使用計(jì)算成本低的系統(tǒng)級模型在動態(tài)運(yùn)行條件下對電驅(qū)動裝置執(zhí)行早期噪聲、振動和聲振粗糙度評估

優(yōu)化電機(jī)控制策略并做出更好的設(shè)計(jì)選擇，以提高電動汽車的噪聲、振動和聲振粗糙度

使用Simcenter節(jié)省時間和成本，同時改善噪聲、振動和聲振粗糙度性能

摘要

電驅(qū)動裝置(EDU)通常會因電磁(EM)激勵產(chǎn)生多余的噪聲，并從逆變器產(chǎn)生高頻噪聲。Simcenter工程和咨詢服務(wù)（簡稱“Simcenter工程服務(wù)”）可幫助企業(yè)了解造成這些不良噪聲成分的潛在因素，并找到從源頭上或消聲來減輕這些因素的方法。此外，Simcenter工程服務(wù)和Simcenter軟件是Siemens Xcelerator這一軟硬件和服務(wù)業(yè)務(wù)平臺的一部分。

由于沒有內(nèi)燃機(jī)(ICE)通常產(chǎn)生的掩蔽噪聲，因此解決電動汽車(EV)中的電動機(jī)（電機(jī)）噪聲、振動和聲振粗糙度(NVH)問題尤為突出。另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是概念階段缺乏全面的信息，這會影響關(guān)鍵的設(shè)計(jì)決策。此外，迫切需要使用極少的可用數(shù)據(jù)預(yù)測NVH性能趨勢。另外，還需要精調(diào)控制器參數(shù)，有效降低電動機(jī)噪聲。

借助Simcenter電機(jī)噪聲應(yīng)用程序和Simcenter振動合成應(yīng)用程序，Simcenter工程服務(wù)可以幫助工程師在開發(fā)過程的早期預(yù)估電機(jī)噪聲。工程師可以執(zhí)行電機(jī)和逆變器系統(tǒng)建模，通過Simcenter Amesim軟件使用簡化的結(jié)構(gòu)模型預(yù)測噪聲輻射，并捕獲系統(tǒng)級組件的NVH響應(yīng)。此外，Simcenter工程服務(wù)提供一種基于模型的方法，利用多物理場電驅(qū)動系統(tǒng)級模型系統(tǒng)地開發(fā)理想NVH緩解控制策略。

在設(shè)計(jì)階段早期評估電動機(jī)噪聲

Simcenter工程服務(wù)專家將基于Simcenter Amesim的后處理工具用于兩個主要目的：

估算特定工況下電動機(jī)和控制電流產(chǎn)生的電磁力。

根據(jù)電動機(jī)參數(shù)和簡化的點(diǎn)聲源模型預(yù)測輻射噪聲。

假設(shè)一個理想化的圓柱形物體，此工具使用物理參數(shù)（如電機(jī)的宏觀幾何體）來估計(jì)電磁力，隨后估算振動和輻射噪聲。此過程涉及使用電磁電機(jī)模型，該模型考慮了通量、鐵損、磁鏈和逆變器電流等因素。生成的動態(tài)電動機(jī)模型可預(yù)測電磁力，系統(tǒng)對其進(jìn)行處理以估計(jì)電動機(jī)的輻射噪聲特性。這種方法允許用戶比較各種設(shè)計(jì)選項(xiàng)之間的輻射噪聲，從而促進(jìn)趨勢分析和識別潛在問題。這包括電動機(jī)和逆變器次級的交互作用，盡管在設(shè)計(jì)過程早期對電動機(jī)的了解有限，只能進(jìn)行近似計(jì)算。

Simcenter Amesim系統(tǒng)模型

Simcenter工程服務(wù)使用電機(jī)模型構(gòu)建系統(tǒng)級建模環(huán)境，將各種組件互連起來，以創(chuàng)建多物理場因果系統(tǒng)。這包括電動機(jī)，它使用EM映射和控制信號產(chǎn)生扭矩，并通過考慮磁鏈和磁通密度來計(jì)算內(nèi)部EM力。

該流程從復(fù)雜的電磁電機(jī)模型開始，包括磁通、鐵損、磁鏈和逆變器電流等要素。在適用的情況下，用戶可以將此模型簡化為同能圖，作為構(gòu)建能夠預(yù)測電磁力的動態(tài)Simcenter Amesim電機(jī)模型的基礎(chǔ)。接下來，工程師將該模型引入后處理階段，以估計(jì)噪聲輻射特性。后處理器預(yù)測電機(jī)外表面的平均振動水平，同時考慮其電氣和物理配置。然后，求解會將這些振動轉(zhuǎn)換為1米處的噪聲輻射投影（假設(shè)點(diǎn)聲源行為和自由場條件）。雖然這種方法涉及某些近似值，但它對于比較兩種不同設(shè)計(jì)選項(xiàng)之間的輻射噪聲以及查明潛在問題（例如收斂的電機(jī)和逆變器次級）很有價值。這樣就可以進(jìn)行趨勢評估和識別問題頻率。

電磁概念模型

EM模型主要采用電流密度、機(jī)器幾何體、電氣設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)（極數(shù)、相數(shù)、齒數(shù)和繞組方案）和材料參數(shù)作為輸入。其主要輸出包括同能圖和磁鏈圖，這些圖取決于直接軸電流(Id)、正交軸電流(Iq)和電角等參數(shù)。

聲振模型

工程師可以在簡化的結(jié)構(gòu)和聲學(xué)模型中使用EM模型的通量和力來計(jì)算振動和聲學(xué)響應(yīng)。這涉及到將簡化的結(jié)構(gòu)模型、其材料、通量和力與聲學(xué)模型的固有頻率、振型和振動響應(yīng)相結(jié)合，以聲壓的形式生成輸出。

優(yōu)化控制策略

Simcenter工程服務(wù)專家使用微控制器單元(MCU)Simulink模型將驅(qū)動器輸入轉(zhuǎn)換為電動機(jī)的電流。此模型處理所需的扭矩和電動機(jī)角度，以衍生出三相電流作為逆變器的控制信號。之后，工程師可以評估和優(yōu)化與逆變器或電機(jī)模型集成的控制策略，以平衡開關(guān)噪聲和車輛性能。

Simcenter Amesim噪聲應(yīng)用程序

在Simcenter Amesim中完成仿真后，工程師隨后即可啟動Simcenter Amesim噪聲應(yīng)用程序界面，方便修改設(shè)計(jì)。該工具支持一鍵式評估，簡化了聲振分析。用戶可以分步執(zhí)行分析，包括強(qiáng)迫響應(yīng)評估、固有頻率識別和噪聲繪圖，并添加生成頻譜圖的功能，以全面了解系統(tǒng)的聲學(xué)行為。

總體而言，Simcenter工程服務(wù)可幫助工程師在開發(fā)過程的早期評估電動機(jī)噪聲，從而節(jié)省時間和成本，同時改善NVH行為。