航電系統設計的案例
基于模型的系統工程在航電系統設計中的研究與仿真
摘要
本文將通用的設計方法與航電系統實際設計問題相融合,提出具有針對性的設計意見,并通過仿真建模分析對設計方法進行驗證。
引言
隨著計算機領域技術的跨越式發展,人們對航空電子系統所能完成的任務也有了更多的期待,系統的綜合化能力和復雜程度也隨之提高,如何在新型的航電系統設計中控制好技術成熟度、進度、質量和成本成為一個擺在我們面前必須解決的難題。也正是由于飛機航電系統綜合化程度越來越高,涵蓋的功能項目越來越廣,我們亟需一套自頂向下囊括需求捕獲與分析,功能設計與驗證、軟硬件開發與測試的系統方法來指導我們的設計。
目前航電設計中面臨著以下挑戰：
(1)需求的捕獲、分析、確認和管理不到位。
展開 基于MBSE的直升機航電系統功能需求捕獲與分析
對于直升機航電系統設計來說，近年來呈現如下的發展趨勢：功能相對穩定，而功能的實現形式多種多樣，發展迅速；功能邏輯復雜，應用融合和軟件化趨勢明顯；接口復雜，特別是接口邏輯的復雜程度比較高。直升機航電系統是典型的復雜系統，現有基于文檔的設計方法和手段，已經不能清晰準確地描述這樣復雜的邏輯。
佳明將與貝爾組隊開發電動垂直起降飛機航電系統
貝爾此前已經選擇賽峰作為其應約垂直起降飛機（on-demand eVTOL）混動分布式推進系統供應商。
貝爾創新副總裁斯科特·德里楠稱：“應約機動的垂直維度仍需優化，但合作使成功更近一步?！?佳明將為貝爾的電動垂直起降空中出租車提供自主飛管電腦。
貝爾主導飛機的設計、開發和生產，佳明負責航電系統軟硬件，包括主飛行信息、導航通信、飛行導引、飛管。
佳明的G5000H應用于貝爾525中型直升機，G1000H應用于貝爾407GXi和505噴氣突擊隊員X輕型直升機。
（航空工業發展研究中心 蔡琰）
來源：民機戰略觀察
最近這場論壇揭示了C919和ARJ21的航電系統創新“秘密”
航空工業上電所所長王金巖
人工智能方面，日前，泰雷茲開放式航電概念座艙和GE的概念駕駛艙都結合了最新的人工智能技術。而國內方面，在實驗室條件下，針對空空對抗任務場景（含單機、編隊），設計師與人工智能（AI）協同對抗專業人員的勝利已經達95%以上。
人機交互方面，泰雷茲北亞區副總裁兼中國區CEO貝杰鴻透露，泰雷茲的觸屏顯示器已經安裝部署在空客A350型號上，并得到了EASA的認證。
泰雷茲北亞區副總裁兼中國區CEO貝杰鴻
此外，貝杰鴻也表示，隨著中國正在推進民航領域的新趨勢發展，包括北斗系統的應用、無人航空試驗的開展、新一代民航5G網絡的建設等，在諸多方面中國正在領先世界。而其中城市空中交通領域正可能是首先到來的航空新“藍海”。和日前正在搶先布局城市空中交通領域的諸多行業巨頭一樣，在飛控、航電和電氣等領域積淀頗深的泰雷茲正在德國和美國的多個城市開展電動垂直起降空中交通方案的試驗，并且已經交付了一套直升機無人駕駛方案。
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800V電驅動系統詳細解析 800V電驅動系統設計技術詳解
本文想從Vitesco發布的800V電驅動技術---800V電橋系統應用帶來的系統效率提升開始，看看800V應用帶來的機會和挑戰。
前言
交通運輸行業的全球電氣化需要開發高效且具有成本效益的電氣化動力系統解決方案。牽引系統中 800 V 的應用實現了快速充電的優勢，并可以減少導體的橫截面積以降低重量和成本。
由于電池仍然是電驅動系統的最主要成本構成，因此以最高效的方式使用電池提供的能量是很重要的，從電能到機械能的轉換效率即電驅動系統效率就顯得及其重要。為了提高效率，必須減少功率損耗：①逆變器的功率損耗必須保持在較低水平，②同時必須降低電動機的諧波損耗。碳化硅 (SiC) 技術的應用，為 800 V 系統提供了實現這兩個目標的可能性。
