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Romax助力法雷奥研发低功耗电驱动系统

法雷奥传动系统产品研发和电气化总监Jérôme Mortal表示:“在新产品研发之初,就获得一个可靠的设计是至关重要的,我们使用Romax软件,以减少物理测试次数。现在,物理实验仅是用于验证Romax的仿真结果。Romax提供的专业软件平台和技术服务,帮助我们减少了大量样机的迭代,使我们的开发周期成功缩短了7~9个月。”

随着国家碳排放要求越来越严格,各行业低碳发展以及碳中和、碳补偿发展已成为趋势,这迫使汽车行业快速向电气化发展。


由于市场的快速转型,汽车主机厂和零部件供应商将改变原有合作模式。过去,零部件供应商只需要提供符合主机厂要求的零件即可,但随着造车新势力的加入,对电气化、自动驾驶、物联网、共享汽车和降低电池成本的要求,让整个市场竞争愈加激烈。

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客户背景


法雷奥是全球整机厂的一级零部件供应商,在巴黎证券交易所上市。法雷奥在33个国家雇佣了近115000名员工。2019年,集团销售额为192亿欧元,并将13%利润用于产品研发,公司致力于降低碳排放和研究自动驾驶技术。

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挑战


为小型城市提供电动出行解决方案,利用鲁棒性设计流程加快产品开发周期。

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解决方案


通过Romax提供的专业软件和工程咨询服务,对集成电气传动系统进行综合分析。

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效益


从物理实验转变为虚拟仿真,从而减少了物理原型的迭代,使产品研发周期缩短了7-9个月。

Jérôme Verman表示:行业转型的速度非常快,很难想象,5年前我们还在筹建新的内燃机加工厂。我们相信,到2030年,电动汽车(主要是48伏低功耗和纯电动车)将占全球汽车的三分之二。我们希望为小型城市提供一系列的电动出行解决方案,如电动汽车、混动汽车等。”

一级供应商,如法雷奥,通过提供适合各种应用的驱动系统来扩大其产品组合,从低功率(如电动自行车)到大功率(如卡车),这些驱动系统可由多个零部件供应商提供。法雷奥的产品范围包括小型机动车辆(<50公里/小时,<100公里)、轻型电动汽车、轻型混合动力汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车和全电动汽车(在零二氧化碳排放下提供高性能)。在小型移动范围内,法雷奥开发微型解决方案(如电动自行车)、滑板车和简单的城市汽车,通过在整个产品系列中重复使用和回收组件来确保竞争力。虽然法雷奥已经提供了一系列电子驱动系统,但他们最近专注于低功耗应用解决方案,打算开发一种适用于多种应用的产品,以开拓更广阔的市场。

Jérôme表示:“为了跟上行业惊人的发展速度,我们需要仿真工具来缩短产品设计周期,以便我们能够扩大我们提供的产品范围。因此,我们使用Romax软件和服务,从架构和布局设计、概念设计以及详细设计对齿轮和电机进行仿真。当然,这对于查看系统集成也是至关重要的,它允许我们捕获关键的机电交互信息,Romax 软件为我们提供了一个从组件级到系统级,跨越整个开发周期的一体化环境,可以对集成的电动传动系统进行全面的静态和动态分析并允许我们朝着CAE主导的设计过程迈进。”

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小型城市电动出行解决方案


法雷奥的新项目计划是开发一种48V低功耗电驱动系统。他们的设计由一个功率为6-10.5KW的简单风冷系统,一个定制模块化变速箱、集成逆变器和永久同步爪极电机组成。Jérôme进一步解释道:“与大多数项目一样,第一步我们是根据基本车辆数据、法雷奥电机和逆变器的特性,选择最佳减速比并优化消耗,努力找到合适的电池类型和尺寸,同时优化系统的全部效率。在这些早期设计阶段,我们使用了Romax Concept,这使我们能够在研究多种布局选项,使Romax Enduro和Romax Spectrum进行系统评估,找到效率、性能和爬坡能力之间的最佳权衡。我们的设计方法同时考虑多个性能目标。优化和可变性分析有助于我们创建高质量的鲁棒设计。”

在初步布局研究期间,法雷奥研究了各种解决方案,并决定使用皮带传动将电动马达与齿轮箱连接起来:这种解决方案提供了很大的比率变化,同时保持了装置的多功能性,可安装在多种应用中。Jérôme评论道:“我们有一个理论,即使用传送带可以改善解耦,减少两个子系统之间的相互作用。”尽管法雷奥相信该解决方案会起作用,但第一种设计的性能远未达到预期效果——“我们观察到了意外的行为,主要是由于皮带的刚度,因此我们决定快速评估一些不同的解决方案,与供应商密切合作,以确保我们所仿真的是可制造的。”

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由于法雷奥没有模拟皮带传动的经验,他们向Romax的专业团队求助。Romax专业团队优化了模型,检查了结果,对系统进行了NVH分析,并对法雷奥进行了培训。发现高次谐波引起的共振问题、皮带传动材料的变化后提出了解决方案。然后对设计特别是系统的应力和弯曲极限进行了验证。Jérôme Verman表示:“凭借Romax Enduro的多功能性,我们能够在早期阶段达到所需的耐用性,此外,能够在早期冻结外壳的设计。而且我们在早期阶段模拟的一切都在稍后的测试中得到证实。”

该项目汇集了四个合作伙伴:车辆代工厂(提供测试和设定规格)、法雷奥(设计和开发新的电动马达体系结构,重用一些现有零件以获得具有竞争力且价格合理的解决方案)、美国德纳公司(齿轮和润滑设计)和Romax公司(皮带传动阶段模拟和NVH分析)。Jérôme Verman评论道:“除了提供优质的软件外,Romax还提供了重要的工程支持。Romax在优化耐久性的同时,将噪音和振动降至最低,并在设计过程的早期获得最佳效率,这是不可或缺的。

最终的体系结构运用一种类型的减速机,一种类型的机器,并且可以按不同的配置进行打包——它已经在欧盟、印度和中国分别应用了1次,都使用相同的机器和相同的减速机。这种满足耐久性和NVH目标的曳引机新概念得益于一项专利发明,该发明可以实现并保持自适应张力,而无需额外的机制来防止动力传动系中的多V带滑动。“使用皮带传动似乎是一个令人惊讶的选择然而,由于其覆盖范围非常广(从9.2:1到21:1),因此它使系统在不同的应用中非常通用。”Jérôme继续说道,“虽然从零开始为每个应用重新设计系统可能是理想的,但模块化对于成功实现新的城市可移动性非常重要。我们创建的系统非常简单且经济高效。”

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Romax帮助法雷奥加快产品上市时间


法雷奥在项目启动后仅18个月就交付了驱动装置(该驱动装置于2020年6月推出,现在可以在雪铁龙AMI One中购买)。但更重要的是,法雷奥已经证明,仿真软件的应用可以让供应商大大减少开发新电子驱动装置的时间和成本。


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