Wälzlager - Dämpfung im Spielbereich
Bei Wälzlagern wird die Dämpfung bei dem derzeit angewandten Ansatz durch die Materialkontakte bestimmt, während die im Spielbereich zu erwartende Dämpfung nicht berücksichtigt wird. Um das Lagerverhalten im Spielbereich zu stabilisieren, wirken zusätzliche Dämpfungskräfte im Spaltbereich der einzelnen Kontakte. Die erforderlichen Dämpfungskoeffizienten werden in Abhängigkeit von der Kontaktannäherung in einer Tabelle angegeben.
Die folgende Grafik zeigt die radiale Verschiebung des Lagers als Reaktion auf eine Stoßbelastung des Lagers. Während das Lager ohne Spieldämpfung ein wiederholtes Prellen innerhalb des Radialspiels aufweist, ist die Variante mit Spieldämpfung durch einen gleichmäßigeren Abfall gekennzeichnet.
Abweichung/Toleranzeingabe für Keilwellenverbindung
Geometrische Abweichungen von den nominalen Zeichnungsabmessungen können erhebliche Auswirkungen auf das NVH-Verhalten von Getrieben und elektrischen Antriebseinheiten haben. Um Abweichungen zu berücksichtigen, die eine Exzentrizität der Komponenten verursachen, wurde die Keilwellenverbindung erweitert, um axiale, radiale und winklige Abweichungen zu verarbeiten, die an den Stellen der Welle/Nabe-Verbindung auftreten, die die Körper-Keilwellenprofile der Verbindung definieren. Die Abbildung zeigt die Auswirkung einer radialen Abweichung des äußeren Keilwellenprofils gegen die Drehachse einer Welle. Die radiale Nabenbewegung folgt dem Verlauf des Wellen-Spline-Profils, was zu periodischen Positionsänderungen führt, die mit der Schwankung der Radialkraft an der Schnittstelle zwischen Welle und Zahnrad verbunden sind.
Keilzahnräder: Bieten Crowning über Microgeometry an
Für bestimmte Anwendungsfälle von Zahnrädern ist es wichtig, dass nur das Drehmoment, aber kein Biegemoment von einer Welle auf die andere übertragen wird. Dies wird erreicht, indem die Flankenoberfläche über die gesamte Breite des Zahnrads mit einer Balligkeit versehen wird. Die Bombierung kann nun auf der äußeren (Welle) und inneren (Nabe) Seite des Zahnradkontakts festgelegt werden. Die Modifikation wird im 3D-Viewer und in IMPRESS M visualisiert.
Zylindrische Zahnräder: Bieten die Modifizierung der Flankenoberfläche an
Die Herstellung des Zahnradschleifens verursacht verschiedene Unvollkommenheiten der resultierenden Flankenoberfläche, die einen erheblichen Einfluss auf das Zahnradgeräusch haben können. Ein auffälliges Abweichungsmuster wird als Welligkeit bezeichnet. Die Welligkeit entlang des Zahnes kann nun bei Stirnrädern spezifiziert werden und wird durch das Kontaktmodell berücksichtigt.
Neue Methode zur Berücksichtigung lokaler Zahnradkörperknotenauslenkungen beim Zahnkontakt (Beta)
Advanced Cylindrical Gear Joint ist in der Lage, die Auslenkung des Zahnradkörpers über Umfangsknoten an den Zahnfüßen zu berücksichtigen. Die angewandte Abbildungsmethode führt jedoch eine Mittelwertbildung durch, die zu spezifischen Formen der Zahnradkörperauslenkung führt (z. B. der bekannte "Kartoffelspan"-Modus), die in der Kontaktlastverteilung zwischen den einzelnen Zähnen nicht ausreichend berücksichtigt werden. Optional wurde eine neue Abbildungsmethode implementiert, die die vom Zahnradkontakt beeinflussten Körperauslenkungen berücksichtigt. Mit dieser Option beeinflussen die lokalen Körpermoden die Entwicklung des Zahnradkontaktmusters in einer viel realistischeren Weise.
Die neue Methode ist anfälliger für den dynamischen Verlust des Flankenkontakts und reagiert empfindlicher auf numerische Instabilitäten der Zeitbereichslösung. Daher wird die Funktion für 2023 R1 als Beta-Version freigegeben. Um sie zu aktivieren, wählen Sie das Kontrollkästchen "Use local node deflections for tooth contact (Beta version)" in ACYG "Joint properties | Stiffness".
