Phân tích | Hệ thống truyền động điện đất liền nông EMR4

Trang chủ Nhà báo Điểm nổi bật hàng ngày Phân tích | Hệ thống truyền động điện đất liền nông EMR4

2022-04-01 1223

1. lời nói đầu

Với sự tăng tốc vượt trội của các loại xe điện trên thị trường, sự khác biệt về thương hiệu, phân khúc thị trường, mẫu mã cũng ngày càng gia tăng nên việc phát huy tối đa khả năng ứng dụng của hệ thống truyền động điện là rất quan trọng. Các hệ thống truyền động điện như EMR3 (hệ thống truyền động điện thế hệ thứ ba) được sản xuất với số lượng lớn và EMR4 (hệ thống truyền động điện thế hệ thứ ba) hiện đang được phát triển, được thiết kế bằng các phương pháp tối ưu hóa đa tiêu chuẩn ở cấp độ hệ thống. So với thế hệ trước, EMR4 cải thiện hiệu suất lên tới 5%, cải thiện đáng kể khả năng mở rộng nguồn điện và giảm đáng kể chi phí.

Nâng cao hiệu suất và hiệu suất là lộ trình và định hướng kỹ thuật được đưa ra bởi hệ thống truyền động điện của toàn bộ xe. Để thúc đẩy việc cải thiện hiệu suất của EMR4, nhiều chuỗi ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu suất của bộ truyền động điện đã được tối ưu hóa đến từng chi tiết. Để có khả năng mở rộng, nhiều giao diện bên trong và bên ngoài cũng đã được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo rằng ba thành phần chính - bộ biến tần điện tử công suất, động cơ và bộ giảm tốc - có thể được kết hợp tự do nhất có thể theo nguyên tắc yêu cầu tùy chỉnh. Ở khía cạnh tiện nghi âm thanh của hệ thống truyền động điện, trọng tâm là mô phỏng, kiểm tra và tối ưu hóa các đặc tính tiếng ồn (mức độ nghiêm trọng của tiếng ồn và độ rung) của hệ thống trên toàn bộ MAP đang hoạt động. Ngay từ đầu, sự phát triển của EMR4 đã tiếp thu kinh nghiệm liên quan từ các thế hệ hệ thống truyền động điện trước đó.

2. EMR4架构

Để có khả năng mở rộng cao hơn, cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền động điện EMR4 đã thay đổi so với EMR3 hiện tại. Tất cả ba thành phần cơ bản (bộ biến tần điện tử công suất, động cơ và bộ giảm tốc) được bố trí theo đường thẳng (tích hợp theo trục) trong EMR4.

Với cấu trúc cơ bản này, có thể kết nối hai bộ phận cần độ biến thiên lớn nhất trong các thiết kế khác nhau và các yêu cầu sửa đổi của hộp số giảm tốc có thể được thực hiện trong kích thước của vỏ. Sự sắp xếp nội tuyến này tạo thành cơ sở cho các đặc điểm kiến trúc chính của EMR4.

Cấu hình tiêu chuẩn được lên kế hoạch trong quá trình phát triển (đối với các phương tiện trong khu vực A đến J2, nghĩa là hạng trọng lượng xe từ 1,800kg đến 2,800kg) có thể được bao phủ bởi ba kích thước chiều dài động cơ: 60mm (mức đầu vào), 90mm ( mức cơ bản) hoặc 105mm (mức nâng cao), như trong Hình 2. Theo thiết kế, hệ thống truyền động EMR4 mới được phát triển cung cấp công suất 80kW và tối đa 230kW (10 giây). Phạm vi mô-men xoắn của hệ thống truyền động là từ 1,700Nm đến 4,000Nm (10 giây) và khả năng mở rộng được thể hiện rõ ràng qua trọng lượng của mô-đun.

