日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車(chē)測(cè)試網(wǎng)

  • 公眾號(hào)

    • 汽車(chē)測(cè)試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車(chē)測(cè)試

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁噪聲仿真與應(yīng)用

2019-06-09 23:27:27·  來(lái)源：Simcenter 3D Online  
　
0 前言近年來(lái)在汽車(chē)行業(yè)，新能源汽車(chē)是一個(gè)關(guān)注度比較高的領(lǐng)域，在國(guó)家政策的支持（北京，上海，深圳等城市送牌），互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的涉足，以及傳統(tǒng)汽車(chē)廠商的發(fā)力的
0 前言
近年來(lái)在汽車(chē)行業(yè)，新能源汽車(chē)是一個(gè)關(guān)注度比較高的領(lǐng)域，在國(guó)家政策的支持（北京，上海，深圳等城市送牌），互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的涉足，以及傳統(tǒng)汽車(chē)廠商的發(fā)力的情況下，推出了各種各樣的新能源車(chē)，包括純電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)。特斯拉作為全球NO.1的新能源汽車(chē)品牌，在市場(chǎng)上已經(jīng)銷(xiāo)售多年。造車(chē)新勢(shì)力中的蔚來(lái)，樂(lè)視，華人運(yùn)通，威馬，零跑，小鵬等等，也都開(kāi)發(fā)出了各種各種的車(chē)型，有的也已經(jīng)量產(chǎn)，大街上隨處可見(jiàn)。傳統(tǒng)的造車(chē)勢(shì)力也不甘示弱，紛紛推出了滿(mǎn)足各種客戶(hù)需求的車(chē)型。如上汽榮威系列Marvel X，ERX5，eRX5，ei6等，比亞迪的王朝系列，秦，宋，唐，元等。
從銷(xiāo)售數(shù)據(jù)來(lái)看，2019年第一季度，國(guó)內(nèi)新能源車(chē)的產(chǎn)量為30.4萬(wàn)輛，銷(xiāo)量為29.9萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)了102.7%和109.7%。其中有的車(chē)型月銷(xiāo)量已經(jīng)過(guò)萬(wàn)（在汽車(chē)行業(yè)，月銷(xiāo)量過(guò)萬(wàn)標(biāo)志著是一個(gè)成功的車(chē)型）。2019年前四個(gè)月，某國(guó)產(chǎn)自主品牌新能源汽車(chē)的銷(xiāo)量已經(jīng)超過(guò)傳統(tǒng)燃油車(chē)。新能源汽車(chē)的份額呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
  
圖1 新能源汽車(chē)份額增長(zhǎng)趨勢(shì)
新能源車(chē)領(lǐng)域正在如火如荼的進(jìn)行著設(shè)計(jì)，研發(fā)，生產(chǎn)，銷(xiāo)售。與傳統(tǒng)的燃油車(chē)相比，在其整個(gè)產(chǎn)品生命周期里面也會(huì)帶來(lái)各種各樣的問(wèn)題。例如我們經(jīng)常提到的NVH問(wèn)題。作為汽車(chē)上主要噪聲源之一的發(fā)動(dòng)機(jī)被電機(jī)替代，主要噪聲來(lái)源和噪聲頻譜特性也發(fā)生了改變：
圖2 燃油車(chē)和電動(dòng)車(chē)噪聲頻譜圖
從頻譜圖上可以看出：
傳統(tǒng)燃油車(chē)的噪聲問(wèn)題：
  • 主要噪聲能量集中在2000Hz以下；
  • 主要噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)階次相關(guān)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的2階，4階等；
  • 存在潛在的共振問(wèn)題，在低頻下會(huì)產(chǎn)生轟鳴聲Booming。
電動(dòng)車(chē)的噪聲問(wèn)題：
  • 主要噪聲能量的頻率更高；
  • 主要噪聲與電機(jī)階次相關(guān)，24階，48階等；
  • 存在潛在的共振問(wèn)題，在低頻下會(huì)產(chǎn)生轟鳴聲Booming；
  • 存在高頻開(kāi)關(guān)頻率噪聲。
與傳統(tǒng)的燃油車(chē)相比，沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲，從總聲壓級(jí)上來(lái)說(shuō)，較傳統(tǒng)的燃油車(chē)相比，會(huì)小一些，但是由于其存在著高頻的電機(jī)噪聲，會(huì)產(chǎn)生比較差的聲品質(zhì)，影響車(chē)內(nèi)乘客的乘坐舒適性，傳統(tǒng)燃油車(chē)和電動(dòng)車(chē)噪聲的噪聲頻譜圖如下圖所示。
圖3 傳統(tǒng)燃油車(chē)和電動(dòng)車(chē)噪聲頻譜圖對(duì)比
電機(jī)噪聲主要包括以下幾類(lèi)：
圖4 電機(jī)主要噪聲源
