“电动汽车真的太安静了,除了车窗外的风声,你几乎听不到任何噪声。”这可能是大多数第一次驾驶新能源汽车的人最直观的体验。
变得更安静,是因为与传统汽车相比,新能源汽车用牵引电机取代了发动机,用电能转换成机械能为电动汽车提供动力。从这个角度看,就如同发动机之于传统汽车一样,牵引电机就如同新能源汽车的“心脏”,是其最重要的核心部件,在很大程度上是判断一台新能源汽车优劣的重要指标。
对于电机的理解,往往来自初中物理学:我们都知道电机是一种能量转换装置。而且,我们也常常在工厂、码头、货运等各种场合,看到过被应用到各种工业场景中的电机。那么,新能源汽车上的牵引电机与我们理解中的工业电机一样吗?
首先,新能源汽车上的牵引电机与我们常见的工业电机,在工作原理、控制理论和设计方法上,并不存在明显的不同。
只是,作为新能源汽车的动力提供者,被应用于新能源汽车上的驱动电机,其直接决定了新能源汽车包括加速、最高速度等作为汽车的主要性能指标,因此与普通工业电机相比,新能源汽车驱动电机在负载要求、技术性能和工况适应性等方面,有更高的性能要求。
典型的牵引电机设计过程
例如,作为汽车部件的一部分,虽然牵引电机的输出功率直接关系到汽车的动力性能,但是考虑到汽车整车尺寸和能耗,牵引电机则需要在输出功率和外观尺寸之间做出平衡。
因此“高效”是新能源汽车的牵引电机最重要的标签之一:更高的功率密度,结构更加紧凑,甚至更加轻量化、低成本都是新能源汽车牵引电机设计过程中,为降低整车能耗所不得不考虑的重要因素。
另外,在传统汽车领域,对于汽车动力指标有着明确的标准——最高车速、加速能力和最大爬坡度——这既是衡量一款车能力的依据,同时也是驾驶者所追求的所谓“驾驶体验”。
例如全球最昂贵的跑车就能够实现在不到2秒的时间内,就从静止加速都100公里/小时,且最高时速可以达到超过400公里/小时。
新能源汽车当然不需要追求这种极致的数据,但是,所有这些类似的驾驶体验,依然需要通过牵引电机来逐一实现。这就要求新能源汽车的驱动电机同时具备高速宽调速和低速大扭矩,从而以提供高启动速度、爬坡性能和高速加速性能。
除此之外,最大程度提高牵引电机的稳健性,防止系统故障,确保其在各种路况和工作环境下的运行能力,确保其能够提供高安全性、可靠性的动力输出,则是新能源汽车对于其基本的性能要求。
很显然,设计开发一个真正适用于新能源汽车的牵引电机,并没有想象中那么简单和容易。
本图所示为二级电动车的一个系统级 Simcenter Amesim模型,用于确定确保可驾驶性和舒适度所需的最优部件尺寸
日前,作为工业产品设计研发工具的领导者,西门子数字化工业软件在《牵引电机设计》白皮书中,提供了一个基于典型的V循环理论,设计研发新能源汽车牵引电机设计的详细技术实现过程。这对于众多的新能源车企来讲,无异于提供了一个可遵循的产品研发路径。
简单地说,西门子数字化工业软件的《牵引电机设计》白皮书,详细论述了从设计构思到原型创建,新能源汽车企业该如何通过识别了牵引电机研发过程中的每个步骤的关键设计任务?进而,通过分析设计师目前面临的一些最重要的工程、仿真和计算等方面的挑战,提供了利用现代仿真工具构造实施一个集成式的设计开发工作流的方法,目的,就是为了最终开发出高功率密度、高效率、容错、牢固和低成本的电机。
Simcenter 牵引电机设计解决方案
牵引电机对于新能源汽车而言,当然是“心脏”:它让新能源汽车从性能上无限接近人类对于驾驶体验的想象,让“车”更像“车”。因此,设计一颗更健康、完美的心脏,对于任何一款新能源车而言,都是最基本,也是最关键的一步。