【西门子数字化工业软件】2024年Simcenter电驱动系统性能开发白皮书_51页_13mb

报告摘要

西门子Simcenter电驱动系统性能开发白皮书总结

核心内容

本白皮书聚焦于混合动力和电动汽车行业中电驱动系统端到端设计流程所面临的工程、仿真和分析挑战。随着车辆电气化和工业4.0的发展，电驱动系统的设计需要在高功率密度、高效率、高可靠性和低成本等方面取得突破。Simcenter软件工具套件提供了一套完整的解决方案，支持从概念设计到原型机生产的整个流程，包括设计、验证、优化和测试等关键环节。

主要观点

市场趋势：电气化和自动化推动电驱系统需求迅速增长，全球范围内计划逐步淘汰内燃机汽车。
工程挑战：电驱系统面临效率、功率密度、可靠性、NVH、散热、成本等多重挑战，尤其关注稀土材料供应问题和高效率电机设计。
仿真工具的重要性：现代仿真工具是解决电驱系统设计挑战的关键，能够实现多物理场耦合分析和系统级集成。
设计流程：采用“V”字型开发流程，从整车需求分解到部件设计，再到系统集成和测试验证。
Simcenter解决方案：涵盖系统仿真、电磁仿真、结构仿真、散热分析、NVH分析、控制策略开发和测试验证等多个方面，提供高精度、高效率的仿真和分析能力。

关键信息

电驱系统架构设计与评估

Simcenter Studio 是用于早期架构生成和评估的工具，支持自动仿真和评估多种架构方案。
通过 AI 技术，可以快速生成满足条件的系统架构和配置方案，提升设计效率。
不同架构对续航、可靠性、成本等性能指标有显著影响。

电驱系统设计目标确立

需要根据整车性能指标，推导出电机、减速器等部件的性能参数。
Simcenter Amesim 提供了多领域、多物理场的系统仿真功能，用于评估和优化系统设计。

电机选型及设计迭代

电机设计需考虑材料、拓扑结构、冷却系统、控制策略等。
Simcenter SPEED 和 Simcenter Motorsolve 提供了快速和高精度的电机性能仿真工具。
电机设计需进行多物理场分析，如电磁、热、NVH 等。

电机电磁性能仿真验证及优化

电磁仿真用于验证电机性能，如效率、损耗、谐波等。
Simcenter MAGNET 提供了高精度的电磁场求解器，支持铁损计算和退磁预测。
HEEDS 用于进行多目标优化和设计探索。

电驱结构多物理场仿真分析

结构仿真关注强度、可靠性、NVH 等问题。
Simcenter 3D 提供了完整的有限元前后处理环境，支持多物理场耦合分析。
使用 ATV 技术和 FEMAO 技术提升仿真效率和精度。

电驱散热性能分析

散热设计对电机寿命和运行安全至关重要。
液冷（水冷、油冷）是主要的散热方式，其中油冷效率更高。
Simcenter SPH-flow 和 STAR-CCM+ 被用于耦合仿真，提高散热分析效率。

电控系统散热分析

电控系统是整车热管理的重要部分，其散热设计需考虑功率模块的热源。
Simcenter FloTherm 和 FloEFD 提供了高效的散热仿真和优化工具。
通过热网络模型和降阶模型，实现电控系统的热分析和集成。

NVH性能集成验证

电机和减速器是 NVH 的主要来源，需进行多物理场仿真和测试验证。
Simcenter Amesim 可用于模拟和优化 NVH 性能，如谐波注入策略。
通过结构动力学和旋转机械试验，提高 NVH 分析的准确性。

电控系统策略开发与在环验证

控制策略的验证包括软件在环测试（SIL）和硬件在环测试（HIL）。
Simcenter Amesim 提供了控制算法验证平台，支持 FOC、SVPWM 等控制技术。
通过虚拟 ECU 技术，实现控制策略的全面测试。

电驱系统振动噪声及疲劳试验验证

振动噪声和疲劳耐久性是电驱系统的重要性能指标。
Simcenter Testlab 提供了结构动力学、旋转机械、传递路径分析（TPA）和疲劳耐久性测试功能。
通过虚拟样机装配技术，实现早期 NVH 性能预测和优化。

电驱系统基于模型的系统测试

基于模型的系统测试（MBST）是现代电驱系统开发的重要方法。
Simcenter Testlab 提供了数据采集、分析和报告功能，支持多物理场和多领域的测试。
通过虚拟通道和仿真数据接口，实现测试与设计流程的无缝集成。

总结

Simcenter 软件组合为电驱系统设计提供了全面的仿真和分析能力，支持从概念设计到测试验证的全流程。其核心优势包括多物理场耦合分析、快速仿真、降阶模型技术、数字孪生构建、系统级集成等。通过采用 Simcenter 工具，电驱系统设计团队能够显著提高设计效率、降低研发成本、提升产品性能与可靠性，从而应对当前和未来的技术挑战。

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