电驱动系统噪声、振动的来源
电动汽车(EV)市场及其他市场普遍向电气化转变,因此需要对电动动力总成进行更高保真度的仿真,该趋势使得设计阶段的早期对电机的NVH进行详细分析备受关注。
电动机特有的高音调呜呜声的来源是内部不同气隙场谐波之间的相互作用,以及逆变器的开关电压输入。这些元件在气隙中产生力波,从而激发电机结构并引起振动,尤其是在特定的谐振频率下。不理想的负载会导致连接的机械部件和齿轮箱壳体(e-axle)进一步振动。与内燃机不同,在内燃机中发动机声音通常是我们想要强调的突出特征,而对于电驱系统,产生的任何声音通常都是不被接受的,因此目标是将其降至最低。
完整、集成的工作流程
为了正确分析噪声和振动是如何产生的,并对其进行优化,需对电机、逆变器和机械部件进行系统级仿真。为了模拟电驱动系统的NVH特性,开发了一种新的工作流程,该工作流程涵盖了GT-FEMAG的电磁有限元分析和GT-SUITE的电气和机械瞬态仿真。
电气部分
此过程的第一步是使用 GT-FEMAG,这是一种为电机设计而构建的有限元电磁建模工具,用于设计满足驱动转速和扭矩要求的电机。在电机设计完成后,GT-FEMAG可以导出高保真度的电机模型,用于GT-SUITE中基于map方式定义永磁同步电机部件建模,可以捕捉到转矩脉动和机器内部的空间谐波。该电机模板与详细的三相逆变器耦合,并通过闭环反馈控制进行控制。
通过逆变器、电机模型可以实现不同转速下电机绕组中的三相电流输出,这些电流数据将用于机械部分电机力的计算。
机械部分
用电气部分计算的ABC 电流,以及FEMAG 评估磁压力与空间和时间的关系。工程师可以预测电机在不同转速、扭矩下的力,并将这些结果用作力学分析的边界条件。
以上计算的激励载荷在GT-SUITE中用作频率分析的输入,以获得整个齿轮箱壳体的结构稳态响应。通过对上一步中的负载进行傅里叶变换,可以获得每个频率下施加的负载的振幅,这些幅度是由模拟传动系统的各种速度和阶次组合产生的。有了这些信息,就可以精确地识别最终导致过度表面振动的区域,并通过修改系统做出相应的反应。此外,表面振动响应可用于使用快速声学评估方法进行噪声分析,该方法将提供结构周围任何位置的声压级。
e-NVH集成化仿真工具
该工作流程可以提供一种非常直接和方便的方法来分析任何电动动力总成的NVH性能。作为一个紧密连接的系统,完全包含在GT的工具库中,它使用户能够轻松快速地运行许多迭代,并根据许多参数优化他们的设计,如电机的几何特性、开关频率或逆变器的调制策略等,并了解这些变化如何影响NVH性能。该工作流程的电磁、电气和机械领域之间的高度集成提供无缝的用户体验,而不必用不同的仿真工具进行切换。
来源:GT-Blog
作者:Anthony Tsoulfaidis