眾所周知，SiC功率器件比硅Si更高效，因為輕載導通損耗和開關損耗都更低。SiC技術可實現更高的開關頻率，從而通過降低諧波損耗來提高電機的效率。SiC半導體材料特性、效率優化的模塊設計以及改進的控制技術相結合，組成了由逆變器 和電機組成的高效牽引系統。
展開 電驅動系統冷卻設計
電驅動系統冷卻設計
第二十章：多學科仿真驅動電驅系統創新設計 | 達索系統百世慧
無論是純電驅動，還是混合動力的新能源汽車，電驅系統都是核心的動力部件。動力總成供應商和主機廠都在共同促進電驅系統的優化設計，在保證和提高動力輸出的基礎上，實現更高的節能減排效率。同時，隨著不斷加劇的市場競爭，要求供應商和主機廠都能夠以更快的速度開發出新的產品。在這樣的背景下，仿真作為提高研發效率的催化劑，在各大企業都有非常廣泛和深入的應用。電驅系統的仿真涉及多個學科，包括結構、電磁、流體、噪聲等，而且很多工況都涉及多個物理場的耦合，具有很大的復雜性和挑戰性。為了更快速得到更準確的仿真結果，企業需要建立和不斷加強研發階段多物理場聯合仿真的能力，并能夠高效地基于多物理場仿真進行產品設計的優化。
達索系統SIMULIA提供完整的多學科仿真軟件和平臺體系。目前已涵蓋結構、疲勞、流體、電磁、聲學等多個學科，并通過設計仿真平臺將各個仿真工具無縫集成于研發體系。能夠實現針對電驅系統的高效率仿真和多學科優化，從而為產品創新設計提供助力。
本次講座將介紹達索系統SIMULIA針對電驅系統多學科優化驅動創新設計的方案和案例。
會議信息：
2022年8月5日 14:00 -15:00
會議講師：
主講人：姚永漢-達索系統SIMULIA汽車行業技術顧問；畢業于上海大學/上海市應用數學和力學研究所，工程力學碩士，主要負責汽車行業結構分析以及結構優化的技術支持
會議鏈接：
https://3ds.tbh5.com/SIMULIA/EventDetail.aspx?eid=673&f=bestway
產品咨詢
Simulia網站：https://vsystemes.com/
展開 干貨丨電驅動系統冷卻設計
干貨丨電驅動系統冷卻設計
電驅動系統冷卻設計
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干貨丨電驅動系統冷卻設計
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電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖3 電機控制器結構示意圖
1.3 電機定、轉子結構設計
為滿足技術指標的要求，定、轉子結構需要經過反復的設計、仿真分析與校核。最終經過計算分析確定鐵心規格：外徑180 mm，長度125 mm。電機機殼采用低壓鑄造成型，機殼內部自帶螺旋式冷卻水道。驅動電機定、轉子結構如圖4所示。
圖4 驅動電機定、轉子結構示意圖
2 冷卻系統設計
不同于分體式電驅動系統，三合一電驅動系統集成度更高，熱量集中，系統的冷卻設計是三合一產品開發過程中的關鍵一環。本文的三合一電驅動系統冷卻水道結構如圖5(a)所示，電機機殼設計有螺旋結構水道，這種結構可以降低流阻，增強對繞組的冷卻效果。電控冷卻水道出口與電機冷卻水道入口集成設計;控制器水道結構如圖5(b)所示，水道內設計云朵狀翅片結構以增大該部分的散熱面積，加強對IGBT的冷卻效果。工作時，冷卻液首先由整車冷卻系統進入電機控制器，對電機控制器進行冷卻散熱后再流入電機，對電機進行冷卻，最終冷卻液從電機出水口流出，完成對系統的冷卻散熱。