Theo nhu cầu năng lượng của ổ đĩa, trọng lượng của nó là từ 45kg đến 80kg. Theo kết quả nghiên cứu trước đây, so với EMR3, hệ thống truyền động EMR4 có thể đạt được lợi thế về hiệu suất 5.6% trong WLTP, điều này sẽ có tác động đáng kể đến quãng đường đi được của xe. Theo nhu cầu năng lượng của bộ truyền động, trọng lượng của nó là từ 45kg đến 80kg. Theo kết quả nghiên cứu trước đây, so với EMR3, hệ thống truyền động EMR4 có thể đạt được lợi thế hiệu suất 5.6% trong WLTP, điều này sẽ có tác động đáng kể đến quãng đường đi được của xe.复制反馈

Những giá trị này có được bằng cách tối ưu hóa một cách có hệ thống một số chuỗi tác động trung tâm trong hệ thống truyền động. Tiềm năng cải tiến đã được hiện thực hóa thông qua nhiều biện pháp chi tiết tại đây. So với EMR3 được tối ưu hóa, hiệu suất của EMR4 đã tăng lên đáng kể, mật độ năng lượng tăng hơn 20% nhưng chi phí lại giảm hơn nữa. Mặc dù EMR4 sử dụng vật liệu chất lượng cao ở nhiều nơi nhưng ưu điểm kỹ thuật của vật liệu giúp tiết kiệm nhiều chi phí hơn ở các lĩnh vực khác và tối ưu hóa chi phí.

2.1 Cấu trúc và động cơ

PSMĐường kính của động cơ (đường kính vỏ của nó) đã được thiết kế để cố định EMR4 tích hợp. Đường kính ngoài stato của động cơ nền tảng R4 là 208mm, lớn hơn 20 mm một chút so với động cơ EMR4. Tuy nhiên, các biện pháp thiết kế nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ đã làm giảm gần một nửa chiều dài trục của động cơ EMR4 so với bộ truyền động hướng trục hiện tại (90mm thay vì 175mm).

Bây giờ stato có ít nhất bốn lớp trên mỗi rãnh (thay vì hai lớp trong EMR3). Số tầng (chẳng hạn như 4-8 tầng) được chọn theo tình hình cụ thể trong tương lai được xác định nghiêm ngặt theo yêu cầu chi phí cần thiết và mức hiệu suất hoặc điện áp. Sự cân bằng giữa giảm thiểu chi phí và tối đa hóa tiềm năng của các bộ phận chuyển động là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

2.2 Cấu trúc và bộ điều khiển điện tử công suất

Biến tần của nền tảng R4 là sản phẩm điện tử công suất cao thế hệ thứ tư dựa trên Vitesco Technologies (EPF4). Đối với dải công suất của nền tảng EMR4, biến tần EPF4 tích hợp cao có thể cung cấp ba mức công suất: 290A (mức cơ bản), 550A (mức cơ bản) và 820A (mức nâng cao). Phiên bản Entry cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí với công suất lên tới 80kW(10s) và mô-men xoắn 1700Nm(10s). Phiên bản này về cơ bản phù hợp với nhiều ứng dụng, với công suất đầu ra lên tới 135/165kW(10 giây) và mô-men xoắn 2,500/3,000 Nm(10 giây). Thiết kế nâng cao cho công suất đầu ra ở 2800Nm và 4000Nm, công suất lên tới 230kW.

Tuy nhiên, về nguyên tắc, tất cả các biến thể biến tần có thể được kết hợp với từng biến thể công suất động cơ và từng bộ giảm tốc cần thiết. Điều này cần phải đáp ứng các yêu cầu đặc biệt (ví dụ: xe hậu cần) khác với xe du lịch đại chúng tiêu chuẩn. Kích thước của biến tần chỉ 270 × 221 × 126mm, đây là một thiết kế rất nhỏ gọn.

2.3 Và giảm khung hình

Theo mô-men xoắn của động cơ, nền tảng bao gồm ba phiên bản bộ giảm tốc được cấu hình là <: 2="">

Tỷ lệ giảm ước tính giữa i = 9.3 và i = 11.64. So với thế hệ trước, tỷ lệ giảm tốc này đã được mở rộng, giúp tận dụng tốt nhất tốc độ tối đa cao hơn của động cơ. Trong bộ giảm tốc, biện pháp tỷ lệ giảm tốc cao này có thể tiết kiệm đáng kể chi phí của động cơ và tạo cơ hội giảm chi phí về mặt chi phí vật liệu chất lượng cao hơn.

