Hệ truyền động điện

Hệ truyền động điện là một công nghệ có tính cách mạng mới nên các kỹ sư làm việc trong ngành công nghiệp ô tô gần như ngay từ lúc bắt đầu đã vấp phải khó khăn trong việc thiết kế các công nghệ truyền động chạy bằng điện mà có giá thành hợp lý, hiệu quả, ổn định và đáng tin cậy trong một khoảng thời gian gò bó đến không tưởng.

Mô phỏng kỹ thuật giúp đẩy nhanh và cải thiện quá trình phát triển hệ truyền động điện, mang đến cái nhìn chuyên sâu về các hệ thống và thành phần phức tạp mà có vai trò định hướng quá trính phát triển thông qua thử nghiệm và giả lập nguyên mẫu. Phần mềm mô phỏng của ANSYS cho phép các kỹ sư hiểu rõ cách thức hoạt động của một mẫu thiết kế trong các tình huống thực tế, thậm chí ngay cả trước giai đoạn xây dựng nguyên mẫu. Sử dụng CAD theo cách này có thể giúp phân tách các mẫu thiết kế triển vọng khỏi những thiết kế không có gì nổi trội trong cuộc đua thay thế công nghệ truyền động truyền thống.

Hệ truyền động của xe điện (EV) và xe lai chạy bằng xăng – điện (HEV) với độ phức tạp cao và các hệ thống con cũng như các bộ phận cấu thành phải hoạt động liền mạch và phối phợp chặt chẽ với nhau để nâng cao tối đa hiệu suất và phát huy tối đa hiệu quả sử dụng của phương tiện.


Các đường mật độ dòng điện trong hệ transistor lưỡng cực có cổng cách ly (IGBT)

Hệ dẫn động điện có thể được mô phỏng chính xác chỉ với một chương trình nền mô phỏng tích hợp. Điều này cho phép các kỹ sư phát triển không chỉ đánh giá riêng từng thành phần và hệ thống con mà còn đánh giá cả tương tác của chúng ở cấp độ hệ thống. Vì trong thực tế các bộ phận thường được đặt trong nhiều điều kiện môi trường vật lý nên các công cụ mô phỏng phải dự đoán chính xác đủ các yếu tố tác động như cơ học kết cấu, động lực học tường minh, động lực học chất lỏng, môi trường vật lý nhiệt, từ tính, điện hóa, bức xạ điện từ và tính dẫn (EMI/EMC). Trong quy trình thiết kế hệ truyền động tân tiến, người thiết kế còn phải chuyển đổi mô hình thành phần chi tiết thành mô hình giảm bậc và liên kết chúng lại để tạo ra mô hình ở cấp độ mạch và hệ thống, qua đó có thể tối ưu một hệ thống con hoặc toàn bộ hệ truyền động điện.

Mô phỏng cấp độ thành phần và hệ thống tích hợp. Các tính năng mô phỏng môi trường vật lý toàn diện. Với tư cách là đơn vị đi đầu trong nghiên cứu công cụ phát triển sản phẩm hướng mô phỏng trên thế giới, ANSYS cung cấp các công cụ mô phỏng kỹ thuật tích hợp phần mềm để giải quyết những thách thức lớn trong phát triển hệ truyền động điện:

Ắc quy điện

  •  Thiết kế pin điện hóa
  •  Kiểm soát nhiệt bình ắc-quy: độ đồng nhất nhiệt, khởi động/tắt máy lạnh/nóng
  •  Làm hỏng ắc quy về mặt cơ học: hỏng, vỡ, xuyên đinh
  •  Sử dụng quá mức ắc quy điện: nạp / xả điện quá mức, nạp / xả dòng điện cao, ngắn mạch ngoài
  •  NVH (viết tắt của noise, vibration, harshness có nghĩa là độ ồn, độ rung và độ xóc): độ ồn dòng chảy, rung động kết cấu
  •  Độ bền kết cấu

Thiết bị điện tử công suất

  •  Hệ thống làm mát: phát triển đường tản nhiệt cho lượng điện năng bị tổn thất
  •  Điều khiển lô-gic: để tối ưu hệ dẫn động điện và các thành phần của nó trong mọi điều kiện lái xe

Động cơ kéo chạy bằng điện và máy phát điện:

  •  Tối ưu thiết kế từ tính: tốc độ, mô-men xoắn, hao tổn
  •  Quản lý nhiệt: lập bản đồ tổn hao nhiệt chính xác
  •  Rung động: giảm tiếng ồn động cơ
  •  Tích hợp hệ thống: tối ưu cả động cơ và bộ điều khiển
  •  Độ bền kết cấu

Hiện tượng EMC/EMI

  •  Phân tích EMI/EMC trước khi tạo nguyên mẫu
  •  Giảm mức độ cần thiết phải tiến hành thử nghiệm EMI/EMC
  •  Động cơ, thanh dẫn điện, EMI/EMC bảng mạch

Thiết bị điện và điện tử

Các thiết bị cơ điện và điện tử trên xe ô tô được kỳ vọng sẽ mang lại gần một nửa giá trị của ô tô thế hệ mới. Các hãng sản xuất ô tô đang sử dụng thiết bị điện tử tiên tiến trong động cơ và hệ thống kiểm tra an toàn hiện đại, và hệ truyền động xe điện / xe lai cũng như trong thiết kế hệ thống dẫn đường, hệ thống âm thanh và đèn LED. Các kỹ sư điện tử ô tô do đó phải đối mặt với vô số thách thức trong thiết kế.

