تحليل نظام القيادة الكهربائية في البر الرئيسي EMR4

1. مقدمة   مع التسارع الملحوظ للسيارات الكهربائية في السوق، تتزايد أيضًا الاختلافات بين العلامات التجارية وقطاعات السوق والنماذج، لذلك من المهم جدًا تعظيم قابلية تطبيق نظام القيادة الكهربائية. تم تصميم أنظمة القيادة الكهربائية، مثل EMR3 (نظام القيادة الكهربائية من الجيل الثالث) الذي يتم إنتاجه بكميات كبيرة وEMR4 (نظام القيادة الكهربائية من الجيل الثالث) قيد التطوير حاليًا، من خلال أساليب تحسين متعددة المعايير على مستوى النظام. بالمقارنة مع الجيل السابق، يعمل EMR4 على تحسين الكفاءة بنسبة تصل إلى 5%، ويحسن بشكل كبير قابلية توسيع الطاقة، ويقلل التكلفة بشكل كبير. إن تحسين الكفاءة والأداء هو المسار الفني والاتجاه الذي يطرحه نظام الدفع الكهربائي للمركبة بأكملها. من أجل تعزيز تحسين أداء EMR4، تم تحسين العديد من السلاسل التي تؤثر على كفاءة وأداء المحرك الكهربائي حسب التفاصيل. من أجل قابلية التوسع، تم أيضًا توحيد العديد من الواجهات الداخلية والخارجية لضمان إمكانية دمج المكونات الرئيسية الثلاثة - العاكس الإلكتروني للطاقة والمحرك ومخفض السرعة - بحرية قدر الإمكان وفقًا لمبدأ المتطلبات المخصصة. في جانب الراحة الصوتية لنظام القيادة الكهربائية، يتم التركيز على محاكاة واختبار وتحسين خصائص الضوضاء (شدة الضوضاء والاهتزاز) للنظام على خريطة العمل بأكملها. منذ البداية، استوعب تطوير EMR4 الخبرة ذات الصلة من الأجيال السابقة من أنظمة القيادة الكهربائية.   2.هندسة EMR4   لمزيد من قابلية التوسع، تغير الهيكل الأساسي لنظام الدفع الكهربائي EMR4 مقارنة بنظام EMR3 الحالي. يتم ترتيب جميع المكونات الأساسية الثلاثة (العاكس الإلكتروني للطاقة والمحرك ومخفض السرعة) في خط مستقيم (متكامل محوريًا) في EMR4.         مع هذا الهيكل الأساسي، من الممكن توصيل مكونين يحتاجان إلى أكبر قدر من التباين في التصميمات المختلفة، ويمكن تحقيق متطلبات التعديل لعلبة التروس المخفض ضمن حجم الغلاف. يشكل هذا الترتيب المضمن أساس السمات المعمارية الرئيسية لـ EMR4. يمكن تغطية التكوين القياسي المخطط له أثناء عملية التطوير (للمركبات في الأقسام من A إلى J2، أي فئة وزن السيارة من 1,800 كجم إلى 2,800 كجم) بثلاثة أبعاد لطول المحرك: 60 مم (مستوى الدخول)، 90 مم ( المستوى الأساسي) أو 105 مم (المستوى المحسن)، كما هو موضح في الشكل 2. وفقًا للتصميم، يوفر نظام محرك EMR4 المطور حديثًا 80 كيلووات وقوة قصوى تبلغ 230 كيلووات (10 ثوانٍ). يتراوح نطاق عزم الدوران لنظام القيادة من 1,700 نيوتن متر إلى 4,000 نيوتن متر (10 ثوانٍ)، وقابلية التوسع واضحة في وزن الوحدة. وفقًا لطلب الطاقة للمحرك، يتراوح وزنه بين 45 كجم و80 كجم. وفقًا لنتائج الأبحاث السابقة، بالمقارنة مع EMR3، يمكن لنظام القيادة EMR4 تحقيق ميزة كفاءة بنسبة 5.6% في WLTP، مما سيكون له تأثير كبير على المسافة المقطوعة للمركبة. يتم الحصول على هذه القيم من خلال التحسين المنهجي للعديد من سلاسل التأثير المركزية في نظام القيادة. لقد تم تحقيق إمكانية التحسين من خلال العديد من التدابير التفصيلية هنا. بالمقارنة مع EMR3 الأمثل، زادت كفاءة EMR4 بشكل كبير، وزادت كثافة الطاقة بأكثر من 20%، ولكن تم تخفيض التكلفة بشكل أكبر. على الرغم من أن EMR4 يستخدم مواد عالية الجودة في العديد من الأماكن، إلا أن المزايا التقنية للمواد تجعل من الممكن توفير المزيد من التكاليف في مجالات أخرى وتحسين التكاليف.   