Bộ giảm tốc được thiết kế với tốc độ đầu vào 16000 vòng / phút và đầu vào mô-men xoắn động cơ là 255 Nm. Bộ giảm tốc cung cấp đầu ra mô-men xoắn trục lên tới 3000 Nm.

Tốc độ trục tối đa cho phép là 1720 vòng/phút. Bãi đậu xe điện có thể được tích hợp tùy chọn vào bộ giảm tốc.

3. Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

Trên toàn thế giới, xu hướng nâng cao hơn nữa hiệu quả của xe điện là rõ ràng. Những cân nhắc về quãng đường và kích thước/chi phí của pin, cũng như các yêu cầu pháp lý nhằm kiểm soát ô nhiễm không khí và giảm thiểu biến đổi khí hậu, đều góp phần vào việc này. Ngoài ra, việc cải thiện hơn nữa hiệu suất truyền động điện cũng làm tăng sức hấp dẫn của ô tô do chi phí hệ thống giảm. Wh/km trong WLTP được sử dụng để đo mức tiêu thụ năng lượng.

Nhiều yếu tố riêng lẻ quyết định hiệu quả của một chiếc ô tô. Mặc dù hầu hết đều do toàn bộ chiếc xe gây ra nhưng hệ thống điện cũng có ảnh hưởng đáng kể. Nhiều yếu tố riêng lẻ quyết định hiệu suất của một chiếc ô tô. Mặc dù phần lớn là do toàn bộ xe gây ra nhưng hệ thống điện cũng có ảnh hưởng không nhỏ.

Hình 3 Lấy hệ thống truyền động tích hợp làm ví dụ, nó minh họa ảnh hưởng của hệ thống điện và những tổn thất cụ thể của nó đến hiệu suất của toàn bộ phương tiện. Nói chung, khoảng một phần ba số tổn thất là do lái xe và khoảng hai phần ba là do toàn bộ phương tiện gây ra.

EMR4 đã có những tiến bộ hơn nữa về biến tần điện tử công suất, động cơ và hộp giảm tốc, đồng thời cải thiện hiệu suất tổng thể của xe: so với thế hệ trước, hiệu suất của EMR4 cao hơn nhiều và tổng mức tiêu thụ năng lượng trung bình của mỗi xe hạng D có thể giảm 5.6% trong WLTP.

3.1 Hiệu suất của động cơ và biến tần được cải thiện.

Trong các bộ phận Active của nền tảng EMR4, lõi sắt nhiều lớp được làm từ các tấm thép silicon rất mỏng và có độ bền cao được sử dụng để đạt được tốc độ động cơ cao hơn với ít vật liệu hơn. Hiện tại, tốc độ tối đa là 16,000 vòng/phút (EMR 3: 14,000 vòng/phút). Bằng cách tăng tỷ số truyền, mô-men xoắn của động cơ có thể giảm, do đó tiết kiệm vật liệu động cơ. Ngoài ra, sức mạnh liên tục của động cơ EMR4 đã được cải thiện rất nhiều. Khi tổn thất giảm đáng kể và cấu trúc làm mát được tối ưu hóa, động cơ có thể liên tục tạo ra công suất 40-80kW ở tốc độ cao nhất. Do chiều dài ngắn và thiết kế nhỏ gọn của động cơ nên việc tản nhiệt hiệu quả hơn vì có đường tản nhiệt ngắn hơn từ điểm nóng ở trung tâm động cơ đến mép của nó.

Tỷ số giảm tốc tăng (xem Phần 2.3) có nghĩa là cần có mômen động cơ thấp hơn với cùng một mômen trục. Kết hợp với việc cắt kim loại tấm rô-to mới và tăng điện trở từ, trọng lượng của thép từ giảm đáng kể, công suất không đổi và hiệu suất được cải thiện.

Điện áp làm việc của biến tần EPF4 là 210V đến 470v và tần số chuyển đổi tín hiệu điều khiển từ xa là 2 đến 12kHz. Theo các điểm làm việc khác nhau, thuật toán điều khiển định hướng trường (FOC) được áp dụng trong các phần, chẳng hạn như điều chế độ rộng xung vectơ không gian truyền thống (= SVPWM ở tốc độ thấp để cho phép dòng điện cao hơn), điều khiển xung đồng bộ (= SynchPWM ở phạm vi tốc độ trung bình) ,PWM không liên tục (= GDPWM ở phạm vi tốc độ trung bình) và điều chế từ thông hai chiều (=FBM ở phạm vi tốc độ cao). Cảm biến vị trí rôto ở đầu trước của động cơ cung cấp tín hiệu vị trí rôto.

