三合一電驅動總成的案例
Altair“三合一”電驅動總成多物理場仿真專題 Workshop 報名啟動！
電機、電控、減速器一體化已成趨勢，“三合一”電驅動總成逐漸成為主流。共用殼體設計使得電驅動總成產品更加緊湊，擁有諸多優勢。
同樣，一體化設計也使得影響產品的性能因素更加綜合，如電驅總成的動力特性、NVH特性、油冷電機設計的散熱特性等都進一步強化了產品性能多學科間的耦合，因此一體化的產品設計同樣催生了一體化的仿真分析需求。
為了提升設計與分析工程人員對“三合一”電驅動總成綜合分析方法的理解與應用，Altair將于11月19日在上海舉辦“三合一”電驅動總成多物理場仿真專題Workshop。
基于統一的Altair HyperWorks?平臺，針對同一款“三合一”產品模型，實例演示電驅動總成多物理場一體化仿真分析流程，貫通電磁-結構-流體三大物理場間的耦合應用。
真誠期待您的參加！
Workshop亮點 :
日程安排 :
面向對象 ：電驅動相關應用領域，包括電機、NVH、熱管理等工程仿真和設計人員。
點擊下方鏈接立即報名！（待報名審核確認后通知會議地點，席位有限，先到先得）
https://forms.office.com/Pages/ResponsePage.aspx?id=V1uuK7gO-0i6R5kCWdqJ0vpKlP-t-1ZNs2ifkXcluDVUNFZBNVJRSEZFTzA2RURIOThUTElBMVpKOC4u&qrcode=true
報名咨詢：
電話：021-61171666-712 曹清蓮
郵箱：qinglian.cao@altair.com.cn
展開 一種基于V模型下針對三合一電驅總成的NVH優化型研發方案
摘要:
本文針對新能源車用三合一電驅總成NVH系統研發，提出了一種基于V模式的優化型研發方案。
通過建模與仿真不僅復現了電磁力和齒輪嚙合剛度波動從激勵源到傳遞路徑(三合一電驅總成的結構)再到振動、噪聲響應上的表現，而且追溯到了非聲源的控制器的平板金屬部件是噪聲放大的主要原因。
針對該現象，通過拓撲優化提升固有頻率300~500 Hz，使平板件的噪聲由結構噪聲傳遞為主向空氣噪聲傳遞為主轉變，再加上聲學包裹等措施，綜合性的降低噪聲10~20 dB (A)。
建模與仿真、測試和優化通過這種基于V模式的優化方案有機的結合到一起，節省了在子系統所占用的開發時間和開發成本。
關鍵詞:
V模型
；NVH (噪聲、振動及聲振粗糙度)
；電驅動
；MBS (多體動力學)
；電磁噪聲
；齒輪嚙合
；拓撲優化
；PEU (控制單元)
；ODS (工作變形分析)
；
1. 引言
新能源汽車運行時，驅動總成的部分能量會以電磁噪聲和齒輪嚙合噪聲的方式通過自身的結構路徑及周圍的空氣路徑傳遞出來。這三類分總成在機械性能上的較大差異使得三合一電驅總成NVH性能開發成為一項復雜的系統工程開發。
綜合新能源電驅總成NVH特性、汽車零配件開發體系復雜的特點和量產開發時間的限制，在系統集成開發上，通常會通過引入開發模型來指導產品研發，常見的有瀑布模型、螺旋模型、快速原型模型和V模型等等。
鑒于V模型本身的開發、驗證的對稱性和廣泛應用于系統工程的經驗，本文提出了一種基于V模型下針對三合一電驅總成的NVH優化型研發方案來指導新能源汽車三合一電驅動總成的研發。
2. 方案
2.1.
