Анализ | Система электропривода мелководья на материке EMR4

Главная Обозреватель Ежедневное событие Анализ | Система электропривода мелководья на материке EMR4

2022-04-01 1224

1. предисловие

С заметным ускорением появления электромобилей на рынке различия между брендами, сегментами рынка и моделями также увеличиваются, поэтому очень важно максимизировать применимость системы электропривода. Системы электропривода, такие как EMR3 (система электропривода третьего поколения), производимая в больших количествах, и EMR4 (система электропривода третьего поколения), которая в настоящее время находится в стадии разработки, разработаны с использованием многостандартных методов оптимизации на системном уровне. По сравнению с предыдущим поколением EMR4 повышает эффективность до 5%, значительно улучшает масштабируемость мощности и значительно снижает стоимость.

Повышение эффективности и производительности — это технический путь и направление, предложенное системой электропривода всего транспортного средства. Чтобы способствовать повышению производительности EMR4, многие цепи, влияющие на эффективность и производительность электропривода, были оптимизированы до деталей. В целях масштабируемости многие внутренние и внешние интерфейсы также были стандартизированы, чтобы гарантировать, что три основных компонента — силовой электронный инвертор, двигатель и редуктор — могут комбинироваться максимально свободно в соответствии с принципом индивидуальных требований. В аспекте акустического комфорта системы электропривода упор делается на моделирование, тестирование и оптимизацию шумовых характеристик (выраженности шума и вибрации) системы на всей рабочей КПД. С самого начала разработка EMR4 вобрала в себя соответствующий опыт предыдущих поколений систем электропривода.

2. EMR4-构

Для большей масштабируемости базовая структура системы электропривода EMR4 изменилась по сравнению с нынешней EMR3. Все три основных компонента (силовой электронный инвертор, двигатель и редуктор) расположены в EMR4 по прямой (осевой интегрированный).

Благодаря этой базовой конструкции можно соединить два компонента, которые требуют наибольшей вариативности в различных конструкциях, а требования к модификации редуктора могут быть реализованы в пределах размера корпуса. Такое встроенное расположение лежит в основе ключевых архитектурных особенностей EMR4.

Стандартная конфигурация, запланированная в процессе разработки (для автомобилей разделов от A до J2, то есть весовой класс автомобиля от 1,800 до 2,800 кг), может охватываться тремя размерами длины двигателя: 60 мм (начальный уровень), 90 мм ( базовый уровень) или 105 мм (повышенный уровень), как показано на рисунке 2. В соответствии с конструкцией недавно разработанная система привода EMR4 обеспечивает мощность 80 кВт и максимальную мощность 230 кВт (10 секунд). Диапазон крутящего момента системы привода составляет от 1,700 Нм до 4,000 Нм (10 секунд), а масштабируемость очевидна по весу модуля.

В зависимости от потребляемой мощности привода его вес составляет от 45 до 80 кг. Согласно результатам предыдущих исследований, по сравнению с EMR3, система привода EMR4 может обеспечить преимущество в эффективности на 5.6% по WLTP, что окажет значительное влияние на пробег автомобиля. В зависимости от потребляемой мощности привода его вес составляет от 45 кг до 80кг. Согласно результатам предыдущих исследований, по сравнению с EMR3, система привода EMR4 может обеспечить преимущество в эффективности на 5.6% по WLTP, что окажет значительное влияние на пробег автомобиля.复制反馈

Эти значения получены путем систематической оптимизации нескольких центральных цепочек эффектов в системе привода. Потенциал для улучшения был реализован здесь благодаря множеству детальных мер. По сравнению с оптимизированным EMR3, эффективность EMR4 значительно возросла, удельная мощность увеличилась более чем на 20%, но стоимость еще больше снизилась. Хотя в EMR4 во многих местах используются высококачественные материалы, технические преимущества материалов позволяют сэкономить больше средств в других областях и оптимизировать затраты.

