Większa niezawodność i wydajność dzięki sztucznej inteligencji
ZFChoć określenie temperatury wewnątrz silnika elektrycznego jest trudne, jest ono równie ważne dla rozwoju funkcjonalnego i późniejszej eksploatacji pojazdu elektrycznego. Dzięki „TempAI” firma ZF oferuje innowacyjne rozwiązanie oparte na sztucznej inteligencji do produkcji seryjnej
Nadmierne ciepło jest największym wrogiem silników elektrycznych – a tym samym poważnym wyzwaniem dla ich konstruktorów. Gdy wirnik silnika elektrycznego pracuje z dużą prędkością, wnętrze maszyny elektrycznej nagrzewa się do 100–150 stopni Celsjusza pod dużym obciążeniem. Długotrwałe przekroczenie dopuszczalnej temperatury nieuchronnie uszkadza izolację uzwojeń i znacznie skraca żywotność jednostki napędowej. Ponadto przegrzanie w silnikach elektrycznych z magnesami trwałymi (PSM) prowadzi do rozmagnesowania – silnik traci swoją funkcjonalność.
Aby temu zapobiec, konstruktorzy silników polegają z jednej strony na efektywnym chłodzeniu, a z drugiej na efektywnym monitorowaniu temperatury. Oba te czynniki zapewniają optymalny stan pracy maszyny elektrycznej. Poprawia to sprawność układu napędowego i zmniejsza zużycie energii. Choć teoretycznie potrzeba monitorowania temperatury może wydawać się oczywista i prosta, jej wdrożenie jest bardzo wymagające.
Trudno jest określić dokładną temperaturę wewnątrz obudowy silnika, ponieważ nie można tam zainstalować czujników przewodowych – jest za mało miejsca i jest za gorąco – powiedział Alexander Hoffmann, starszy menedżer ds. technologii elektrycznych układów napędowych. – Co więcej, nie da się symulować efektu chłodzenia oleju z wymaganą dokładnością. Testy na stanowisku badawczym wykazały, że nasze modele symulacyjne charakteryzują się dużymi odchyleniami; nie są one wystarczająco precyzyjne.
Argument za sztuczną inteligencją: miliony możliwych kombinacji
Problem ten można rozwiązać za pomocą sztucznej inteligencji (AI). Oprócz wiarygodnych danych z wnętrza silnika, dostępne są wystarczające informacje w postaci danych pomiarowych z szeroko zakrojonych testów funkcjonalnych na stanowiskach testowych i w pojazdach testowych. Dostępne są pomiary temperatur z otoczenia silnika – na przykład oleju w misce olejowej – oraz dane dotyczące ilości oleju używanego do chłodzenia silnika elektrycznego. Prędkość obrotowa wirnika jest również stale rejestrowana.
Źródło: ZFWykorzystując te dane, programiści wykorzystują AI do generowania wiarygodnych prognoz zachowania temperatury. To właśnie jest zaletą algorytmów AI: na podstawie ogromnej ilości danych identyfikują one zależności, które są szczególnie istotne dla zmian temperatury w wirniku i stojanie. Na tej podstawie opracowują prognozę temperatury, która niemal odpowiada rzeczywistym pomiarom uzyskanym na stanowisku testowym. Te prognozy temperatury mogą następnie zostać wykorzystane do dalszego udoskonalenia innych funkcji oprogramowania sterującego.
Co niezwykłe, temperatury przewidywane przez AI różnią się od wartości zmierzonych zaledwie o kilka stopni – powiedział Hoffmann.
Innowacyjne zarządzanie termiczne z TempAI firmy ZF
Firma ZF nazywa to rozwiązanie oparte na sztucznej inteligencji do monitorowania temperatury w silniku elektrycznym pojazdu „TempAI”. TempAI działa w oparciu o samouczący się model temperatury oparty na platformie, która automatycznie opracowuje modele oparte na fizyce na podstawie danych pomiarowych i w bardzo krótkim czasie wdraża je w życie.
Dzięki naszemu rozwiązaniu technicznemu TempAI udaje nam się jeszcze bardziej zwiększyć wydajność i niezawodność naszych układów napędowych. Jednocześnie to nowe podejście pokazuje, jak rozwój oparty na danych może być nie tylko szybszy, ale także bardziej zrównoważony i wydajny – powiedział dr Stefan Sicklinger, dyrektor ds. sztucznej inteligencji, inżynierii cyfrowej i walidacji w dziale badań i rozwoju w firmie ZF.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Oprócz korzyści w zakresie wydajności, TempAI oferuje również korzyści ekologiczne i ekonomiczne. Zoptymalizowana konstrukcja termiczna pozwala na precyzyjne projektowanie silników elektrycznych, umożliwiając precyzyjne planowanie zapotrzebowania na materiały. Ponieważ mniejsze silniki wymagają mniejszej liczby magnesów, producenci oszczędzają również znaczną ilość cennych surowców, takich jak metale ziem rzadkich. Jednocześnie zastosowanie wirtualnych czujników znacznie skraca czas rozwoju – z kilku miesięcy do zaledwie kilku dni – ponieważ sztuczna inteligencja bardzo szybko przetwarza dane z jazd testowych i kosztownych stanowisk testowych.
Silniki elektryczne ZF wyposażone w TempAI
TempAI jest obecnie produkowany seryjnie i wykorzystywany w nowej generacji silników elektrycznych ZF. Jest w pełni oparty na oprogramowaniu i działa bez dodatkowych czujników. Jest to możliwe dzięki platformie, która automatycznie generuje oparte na fizyce modele temperatury na podstawie danych pomiarowych. Modele te wymagają minimalnej mocy obliczeniowej i mogą być uruchamiane na istniejących jednostkach sterujących.
Wirtualne pomiary temperatury oferują również istotne korzyści dla producentów, ponieważ dokładniejsze prognozy temperatury pozwalają silnikom elektrycznym pracować bliżej maksymalnej dopuszczalnej temperatury roboczej. W rezultacie, wydajność silnika elektrycznego wyraźnie wzrasta, a zużycie energii można zmniejszyć o 6 do 18%.
Źródło: ZF