展開 電驅動三合一總成
提供《新能源汽車對標樣件》——驅動電機對標件、電機控制器樣件對標、電池包競品分析、充電機對標件等相關新能源。切磋交流：shbinzer。
專營新能源汽車驅動電機、電機控制器PEB、車載充電機OBC、DCDC減速器逆變器、電池包總成三電高壓件，具有一手貨源優勢。
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展開 高度集成的三合一電驅動總成技術
高度集成的三合一電驅動總成技術
高度集成的三合一電驅動總成技術
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高度集成的三合一電驅動總成技術
高度集成的三合一電驅動總成技術
高清精品丨電驅動力總成-二合一、三合一賞析
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高清精品丨電驅動力總成-二合一、三合一賞析
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國內外10家主流企業電驅動技術發展趨勢
目前主流的驅動方式有“三合一”，即電機、電機控制器、減速器三者集成為一個整體。采埃孚不僅獨立完成所有“三合一”產品的自身設計制造和生產，還可以根據配套需求將其單獨使用。搭載該驅動系統的豪華品牌車型已經在歐洲先行上路，并將引入中國市場。
此外，采埃孚強調會高度關注聚焦中國市場。公司試著把更多的解決方案帶到中國市場，來滿足中國消費者不斷迅速增長的需求。目前已經在沈陽和杭州布局，上海主要是研發。
比亞迪
比亞迪將電機、減速器、電控作為一體設計，打造了三合一電驅動總成系統，具有高度集成化、IGBT損耗小、高效區寬等諸多優勢，滿足了A00、A0、A、B級等轎車對動力性加速和爬坡的需求。
據悉，比亞迪發布了“e平臺”，涵蓋電機、電控、變速器高速集成的三合一電驅動總成，以及DC-DC、充電器和配電箱三合一的高壓系統等。其中，比亞迪的三合一電驅動總成系統中，電機轉速達到14000rpm。
目前電驅動三合一主要開發四個平臺，分別適用車輛重量范圍在1T~2.7T，峰值功率從40kW、70kW、120kW到180kW，峰值扭矩從120N.m、180N.m、280N.m到330N.m，滿足A00、A0、A、B級等轎車對動力性加速和爬坡的需求。
產品優勢：驅動總成綜合效率達到88%，最高效率達到91.9%，重量下降了35%，功率密度提升了40%，電機成本下降了40%。
展開 電驅動系統集成化、小型化、輕量化發展趨勢及實現路徑
比亞迪
比亞迪將電機、減速器、電控作為一體設計，打造了三合一電驅動總成系統，具有高度集成化、IGBT損耗小、高效區寬等諸多優勢，滿足了A00、A0、A、B級等轎車對動力性加速和爬坡的需求。
比亞迪“e平臺”，涵蓋電機、電控、變速器高速集成的三合一電驅動總成，以及DC-DC、充電器和配電箱三合一的高壓系統等，電機轉速達到14000rpm。
驅動總成綜合效率達到88%，最高效率達到91.9%，重量下降了35%，功率密度提升了40%，電機成本下降了40%。比亞迪元EV360電機峰值功率為160KW，峰值扭矩為310N·M。
NIO蔚來
EDS電驅動系統是電動汽車的“心臟”，高性能電驅動系統的設計、開發和集成，對研發團隊的技術考驗相當大。XPT一體化集成的EDS電驅動系統，配備世界級銅轉子感應電機、獨特拓撲架構設計的電機控制器和大扭矩齒輪箱。 高功率、大扭矩的動力新組合，給予用戶澎湃動力感受。
精進電動
精進電動自主研發的電機+減速箱+電控一體化總成，將于2019年投產。新一代“三合一”電驅動總成將實現動力、效率、輕量化、重量、振動噪音和成本水平的更好表現，300Nm系列電機的轉速將提高到16,000轉以上。
精進電動目前做的有四合一的控制器。還有一個充電和驅動，因為開車的時候從來不充電、充電的時候不開車。很多人說無線充電的時候，車一邊走、一邊充，現在還沒做到這一點。我們完全可以用一個功率模塊來做，有很多的人都在嘗試著做這樣一些東西，精進電動也在嘗試。
4、國外三合一電驅系統介紹
相對于國內廠商，國外廠商在電驅動系統集成化設計方面走得更超前，并已在部分車型上有所應用。具體來看，國外廠商推出的電驅動總成產品，其集成度更高、體積更小、效率也更高。
展開 電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖6 峰值工況下IGBT溫度分布
3 三合一系統硬件設計
三合一電驅動系統的電氣原理如圖7所示，控制系統在12 V電源網絡下工作，通過CAN網絡與整車進行通訊，控制器功率部分的逆變單元能夠將直流電轉化為交流電并輸入至永磁同步電動機，控制器成熟的底層配置和軟件算法以及各采樣電路、保護電路，可以確保電機控制器穩定工作。
三合一電驅動系統的PCB由控制板和驅動板組成，驅動單元和控制單元之間通過線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉子位置檢測電路、電源轉換電路、驅動電路以及各保護功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個三合一電驅動系統的正常工作。
圖7 三合一電驅動系統電氣原理框圖
4 樣機性能實驗驗證
為了進一步研究三合一電驅動系統的輸出性能，制作樣機并對系統的輸出特性、效率以及溫升進行測試，測試臺架如圖8所示。
