01用三維ROM模型擴展一維系統級模型

傳統內燃機（ICE）和電動汽車之間的競爭將是一場值得紀念的戰斗。由于汽車界高水平的技術突破和電動汽車制造商的迅速崛起。雖然客戶在比較內燃機汽車和電動汽車時關注性能，但主要因素不只是最高速度和加速度。續航能力、效率、耐用性和駕駛特性往往也會發揮作用。為了確保電動汽車在市場上的成功，有必要減少延遲并提高不同工程團隊（如機械、熱、電氣、控制和軟件）之間的生產力。來自三維CFD工具的降階模型可以植入一維系統仿真模型，提供更準確和詳細的結果，因此團隊可以更早做出明智和正確的設計選擇。

降階模型（ROM）是對高保真靜態或動態模型的簡化，它保留了基本行為和主導效應，目的是減少復雜模型所需的求解時間或存儲容量。以下是BCI-ROM（獨立邊界條件-降階模型）工作流程的典型步驟，強調了用戶如何從Simcenter FLOEFD的高保真三維CFD模型中直接受益，將其集成到Simcenter Amesim中更大范圍的一維系統仿真模型中。

BCI-ROM工作流程的典型步驟（獨立邊界條件--降階模型）

結果的準確性得到了保留，同時CPU的速度明顯提高，可以更快地執行長的駕駛循環。

02功率電子器件冷卻

雖然當年連保時捷都為其內燃機汽車使用了風冷，但由于功率密度高，風冷散熱器對于現代牽引逆變器來說并不是一個完美的解決方案。因此，汽車變頻器采用液體冷卻的情況并不罕見。PCB（印刷電路板）組件可以安裝在冷板上，這使得功率密集型元件的熱管理變得輕而易舉。冷板上有供液體通過的流道，液體的質量流速和溫度可以通過泵和風扇冷卻的散熱器來控制。

Simcenter FLOEFD中的PCB（印刷電路板）冷板模型

03一維系統仿真

Simcenter Amesim是一個集成的、可擴展的系統仿真平臺，允許系統仿真工程師虛擬評估和優化機電一體化系統的性能。這里用它來表示除PCB冷板以外的整個電動車。第一組包含縱向車輛、車輛控制單元（VCU）和駕駛員模型，允許指定基本參數，如車輛質量（取決于電池組的質量）、滾動系數、空氣動力學、車輪尺寸、齒輪比和駕駛循環（SFTP-US06）。電力電子組由一個永磁同步機（PMSM）、平均三相逆變器（因此開關效應可以更快地建模）、高低壓電池、傳感器和控制器組成。冷卻泵、散熱器、風扇、膨脹水箱和傳感器組成了冷卻系統。

電動汽車的Simcenter Amesim模型

Simcenter Amesim完全適用于創建和研究系統級模型。然而，雖然提供了執行一維系統仿真計算的手段，但當涉及到電子和熱管理的一些三維考慮時，有時重用三維模型更有意義，因為用一維團塊方法很難捕捉到。一個相關的例子是一個三相逆變器。為了分析其性能，必須監測IGBT和二極管的溫度，以避免過熱，并相應地調整散熱。

將Simcenter FLOEFD中的逆變器的BCI-ROM作為FMU導入Simcenter Amesim

04三維裝配體建模

Simcenter FLOEFD是一種嵌入CAD的解決方案，可以在早期設計階段進行多物理場仿真，幫助工程師排除不理想的設計方案。它完全適合對牽引式逆變器進行全三維CFD仿真，以計算設備中的溫度場和流場。然而，由于模型的高度復雜性和計算能力要求，同時解決3D CFD和1D系統模型是不可行的。為了克服這一限制，Simcenter FLOEFD允許您提取一個降階模型（ROM），使模型的求解速度非常快（與傳統的三維CFD模型相比，速度可提高40.000倍）。這樣的模型也是獨立于邊界條件的，這使得你可以改變模型的熱環境（即外圍傳熱系數）而不影響解的準確性。BCI ROM降階模型可以作為功能模擬單元（FMU）導出，使其具有可移植性，易于嵌入到其他工具中。

從Simcenter FLOEFD導出BCI-ROM

051D-3D CAE：結合系統級和部件級模型

Simcenter Amesim是100多個支持FMU導入和導出的工具之一。一旦變頻器的FMU被導入Simcenter Amesim，就可以對系統進行求解。在求解過程中，冷卻系統回路將向FMU提供瞬態換熱系數和流體溫度，而冷板熱通量和組件及冷板溫度將被送回系統。由于冷卻系統是整個電動汽車的一部分，計算出的變頻器溫度將最低限度地影響車輛的性能，如續航能力和冷卻液溫度。

在Simcenter Amesim中顯示的連接到BCI-ROM FMU中的一個IGBT的溫度監測點的結果

Simcenter Amesim中的多張圖顯示了車輛和逆變器的性能

進一步的工作可能包括試驗不同的逆變器設計，用IGBT代替MOSFETS，等等，以了解哪些組件對整個系統有關鍵性的影響。

06連接兩個維度

1D系統級和3D裝配級設計往往在模擬的目的、功率要求和持續時間方面有所不同。用準確但快速解決的3D模型來擴展1D系統，使工程團隊能夠在早期設計階段產生更真實的模擬，最終使您能夠縮短產品上市時間。使用Simcenter FLOEFD BCI-ROM有幾個好處，在Simcenter Amesim內執行速度極快:

采用ROM降階模型方法對用戶的主要好處

使用降階模型將1D/3D結合起來是很好的，不是嗎？

審核編輯 ：李倩