AVL在电驱系统中的创新技术-之二

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AVL在电驱系统中的创新技术-之一

2024年7月4日，AVL组织了一次关于电驱系统研发解决方案的交流会，重点介绍了基于AVL相关软件的工作流程，以及相关案例。现将相关内容整理如下，供各位同行技术人员交流。

以下所有技术资料版权归属AVL，本文仅出于知识分享目的。

三、电机的优化分析工具

EMT是包含转子动力学、声学分析、零部件热分析、动力损失、效率MAP分析、热管理系统分析的一系列电机开发工具包。

通过输入电机的尺寸、功率、转速，进行EMC概念设计和几何尺寸设计的基础上，利用相关AVL FIRE、AVL CRUISE M、AVL EXCITE工具，进行系统分析、热分析、结构分析，达到最优的设计目标。

EMT包含了概念设计工具包、几何设计辅助工具、模型设计库。

EMT概念设计工具，包含了电机的几何尺寸、材料、传动效率、温度场等详细分析手段，进行相关分析计算，可在5秒内完成相关初始设计。

EMT几何设计模块，可以在30秒时间内，自动生成2D网格并且可直接用于电磁分析所用的相关特征。

EMT的模型工具包，包含电机的2D网格和用于几何分析的模型信息，并集成了机械、温度、电子等方面的信息，通过2-5分钟，可以通过运行电磁分析模块，生产所需要的动力学及结构分析结果，生成3D电机温度模型。

EMT工具包扩展了专家库分析结果，自动给出最优的结果。

AVL EXCITE M-动力学、机电耦合工具包，

在AVL EXCITETM M中，电机关节在动态仿真时计算转子转矩和定子齿力，考虑:·转子角位置和转速、控制器设置、转子错位和倾斜、PWM的影响、稳态和受控瞬态操作等情况

获取真实的动力学响应状态，零部件的动力学响应、分析和理解动力学响应状态。

全部的EDU高保真仿真模型，考虑了电磁与力学的相互作用、考虑零部件挠曲实际状态的详细齿轮相互作用、考虑到轴承力的传递及自激励情况。

电机的倾转，电机倾转是减少其扭矩波动的一种典型手段，利用EMC2链接进行一次二维电磁模拟仿真就足以获得切片的适当定子力，由于定子力是内部计算的，因此倾转角度、倾转片的类型和数量可以作为动态仿真中的参数。

偏心的影响程度。

PWM对定子单齿力的影响

根本原因分析（RCA）目标和应用方法。

瞬态响应操作：虚拟加速度计的短时傅里叶变换

四、利用CFD和系统分析手段解决电机热管理挑战

简介及所面临挑战：

EDU总成的热管理对于效率、可靠性和性能至关重要；同时仿真对于成本和时间效率高的开发过程至关重要。目前的热管理仿真工作流程遇到了相关挑战:需要我们简化工作流程以提高效率和速度，需要集成多个仿真工具确保数据的一致性和准确性，同时使高级工具易于访问和用户友好。

电机虚拟仿真解决方案，包括AVL EXCITE用于转子动力学，AVL FIRE M用于力和时序分析，以及动力损失、效率MAP分析，最终达到各个组件的热分析结果。

综合热管理模拟工作流程，包括热管理分析以及综合分析。

电磁分析流程，包括电磁MAP图、热能输入，通过分析后可以输出工作及效率MAP图，优化后的电机设计参数，最少的能量损失以及系统温度场1D模型。

3D CFD温度分析流程，通过3D结构图，优化为3D网格图，同时进行分析参数设置后，生成相关结果，最终呈现出温度加载计算结果。

在AVL FIRE M模块中进行电机分析，主要用于冷却系统设计及优化，电机各部件对于热能的分配，输出标载及超载情况爱的温度预测情况，以及电机冷却系统的分析和优化，电磁系统分析后的优化情况等。

利用AVL FIRE M进行分析优化后的冷却油道设计结果。

利用AVL CRUISE M对电机进行分析，可以输出整车中电机的性能表现，整车传动效率、与其他系统的优化耦合情况、驱动循环中的温度管理建议以及相关性能的控制策略优化。

温度分析继承，可以将3D模型转化为1D图形进行直观分析。

电机分析-动力链模型。电磁热管理模型可以继承到动力系统模型中，从而可以研究电机在驱动循环中的表现。同时热管理系统和电机运行控制策略可以根基电机的运行温度进行评估。

五、基于SPH集成的虚拟EDU开发速度提升

EDU传动系统的组成，一般包括EDU传动系统、电子控制单元、电动机以及传动齿轮系统。

虚拟SPH基础分析平台Preon Lab，基于实际的工作方法，不同于利用网格进行分析，同时不需要对模型进行网格化计算，Preon Lab的核心包括基于SPH的快速的求解器，以及相关独特的隐式公式，不需要特别专业的分析计算技能即可上手使用的特点。

在Preon Lab平台进行固化处理

传动系统分析能力：传动系统的润滑分析、传动系统效率分析、强制闭式润滑及飞溅润滑仿真、呼吸口的位置分析、温度管理分析。

传动系统分析的工作流程：数据输入及处理、动力学模型建立、分析参数设置、分析过程以及优化建议输出。

传动系统分析的优势：几何模型准备（1小时）、分析模型的设置（5小时）、复合样机模型的结果输出（2天9小时，单核）。

两档减速器的复合模型案例。

FZG空载工况功率损失试验台，可以评估低速工况下虚拟效果以及高速工况下的扭矩损失

测试台实际情况与虚拟仿真的对比（透明壳体下）

测试台工况与仿真分析的功率损失对比表明，通过仿真可以预测相关功率损失，随着转速的提升，分析了功率损失上升的趋势，相关的分析绝对功率损失结果在试验台测量的误差范围内，该方法适用于较高的齿轮切向速度（大于6m/s），气相起到较大的作用。

下面列举了舍弗勒利用AVL的工具链进行的两档电驱系统的开发过程案例。