Hình 4 thể hiện các điểm vận hành tham chiếu được sử dụng để đánh giá tổn hao của động cơ và biến tần trong quá trình mô phỏng. Hiệu suất đạt được cao hơn, đặc biệt là khi quay ở tốc độ cao, chính là do tấm thép silicon động cơ mỏng hơn có thể giảm tổn thất sắt bằng cách tăng số lớp nhiều lớp.

4.Phương pháp triển khai nền tảng EMR4

Phạm vi ứng dụng của hệ thống truyền động điện tích hợp đang ngày càng mở rộng. Chỉ với khả năng mở rộng cao về hiệu suất, hiệu quả, chi phí, kích thước và trọng lượng, nó mới có thể đáp ứng được yêu cầu đa dạng của thị trường. Khả năng mở rộng cuối cùng có nghĩa là các thành phần chính liên quan có thể được kết hợp để đáp ứng các yêu cầu tùy theo ứng dụng. Xem xét số lượng lớn các tham số xác định các đặc tính hiệu suất cần thiết của hệ thống truyền động và sự tương tác phức tạp giữa chúng, việc thiết kế thực hiện triệt để các chi tiết là rất khó khăn trong thiết kế.

Ví dụ: trong quá trình phát triển nền tảng EMR4, chúng tôi đã tiến hành phân tích độ nhạy sâu rộng để xác định mức độ ảnh hưởng của một tham số duy nhất trong WLTP đến hiệu suất của hệ thống truyền động điện, như trong Hình 6.

Để đạt được trọng số tối ưu của các đặc tính hiệu suất dự kiến và chi phí liên quan, các nhà phát triển đã sử dụng công cụ đặc biệt iMCO trong giai đoạn phát triển đa tiêu chuẩn này, như trong Hình 7.

5. Và các giao diện bên trong và bên ngoài.

Như đã đề cập trước đó, khi thiết kế hệ thống truyền động tích hợp, độ phức tạp của bộ truyền động điện được thiết kế riêng biệt đã được đơn giản hóa hoàn toàn so với góc nhìn của toàn bộ chiếc xe, và độ phức tạp đã được chuyển vào bên trong hệ thống truyền động. Ở đây, việc chuyển giao độ phức tạp cũng có thể được chứng minh từ nhiều giao diện bên trong và bên ngoài hệ thống truyền động. Hình 8 hiển thị các giao diện bên trong giữa các chức năng khác nhau trong hệ thống truyền động, được đánh dấu bằng màu xám và các giao diện bên ngoài của toàn bộ chiếc xe được hiển thị bằng các vòng tròn màu xanh lá cây.

Để hiện thực hóa khả năng mở rộng đầy đủ của các thành phần nền tảng EMR4 được xác minh trước, tất cả các thành phần chính, cụ thể là biến tần (ba phiên bản), bộ giảm tốc (ba biến thể), rôto và stato (mỗi biến thể ba chiều dài), vỏ động cơ (ba chiều dài) và tấm chịu lực (hai phiên bản của "vỏ") có định nghĩa rõ ràng về các giao diện bên trong và bên ngoài. Điều này giúp có thể kết hợp các thiết kế thành phần khác nhau với một giao diện thống nhất.

Tiếng ồn và bức xạ điện từ cũng là những chỉ số chính của hệ thống truyền động điện. Để giảm thiểu ảnh hưởng của tiếng ồn cấu trúc đến độ rung của thân xe trong hệ thống truyền động điện, rất nhiều công việc tối ưu hóa đã được thực hiện đối với chất lượng âm thanh (tiếng ồn, độ rung, độ khắc nghiệt, NVH) của hệ thống truyền động trong mọi điều kiện vận hành, như được trình bày trong Hình 9 và 10. Trên nền tảng EMR4, kết quả mô phỏng đã được thử nghiệm thành công dựa trên mẫu A.