  • 電機(jī)電磁噪聲：該部分噪聲主要由電機(jī)的電機(jī)激勵(lì)引起的結(jié)構(gòu)輻射噪聲。電機(jī)在正常工作情況下，由于轉(zhuǎn)子切割磁感線，使得電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子端存在電磁力，從而激勵(lì)其定子振動(dòng)，進(jìn)而該振動(dòng)通過(guò)定子傳遞到兩端蓋，進(jìn)而向外輻射噪聲；
  • 電機(jī)風(fēng)扇噪聲：由于電機(jī)工作情況下，需要對(duì)其產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱，因此電機(jī)往往附帶有風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行冷卻，風(fēng)扇在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，葉片產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲也直接向外輻射，影響整個(gè)電機(jī)的噪聲水平；
  • 電機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲：電機(jī)轉(zhuǎn)子在正常工作情況下，由于結(jié)構(gòu)動(dòng)不平衡及偏心安裝、以及電機(jī)轉(zhuǎn)子端的電磁力會(huì)通過(guò)軸承傳遞給結(jié)構(gòu)殼體，引起結(jié)構(gòu)殼體振動(dòng)，進(jìn)而向外輻射噪聲。
在上述幾類(lèi)噪聲中，電機(jī)的電磁噪聲占主要成分，因此，在新能源車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要求滿(mǎn)足其能夠輸出足夠的動(dòng)力，也要求盡可能小的產(chǎn)生噪聲，這就需要通過(guò)一定的的手段來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的分析，在保證其性能的情況下，盡可能的降低/優(yōu)化電機(jī)的輻射噪聲。
西門(mén)子的Simcenter工具組合提供了一系列的方案，從電磁力的計(jì)算，電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及模型修正，電機(jī)輻射噪聲的計(jì)算，以及最終計(jì)算結(jié)果的可視化與問(wèn)題查找。下面這個(gè)視頻是利用Simcenter3D進(jìn)行電機(jī)輻射噪聲計(jì)算的流程。
 
 
1、Simcenter Magnet電磁力計(jì)算
電機(jī)的電磁激勵(lì)載荷與電機(jī)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)如定子槽數(shù)，槽口寬度，氣隙寬度等相關(guān)，與材料參數(shù)中定子的相對(duì)磁導(dǎo)率等，運(yùn)動(dòng)參數(shù)中的轉(zhuǎn)速，電路參數(shù)中定子繞組的通過(guò)電流大小，繞組參數(shù)里的繞組分布有關(guān)。該部分載荷隨時(shí)間/空間分布不同，可以通過(guò)西門(mén)子的電磁分析工具Simcenter Magnet來(lái)獲取，如下圖所示。
圖5 Simcenter Magnet電磁分析
Simcenter3D仿真平臺(tái)支持Infolytica Magnet輸出的unv格式的電磁網(wǎng)格和電磁力，同時(shí)也兼容其他主流電磁分析工具輸出的unv格式的電磁網(wǎng)格和電磁力。通常情況下，為了節(jié)省電磁有限元分析所需要的時(shí)間，在建立電磁分析模型的時(shí)候，會(huì)采用2D或者對(duì)稱(chēng)模型。Simcenter3D支持2D電磁網(wǎng)格和電磁力的導(dǎo)入，并且提供了由2D擴(kuò)展到3D的工具，通過(guò)該工具可以得到三維電磁網(wǎng)格和三維電磁力。另外電磁網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格往往都是不一致的，Simcenter3D同樣提供了相應(yīng)的無(wú)損映射算法（Conservative Force Mapping），將電磁載荷由電磁網(wǎng)格映射到網(wǎng)格不一致的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，并且保證映射的精度。內(nèi)置的FFT轉(zhuǎn)化功能，可以將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻域信號(hào)，并提供完整的信號(hào)處理方法（包含樣本采樣、窗函數(shù)過(guò)濾等）。
另外針對(duì)電機(jī)行業(yè)用戶(hù)的需求，我們的資深技術(shù)支持Noah還專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的程序可以快速的幫助客戶(hù)將電磁力從二維擴(kuò)展到三維，并且做FFT轉(zhuǎn)換，可以將多轉(zhuǎn)速的二維電磁力直接轉(zhuǎn)換成Order Cut形式，從而可以實(shí)現(xiàn)在Simcenter3D中直接加載Order Cut形式的電磁力，得到電機(jī)加速工況下各Order Cut的振動(dòng)，輻射噪聲結(jié)果。
