簡(jiǎn)單，無(wú)需手動(dòng)完成。輻射電磁場(chǎng)（通過(guò)空氣），可能影響車(chē)上其它電子系統(tǒng)。電磁干擾/ 電磁兼容仿真電子設(shè)計(jì)分析工具還可用于計(jì)算電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)各部分上的電磁力，從而確定形變量和機(jī)械應(yīng)力分布。通過(guò)單獨(dú)添加系統(tǒng)中關(guān)鍵點(diǎn)上的每個(gè)熱源，同時(shí)還考慮空氣流通量和傳導(dǎo)熱量的影響，以及參數(shù)化分析，軟件可處理數(shù)據(jù)并生成等效熱模型，用于系統(tǒng)仿真分析。 為了對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)電力電子器件進(jìn)行熱管理，工程師在電力電子電路仿真軟件的設(shè)計(jì)界面上放置IGBT 器件模型并輸入其特性（通斷電壓，電流波形等），控制算法器件模型（IGBT 的通斷邏輯）和電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)器件模型等，以建立電力電子器件系統(tǒng)仿真分析模型，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的虛擬設(shè)計(jì)和仿真分析。多物理場(chǎng)聯(lián)合仿真程序有助于軟件在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)不同程序之間順暢的數(shù)據(jù)傳遞。人們總是希望電動(dòng)汽車(chē)可以靜音，因而對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的主要噪聲源，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)分析就變得非常重要了。電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)電磁性能分析時(shí)，還需要引入車(chē)輛的質(zhì)量以確定各種情況下的加速時(shí)間及制動(dòng)時(shí)間。風(fēng)冷圓柱型電池模塊網(wǎng)格（左）及冷卻液流速圖（右） 在電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)研發(fā)中，設(shè)計(jì)者必須重點(diǎn)考慮電機(jī)的電磁問(wèn)題。這種虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)軟件也同樣適用于研究振動(dòng)，耐久性和疲勞壽命。 工程師可以借助電路仿真技術(shù)評(píng)估控制算法，來(lái)研究降低電池壽命和導(dǎo)致電池爆炸的影響因素，如過(guò)充、大電流充/ 放電、外部短路或其它的電路問(wèn)題。為了評(píng)估電池組的長(zhǎng)駕駛循環(huán)性能，線性時(shí)不變法可實(shí)現(xiàn)高效的實(shí)時(shí)仿真。對(duì)矩形電池單體，冷卻一般通過(guò)與電池單體相接觸的熱交換器中液體循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 為了避免過(guò)熱造成電池能效降低以及使用壽命縮短，電池?zé)峁芾硎腔旌蟿?dòng)力/ 純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的重中之重。這些工具既可以用于解決動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)單個(gè)部件開(kāi)發(fā)的問(wèn)題——電池組、牽引電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)、電力電子等，也可以用于由這些子系統(tǒng)集成的、復(fù)雜動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。不僅實(shí)體和真實(shí)載荷情況可以通過(guò)準(zhǔn)確的仿真而建模，而且流體、機(jī)械、熱物理、電化學(xué)、電磁力的影響及其相互之間的作用也可以
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