Các kỹ sư phải thiết kế những sản phẩm có thể hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt như khi độ ẩm có mức dao động đáng kể và khoảng biến đổi nhiệt độ lớn từ 50oC đến -20 oC. Ngoài ra, sản phẩm cũng phải chứng tỏ có vòng đời tương đối dài. Ngành công nghiệp ô tô được kiểm soát bởi các tiêu chuẩn cao về độ tin cậy và an toàn. Cuối cùng, trọng lượng xe cũng bị khống chế nghiêm ngặt do nhu cầu tiêu thụ năng lượng giảm xuống.


Phân tích quá trình làm mát gói điều khiển IC (mạch tích hơp) của hộp truyền động

Các công cụ kỹ thuật tốt nhất cho sản phẩm sử dụng mô phỏng để hạn chế sự phụ thuộc vào nguyên mẫu vật lý. Bộ phần mềm của ANSYS còn hiệu quả hơn thế khi tạo điều kiện thúc đẩy trao đổi thông tin liên lạc giữa các ngành kỹ thuật. Đối với ngành công nghiệp ô tô, đây là một sáng kiến quan trọng giúp đẩy nhanh chu trình thiết kế và giảm nguy cơ phải thu hồi sản phẩm.

Các sản phẩm của ANSYS sở hữu một nền tảng với chiều sâu và bề rộng chưa từng có, cho phép các cá nhân và tổ chức thực hiện mô phỏng đa cấp độ và đa môi trường. Kết quả cuối cùng cho ra một thiết kế có thể tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của sản phẩm trong điều kiện hoạt động khắc nghiệt - và một trong số đó xem xét đến những hạn chế nghiêm ngặt về trọng lượng.

ANSYS cung cấp nhiều công cụ mô phỏng kỹ thuật cho kỹ sư thiết kế thiết bị điện tử ô tô để giải quyết các bài toán về đa môi trường vốn có trong thiết kế thành phần và hệ thống.

Quản lý nhiệt

Để giải những bài toán về ắc quy, các kỹ sư ứng dụng công nghệ mô phỏng CFD tiên tiến có trong phần mềm ANSYS FLUENT để tiến hành nghiên cứu điện hóa và phát triển các giải pháp làm mát tiên tiến cho ắc quy.

Các ứng dụng quản lí nhiệt khác cần đến sự hỗ trợ của công nghệ ANSYS Icepak . Phần mềm này có thể được dùng cho mô phỏng CFD cấp hệ thống, cấp bảng mạch và gói, bao gồm đối lưu tự nhiên, đối lưu cưỡng bức và truyền nhiệt bức xạ. Các kỹ sư phát triển sản phẩm có thể tích hợp các hiệu ứng như hiện tượng nung thuần trở trên nền bảng mạch hay gói – hoặc thông qua tính toán gần đúng với bộ giải CFD hoặc truyền dữ liệu phân phối điện thông qua mô phỏng với sức mạnh của ANSYS và công cụ phân tích tính toàn vẹn của tín hiệu, SIwave.

Cơ khí và Cơ-Nhiệt

Đối với mô phỏng cơ khí và cơ-nhiệt, ANSYS cung cấp một giải pháp toàn diện để thực hiện phân tích kết cấu, trong đó bao gồm các gói phần mềm ANSYS Mechanical và ANSYS Structural dùng cho phân tích ứng suất và độ tin cậy cơ học. Bộ mô phỏng cơ học kết cấu gồm sự bổ sung hoàn thiện các phần tử tuyến tính và phi tuyến cùng một bộ hoàn chỉnh các định luật vật liệu và ứng xử của phần tử hữu hạn. Phần mềm ANSYS Fatigue có thể được sử dụng để mô phỏng hiệu suất sản phẩm dựa theo vòng đời được kỳ vọng của sản phẩm trong điều kiện chịu tải dự tính theo chu kỳ. ANSYS cũng cung cấp một bộ đầy đủ các bộ giải tường minh và không tường minh, qua đó cho phép các kỹ sư mô phỏng ứng suất và biến dạng cơ học hình thành trong các đợt va chạm và rung, chẳng hạn như thông qua thử nghiệm va đập tường minh.

