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Autor: Johnny Liu, director ejecutivo de Dowway Vehicle
Revisión técnica: Equipo de ingeniería de vehículos de Dowway
Última actualización: Agosto de 2026
¿Qué es el desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos?
El desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos (VE) es el proceso de ingeniería que consiste en diseñar, optimizar y validar el sistema de propulsión eléctrica completo, incluyendo el motor, la caja de cambios, el inversor, el sistema térmico y las funciones de control. El desarrollo moderno de VE utiliza la simulación multifísica para mejorar la eficiencia, la fiabilidad, la densidad de potencia y el confort de conducción antes de la producción física.
Los vehículos eléctricos están evolucionando hacia diseños con mayor voltaje, mayor velocidad y mayor integración. Una unidad de propulsión eléctrica moderna debe ofrecer un rendimiento potente, a la vez que sea compacta, eficiente, silenciosa y fiable.
Esto exige que los ingenieros estudien muchas áreas interconectadas al mismo tiempo:
- Rendimiento electromagnético
- resistencia mecánica
- Durabilidad del equipo
- Comportamiento térmico
- Ruido y vibración
- eficiencia del sistema
Un pequeño cambio en un área puede afectar a todo el sistema.
Por ejemplo, aumentar la velocidad del motor puede mejorar la densidad de potencia, pero también puede generar más calor, vibraciones más intensas y más ruido. Por eso, las empresas de vehículos eléctricos más avanzadas están pasando del diseño a nivel de componentes a la ingeniería a nivel de sistema.
¿Por qué es más difícil hoy en día el desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos?
Los sistemas de vehículos eléctricos modernos se enfrentan a requisitos de ingeniería más exigentes que los sistemas de propulsión de vehículos tradicionales.
Los principales desafíos provienen de tres áreas:
Requisitos de mayor voltaje y potencia
Muchas plataformas de vehículos eléctricos nuevos utilizan Sistemas de accionamiento eléctrico de 800 V.
Los sistemas de mayor voltaje ayudan a lograr:
- Carga más rápida
- Mayor potencia de salida
- Menores pérdidas eléctricas
- Mejor capacidad de alto rendimiento
Sin embargo, un voltaje más alto también plantea nuevos desafíos para:
- Aislamiento del motor
- Control térmico
- Fiabilidad de la electrónica de potencia
Niveles de integración más elevados
La industria está pasando de componentes separados a soluciones integradas.
Una solución moderna típica es la siguiente:
Sistema de propulsión eléctrica tres en uno
Combina:
- Motor eléctrico
- Sistema de reducción de engranajes
- Inversor
Este diseño reduce el espacio de embalaje y el peso del sistema, al tiempo que mejora la integración en el vehículo.
Mayores expectativas en cuanto a la calidad de la conducción.
Los clientes de vehículos eléctricos esperan algo más que aceleración.
También esperan:
- Funcionamiento silencioso
- Suministro de energía suave
- Eficiencia estable
- Larga vida útil
Estos requisitos hacen que el desarrollo de los sistemas de propulsión eléctrica sea más complejo.
¿Cuáles son las partes principales de un sistema de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos?
Un sistema completo de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos incluye varias áreas de ingeniería que trabajan conjuntamente.
| Componente del sistema | Enfoque principal de ingeniería |
|---|---|
| Motor eléctrico | Diseño electromagnético, eficiencia, refrigeración, durabilidad |
| Caja de cambios | Resistencia de los engranajes, rendimiento de contacto, control de ruido |
| Inversor | Electrónica de potencia de alto voltaje, tecnología SiC |
| Sistema térmico | Refrigeración del aceite, transferencia de calor, control de temperatura |
| Simulación de sistemas | Optimización y validación multifísica |
El informe de desarrollo de Hexagon y Romax muestra cómo estas áreas pueden conectarse a través de un único flujo de trabajo de ingeniería.
La solución admite aplicaciones de vehículos eléctricos desde aproximadamente De 50 kW a 350 kW, que abarca vehículos de pasajeros y plataformas de vehículos comerciales.