2.1 العمارة والمحرك   تم تصميم قطر محرك PSM (قطر غلافه) لتثبيت EMR4 المتكامل. القطر الخارجي للجزء الثابت لمحرك المنصة R4 هو 208 مم، وهو أكبر قليلاً من 20 مم مقارنة بمحرك EMR4. ومع ذلك، فقد أدت إجراءات التصميم لتحسين أداء المحرك إلى تقليل الطول المحوري لمحرك EMR4 بمقدار النصف تقريبًا مقارنة بالمحرك المحوري الحالي (90 مم بدلاً من 175 مم). الآن يحتوي الجزء الثابت على أربع طبقات على الأقل لكل أخدود (بدلاً من طبقتين في EMR3). يتم تحديد عدد الطوابق (مثل 4-8 طوابق) وفقًا للحالة المحددة في المستقبل بدقة وفقًا لمتطلبات التكلفة المطلوبة ومستوى الأداء أو الجهد. يعد التوازن بين تقليل التكلفة وتعظيم إمكانات الأجزاء المتحركة عاملاً مهمًا يجب مراعاته.    2.2 الهندسة المعمارية ووحدة التحكم الإلكترونية في الطاقة   إن العاكس الخاص بالمنصة R4 هو منتج إلكتروني عالي الجهد من الجيل الرابع يعتمد على تقنيات Vitesco (EPF4). بالنسبة لنطاق الطاقة لمنصة EMR4، يمكن أن يوفر عاكس EPF4 المتكامل للغاية ثلاثة مستويات للطاقة: 290 أمبير (مستوى الدخول)، 550 أمبير (المستوى الأساسي) و820 أمبير (المستوى المحسن). يوفر إصدار Entry حلاً فعالاً من حيث التكلفة بإنتاج يصل إلى 80 كيلو واط (10 ثوانٍ) وعزم دوران يبلغ 1700 نيوتن متر (10 ثوانٍ). يعتبر هذا الإصدار مناسبًا بشكل أساسي لمجموعة واسعة من التطبيقات، مع خرج طاقة يصل إلى 135/165 كيلووات (10 ثوانٍ) وعزم دوران يبلغ 2,500/3,000 نيوتن متر (10 ثوانٍ). تصميم محسّن للإنتاج عند 2800 نيوتن متر و4000 نيوتن متر، وقوة تصل إلى 230 كيلو وات. ومع ذلك، من حيث المبدأ، يمكن دمج جميع أنواع العاكس مع كل متغير من قوة المحرك وكل مخفض مطلوب. وهذا يحتاج إلى تلبية المتطلبات الخاصة (مثل المركبات اللوجستية) التي تختلف عن سيارات الركاب ذات الحجم الكبير القياسية. حجم العاكس هو 270 × 221 × 126 مللي متر فقط، إنه تصميم مضغوط للغاية.    2.3 ومخفض الإطار   وفقًا لعزم دوران المحرك، تشتمل المنصة على ثلاثة إصدارات من المخفضات التي تم تكوينها على النحو التالي: < 2,000 نيوتن متر ("مستوى الدخول")، < 3,000 نيوتن متر ("المستوى الأساسي")، أو < 4,000 نيوتن متر ("المستوى المعزز") . نسبة التخفيض المقدرة بين ط = 9.3 و ط = 11.64. بالمقارنة مع الجيل السابق، تم توسيع نسبة التخفيض هذه، مما يجعل من الممكن تحقيق أفضل استفادة من سرعة الذروة الأعلى للمحرك. في المخفض، يمكن لقياس نسبة التخفيض العالية هذا أن يوفر تكلفة المحرك بشكل كبير، ويوفر فرصة لتقليل التكلفة من حيث تكلفة المواد ذات الجودة الأعلى. تم تصميم المخفض بسرعة إدخال تبلغ 16000 دورة في الدقيقة وإدخال عزم دوران للمحرك يبلغ 255 نيوتن متر. يوفر المخفض عزم دوران يصل إلى 3000 نيوتن متر. الحد الأقصى المسموح به لسرعة العمود هو 1720 دورة في الدقيقة. يمكن دمج مواقف السيارات الكهربائية اختياريًا في المخفض.    