2.1 Архитектура и двигатель

PSMДиаметр двигателя (диаметр его корпуса) рассчитан на встроенную фиксацию EMR4. Внешний диаметр статора двигателя на платформе R4 составляет 208 мм, что немного больше 20 мм по сравнению с двигателем EMR4. Однако конструктивные меры по улучшению производительности двигателя позволили сократить осевую длину двигателя EMR4 почти вдвое по сравнению с нынешним осевым приводом (90 мм вместо 175 мм).

Теперь статор имеет минимум четыре слоя на канавку (вместо двух слоев в EMR3). Количество этажей (например, 4-8 этажей), выбираемое с учетом конкретной ситуации в будущем, определяется строго в соответствии с требуемыми требованиями к стоимости и уровнем производительности или напряжения. Важным фактором, который следует учитывать, является баланс между минимизацией стоимости и максимизацией потенциала движущихся частей.

2.2 Архитектура и силовой электронный контроллер

Инвертор платформы R4 — это высоковольтное силовое электронное изделие четвертого поколения на базе технологий Vitesco Technologies (EPF4). Для диапазона мощностей платформы EMR4 высокоинтегрированный инвертор EPF4 может обеспечивать три уровня мощности: 290 А (начальный уровень), 550 А (базовый уровень) и 820 А (расширенный уровень). Версия Entry представляет собой экономичное решение с мощностью до 80 кВт (10 с) и крутящим моментом 1700 Нм (10 с). Версия в основном подходит для широкого спектра применений: выходная мощность до 135/165 кВт (10 с) и крутящий момент 2,500/3,000 Нм (10 с). Усовершенствованная конструкция для крутящего момента 2800 Нм и 4000 Нм, мощность до 230 кВт.

Однако в принципе все варианты инверторов можно комбинировать с любым вариантом мощности двигателя и любым необходимым редуктором. Это должно отвечать особым требованиям (например, к транспортным средствам для логистики), отличным от стандартных массовых легковых автомобилей. Размер инвертора составляет всего 270×221×126 мм, что является очень компактной конструкцией.

2.3 И редуктор рамы

По крутящему моменту двигателя платформа включает в себя три варианта редукторов конфигурации <: 2="">

Расчетный коэффициент уменьшения между i = 9.3 и i = 11.64. По сравнению с предыдущим поколением это передаточное отношение было расширено, что позволяет максимально эффективно использовать более высокую пиковую скорость двигателя. В редукторе эта мера с высоким передаточным отношением может значительно сэкономить стоимость двигателя и дать возможность снизить стоимость с точки зрения стоимости материалов более высокого качества.

Редуктор рассчитан на входную скорость 16000 об/мин и крутящий момент двигателя 255 Нм. Редуктор обеспечивает выдачу крутящего момента на валу до 3000 Нм.

Максимально допустимая частота вращения вала составляет 1720 об/мин. Электропарковка опционально может быть интегрирована в редуктор.

3. Оптимизация факторов, влияющих на эффективность.

Во всем мире очевидна тенденция дальнейшего повышения эффективности электромобилей. Этому способствуют пробег и размер батареи/стоимость, а также законодательные требования, направленные на контроль загрязнения воздуха и смягчение последствий изменения климата. Кроме того, дальнейшее повышение эффективности электропривода также повышает привлекательность автомобилей, поскольку в результате снижается стоимость системы. Втч/км в WLTP используется для измерения энергопотребления.

Многие отдельные факторы определяют эффективность автомобиля. Хотя большинство из них вызваны работой всего автомобиля, система питания также имеет значительное влияние. Многие отдельные факторы определяют эффективность автомобиля. Хотя большинство из них вызвано работой всего автомобиля, система питания также имеет значительное влияние.

Рис. 3. На примере интегрированной системы привода показано влияние системы питания и ее удельных потерь на эффективность всего транспортного средства. Вообще говоря, около одной трети потерь вызвано вождением, а около двух третей - всем транспортным средством.