¿Cómo se diseñan y optimizan los motores de los vehículos eléctricos?
El motor eléctrico es la principal fuente de energía de la unidad de propulsión de un vehículo eléctrico. Los ingenieros deben equilibrar el rendimiento electromagnético, la eficiencia, el comportamiento térmico y la durabilidad durante el desarrollo. Para obtener más detalles sobre soluciones de ingeniería de motores, explore nuestra Diseño y desarrollo de motores para vehículos eléctricos capacidades.
El desarrollo de un motor comienza con el diseño electromagnético.
Los ingenieros analizan:
- Estructura del rotor
- Geometría del estator
- Disposición de imanes permanentes
- tamaño del espacio de aire
- Diseño de apertura de ranura
El objetivo es equilibrar:
- Par motor
- Eficiencia
- Densidad de potencia
- Rendimiento armónico
Simulación electromagnética y optimización de parámetros
El desarrollo de motores modernos utiliza la simulación para comprender cómo los parámetros de diseño afectan al rendimiento.
Los parámetros importantes incluyen:
- Espesor del imán permanente
- Dimensiones del espacio de aire
- Ancho de apertura de la ranura
Los ingenieros realizan análisis de sensibilidad para encontrar la mejor combinación bajo múltiples objetivos.
El proceso de optimización evalúa:
- Capacidad de par
- Rendimiento del mapa de eficiencia
- THD (Distorsión Armónica Total)
- Comportamiento de la fuerza electromagnética
Este enfoque ayuda a reducir las iteraciones de prototipos físicos.
¿Cómo afecta la selección de materiales a la eficiencia del motor?
Los materiales del motor afectan directamente a la eficiencia operativa.
El informe compara diferentes opciones de acero al silicio:
- acero al silicio de 0,25 mm
- acero al silicio de 0,2 mm
La elección del material cambia:
- Pérdida de hierro
- Comportamiento de la temperatura
- Mapas de eficiencia de rango operativo completo
La simulación permite a los ingenieros comparar estas opciones antes de la fabricación.
Diseño de motor de horquilla y refrigeración por aceite
Los motores de alto rendimiento para vehículos eléctricos suelen utilizar:
- Tecnología de bobinado en horquilla
- Estructuras de rotor de alta velocidad
- Sistemas de refrigeración por aceite
El bobinado en horquilla mejora:
- Relación de llenado de cobre
- Densidad de potencia
- rendimiento de transferencia de calor
Sin embargo, una mayor densidad de potencia genera más calor.
El sistema de refrigeración debe controlar la temperatura durante:
- Funcionamiento a alta velocidad
- Condiciones de carga pesada
- Ciclos de conducción continuos
¿Cómo mejora la simulación de la caja de cambios el rendimiento del sistema de propulsión de los vehículos eléctricos?
La caja de cambios desempeña un papel importante en la eficiencia, la fiabilidad y el rendimiento acústico.
Los motores de los vehículos eléctricos suelen funcionar a velocidades mucho mayores que los motores tradicionales. Esto genera nuevos requisitos para:
- Fuerza de los engranajes
- Calidad de contacto
- Tener vida
- Control de ruido
Flujo de trabajo de desarrollo de cajas de cambios para vehículos eléctricos
Un proceso típico de desarrollo de una caja de cambios incluye varios pasos.
Diseño de la geometría de los engranajes
Los ingenieros definen:
- relación de transmisión
- Geometría del diente
- Disposición del eje
Modelado del sistema de ejes Romax
El modelo de simulación evalúa:
- Deformación del eje
- Distribución de carga
- Fuerzas de soporte
Cálculo de la vida útil del rodamiento
Los ingenieros analizan:
- Condiciones de carga de apoyo
- Vida de fatiga
- Rendimiento de fiabilidad
Optimización de la microgeometría de los engranajes
Pequeños cambios en la geometría de los engranajes pueden generar grandes diferencias en el rendimiento.