3. تحسين العوامل التي تؤثر على الكفاءة   في جميع أنحاء العالم، أصبح الاتجاه نحو تحسين كفاءة السيارات الكهربائية واضحًا. وتساهم الاعتبارات المتعلقة بالمسافة المقطوعة وحجم البطارية/التكلفة، فضلاً عن المتطلبات القانونية التي تهدف إلى التحكم في تلوث الهواء والتخفيف من تغير المناخ، في ذلك. بالإضافة إلى ذلك، فإن المزيد من التحسين في كفاءة القيادة الكهربائية يزيد أيضًا من جاذبية السيارات، بسبب انخفاض تكلفة النظام الناتج. يتم استخدام Wh/km في WLTP لقياس استهلاك الطاقة. هناك العديد من العوامل الفردية التي تحدد كفاءة السيارة. على الرغم من أن معظمها ناتج عن السيارة بأكملها، إلا أن نظام الطاقة له أيضًا تأثير كبير. تحدد العديد من العوامل كفاءة السيارة. على الرغم من أن معظمها ناتج عن السيارة بأكملها، إلا أن نظام الطاقة له أيضًا تأثير كبير. الشكل 3: بأخذ نظام القيادة المتكامل كمثال، فإنه يوضح تأثير نظام الطاقة وخسائره المحددة على كفاءة السيارة بأكملها. بشكل عام، حوالي ثلث الخسائر ناتجة عن القيادة، وحوالي الثلثين ناتجة عن السيارة بأكملها. حققت EMR4 مزيدًا من التقدم في العاكس الإلكتروني للطاقة والمحرك والمخفض، وحسّنت الكفاءة الإجمالية للمركبة: مقارنة بالجيل السابق، فإن كفاءة EMR4 أعلى بكثير، ويمكن لمتوسط إجمالي استهلاك الطاقة لكل مركبة من الفئة D سيتم تخفيضها بنسبة 5.6٪ في WLTP.         3.1 وتحسين كفاءة المحرك والعاكس.   في الأجزاء النشطة من منصة EMR4، يتم استخدام قلب حديدي مصفح مصنوع من صفائح فولاذية سيليكون رفيعة جدًا وعالية القوة لتحقيق سرعة أعلى للمحرك باستخدام مواد أقل. في الوقت الحاضر، السرعة القصوى هي 16,000 دورة في الدقيقة (EMR 3: 14,000 دورة في الدقيقة). من خلال زيادة نسبة التروس، يمكن تقليل عزم دوران المحرك، وبالتالي توفير مواد المحرك. بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين الطاقة المستمرة لمحرك EMR4 بشكل كبير. نظرًا لتقليل الخسارة بشكل كبير وتحسين هيكل التبريد، يمكن للمحرك أن ينتج بشكل مستمر 40-80kW بأعلى سرعة. نظرًا للطول القصير والتصميم المدمج للمحرك، يكون تبديد الحرارة أكثر فعالية، نظرًا لوجود مسار أقصر لتبديد الحرارة من النقطة الساخنة في وسط المحرك إلى حافته. تعني زيادة نسبة تخفيض التروس (انظر القسم 2.3) أن عزم دوران المحرك السفلي مطلوب تحت نفس عزم دوران العمود. إلى جانب قطع الصفائح المعدنية الدوارة الجديدة وزيادة المقاومة المغناطيسية، يتم تقليل وزن الفولاذ المغناطيسي بشكل كبير، وتظل الطاقة دون تغيير ويتم تحسين الكفاءة. جهد التشغيل لعاكس EPF4 هو 210 فولت إلى 470 فولت، وتردد تحويل PWM هو 2 إلى 12 كيلو هرتز. وفقًا لنقاط العمل المختلفة، يتم تطبيق خوارزمية التحكم الموجه ميدانيًا (FOC) في أقسام، مثل تعديل عرض نبض متجه الفضاء التقليدي (= SVPWM عند السرعة المنخفضة لتمكين تيار أعلى)، وPWM المتزامن (= SynchPWM في نطاق السرعة المتوسطة) ، PWM متقطع (= الناتج الإجمالي المحلي في نطاق السرعة المتوسطة) وتعديل التدفق ثنائي الاتجاه (= FBM في نطاق السرعة العالية). يوفر مستشعر موضع الدوار الموجود في الطرف الأمامي للمحرك إشارة موضع الدوار. ويبين الشكل 4 نقاط التشغيل المرجعية المستخدمة لتقييم خسائر المحرك والعاكس في عملية المحاكاة. إن زيادة الكفاءة الأعلى، خاصة عند الدوران بسرعة عالية، ترجع على وجه التحديد إلى أن صفائح فولاذ السيليكون ذات المحرك الرقيق يمكن أن تقلل من فقدان الحديد عن طريق زيادة عدد الطبقات المصفحة.         