2、Simcenter3D Correlation&Update 電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及有限元模型修正
電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模是也存在一些的不確定性會(huì)影響最終建立的電機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型，例如：
  • 定子鐵芯中的硅鋼片是各向異性材料，而且為了減少鐵芯中由交變磁勢(shì)引起的渦流和磁滯損耗，鐵芯材料通常選用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。硅鋼片的各向異性材料參數(shù)的準(zhǔn)確性影響著最終的模態(tài)結(jié)果。
  • 定子繞組的等效。纏繞在定子上的銅線組成的繞組，在建模的時(shí)候沒(méi)法按照實(shí)際情況將銅線一根根的建立出來(lái)，通常將其等效為三維實(shí)體網(wǎng)格。
  • 網(wǎng)格劃分問(wèn)題。采用低階單元還是高階單元，網(wǎng)格尺寸的大??；
  • 邊界條件問(wèn)題。各個(gè)零部件之間的約束情況，包括端蓋與定子的約束，定子與轉(zhuǎn)子的約束，以及整個(gè)電機(jī)與周?chē)h(huán)境的約束情況等。
由于上述幾點(diǎn)，影響著電機(jī)的結(jié)構(gòu)模態(tài)結(jié)果，所以在建立電機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型的時(shí)候，需要與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，才能保證建立的電機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型是準(zhǔn)確的。這一過(guò)程可以通過(guò)Simcenter3D的Correlation相關(guān)性分析模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。相關(guān)性分析的本質(zhì)是分析數(shù)值仿真模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南嗨瞥潭?。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)屬性可以計(jì)算仿真振型與試驗(yàn)振型的相關(guān)系數(shù)MAC、仿真?zhèn)骱c試驗(yàn)傳函的相關(guān)系數(shù)FRAC、對(duì)模態(tài)空間做正交性檢驗(yàn)，從不同側(cè)面描述和分析兩個(gè)模型的差異。
圖6 電機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型相關(guān)性分析
Simcenter3D Update模型修正模塊是一種計(jì)算模型相關(guān)性，并在參考模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行更新，以提高仿真模型質(zhì)量的工具。通過(guò)Simcenter3D模型修正模塊，分析者可以使模型更加地接近實(shí)際。首先把有限元模型跟參考模型相關(guān)聯(lián)，典型的參考模型選擇就是試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?dāng)然也可以選擇有限元模型。然后計(jì)算動(dòng)力學(xué)特性關(guān)于不同設(shè)計(jì)參數(shù)的靈敏度，隨后就利用靈敏度信息來(lái)更新或優(yōu)化有限元模型以更好匹配真實(shí)的模型。用于靈敏度分析的參數(shù)包括材料屬性參數(shù)和單元屬性參數(shù)等，而修正模型的優(yōu)化目標(biāo)可以是整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量、某一階相關(guān)性很差的固有頻率，或者是單位載荷條件下的振動(dòng)水平等。通過(guò)靈敏度分析的結(jié)果來(lái)推斷模型中需要修正的部位，并從指定參數(shù)中找出影響最大的參數(shù)。進(jìn)一步通過(guò)驅(qū)動(dòng)有限元求解器的優(yōu)化功能，可以完成優(yōu)化迭代過(guò)程，從而使仿真模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ推ヅ洹?/div>
圖7 電機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型修正
3、Simcenter3D Acoustics 電機(jī)輻射噪聲計(jì)算
  • 網(wǎng)格生成工具
Simcenter3D提供了外場(chǎng)聲學(xué)有限元網(wǎng)格快速生成工具，可以基于結(jié)構(gòu)有限元模型/幾何模型生成一個(gè)幾何包面，然后在此基礎(chǔ)上生成一個(gè)2D包面網(wǎng)格，并向外擴(kuò)展生成一個(gè)外凸的2D包絡(luò)網(wǎng)格，在這兩個(gè)網(wǎng)格之間進(jìn)行填充，即可生成滿(mǎn)足聲學(xué)分析要求的外場(chǎng)聲學(xué)有限元網(wǎng)格。
圖8 電機(jī)聲學(xué)網(wǎng)格創(chuàng)建流程
  • 自適應(yīng)階次有限元技術(shù)FEMAO.