Công nghệ mô phỏng này cũng có thể được sử dụng để tối ưu hóa hình dạng của giá đỡ và tránh hiện tượng cộng hưởng kích thích liên quan đến thiết kế kết cấu của xe.

Khả năng tương thích điện từ của nền tảng EMR4 tuân theo tiêu chuẩn CISPR25-2016 Loại 3, như trong Hình 11.

6. tóm tắt

Sự phát triển của nền tảng R4 đã tiếp thu kinh nghiệm công nghiệp hóa của ba thế hệ hệ thống truyền động điện: tính đến đầu năm 2021, riêng EMR4 đã giao hơn 150,000 chiếc cho khách hàng. Hiệu suất và hiệu suất của EMR4 đã được cải thiện đáng kể với chi phí thấp hơn, thậm chí so với hệ thống truyền động EMR3 được tối ưu hóa. Đặc biệt, khả năng mở rộng cao của nền tảng mới khiến hệ thống truyền động EMR4 có triển vọng ứng dụng hiệu quả về mặt chi phí trên nhiều mẫu xe khác nhau.

Hiện tại, công suất đầu ra có thể mở rộng của nền tảng EMR4 là từ 80kW đến 230kW và khối lượng chỉ từ 45 kg đến 80 kg. Mật độ năng lượng cao hỗ trợ quá trình chuyển đổi một số lượng lớn các mô hình sang điện khí hóa. Để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất trên hoặc dưới phạm vi hiện tại đã chỉ định, việc phát triển mở rộng danh mục đầu tư sẽ bắt đầu vào năm 2021.

Thông qua việc tối ưu hóa chi phí của hệ thống, nền tảng EMR4 giúp chi phí mua xe điện tiệm cận với tiêu chuẩn của xe động cơ đốt trong trước đây. Khi hiệu suất của hệ thống truyền động EMR4 được cải thiện hơn nữa, giá thành của pin cũng giảm.

Nền tảng EMR4 đại diện cho các giải pháp tùy chỉnh sẵn có và luôn tập trung vào tiêu chuẩn hóa và mô đun hóa sản phẩm. Dưới sự hạn chế của hệ thống, sự khác biệt dành riêng cho khách hàng được hình thành thông qua việc tích hợp và chuyên môn về hệ thống. Phương pháp này tạo ra sự cân bằng giữa tối ưu hóa chi phí và cá nhân hóa, được bổ sung bởi nhiều năm kinh nghiệm sản xuất và kiểm soát chất lượng. Dựa trên chiến lược này, Vitesco Technologies đang tích cực hợp tác với khách hàng và nhà cung cấp để thúc đẩy sự phát triển của ngành du lịch bằng điện.

Suy nghĩ về sản phẩm nền tảng

Tôi tin rằng nhiều công ty đã phân tích cách xây dựng nền tảng cho hệ thống truyền động điện ba trong một và tư duy về nền tảng của Vitesco EMR4 đã mang lại cho chúng tôi nhiều hiểu biết.：

① Tích hợp trục được chọn làm dạng tích hợp, sao cho động cơ và biến tần được tách rời và chọn động cơ có đường kính ngoài lớn hơn. Việc mở rộng công suất được điều chỉnh bởi độ dày của lõi và việc đột lõi có thể được nền tảng hóa hoàn toàn.；

Tích hợp trục được chọn làm dạng tích hợp, sao cho động cơ và biến tần được tách rời và động cơ có đường kính ngoài lớn hơn được chọn. Việc mở rộng công suất được điều chỉnh bởi độ dày của lõi và việc đột lõi có thể được nền tảng hóa hoàn toàn.；

③Bộ giảm tốc chọn tỷ lệ giảm lớn, có thể làm giảm mô-men xoắn của động cơ. Giảm mô-men xoắn có thể trực tiếp làm giảm lượng vật liệu động cơ và giảm giá thành động cơ. IMCO, một công cụ đặc biệt, được đề cập đến trong việc tối ưu hóa đa tiêu chuẩn dựa trên hiệu suất, hiệu suất và chi phí của động cơ cũng có thể được tham khảo.

Tổn hao khác nhau bên trong nguồn điện chuyển mạch

Trang Tiếp

Quy mô và kích thước tích hợp