EMR4 добился дальнейшего прогресса в силовом электронном инверторе, двигателе и редукторе, а также улучшил общую эффективность автомобиля: по сравнению с предыдущим поколением эффективность EMR4 намного выше, а среднее общее энергопотребление каждого автомобиля D-класса может сократиться на 5.6% по WLTP.

3.1. Повышена эффективность двигателя и инвертора.

В активных частях платформы EMR4 используется ламинированный железный сердечник, изготовленный из очень тонких и высокопрочных листов кремнистой стали, для достижения более высокой скорости двигателя с меньшим количеством материалов. На данный момент максимальная скорость составляет 16,000 3 об/мин (EMR 14,000: 4 40 об/мин). Увеличивая передаточное число, можно уменьшить крутящий момент двигателя, тем самым экономя материалы двигателя. Кроме того, значительно улучшена непрерывная мощность двигателя EMR80. Поскольку потери значительно снижены, а структура охлаждения оптимизирована, двигатель может непрерывно выдавать мощность XNUMX–XNUMX кВт на самой высокой скорости. Благодаря небольшой длине и компактной конструкции двигателя отвод тепла более эффективен, поскольку путь отвода тепла от горячей точки в центре двигателя к его краю короче.

Увеличенное передаточное число редуктора (см. раздел 2.3) означает, что при том же крутящем моменте вала требуется меньший крутящий момент двигателя. В сочетании с новым ротором для резки листового металла и увеличением магнитного сопротивления вес магнитной стали значительно снижается, мощность остается неизменной, а эффективность повышается.

Рабочее напряжение инвертора EPF4 составляет от 210 В до 470 В, а частота переключения ШИМ составляет от 2 до 12 кГц. В соответствии с различными рабочими точками алгоритм ориентированного управления полем (FOC) применяется в разделах, таких как традиционная пространственно-векторная широтно-импульсная модуляция (= SVPWM на низкой скорости для обеспечения более высокого тока), синхронная ШИМ (= SynchPWM в диапазоне средней скорости) , прерывистая ШИМ (= GDPWM в диапазоне средних скоростей) и двунаправленная модуляция потока (= FBM в диапазоне высоких скоростей). Датчик положения ротора на передней стороне двигателя выдает сигнал положения ротора.

На рисунке 4 показаны эталонные рабочие точки, используемые для оценки потерь двигателя и инвертора в процессе моделирования. Более высокий коэффициент полезного действия, особенно при вращении на высокой скорости, обусловлен именно тем, что более тонкий лист кремниевой стали двигателя может снизить потери в железе за счет увеличения количества ламинированных слоев.

4.Метод реализации платформы EMR4.

Область применения интегрированной системы электропривода расширяется с каждым днем. Только при высокой масштабируемости производительности, эффективности, стоимости, размера и веса он может удовлетворить разнообразные требования рынка. Масштабируемость в конечном итоге означает, что связанные основные компоненты можно комбинировать для удовлетворения требований конкретного приложения. Учитывая большое количество параметров, определяющих требуемые эксплуатационные характеристики приводной системы, и сложное взаимодействие между ними, при проектировании очень сложно тщательно реализовать детали.

Например, во время разработки платформы EMR4 мы провели обширный анализ чувствительности, чтобы определить влияние одного параметра WLTP на эффективность системы электропривода, как показано на рисунке 6.

Чтобы достичь оптимального соотношения ожидаемых характеристик производительности и соответствующих затрат, на этом мультистандартном этапе разработки разработчики использовали специальный инструмент iMCO, как показано на рисунке 7.

5. И внутренние и внешние интерфейсы.

Как упоминалось ранее, при проектировании интегрированной системы привода сложность отдельно разработанного электропривода была полностью упрощена с точки зрения всего транспортного средства, и сложность была перенесена внутрь системы привода. Здесь также можно доказать передачу сложности через множество интерфейсов внутри и снаружи приводной системы. На рис. 8 показаны внутренние интерфейсы между различными функциями системы привода, выделенные серым цветом, а внешние интерфейсы всего автомобиля показаны зелеными кружками.