4. طريقة تنفيذ منصة EMR4   يتوسع نطاق تطبيق نظام القيادة الكهربائية المتكامل يومًا بعد يوم. فقط من خلال قابلية التوسع العالية في الأداء والكفاءة والتكلفة والحجم والوزن، يمكنها تلبية المتطلبات المتنوعة للسوق. تعني قابلية التوسع في النهاية أنه يمكن دمج المكونات الرئيسية ذات الصلة لتلبية المتطلبات وفقًا للتطبيق. وبالنظر إلى العدد الكبير من المعلمات التي تحدد خصائص الأداء المطلوبة لنظام القيادة والتفاعل المعقد بينها، فإنه من الصعب جدًا في التصميم تنفيذ التفاصيل بدقة. على سبيل المثال، أثناء تطوير منصة EMR4، أجرينا تحليل حساسية واسع النطاق لتحديد تأثير معلمة واحدة في اختبار WLTP على كفاءة نظام القيادة الكهربائية، كما هو موضح في الشكل 6.         ومن أجل تحقيق الوزن الأمثل لخصائص الأداء المتوقعة والتكاليف ذات الصلة، استخدم المطورون الأداة الخاصة iMCO في مرحلة التطوير متعددة المعايير هذه، كما هو موضح في الشكل 7.         5. والواجهات الداخلية والخارجية.  كما ذكرنا سابقًا، عند تصميم نظام القيادة المتكامل، تم تبسيط تعقيد المحرك الكهربائي المصمم بشكل منفصل تمامًا من منظور السيارة بأكملها، وتم نقل التعقيد إلى داخل نظام القيادة. وهنا، يمكن أيضًا إثبات نقل التعقيد من خلال العديد من الواجهات داخل نظام القيادة وخارجه. ويبين الشكل 8 الواجهات الداخلية بين الوظائف المختلفة في نظام القيادة، مظللة باللون الرمادي، كما تظهر الواجهات الخارجية للمركبة بأكملها بدوائر خضراء. من أجل تحقيق التوسعة الكاملة لمكونات منصة EMR4 قبل التحقق، جميع المكونات الرئيسية، وهي العاكس (ثلاثة إصدارات)، المخفض (ثلاثة أنواع)، الدوار والجزء الثابت (ثلاثة أطوال لكل منهما)، غلاف المحرك (ثلاثة أطوال) و تحتوي لوحة التحمل (نسختان من "الأغطية") على تعريفات واضحة حول الواجهات الداخلية والخارجية. وهذا يجعل من الممكن الجمع بين تصميمات المكونات المختلفة بواجهة موحدة. تعد الضوضاء والإشعاع الكهرومغناطيسي من المؤشرات الرئيسية لنظام القيادة الكهربائية. من أجل تقليل تأثير الضوضاء الهيكلية على اهتزاز جسم السيارة في القيادة الكهربائية، تم إجراء الكثير من أعمال التحسين على الجودة الصوتية (الضوضاء، الاهتزاز، الخشونة، الضوضاء والاهتزاز والخشونة) لنظام القيادة في جميع ظروف التشغيل، كما هو موضح في الشكلان 9 و10. على منصة EMR4، تم اختبار نتائج المحاكاة بنجاح بناءً على العينة A. يمكن أيضًا استخدام تقنية المحاكاة هذه لتحسين شكل الحامل وتجنب صدى الإثارة المرتبط بالتصميم الهيكلي للمركبة.         يتوافق التوافق الكهرومغناطيسي لمنصة EMR4 مع معيار CISPR25-2016 Class 3، كما هو موضح في الشكل 11.        