Métodos avanzados de diseño, modelado y prueba para reducir el ruido y la vibración de los vehículos eléctricos
Ahora que han irrumpido en el mercado los prototipos de los primeros vehículos eléctricos (VE), resulta cada vez más evidente que se subestimó enormemente la preocupación por el ruido provocado por varios componentes, un aspecto molesto detectado tras su lanzamiento. Un mayor análisis, evaluación y optimización de los motores eléctricos en términos de ruido, vibración y dureza (NVH) durante la fase inicial de desarrollo es fundamental. En relación a la transmisión eléctrica, los componentes mecánicos y eléctricos se conectan por medio de sensores y actuadores a los controladores que definen las funciones generales. El diseño de estos sistemas VE exige soluciones de simulación y ensayo que permitan analizar y optimizar el funcionamiento, además de tener en cuenta las interacciones de los sistemas y los componentes de control, eléctricos y mecánicos. El diseño y el desarrollo de cada subsistema necesitan mayores niveles de integración y fundamentación en modelos. Dependiendo de la fase de diseño, se requieren distintos algoritmos y niveles de precisión de los modelos. El ruido y la vibración dificultan la integración del motor eléctrico El proyecto DEMOTEST-EV (Design, modelling and testing tools for electrical vehicles powertrain drives), financiado con fondos europeos, «se propuso desarrollar herramientas avanzadas y ampliadas de diseño, modelado y prueba para mejorar la definición de los conceptos y predecir con mayor precisión el ruido y la vibración generados por los motores VE», afirma la coordinadora del proyecto, la profesora Claudia Martis de la Universidad Técnica de Cluj-Napoca, Rumanía. «Se abordaron dos desafíos principales: los problemas de NVH relacionados con la integración de la transmisión eléctrica y las nuevas herramientas orientadas a conseguir un nivel elevado de integración de los VE». El proyecto DEMOTEST-EV desarrolló y validó modelos analíticos de acoplamiento electromagnético-vibroacústico para tres tipos diferentes de motores eléctricos utilizables por el sector de la automoción, analizó la influencia de diversos parámetros en el ruido magnético del motor y estudió el impacto de las topologías del bobinado y el rotor en dicho ruido. Por último, se evaluaron los niveles de vibración y ruido a nivel de sistema. Herramientas de modelado y bancos de prueba para solucionar problemas de ruido y vibración en los VE Según la Prof. Martis, el logro más importante del proyecto DEMOTEST-EV fue brindar a investigadores noveles y experimentados de las comunidades académica y empresarial la oportunidad de ampliar las habilidades y competencias necesarias. Las actividades de formación y divulgación, investigación colaborativa, comisión de servicios e infraestructuras vanguardistas compartidas mejoraron la transferencia de conocimiento, tecnología y experiencia. «Los esfuerzos conjuntos simplifican la elección y la manipulación de distintos parámetros de modelado y diseño, así como la utilización de técnicas y herramientas avanzadas en cada nivel de análisis», añade. Compartir instalaciones amplió la cantidad de equipos disponibles, mejoró la accesibilidad a herramientas e instrumentos de hardware y software, y permitió comprender mejor el funcionamiento de los equipos compartidos, lo que contribuyó a favorecer la transferencia de conocimiento y pericia en el diseño, modelado y prueba de los tres motores eléctricos. Otro resultado importante fue el desarrollo de un entorno interconectado de diseño, modelado y prueba accesible de manera directa o remota, tanto en línea como fuera de línea, para todos los socios del proyecto, incluso tras la finalización de este. Los bancos de prueba también se diseñaron para su utilización por parte de todos los miembros del equipo. Otros resultados notables fueron dos nuevas vías de investigación, una relacionada con un enfoque de niveles y teorías físicas múltiples para diseñar, modelar y probar VE y la otra con un estudio avanzado sobre la máquina eléctrica VE. «Los nuevos diseños de cadena cinemática, entre ellos los de vehículos híbridos y VE, dan origen a fenómenos de vibración diferentes que afectan negativamente al comportamiento en términos de NVH y, en última instancia, a la eficiencia de la transmisión», explica la Prof. Martis. El proyecto DEMOTEST-EV proporcionó a los ingenieros un mayor conocimiento de dichos fenómenos a fin de medir y eliminar la causa raíz del NVH. «Les ayudamos a entender y predecir mejor los niveles de vibración y ruido de los VE», concluye. Esto debería contribuir a acelerar la llegada al mercado europeo de los VE.
Palabras clave
Vehículos eléctricos, ruido, vibración y dureza, DEMOTEST-EV, unidades de cadena cinemática
