Dążenie do ograniczenia hałasu i drgań, wytwarzanych przez pojazdy z napędem elektrycznym dzięki zaawansowanym metodom projektowania, modelowania i testowania.
Od kiedy pierwsze prototypy pojazdów z napędem elektrycznym wprowadzono na rynek, staje się coraz bardziej oczywiste, że niedoszacowano skali problemów, związanych z powstającym hałasem. Dopiero po udostępnieniu prototypów okazało się, że hałas wytwarzany przez poszczególne części składowe jest w odbiorze irytującym dźwiękiem. Na wstępnych etapach prac rozwojowych konieczne są więc uważna analiza, ocena i optymalizacja silnika elektrycznego pod kątem wytwarzanych hałasu i drgań oraz komfortu jazdy (NVH). W elektrycznym układzie napędowym, części mechaniczne i elektryczne są podłączone do sterowników za pomocą czujników i siłowników. Sterowniki determinują funkcje tych podzespołów. Zaprojektowanie opisanych układów na potrzeby konstrukcji pojazdu z napędem elektrycznym wymaga symulacji i testowania rozwiązań, umożliwiających analizę i optymalizację osiągów takiego pojazdu, przy jednoczesnym uwzględnieniu interakcji pomiędzy podzespołami mechanicznymi, elektrycznymi i sterowniczymi oraz samymi częściami. W kolejnych krokach od projektu do realizacji każdego podzespołu konieczna jest coraz ściślejsza integracja. Zwiększa się również zależność od modeli. W zależności od etapu projektowego, należy zadbać o odpowiedni stopień dokładności modeli i właściwy dobór algorytmów. Hałas i drgania stoją na przeszkodzie integracji silnika elektrycznego Wspierany z funduszy unijnych projekt DEMOTEST-EV (Design, modelling and testing tools for electrical vehicles powertrain drives) „miał na celu wypracowanie zaawansowanych i rozszerzonych narzędzi, służących do projektowania, modelowania i testowania, aby usprawnić modelowanie koncepcji i wyższą dokładność przewidywanych wartości hałasu i drgań, wytwarzanych przez silniki pojazdów elektrycznych” - mówi koordynator projektu prof. Claudia z Politechniki w Klużu-Napoce (UTCN) w Rumunii. „Projekt odpowiedział na dwa podstawowe wyzwania: kwestie związane z hałasem, drganiami i komfortem, dotyczące integracji elektrycznego układu napędowego oraz nowego narzędzia, konieczne przy wysokim poziomie integracji pojazdów, wyposażonych w napęd elektryczny.” W ramach projektu DEMOTEST-EV opracowano i oceniono analityczne modele sprzężone elektromagnetyczno-wibroakustyczne trzech różnych rodzajów silników, przewidzianych do zastosowania w branży automotoryzacyjnej. Przeanalizowano wpływ różnych parametrów na szum magnetyczny silnika i zbadano, w jaki sposób oddziałuje na ten szum topologia uzwojenia i wirnika. W ostatnim kroku, przeprowadzono analizę hałasu i drgań w skali całego układu. Narzędzia modelujące i stanowiska badawcze dobrane pod kątem uregulowania kwestii, związanych z hałasem i drganiami w pojazdach z napędem elektrycznym Zdaniem prof. Martis, najważniejszym osiągnięciem projektu DEMOTEST-EV była szansa poszerzenia niezbędnych umiejętności i kompetencji, jaką otrzymali młodzi oraz doświadczeni badacze ze środowiska akademickiego i branżowego. Współpraca badawcza, oddelegowania, współdzielona najnowocześniejsze infrastruktura, szkolenia i działania upowszechniające zdobytą wiedzę, wymiana know-how i technologii. „Dobór poszczególnych parametrów projektowych i modelowych, manipulacja nimi, wykorzystanie zaawansowanych narzędzi i technik na kolejnych poziomach analizy można zrealizować łatwiej dzięki połączeniu sił” - dodaje. Dzięki współdzieleniu pomieszczeń zwiększył się zakres dostępności sprzętu, poprawie uległa dostępność specjalnie dostosowanych instrumentów i narzędzi, obejmujących zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie, i wzrosła wiedza na temat współdzielonego sprzętu. Powyższa okoliczność pozwoliła pobudzić wymianę wiedzy i doświadczenia z zakresu projektowania, modelowania i testowania trzech rodzajów silników elektrycznych. Innym ważnym rezultatem było stworzenie powiązanego środowiska projektowego, modelowego i testowego. Wszystkim partnerom projektowym zapewniono dostępność bezpośrednią bądź zdalną środowiska, zarówno online, jak i offline, także po zakończeniu projektu. Stanowiska badawcze zaprojektowano w trosce o ich dostępność dla wszystkich członków zespołu. Spośród pozostałych istotnych rezultatów, warto odnotować wyłonienie się dwóch nowych kierunków badawczych. Jeden z nich polega na wielowymiarowym podejściu do projektowania, modelowania i testowania pojazdów z napędem elektrycznym, opierającym się na wielu działach fizyki. Drugim kierunkiem są przełomowe badania nad samą maszyną elektryczną, stosowaną w pojazdach z napędem elektrycznym. „Nowe konstrukcje układu napędowego w pojazdach elektrycznych lub pojazdach hybrydowych mogą powodować nowe zjawiska, związane z powstawaniem drgań, które ujemnie wpływają na hałas, drgania i komfort jazdy a ostatecznie - także osiągi układu napędowego” - wyjaśnia prof. Martis. Projekt DEMOTEST-EV uświadomił konstruktorom, że istnieją takie zjawiska, co pozwala dokonywać pomiarów hałasu i drgań i wyeliminować ich podstawowe przyczyny. „Pomagamy im lepiej zrozumieć i przewidywać poziom hałasu i drgań pojazdów z napędem elektrycznym” - podsumowuje. Podjęte działania powinny przyspieszyć wejście pojazdów z napędem elektrycznym do obrotu na rynku europejskim.
Słowa kluczowe
Pojazdy wyposażone w napęd elektryczny, hałas, drgania i komfort jazdy, projekt DEMOTEST-EV, układy napędowe