6. تلخيص   استوعب تطوير منصة R4 تجربة التصنيع لثلاثة أجيال من أنظمة القيادة الكهربائية: بحلول بداية عام 2021، قامت EMR4 وحدها بتسليم أكثر من 150,000 وحدة للعملاء. تم تحسين كفاءة وأداء EMR4 بشكل كبير بتكلفة أقل، حتى بالمقارنة مع نظام محرك EMR3 الأمثل. على وجه الخصوص، فإن قابلية التوسع العالية للنظام الأساسي الجديد تجعل نظام محرك EMR4 يتمتع بإمكانية تطبيق عالية الفعالية من حيث التكلفة في نماذج مختلفة مختلفة. في الوقت الحاضر، تتراوح طاقة الخرج القابلة للتوسيع لمنصة EMR4 بين 80 كيلو وات و230 كيلو وات، والكتلة تتراوح بين 45 كجم و80 كجم فقط. تدعم كثافة الطاقة العالية انتقال عدد كبير من النماذج إلى الكهرباء. من أجل تغطية متطلبات الأداء أعلى أو أقل من النطاق الحالي المحدد، سيبدأ تطوير توسيع المحفظة في عام 2021. من خلال تحسين تكلفة النظام، تساعد منصة EMR4 تكلفة شراء السيارات الكهربائية على الاقتراب من معيار محرك الاحتراق الداخلي المركبات في الماضي. مع تحسين كفاءة نظام محرك EMR4 بشكل أكبر، يتم تقليل تكلفة البطارية أيضًا. تمثل منصة EMR4 حلولاً مخصصة جاهزة للاستخدام، وتركز دائمًا على توحيد المنتجات ووحدتها. وبموجب قيود النظام، يتم تشكيل التمايز الخاص بالعميل من خلال التكامل وخبرة النظام. تخلق هذه الطريقة توازنًا بين تحسين التكلفة والتخصيص، بالإضافة إلى سنوات من الخبرة في الإنتاج ومراقبة الجودة. واستنادًا إلى هذه الإستراتيجية، تتعاون شركة Vitesco Technologies بنشاط مع العملاء والموردين لتعزيز نمو السفر الكهربائي.   أفكار حول منتجات المنصة     أعتقد أن العديد من الشركات قد حللت كيفية بناء منصة نظام الدفع الكهربائي ثلاثي الأبعاد، وقد زودنا تصميم منصة Vitesco EMR4 بالكثير من المعلومات: ① تم اختيار التكامل المحوري كشكل للتكامل، بحيث يتم فصل المحرك عن العاكس، ويتم اختيار المحرك ذو القطر الخارجي الأكبر. يتم تعديل توسع الطاقة من خلال سمك مكدس النواة، ويمكن تجهيز النواة بالكامل بمنصة؛ ② من وجهة نظر مواصفات تيار العاكس، يجب أن تكون وحدة IGBT عبارة عن حزمة HPD، ويتم تشكيل مواصفات تيار مختلفة من خلال أرقام الرقائق المختلفة ومجموعات لوحات تبديد الحرارة؛

③ يختار المخفض نسبة تخفيض كبيرة، والتي يمكن أن تقلل من عزم دوران المحرك. يمكن أن يؤدي تقليل عزم الدوران إلى تقليل كمية المواد الحركية بشكل مباشر وتقليل تكلفة المحرك. تم ذكر IMCO، وهي أداة خاصة، في التحسين متعدد المعايير استنادًا إلى كفاءة المحرك والأداء والتكلفة، والتي يمكن الرجوع إليها أيضًا.

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "المعلومات الفنية لمركبات الطاقة الجديدة". تمثل هذه المقالة فقط آراء المؤلف الشخصية، ولا تمثل آراء Sacco Micro والصناعة. إنه مخصص فقط لإعادة الطباعة والمشاركة لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة الطبع. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.

هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس/فاكس: +86-0755-83975897
صندوق البريد: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314   

س: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى C، مبنى Zhantao Technology، رقم 1079 شارع Minzhi، منطقة Longhua الجديدة، Shenzhen