電機(jī)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且實(shí)際需求往往關(guān)心的噪聲頻率范圍很廣，高頻段達(dá)到幾千甚至上萬(wàn)赫茲。對(duì)于傳統(tǒng)的有限元或者邊界元來(lái)說(shuō)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)大規(guī)模網(wǎng)格的高頻噪聲仿真對(duì)計(jì)算資源要求太高，很難實(shí)現(xiàn)。針對(duì)這一困難，西門(mén)子開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)的自適應(yīng)階次算法（FEMAO）來(lái)解決高頻聲學(xué)問(wèn)題。FEMAO會(huì)基于求解問(wèn)題的頻率、流場(chǎng)性質(zhì)（溫度梯度、背景流動(dòng)）以及聲學(xué)網(wǎng)格的尺寸自動(dòng)選擇最優(yōu)的階次（通過(guò)有限元形函數(shù)），從而可以在保證求解精度的前提下大大降低網(wǎng)格量，提高聲學(xué)建模和求解的效率。整個(gè)過(guò)程不需要人為的干預(yù)，完全自動(dòng)，可以保證整個(gè)計(jì)算過(guò)程中用最少的自由度滿(mǎn)足計(jì)算精度的需求。
圖9 Simcenter3DFEMAO自適應(yīng)階次有限元
  • 聲學(xué)傳遞矢量技術(shù)ATV
Simcenter3D中的ATV（聲學(xué)傳遞矢量，原LMS專(zhuān)利技術(shù)）是一種聲學(xué)傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)建立起輻射表面的結(jié)構(gòu)振動(dòng)與輸出場(chǎng)點(diǎn)處聲壓級(jí)之間的聯(lián)系。ATV 取決于幾何形狀、網(wǎng)格密度、聲場(chǎng)內(nèi)的介質(zhì)特性、聲學(xué)表面的特征（阻抗和導(dǎo)納）、頻率和場(chǎng)點(diǎn)位置。ATV 和載荷無(wú)關(guān)，這意味著ATV技術(shù)特別適合于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的多工況分析，如電機(jī)多轉(zhuǎn)速工況和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化。
該技術(shù)在載荷和設(shè)計(jì)參數(shù)變化的仿真計(jì)算中顯示出巨大的優(yōu)越性，因?yàn)橹灰桓淖冇邢拊Ｐ偷耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)就不需要重新運(yùn)行聲學(xué)求解器重算ATV。
另外一方面，從ATV曲線來(lái)看是一條平滑的曲線，這就意味著我們?cè)谟?jì)算ATV的時(shí)候用較大的頻率步長(zhǎng)如20Hz來(lái)進(jìn)行計(jì)算，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)計(jì)算的時(shí)候，為了捕捉到模態(tài)共振產(chǎn)生的峰值，我們需要用更小的頻率步長(zhǎng)如5Hz來(lái)進(jìn)行計(jì)算。最終在將結(jié)構(gòu)振動(dòng)與ATV相乘的時(shí)候，可以將ATV進(jìn)行自動(dòng)插值來(lái)得到最終的聲學(xué)響應(yīng)。這進(jìn)一步的減小了聲學(xué)求解時(shí)間。
此外，我們還可以將ATV做進(jìn)一步的推廣，擴(kuò)展MATV（模態(tài)聲學(xué)傳遞矢量），更可以進(jìn)一步的減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和計(jì)算時(shí)間。Simcenter3D中的ATV/MATV技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到汽車(chē)/汽車(chē)零部件/家電等行業(yè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，如電機(jī)，變速箱，發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮機(jī)等。
圖10 Simcenter3DAcoustics ATV聲學(xué)傳遞向量技術(shù)
  • 并行求解技術(shù)
Simcenter3D聲振耦合求解器支持多種并行方式，包含頻率并行（Multi Process Frequency Level）、矩陣并行（Multi ProcessMatrix Level）以及混合并行（Combined Level）。頻率的并行方式就是每一個(gè)CPU計(jì)算一個(gè)方程，這樣就可以同時(shí)計(jì)算多個(gè)頻率下的方程，線性地提高計(jì)算效率。矩陣并行是對(duì)方程的矩陣向量進(jìn)行并行求解的方式，通過(guò)矩陣分塊來(lái)加快每個(gè)方程的求解速度，所有CPU都用來(lái)計(jì)算同一個(gè)方程，算完后再繼續(xù)下一個(gè)頻率方程的求解。這種方式適用于內(nèi)存緊張的情況。而混合并行則是根據(jù)計(jì)算機(jī)的資源自動(dòng)在頻率并行和矩陣并行之間進(jìn)行切換。