Impulsbreitenmodulator
Die Pulsbreitenmodulation (PWM) setzt die vom Stromregler berechnete Spannungsanforderung mit variabler Größe und Frequenz um. Die Pulse steuern die Schalter des Wechselrichters. Die gepulste Spannung führt zu erheblich höheren Oberschwingungen im Drehmoment und in den auf den Stator des Elektromotors wirkenden Kräften und trägt somit zur NVH des Elektromotors bei. EXCITE M ermöglicht es nun, die Auswirkungen der PWM zu untersuchen, um tonale Erregungen im Hinblick auf PWM-Strategien, Übermodulation, Verwendung einer konstanten oder einer drehzahlabhängigen Schaltfrequenz oder eines Bandes für eine zufällige Schaltfrequenz zu vermeiden, wie in der Abbildung dargestellt.
Ordnungsanalyse für E-Motor-Zahn-Kräfte
Die Krafterregung der Statorzähne in einem Elektromotor wird am besten durch Wellen beschrieben, die sich mit und entgegen der Drehrichtung ausbreiten. Aufgrund der Nichtlinearität des Magnetfelds treten Raumwellen bei Grund- und Oberwellenfrequenzen auf. Die Analyse ihrer Amplituden und Phasen liefert wertvolle Hinweise für eine akustische Analyse. Die 2D-Analyse ist jetzt für alle Elektromotormodelle mit umlaufenden Verbindungsstellen für den Stator verfügbar. Jeder Anbindungsabschnitt wird separat ausgewertet, was die Untersuchung der Auswirkungen von Schräglage, Exzentrizität und Neigung des Rotors ermöglicht. Die Auswirkungen der Pulsweitenmodulation können ebenfalls durch eine Schmalbandanalyse erfasst werden.
Neuer generischer Geschwindigkeitsregler
In EXCITE M wird eine neue generische Drehzahlregler-Komponente eingeführt. Dieser Drehzahlregler ersetzt den internen Drehzahlregler des Electric Machine Controllers, ist aber auch als generische Standalone-Komponente für andere Anwendungsfälle verfügbar. Der Regler ist ein PI-Regler, bei dem Reglerverstärkungen und Anfangszustände benutzerdefiniert oder automatisch auf der Grundlage von Regelparametern (Anstiegszeit und prozentuales Überschwingen) und modellspezifischen Parametern (effektives Trägheitsmoment und effektive Rotationsdämpfung) berechnet werden können.
Der Regler ist als eine spezialisierte Version der kompilierten Funktionskomponente implementiert. Aufgrund dieses Ansatzes ist es auch möglich, den Drehzahlregler in eine reguläre kompilierte Funktionskomponente umzuwandeln, um kundenspezifische Änderungen vorzunehmen, wie z. B. die Änderung von Signalen, Parametern oder sogar des eigentlichen Reglercodes.
Direkte MATLAB®-Schnittstelle
Die MATLAB®-Schnittstellenkomponente ermöglicht eine Co-Simulation zwischen EXCITE M und MATLAB®/Simulink®. Die Schnittstelle ist vollständig in das Signalnetzwerk integriert und ermöglicht Verbindungen zu Sensoren, Funktionen (kompilierte Funktionen, Tabellen, etc.), Lastaufbringern oder anderen Schnittstellen. Eingangs- und Ausgangssignale können für beliebige physikalische Größen und zusätzliche Parameter für das Simulink®-Modell definiert werden. Derzeit werden MATLAB®-Versionen bis zu R2021b unterstützt.
Map-basierte Luftlagergelenke
Luftlager werden häufig in Turbomaschinen und Brennstoffzellen verwendet, so dass eine einfache Möglichkeit zur Simulation von axialen und radialen Luftlagern erforderlich ist. Lagerdiagramme, in denen die normierte Steifigkeit und die normierte Dämpfung gegen die Lagerzahl aufgetragen sind, wie in der folgenden Abbildung dargestellt, können zu diesem Zweck als Eingabe verwendet werden.
Die Lagerzahl wird im Solver wie folgt berechnet: Λ=(6μωr^2)/(P_a c^2 )
Gedämpfte Modalanalyse von Kurbelwellen und Rotoren in AVL EXCITE™ Designer
Im EXCITE Designer wurde die gedämpfte Modalanalyse auf den Wellenmodellierer erweitert, um die Kurbelwelle und glatte Wellen (z.B. Rotor) abzudecken. Es ist möglich, die gedämpfte Modalanalyse einer freien oder elastisch gelagerten Kurbelwelle unter Berücksichtigung der Dämpfung in Torsionsschwingungsdämpfern, Hauptlagern und der Kurbelwellenstruktur durchzuführen.
Berechnung der Ringvorspannung aufgrund der Ringmontage in AVL EXCITE™ Piston&Rings
Die Berechnung der Ringvorspannung aufgrund der Verformung der Ringbaugruppe kann schwierig oder zeitaufwendig sein. Oft ist nur die offene Ringgeometrie bekannt. In diesem Fall ermöglicht der Arbeitsablauf der Ringanpassung die Berechnung der Ringvorspannbedingungen unter Berücksichtigung der offenen Ringgeometrie und deren Anpassung an die Form der Auskleidung. Die Berechnung der Anpassungsfähigkeit liefert Ergebnisse über die radiale Vorspannung und den Vorverdrehungswinkel des Rings.