Los ingenieros optimizan:
- Modificación del perfil dental
- Modificación de plomo
- Alivio de la punta
El objetivo es reducir:
- Carga desigual
- Estrés por contacto
- Error de transmisión
¿Cómo reduce el análisis del contacto de los engranajes el ruido de los vehículos eléctricos?
El ruido de la transmisión es uno de los principales desafíos en cuanto a NVH (ruido, vibración y aspereza) en los vehículos eléctricos.
Debido a que los motores de los vehículos eléctricos son más silenciosos que los motores de combustión, los pasajeros perciben con mayor facilidad el ruido de la transmisión.
La simulación evalúa diferentes condiciones de funcionamiento:
- Condiciones de conducción de 0,1 a 1,0
- Condiciones costeras de 0,1 a 1,0
Los ingenieros estudian:
- Patrón de contacto de los engranajes
- Distribución de tensiones
- Error de transmisión (ET)
Un sistema de engranajes bien diseñado reduce las vibraciones a la vez que mantiene la durabilidad.
¿Cómo mejora la simulación térmica la fiabilidad de los accionamientos eléctricos?
El rendimiento térmico se ha convertido en uno de los mayores desafíos en el desarrollo de los sistemas de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos modernos.
A medida que los motores eléctricos se vuelven más pequeños y potentes, aumenta la generación de calor. Sin una refrigeración adecuada, las altas temperaturas pueden reducir:
- Eficiencia del motor
- Vida útil del componente
- Potencia de salida
- Fiabilidad del sistema
El informe destaca la importancia de combinar la simulación mecánica con el análisis térmico y de fluidos para mejorar el rendimiento de la refrigeración.
Diseño de refrigeración por aceite para sistemas de vehículos eléctricos de alto rendimiento
Muchas unidades de propulsión de vehículos eléctricos de alta potencia utilizan refrigeración por aceite porque permite eliminar directamente el calor de los componentes críticos.
El proceso de desarrollo térmico incluye:
- Análisis de lubricación
- Simulación de flujo de petróleo
- Diseño del canal de refrigeración
- Predicción del campo de temperatura
Los ingenieros analizan cómo se mueve el petróleo dentro del sistema, incluyendo:
- lubricación por salpicadura de engranajes
- Canales de recolección de aceite
- Rutas de refrigeración del rotor
- Refrigeración por pulverización del bobinado del extremo del estator
Análisis CFD y optimización de la refrigeración
La simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) ayuda a los ingenieros a comprender:
- Distribución de petróleo
- comportamiento de transferencia de calor
- Eficiencia de refrigeración
Por ejemplo, el diseño del canal de aceite del rotor puede afectar significativamente la temperatura del motor.
Si el flujo de petróleo es insuficiente:
- La temperatura del rotor aumenta
- El rendimiento del imán puede disminuir
- La eficiencia puede disminuir
Si el flujo de petróleo es excesivo:
- Las pérdidas por bombeo pueden aumentar
- La eficiencia del sistema puede reducirse
La simulación ayuda a los ingenieros a encontrar el equilibrio adecuado antes de realizar las pruebas físicas.
¿Cómo se controla el NVH (ruido, vibración y aspereza) en los sistemas de propulsión eléctrica de los vehículos eléctricos?
El ruido, la vibración y la aspereza (NVH, por sus siglas en inglés) se han convertido en un área clave de desarrollo para los vehículos eléctricos.
Los vehículos tradicionales producen un ruido de motor que puede enmascarar muchos sonidos mecánicos.
Los vehículos eléctricos son diferentes.
Debido a que el motor funciona silenciosamente, los pasajeros pueden notar:
- Zumbido de engranajes
- Ruido electromagnético
- Vibración estructural
Pequeñas fuentes de ruido que antes pasaban desapercibidas pueden convertirse en motivo de quejas por parte de los clientes.
¿Qué genera ruido en la unidad de propulsión de un vehículo eléctrico?