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電動汽車電驅動系統動力性匹配設計
驅動電機性能參數設計成為滿足整車動力性能首要考慮的問題，而所有驅動電機的這些性能參數都取決于電驅動電機轉速-轉矩 （功率）特性。本文以某款純電動物流車進行研究，對其驅動系統匹配選型與驗證。
電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖3 電機控制器結構示意圖
1.3 電機定、轉子結構設計
為滿足技術指標的要求，定、轉子結構需要經過反復的設計、仿真分析與校核。最終經過計算分析確定鐵心規格：外徑180 mm，長度125 mm。電機機殼采用低壓鑄造成型，機殼內部自帶螺旋式冷卻水道。驅動電機定、轉子結構如圖4所示。
圖4 驅動電機定、轉子結構示意圖
2 冷卻系統設計
不同于分體式電驅動系統，三合一電驅動系統集成度更高，熱量集中，系統的冷卻設計是三合一產品開發過程中的關鍵一環。本文的三合一電驅動系統冷卻水道結構如圖5(a)所示，電機機殼設計有螺旋結構水道，這種結構可以降低流阻，增強對繞組的冷卻效果。電控冷卻水道出口與電機冷卻水道入口集成設計;控制器水道結構如圖5(b)所示，水道內設計云朵狀翅片結構以增大該部分的散熱面積，加強對IGBT的冷卻效果。工作時，冷卻液首先由整車冷卻系統進入電機控制器，對電機控制器進行冷卻散熱后再流入電機，對電機進行冷卻，最終冷卻液從電機出水口流出，完成對系統的冷卻散熱。
展開 技術丨純電動重型電驅動系統匹配設計
本文以車輛主要性能參數的要求為基本依據，研究純電動重型卡車的結構型式，動力電池、驅動電機和減速機構的選型和匹配方法，以為純電動重型卡車的方案設計提供支撐。
2 純電動重型卡車結構和動力性指標
純電動汽車采用動力蓄電池作為動力源，電動機作為驅動裝置，并配有減速機構，其結構型式可根據驅動電機的布置方案分為集中式驅動或分布式驅動兩種。集中式驅動主要是將內燃機替換為動力電池和一臺驅動電機，并進一步將傳統車輛的減速器、差速器與驅動電機進行集成化設計，而形成集中式車橋式驅動系統方案；分布式驅動采用驅動電機直接驅動車輪，驅動輪之間也沒有差速器，簡化了車輛結構但提高了控制系統的復雜程度。
為簡化車輛結構，提高空間利用率，某四軸純電動重型卡車采用分布式輪轂電機驅動式結構，整車主要結構參數如表1所示。
車輛的機動性指標要求為：最大車速vmax為120 km/h；最大爬坡度為30°；0～30 km/h加速時間t為5 s；以70 km/h在城市道路上行駛的續航里程s不小于100 km。
表1 整車主要結構參數
3 純電動重型卡車驅動力與行駛阻力
汽車性能通常根據汽車牽引力與車速之間的關系得出，通常假設其最大牽引力受制于動力裝置的最大轉矩，而不受制于路面的附著力。車輛最大車速取決于牽引力與阻力之間的關系，或者最大轉速與傳動比之間的平衡。設動力傳動系統輸出總轉矩為Tt，總驅動力為Ft，總驅動功率為pt，等效車輪轉速為nt、半徑為rd。
輸出總轉矩可表示為：
汽車車速可表示為：
重型電動卡車行駛阻力包括滾動阻力Ff、空氣阻力 Fw，坡度阻力 Fi和加速阻力 Fj。
式中，α-汽車爬坡度，ρ-空氣密度，C-車身空氣阻力系數，v-汽車行駛速度，δ-轉動慣量系數。
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。
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