Analytische Gasabflusskoeffizienten für Ringspalte
Die Kalibrierung der Gasdurchflusskoeffizienten kann sehr zeitaufwändig sein und mehrere Iterationen erfordern, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Bei den Gasflusskoeffizienten handelt es sich in der Regel um statische Werte, die durch Kalibrierung anhand von physikalischen Tests ermittelt werden, was bei der Entwicklung neuer Kraftstoffmotoren, wie z. B. Wasserstoff, angesichts des derzeitigen Mangels an physikalischen Testergebnissen schwierig sein kann. Die neue analytische Methode für den Gasfluss am Ringspalt basiert auf der Arbeit von Tian und ist für Wasserstoff-, Benzin- oder Dieselmotoren anwendbar.
Darstellung der Buchsenverformung von EXCITE™ Power Unit in EXCITE™ Piston&Rings
Wenn die Analyse der Kolbendynamik in EXCITE Power Unit durchgeführt wird, werden die Verformungen der Laufbuchse aufgrund des Kolbenschlags berücksichtigt. In EXCITE Piston&Rings hingegen sind die Verformungen der Laufbuchse durch den Kontakt zwischen Kolben und Laufbuchse nicht verfügbar. Wird die Sekundärbewegung des Kolbens aus EXCITE Power Unit in EXCITE Piston&Rings importiert, so kann der Kolben in die Linerform eindringen, was zu Ungenauigkeiten und Simulationsinstabilitäten durch negative Landvolumina führt. Aus diesem Grund wurde die Möglichkeit eingeführt, die über EXCITE Power Unit berechnete Liner-Verformung zu speichern und in EXCITE Piston&Rings zu importieren. Die Karte enthält die Liner-Verformungswerte entlang der gesamten Lineroberfläche und für jeden Ergebnisspeicherschritt. Dieser Arbeitsablauf sollte verwendet werden, wenn eine externe Kolbennebenbewegung in EXCITE Piston&Rings importiert wird.
Kartenbasiertes (Zahnkraft-)Modell für Induktionsmotoren im AVL E-Motor Tool™
Induktionsmotoren sind durch eine inhomogene und variierende Stromdichte in den Rotorstäben sowie durch Pseudoperiodizität aufgrund des Schlupfes zwischen elektrischer und Rotorfrequenz gekennzeichnet. Beides wirkt sich auf die Statorzahnkräfte und damit auf die NVH des E-Motors aus. Die variable Stromdichte in den Rotorstäben erfordert eine instationäre Simulation mit einer Einschwingphase, die sich abnutzen muss, um einen quasi-stationären Betrieb zu erreichen. Der automatisierte Arbeitsablauf in EMT initialisiert die transienten magnetischen Simulationen im Frequenzbereich, was die Einschwingphase stark reduziert. E-Motor Tool (EMT) bietet einen Induktionsmotor-Workflow zur Parametrisierung des map-basierten (Zahnkraft)-Modells in EXCITE M.
Upgrade der Induktivitäts- und Stromregelungsauswertung
EMT verwendet die Strategie des maximalen Drehmoments pro Ampere (MTPA) zur Auswertung der Stromtabelle. Sie benötigt die Induktivitäten des Motors, um das Drehmoment und die induzierte Spannung mithilfe eines Grundwellenmodells zu schätzen. Die Induktivitäten in der Direkt- und Quadraturachse variieren unabhängig von der Winkelposition des Rotors, was zu Unsicherheiten bei der Modelltreue führt. Darüber hinaus können Permanentmagnet-Fluss-Verknüpfungen in Quadraturrichtung und Kreuzkopplungsinduktivitäten bei bestimmten Stromanregungen nicht vernachlässigt werden. EMT tastet nun Induktivitätswerte über einen Winkelbereich ab und mittelt die positionsabhängigen Werte wie bei den Standardmessungen. Außerdem werden die pm-Flusskopplung in Quadraturrichtung und die Kreuzkopplungsinduktivität ausgewertet und einem erweiterten Grundwellenmodell zugeführt.
In einem nächsten Schritt wendet EMT die MTPA-Strategie an, um die aktuellen Tabellen auszuwerten. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Linie des maximalen Drehmoments gelegt, da diese in der dynamischen und akustischen Analyse am häufigsten verwendet wird. Der Algorithmus wird auf den Generatorbetrieb sowie auf negative Drehzahlen ausgedehnt, um alle vier Quadranten des Betriebsbereichs mit einem genauen Übergang entlang der Null-Drehmoment-Linie zu unterstützen.