Existen dos fuentes de excitación principales.
Excitación mecánica
El ruido mecánico proviene principalmente de:
- Engranaje de engranajes
- Error de transmisión
- variación de la rigidez de los engranajes
Un mal diseño de los engranajes puede provocar:
- Vibración
- Zumbido de engranajes
- Experiencia de conducción incómoda
Excitación electromagnética
Los motores eléctricos generan fuerzas electromagnéticas durante su funcionamiento.
Los ingenieros analizan:
- Ondas de fuerza electromagnética radial
- Frecuencias de funcionamiento del motor
- Respuesta estructural
Estas fuerzas pueden transmitirse a través de la carcasa del motor y generar ruido audible.
Proceso completo de predicción de NVH
La simulación moderna de NVH en vehículos eléctricos sigue una cadena completa:
Fuerza electromagnética / Excitación de engranajes
↓
Vibración estructural de la vivienda
↓
Respuesta de aceleración de la superficie
↓
Potencia sonora radiada
↓
Nivel de ruido en la cabina
Los ingenieros utilizan este proceso para predecir problemas antes de realizar las pruebas del vehículo.
El análisis incluye:
- ERP (Potencia Radiada Efectiva)
- SPL (Nivel de presión sonora)
Esto permite a los equipos mejorar tanto el diseño de los componentes como la comodidad del vehículo.
¿Cómo mejoran los ingenieros la eficiencia de la propulsión de los vehículos eléctricos?
La eficiencia es uno de los objetivos más importantes en el desarrollo de vehículos eléctricos.
Una unidad de accionamiento de alto rendimiento debe suministrar potencia minimizando la pérdida de energía.
El informe describe un modelo completo de análisis de eficiencia que combina las pérdidas eléctricas y mecánicas.
Análisis de pérdida motora
El modelo de eficiencia incluye:
Pérdida de cobre
Causado por la resistencia eléctrica en los devanados del motor.
Pérdida de hierro
Generado en materiales magnéticos durante el funcionamiento.
Estas pérdidas afectan a:
- Temperatura
- Eficiencia
- Capacidad de potencia continua
Análisis de pérdidas mecánicas
El sistema también evalúa:
Pérdida de engranajes
Energía perdida durante la transmisión de engranajes.
Pérdida por fricción en los cojinetes
Energía consumida durante el funcionamiento del rodamiento.
Pérdida por rotación
Pérdida de energía causada por el movimiento del aceite dentro de la caja de cambios.
Evaluación del ciclo de conducción real
El sistema puede evaluar la eficiencia en condiciones reales de funcionamiento del vehículo, incluyendo:
- ciclos de conducción WLTP
- Diferentes condiciones de velocidad y carga
El resultado es un mapa de eficiencia que muestra el rendimiento del sistema de accionamiento completo en los distintos puntos de funcionamiento.
Esto ayuda a los ingenieros a mejorar:
- consumo de energía
- Campo de prácticas
- Rendimiento térmico
¿Cómo mejora la optimización del Departamento de Energía el desarrollo de las cajas de cambios para vehículos eléctricos?
El diseño de experimentos (DOE, por sus siglas en inglés) es un método importante que se utiliza para optimizar sistemas de ingeniería complejos.
En lugar de probar muchos diseños manualmente, los ingenieros utilizan la simulación para evaluar diferentes combinaciones de parámetros.
Desafío del desarrollo tradicional
Un enfoque tradicional puede requerir:
Cambio de diseño
↓
Producción de prototipos
↓
Pruebas
↓
Descubrimiento de problemas
↓
Rediseño
Este proceso puede requerir mucho tiempo y dinero.
Proceso de optimización basado en el DOE
El Departamento de Energía (DOE) crea una forma estructurada de estudiar múltiples variables.