Điện từ cao tần

ANSYS cung cấp các giải pháp HFSS và Designer RF cho khảo sát điện từ cao tần. Các kỹ sư sử dụng những công cụ này để thực hiện mô phỏng điện từ 3D và mô phỏng mạch RF cho ăng-ten, hệ thống GPS và các ứng dụng thiết kế không dây khác nhau. Trong vùng tín hiệu và năng lượng toàn vẹn (SI/PI) cũng như trong phân tích nhiễu điện từ và tương thích điện từ (EMI/EMC), ANSYS mang đến các công nghệ như HFSS, Slwave và DesignerSI đóng vai trò như các công cụ mô phỏng điện từ tin cậy và các công cụ mô phỏng mạch cao tần SI tốc độ cao.

Tần số thấp và Cơ – Điện

Các công cụ mô phỏng hệ thống cơ điện và thấp tần cần cho các ứng dụng như xe điện và xe lai, điện tử công suất, cảm biến và cơ cấu chấp hành. ANSYS mang đến công cụ mô phỏng điện từ thấp tần Maxwell và công cụ mô phỏng hệ thống cơ điện Simplorer nhằm giải quyết những vấn đề vốn tồn tại trong thiết kế. Người dùng có thể kết hợp công cụ Simplorer với các bộ giải mô phỏng điện từ, cơ học và chất lỏng 3D của ANSYS để thiết kế, kiểm tra và tích hợp những hệ thống phụ và thành phần phức tạp vào các hệ thống tích hợp tối ưu.

Quản lý điện năng

Ngành công nghiệp ô tô ngày càng sử dụng nhiều các thiết bị điện tử trên xe cho hệ thống chỉ dẫn, giải trí và kiểm tra an toàn. Thực tế này đã đặt ra những thách thức lớn trong thiết kế vi xử lý tích hợp hệ thống (SoC) và vi mạch tích hợp (IC) để truyền năng lượng và các hệ thống điện tử có độ tin cậy cao với giá cả hợp lý. Khi các thiết bị điện tử được sử dụng nhiều cho ô tô, vấn đề quản lý năng lượng đóng vai trò quan trọng hơn với độ tin cậy của ngành công nghiệp này.

Để giải quyết vấn đề về quản lý điện năng, các bộ vi điều khiển và các vi xử lý kiểm soát hệ thống trên xe khác cần phải có mức điện áp thấp hơn để đảm bảo xe hoạt động ổn định và an toàn. Và công cụ thiết kế vi xử lý tiên tiến PowerArtist chính là giải pháp có thể giải quyết vấn đề này. Đây là một chương trình nền tối ưu và phân tích công suất ngôn ngữ chuyển giao thanh ghi (RLT) được cung cấp bởi công ty giải pháp thiết kế Apache – một công ty con của hãng ANSYS. Giải pháp này cho phép các nhóm thiết kế có được cái nhìn sâu hơn về tình trạng tiêu thụ điện năng của mạch điện ở giai đoạn đầu; nó cũng cho phép bổ sung các kỹ thuật giúp tối ưu hóa điện năng. Các công nghệ độc quyền của PowerArtist – như PowerArtist Calibrator and Estimator (PACE) và RTL Power Model (RPM) – vừa giúp người thiết kế hạ thấp mức điện năng vừa đảm bảo tính toàn vẹn của hệ thống dẫn điện trên xe. Thực hiện phân tích và giảm điện năng, tối ưu thiết kế ngay từ đầu giúp đáp ứng các yêu cầu dự phòng điện năng và tăng hiệu quả sử dụng điện năng tổng.

Hiện tượng nhiễu điện từ (EMI) có thể khiến cho các hệ thống điện tử trên xe cản trở hoạt động của nhau, mà có khả năng tiếp đó sẽ làm giảm độ tin cậy của xe. Phương thức đồng phân tích / đồng thiết kế sử dụng hệ thống-gói-chíp (CPS) toàn diện của chúng tôi xem xét tác động của IC đến hiện tượng EMI trên toàn hệ thống. Chương trình nền sign-off (chương trình hỗ trợ kiểm tra và chỉnh sửa ở giai đoạn cuối của thiết kế) và toàn vẹn công suất cả vi xử lý RedHawk phân tích hoạt động thành phần và mô phỏng sự phát sinh trường điện từ thông qua mô hình phát thải vi xử lý (CEM). Sentinel-PSI và ANSYS SIwave sử dụng CEM để thực hiện phân tích EMI ở cấp hệ thống để đảm bảo rằng thiết kế hệ thống sẽ đáp ứng việc phân bố trường điện từ ở gần và xa, cũng như bảo đảm hệ thống điện tử cuối cùng sẽ đạt chuẩn EMC.


Lược dịch: Ms. Nguyễn Quỳnh Anh & Ths. Trần Minh Ngọc - Advantech, Jsc.

Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc." hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này

TUYỂN DỤNG

LIÊN HỆ

VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
C2 lô 20, KĐTM Định Công, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
Tel: (84-24)39 727 464 Fax: (84-24)39 727 464
Email: info@advantech.vn

HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
Email: support@advantech.vn

Họ tên
E-Mail