另外，Simcenter3D還支持Linux服務(wù)器，可以將Simcenter3D的求解器安裝到Linux服務(wù)器上，借助于Simcenter3D的HPC高性能并行計(jì)算模塊，可以使用高達(dá)上百個(gè)核心的服務(wù)器進(jìn)行聲學(xué)求解，可以大大減小計(jì)算時(shí)間。
4、Simcenter3D 計(jì)算結(jié)果可視化與問(wèn)題查找
Simcenter3D可以快速定位設(shè)計(jì)缺陷和尋找問(wèn)題根源。其中包含面板聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析、模態(tài)聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析、傳遞路徑分析等等。同時(shí)提供快速修改預(yù)測(cè)技術(shù)，允許通過(guò)在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置上更改物理特性，如增加集中質(zhì)量、剛度、阻尼等，調(diào)整結(jié)構(gòu)模態(tài)行為，并重新運(yùn)算分析結(jié)果，進(jìn)而判斷修改效果。由于該方法不需要利用有限元求解器對(duì)模態(tài)重新計(jì)算，所以是一個(gè)有效的評(píng)估修改結(jié)果的快速方法。
圖11 Simcenter3D聲學(xué)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)高級(jí)NVH后處理功能
5、工程應(yīng)用案例
近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大整車(chē)廠和汽車(chē)零部件公司都對(duì)電機(jī)電磁噪聲進(jìn)行了研究，并且有多篇論文投稿到我們每年的用戶(hù)大會(huì)上，需要相關(guān)文獻(xiàn)的可以找我們技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)索取。
6、小結(jié)
通過(guò)西門(mén)子Simcenter工具組合可以協(xié)助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電機(jī)電磁噪聲的仿真流程，如圖所示。
  • Simcenter Magnet 電磁仿真獲取電磁力；
  • Simcenter3D Structure 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)求解器計(jì)算電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)；
  • Simcenter3D Acoustics 聲學(xué)求解器計(jì)算電機(jī)外場(chǎng)輻射噪聲。
圖12 通過(guò)Simcenter工具組合實(shí)現(xiàn)電機(jī)電磁噪聲仿真流程
7、展望
源-傳遞路徑-接收體（Source Transfer-Receiver）模型一直是西門(mén)子仿真與測(cè)試解決方案解決NVH問(wèn)題用到的一個(gè)模型，上述案例中，對(duì)于電機(jī)電磁噪聲，是通過(guò)修改電機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)避免共振，抑制電機(jī)殼體振動(dòng)降低電機(jī)電磁噪聲的，相當(dāng)于是在傳遞路徑上進(jìn)行優(yōu)化。另外一方面，我們也可以從激勵(lì)源來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，例如通過(guò)我們的Simcenter Amesim進(jìn)行控制策略的優(yōu)化，在保證輸出扭矩的情況下，減小電磁力的波動(dòng)，從而優(yōu)化電機(jī)電磁噪聲。
另外，現(xiàn)在的電驅(qū)系統(tǒng)的高度集成是一個(gè)發(fā)展方向，會(huì)將電機(jī)和減速器集成到一起，對(duì)于這類(lèi)應(yīng)用，我們會(huì)在后續(xù)內(nèi)容中再進(jìn)行相應(yīng)的介紹。
有人說(shuō)汽車(chē)NVH是一門(mén)“玄學(xué)”，因?yàn)樗且粋€(gè)十分復(fù)雜且難搞的問(wèn)題。但是，在解決NVH問(wèn)題的道路上你不會(huì)感到孤單，西門(mén)子Simcenter仿真與測(cè)試解決方案會(huì)伴你前行。 
分享到：
 
反對(duì) 0 舉報(bào) 0 收藏 0 評(píng)論 0
滬ICP備11026917號(hào)-25