展開 
電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
本文基于一款新能源乘用車驅動系統高度集成化的開發需求，研發了一款三合一電驅動系統，闡述了該驅動系統的結構方案及電氣原理，介紹了系統冷卻方案，并針對系統的散熱性能進行熱仿真分析研究，最后制作樣機進行臺架測試，測試結果表明，本文設計的三合一電驅動系統具有良好的輸出性能。
1 結構設計與電氣原理
1.1 集成結構設計
如圖1所示，電機、控制器、減速器構成了三合一電驅動系統總成開發的關鍵技術。驅動電機的核心結構由定、轉子組件構成，關鍵材料包括鐵心材料、永磁體、電磁線、高速軸承和位置傳感器等；控制器的核心結構由半導體功率器件、直流支撐電容、集成電路芯片及軟件架構等構成；減/變速器關鍵技術主要包括齒輪及軸系、密封與潤滑、離合器、執行機構、駐車系統等。
圖1 三合一電驅動系統關鍵零部件
電驅動系統的技術指標：峰值功率55 kW，峰值轉矩150 N·m，最高轉速10 000 r/min。本文設計的三合一電驅動系統整體結構如圖2所示，驅動電機前端與減速器連接固定，電機控制器安裝于電機與減速器的上方，此方案集成度高，整體體積較小。同時，冷卻技術作為三合一電驅動系統開發的核心，本文將控制器冷卻液出口與電機冷卻液入口集成設計，實現了控制器散熱水道與電機冷卻水道的一體化設計，使得整個產品成本更低、散熱效果更好。
圖2 三合一電驅動系統結構示意圖
1.2 IGBT模塊選型
控制器結構如圖3所示，IGBT作為核心功率器件，其關鍵控制要素包括參數及可靠性要求、過流和短路保護、過電壓保護等。因此，IGBT選型要綜合考慮其自身的輸出效率、控制器運行峰值電壓及驅動電機最大反電動勢等條件。
展開 電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
作者：陳 雷丨上海汽車電驅動有限公司
本文基于一款新能源乘用車驅動系統高度集成化的開發需求，研發了一款三合一電驅動系統，闡述了該驅動系統的結構方案及電氣原理，介紹了系統冷卻方案，并針對系統的散熱性能進行熱仿真分析研究，最后制作樣機進行臺架測試，測試結果表明，本文設計的三合一電驅動系統具有良好的輸出性能。
1 結構設計與電氣原理
1.1 集成結構設計
如圖1所示，電機、控制器、減速器構成了三合一電驅動系統總成開發的關鍵技術。
電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖6 峰值工況下IGBT溫度分布
3 三合一系統硬件設計
三合一電驅動系統的電氣原理如圖7所示，控制系統在12 V電源網絡下工作，通過CAN網絡與整車進行通訊，控制器功率部分的逆變單元能夠將直流電轉化為交流電并輸入至永磁同步電動機，控制器成熟的底層配置和軟件算法以及各采樣電路、保護電路，可以確保電機控制器穩定工作。
三合一電驅動系統的PCB由控制板和驅動板組成，驅動單元和控制單元之間通過線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉子位置檢測電路、電源轉換電路、驅動電路以及各保護功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個三合一電驅動系統的正常工作。
圖7 三合一電驅動系統電氣原理框圖
4 樣機性能實驗驗證
為了進一步研究三合一電驅動系統的輸出性能，制作樣機并對系統的輸出特性、效率以及溫升進行測試，測試臺架如圖8所示。
展開 三合一電驅動系統振動噪聲分析研究
驅動電機作為電動汽車的關鍵部件之一,其性能決定了電動汽車的主要性能指標[1]。振動噪聲特性是一個非常重要的電機評價標準,不正常的振動會加劇電機內部的摩擦,增加損耗,進而影響電機的使用壽命,還會影響乘客的乘坐舒適性[2]。
目前,為了達到成本控制、輕量化設計等要求,電機、控制器、減速器等一體化發展成為必然趨勢。三合一電驅系統具備以下優勢：結構緊湊,利于布置;質量輕,行駛能耗低;三相直連,可靠又經濟;重心下降,利于整車操控;高速傳動,帶來較高的扭矩容量和總成效率的提升[3]。相比于傳統驅動電機,三合一電驅動系統帶來了其他的振動噪聲問題,主要是電磁噪聲和機械噪聲。電磁噪聲主要由徑向電磁力產生,目前已對電磁噪聲的產生機理進行了深入研究。文獻[4]指出電磁振動是定子與轉子間徑向力、切向力的脈動引起的；文獻[5]研究了轉子不同斜極方式對電機電磁力的影響,發現轉子斜極可以有效降低徑向力波,機械噪聲主要由減速器齒輪嚙合和控制器結構振動所產生。
本文對某新型三合一電驅動系統進行振動噪聲測試,發現控制器蓋板發生共振,輻射出強烈的噪聲;提出從“源”與“接受者”(電機激勵與控制器蓋板)進行優化,通過對轉子開槽減小徑向電磁力波,通過對蓋板進行加筋與加厚處理,增加蓋板的剛度。試驗結果表明,優化后的驅動系統噪聲水平顯著降低。
1 驅動系統振動噪聲產生機理
1.1 驅動電機徑向電磁力分析
電機中,主磁通沿徑向進入氣隙,并在轉子和定子上產生徑向力,從而引起電磁振動和噪聲。作用于定子鐵芯內表面單位面積上的徑向電磁力[6]可以表示為:
(1)
其中:b(θ,t)為氣隙磁密;μ0=4π×10-7H/m;θ為空間角度;t為時間。
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