Para optimizar el NVH (ruido, vibración y aspereza) de la caja de cambios, los ingenieros pueden ajustar:
- Cantidad de modificación del engranaje
- Modificación del ángulo de hélice
- Valores de alivio de punta
La simulación evalúa:
- Error de transmisión pico (PPTE)
- Variación de la rigidez del engranaje
- Rendimiento acústico
El objetivo es encontrar una combinación de diseño que reduzca las vibraciones manteniendo la resistencia de la caja de engranajes.
¿Cómo apoya Hexagon Romax el desarrollo de sistemas de propulsión para vehículos eléctricos?
El desarrollo de los vehículos eléctricos modernos requiere que muchas disciplinas de ingeniería trabajen en conjunto.
Hexagon Romax proporciona un entorno de simulación a nivel de sistema que conecta diferentes áreas del desarrollo de la propulsión eléctrica.
La plataforma admite el análisis del rendimiento del motor, el comportamiento de la caja de cambios, las condiciones térmicas, el rendimiento NVH y la optimización de la eficiencia. Para las empresas que desarrollan plataformas de vehículos eléctricos de próxima generación, Dowway Vehicle proporciona soluciones de motores de accionamiento automotriz que admiten aplicaciones avanzadas de sistemas de propulsión eléctrica.
- Rendimiento del motor
- Comportamiento de la caja de cambios
- Condiciones térmicas
- Rendimiento NVH
- Optimización de la eficiencia
En lugar de desarrollar cada componente por separado, los ingenieros pueden estudiar cómo se comporta el sistema completo.
Esto es especialmente importante para:
- Unidades de accionamiento eléctrico tres en uno
- motores de alta velocidad
- Plataformas de 800 V
- Aplicaciones de alta densidad de potencia
¿Cómo se relaciona la simulación con las pruebas reales?
La simulación no sustituye a las pruebas físicas.
El proceso de desarrollo más sólido combina ambos.
El informe describe un flujo de trabajo de circuito cerrado:
Predicción de simulación
↓
Desarrollo de prototipos
↓
Validación de pruebas
↓
Mejora del diseño
Pruebas a nivel de componentes
Las pruebas incluyen:
- Pruebas de fatiga de engranajes
- Validación de la vida útil del rodamiento
- Análisis de durabilidad de componentes
Pruebas a nivel de sistema
Los ingenieros realizan las siguientes funciones:
- Pruebas a alta temperatura
- Pruebas a baja temperatura
- Pruebas EOL (Fin de Línea)
- Pruebas de banco de NVH
Pruebas a nivel de vehículo
El último paso es la prueba de integración del vehículo.
Los ingenieros validan:
- Rendimiento de conducción
- Comportamiento del ruido
- Eficiencia
- Condiciones reales de funcionamiento
Esta conexión entre simulación y pruebas ayuda a reducir los riesgos de desarrollo.
¿Cuál es el futuro del desarrollo de los sistemas de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos?
La próxima generación de sistemas de propulsión para vehículos eléctricos seguirá avanzando hacia:
Plataformas de mayor voltaje
Los sistemas de 800 V se volverán más comunes a medida que los fabricantes busquen:
- Carga más rápida
- Mayor eficiencia
- Mejor rendimiento
Mayor integración
Los sistemas futuros seguirán evolucionando a partir de:
Sistemas tres en uno
hacia
Soluciones de propulsión eléctrica más integradas.
Desarrollo de ingeniería digital
El desarrollo basado en simulación se convertirá en un método de ingeniería estándar.
Los flujos de trabajo futuros combinarán:
- Simulación multifísica
- Optimización automatizada
- Validación física
El objetivo es crear mejores productos con menos ciclos de desarrollo.
Conclusión: Construyendo mejores sistemas de propulsión para vehículos eléctricos mediante ingeniería a nivel de sistema.
El desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos ya no se trata solo de diseñar un motor potente.
Una unidad de propulsión eléctrica exitosa requiere equilibrio entre:
- Rendimiento electromagnético
- resistencia mecánica
- Control térmico
- Reducción de ruido
- eficiencia energética
El enfoque Hexagon Romax demuestra cómo los ingenieros pueden conectar estas áreas a través de un proceso completo de simulación y validación.
