Transiente Fahrbedingungen
des Elektroantriebs simuliert
mit dem Virtuellen Zwilling
Das Antriebssystem evaluieren,
verstehen und optimieren: All das
kann der Virtuelle Zwilling. Anhand
von Simulationsmodellen lässt sich
nicht nur das physikalische Verhalten
besser verstehen, sondern auch
Entwicklungszeiten und -kosten
signifikant reduzieren.
ahlreiche Aspekte des Verhaltens von Antriebssystemen
lassen sich mit dem Virtuellen Zwilling untersuchen.
Der Fokus dieses Artikels liegt auf der Langlebigkeit des
Elektroantriebs und auf dem Geräusch- und Schwingungsver-
halten (NVH).
Im E-Motor, der Schlüsselkomponente des E-Antriebs, führt die
starke elektromechanische Wechselwirkung zwischen Rotor
und Stator zu ausgeprägten Schwingungsanregungen in Form
von Rotormomenten sowie Statorzahnkräften. Beim konven-
tionellen Ansatz werden diese Anregungen für einige wenige
Betriebspunkte vorausberechnet, wobei ein perfekt sinusför-
miger Strom angenommen wird. Das Regelungssystem bleibt
dabei unberücksichtigt. Für den Virtuellen Zwilling, der auch
das transiente Verhalten abbilden soll, ist dieser Ansatz jedoch
unzureichend.
Fortschrittliche Simulation mit AVL EXCITE™ M
Unsere Simulationslösung AVL EXCITE™ M integriert eine
E-Motor-Steuerung in das dynamische Simulationsmodell, das
die Pulsweitenmodulation des Wechselrichters berücksichtigt
und dadurch die reale Bestromung des E-Motors abbildet.
Darüber hinaus berechnet EXCITE M die Motoranregung für
jede beliebige Betriebsbedingung auf der Grundlage voraus-
berechneter Motorcharakteristika. Der fortschrittliche E-Motor-
Ansatz von EXCITE M ermöglicht die Untersuchung des
radialen Versatzes und der Neigung des Rotors im E-Motor
unter Berücksichtigung der Rotorverschiebung.
Getriebekomponenten und Lagerdynamik
Neben dem E-Motor beinhaltet der Virtuelle Zwilling des
Elektroantriebs auch Getriebekomponenten wie Wellen,
Zahnräder, Lager und Gehäuse. Das detaillierte Zahnrad-
Kontaktmodell in EXCITE M erlaubt die exakte Untersuchung
des Geräusch- und Schwingungsverhaltens. Bei den Lagern
wird der Kontakt der Rollkörper mit dem Lagerring für jede
beliebige Lagerkonfiguration geometrisch exakt abgebildet.
Transiente Betriebsbedingungen
Eine Besonderheit von Elektroantrieben besteht darin, dass ein
erheblicher Teil der Betriebszeit unter transienten Bedingungen
erfolgt, bei denen die Betriebsdrehzahl und -last variieren. Da-
her ist es elementar, die Dynamik dieser transienten Betriebs-
bedingungen sowohl unter NVH- als auch unter Lebensdauer-
Gesichtspunkten zu verstehen.
Arbeiten Getriebe und Lager unter transienten Bedingungen,
insbesondere bei Änderungen der Drehmomentrichtung, führt
dies zu stoßartigen Belastungen der Zahnradflanken. Wie
stark sich diese Bedingungen auswirken, kann durch die Ein-
stellungen der E-Motor-Regler maßgeblich beeinflusst werden.
EXCITE M berechnet die Dynamik im Zeitbereich und nutzt
fortschrittliche Modellierungsfähigkeiten auch für Regelungs-
systeme. Das macht es zu einer einzigartigen Lösung, um
Elektroantriebe nicht nur unter stationären, sondern auch unter
transienten, dynamischen Bedingungen zu untersuchen.
Daher eignet sich das EXCITE M Modell als Virtueller Zwilling
– auch zur Erprobung von Reglern unter realen Betriebsbedin-
gungen.
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