使用計算成本低的系統級模型在動態運行條件下對電驅動裝置執行早期噪聲、振動和聲振粗糙度評估

優化電機控制策略并做出更好的設計選擇，以提高電動汽車的噪聲、振動和聲振粗糙度

使用Simcenter節省時間和成本，同時改善噪聲、振動和聲振粗糙度性能

摘要

電驅動裝置(EDU)通常會因電磁(EM)激勵產生多余的噪聲，并從逆變器產生高頻噪聲。Simcenter工程和咨詢服務（簡稱“Simcenter工程服務”）可幫助企業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工程服務和Simcenter軟件是Siemens Xcelerator這一軟硬件和服務業務平臺的一部分。

由于沒有內燃機(ICE)通常產生的掩蔽噪聲，因此解決電動汽車(EV)中的電動機（電機）噪聲、振動和聲振粗糙度(NVH)問題尤為突出。另一項挑戰是概念階段缺乏全面的信息，這會影響關鍵的設計決策。此外，迫切需要使用極少的可用數據預測NVH性能趨勢。另外，還需要精調控制器參數，有效降低電動機噪聲。

借助Simcenter電機噪聲應用程序和Simcenter振動合成應用程序，Simcenter工程服務可以幫助工程師在開發過程的早期預估電機噪聲。工程師可以執行電機和逆變器系統建模，通過Simcenter Amesim軟件使用簡化的結構模型預測噪聲輻射，并捕獲系統級組件的NVH響應。此外，Simcenter工程服務提供一種基于模型的方法，利用多物理場電驅動系統級模型系統地開發理想NVH緩解控制策略。

在設計階段早期評估電動機噪聲

Simcenter工程服務專家將基于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和控制電流產生的電磁力。

根據電動機參數和簡化的點聲源模型預測輻射噪聲。

假設一個理想化的圓柱形物體，此工具使用物理參數（如電機的宏觀幾何體）來估計電磁力，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。生成的動態電動機模型可預測電磁力，系統對其進行處理以估計電動機的輻射噪聲特性。這種方法允許用戶比較各種設計選項之間的輻射噪聲，從而促進趨勢分析和識別潛在問題。這包括電動機和逆變器次級的交互作用，盡管在設計過程早期對電動機的了解有限，只能進行近似計算。

Simcenter Amesim系統模型

Simcenter工程服務使用電機模型構建系統級建模環境，將各種組件互連起來，以創建多物理場因果系統。這包括電動機，它使用EM映射和控制信號產生扭矩，并通過考慮磁鏈和磁通密度來計算內部EM力。

該流程從復雜的電磁電機模型開始，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，作為構建能夠預測電磁力的動態Simcenter Amesim電機模型的基礎。接下來，工程師將該模型引入后處理階段，以估計噪聲輻射特性。后處理器預測電機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換為1米處的噪聲輻射投影（假設點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計選項之間的輻射噪聲以及查明潛在問題（例如收斂的電機和逆變器次級）很有價值。這樣就可以進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、機器幾何體、電氣設計細節（極數、相數、齒數和繞組方案）和材料參數作為輸入。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。

聲振模型

工程師可以在簡化的結構和聲學模型中使用EM模型的通量和力來計算振動和聲學響應。這涉及到將簡化的結構模型、其材料、通量和力與聲學模型的固有頻率、振型和振動響應相結合，以聲壓的形式生成輸出。

優化控制策略

Simcenter工程服務專家使用微控制器單元(MCU)Simulink模型將驅動器輸入轉換為電動機的電流。此模型處理所需的扭矩和電動機角度，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化與逆變器或電機模型集成的控制策略，以平衡開關噪聲和車輛性能。

Simcenter Amesim噪聲應用程序

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

總體而言，Simcenter工程服務可幫助工程師在開發過程的早期評估電動機噪聲，從而節省時間和成本，同時改善NVH行為。