Чтобы реализовать полную расширяемость компонентов платформы EMR4, предварительно проверенных, все основные компоненты, а именно: инвертор (три версии), редуктор (три варианта), ротор и статор (каждый по три длины), корпус двигателя (три длины) и несущие пластины (два варианта «крышек») имеют четкие определения внутренних и внешних интерфейсов. Это позволяет комбинировать различные конструкции компонентов с помощью единого интерфейса.

Шум и электромагнитное излучение также являются ключевыми показателями системы электропривода. Чтобы свести к минимуму влияние структурного шума на вибрацию кузова транспортного средства при электроприводе, была проведена большая работа по оптимизации акустических качеств (шум, вибрация, резкость, NVH) системы привода во всех условиях эксплуатации, как показано на рис. Рисунки 9 и 10. На платформе EMR4 результаты моделирования были успешно протестированы на основе A-выборки.

Эту технологию моделирования также можно использовать для оптимизации формы кронштейна и предотвращения резонанса возбуждения, связанного с конструкцией автомобиля.

Электромагнитная совместимость платформы EMR4 соответствует стандарту CISPR25-2016 класса 3, как показано на рисунке 11.

6. подвести итог

Разработка платформы R4 вобрала в себя опыт индустриализации трех поколений систем электропривода: к началу 2021 года только EMR4 поставила заказчикам более 150,000 4 единиц. Эффективность и производительность EMR3 были значительно улучшены при меньших затратах даже по сравнению с оптимизированной системой привода EMR4. В частности, высокая масштабируемость новой платформы делает систему привода EMRXNUMX экономически эффективной и перспективной для применения в различных моделях.

В настоящее время расширяемая выходная мощность платформы EMR4 составляет от 80 до 230 кВт, а масса составляет всего от 45 до 80 кг. Высокая удельная мощность поддерживает переход большого количества моделей на электрификацию. Чтобы покрыть требования к производительности выше или ниже указанного текущего диапазона, в 2021 году начнется разработка расширения портфеля.

Благодаря оптимизации затрат системы платформа EMR4 помогает стоимости покупки электромобилей приблизиться к стандарту автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в прошлом. Поскольку эффективность системы привода EMR4 еще больше повышается, стоимость аккумулятора также снижается.

Платформа EMR4 представляет собой готовые индивидуальные решения и всегда ориентирована на стандартизацию и модульность продуктов. В условиях системного ограничения дифференциация с учетом особенностей клиента формируется за счет интеграции и системной экспертизы. Этот метод создает баланс между оптимизацией затрат и персонализацией, дополненный многолетним опытом производства и контролем качества. Основываясь на этой стратегии, Vitesco Technologies активно сотрудничает с клиентами и поставщиками, чтобы способствовать развитию путешествий на электромобилях.

Мысли о платформенных продуктах

Я считаю, что многие компании проанализировали, как создать платформу для системы электропривода «три в одном», и платформа Vitesco EMR4 дала нам много информации:

① В качестве формы интеграции выбрана осевая интеграция, чтобы двигатель и преобразователь были развязаны, и выбирался двигатель с большим внешним диаметром. Увеличение мощности регулируется толщиной стопки сердечников, а перфорация сердечника может быть полностью платформенной.；

В качестве формы интеграции выбрана осевая интеграция, так что двигатель и преобразователь разделены, и выбирается двигатель с большим внешним диаметром. Увеличение мощности регулируется толщиной стопки сердечников, а перфорация сердечника может быть полностью платформенной.；

③Редуктор выбирает большое передаточное число, которое может снизить крутящий момент двигателя. Уменьшение крутящего момента может напрямую уменьшить количество материалов двигателя и снизить его стоимость. Специальный инструмент IMCO упоминается в мультистандартной оптимизации на основе эффективности, производительности и стоимости двигателя, на которую также можно ссылаться.

Различные потери внутри импульсного источника питания

Интегрированный масштаб и размерность