Desde un sistema tres en uno refrigerado por aceite de 800 V hasta la optimización del motor, el análisis de la caja de cambios, la refrigeración mediante CFD, la predicción de NVH, el mapeo de eficiencia y la optimización DOE, cada componente contribuye a la experiencia final del vehículo.
El futuro de la ingeniería de vehículos eléctricos pertenecerá a las empresas que puedan diseñar el sistema completo, no solo componentes individuales.
Acerca del autor
Johnny Liu
Director ejecutivo de Dowway Vehicle
Johnny Liu es el director ejecutivo de Dowway Vehicle, empresa especializada en soluciones de ingeniería vehicular, desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica y aplicaciones de tecnología automotriz. Colabora con equipos de ingeniería vehicular para abordar los desafíos prácticos del diseño, la simulación, la integración y la validación de sistemas de vehículos eléctricos.
Revisión técnica
Equipo de ingeniería de vehículos de Dowway
El equipo de ingeniería revisa el contenido técnico relacionado con el desarrollo de vehículos eléctricos, sistemas de propulsión, métodos de simulación y prácticas de ingeniería automotriz.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Qué es un sistema de propulsión eléctrica para vehículos eléctricos?
Respuesta corta:
El sistema de propulsión eléctrica de un vehículo eléctrico convierte la energía eléctrica en movimiento del vehículo a través del motor, la caja de cambios, el inversor y el sistema de control.
El sistema incluye varias tecnologías interconectadas. Los ingenieros deben optimizar simultáneamente la potencia de salida, la eficiencia, el comportamiento térmico, la durabilidad y el nivel de ruido. El desarrollo moderno utiliza herramientas de simulación para estudiar el sistema completo antes de la producción.
¿Por qué es importante la simulación en el desarrollo de sistemas de propulsión para vehículos eléctricos?
Respuesta corta:
La simulación ayuda a los ingenieros a predecir problemas de rendimiento antes de construir prototipos físicos.
Los sistemas de vehículos eléctricos involucran muchos factores interrelacionados, como el calor, la vibración, las fuerzas electromagnéticas y las cargas mecánicas. La simulación reduce los ciclos de prueba innecesarios y ayuda a los ingenieros a mejorar los diseños en las primeras etapas del proceso de desarrollo.
¿Qué es un sistema de accionamiento eléctrico tres en uno de 800 V?
Respuesta corta:
Un sistema de accionamiento eléctrico tres en uno de 800 V combina el motor, la caja de engranajes y el inversor en una sola unidad integrada.
Este diseño reduce el tamaño y el peso del paquete, a la vez que ofrece un mayor rendimiento energético. Los ingenieros deben gestionar cuidadosamente la refrigeración, la resistencia mecánica, la eficiencia y el rendimiento en cuanto a ruido, vibración y aspereza (NVH).
¿Cómo reducen los ingenieros el ruido de los motores de los vehículos eléctricos?
Respuesta corta:
Los ingenieros reducen el ruido de los motores de los vehículos eléctricos analizando las fuerzas electromagnéticas, la excitación de los engranajes, la vibración estructural y la respuesta acústica.
La simulación NVH (ruido, vibración y aspereza) realiza un seguimiento de la trayectoria completa desde la fuente de excitación hasta el sonido en el habitáculo, lo que ayuda a los ingenieros a mejorar el diseño del motor, la geometría de la caja de cambios y las estructuras de la carcasa.
¿Cómo afecta la gestión térmica al rendimiento de los vehículos eléctricos?
Respuesta corta:
La gestión térmica controla el calor generado durante el funcionamiento a alta potencia.
Los sistemas de refrigeración eficaces mejoran la eficiencia, la fiabilidad y la vida útil de los componentes. Los ingenieros de vehículos eléctricos utilizan la simulación CFD para optimizar el flujo de aceite, los canales de refrigeración, la refrigeración del rotor y el control de la temperatura del bobinado.