車輛熱管理發(fā)展現(xiàn)狀及仿真試驗(yàn)方法

黃文亮 邢棟

摘要：車輛熱管理技術(shù)是保證行車安全行使的重要途徑之一，車輛熱管理系統(tǒng)功能的優(yōu)劣將會(huì)直接影響動(dòng)力系統(tǒng)的性能，本文先簡(jiǎn)單描述車輛熱管理，重點(diǎn)分析車輛熱管理發(fā)展現(xiàn)狀和仿真試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：車輛熱管理;仿真試驗(yàn);三維仿真

車輛熱管理是能源危機(jī)出現(xiàn)后發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，從系統(tǒng)集成、整體角度采取綜合控制和管理的方法控制和優(yōu)化熱量傳遞過(guò)程，提高資源的使用效率，本文主要研究車輛熱管理發(fā)展現(xiàn)狀及仿真試驗(yàn)方法。

1.車輛熱管理概述

車輛熱管理技術(shù)是近幾年隨著能源短缺發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，當(dāng)前車輛熱管理系統(tǒng)主要包括冷卻系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)以及電器附件等，將這些系統(tǒng)統(tǒng)稱集成為有效的熱管理，優(yōu)化車輛的熱量傳遞過(guò)程。熱管理系統(tǒng)的效率很大程度上依賴系統(tǒng)優(yōu)化控制策略。發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)對(duì)提高整車性能潛力非常大。車輛熱管理核心思想為調(diào)節(jié)車輛冷卻強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)節(jié)省燃油的目的。

2.車輛熱管理發(fā)展現(xiàn)狀

在車輛熱管理系統(tǒng)中，車輛核心部件仍然采用的是被動(dòng)系統(tǒng)，只能有限地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的熱分布狀態(tài)，無(wú)法精確控制冷卻熱空氣流量。在熱管理系統(tǒng)中熱管理材料占據(jù)重要地位，但是傳統(tǒng)的熱管理材料比較單一，影響了循環(huán)冷卻液量，間接影響散熱效率。車輛熱管理系統(tǒng)是一個(gè)含目標(biāo)、系統(tǒng)等復(fù)雜的系統(tǒng)，重視零部件的開(kāi)發(fā)，并不會(huì)重視系統(tǒng)之間的匹配，能源利用率非常低。

車輛熱管理系統(tǒng)的控制目標(biāo)是降低排放量、提高燃料的使用率以及可靠性，當(dāng)前研究的主要的發(fā)展方向包括以下幾方面。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用，熱管理系統(tǒng)將會(huì)逐漸向著控制智能化發(fā)展，可以通過(guò)傳感器、計(jì)算機(jī)芯片提供最佳的冷卻介質(zhì)流量，提高管理效率。如電控水泵的使用能夠獨(dú)立控制流量，安裝位置沒(méi)有太大限制，比較靈活，能夠減少壓力損失，優(yōu)化水泵水力特性設(shè)計(jì)。采用電控水泵的設(shè)計(jì)能夠保證在電動(dòng)機(jī)停止的情況下仍然工作，避免了出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體溫度過(guò)高的情況。通過(guò)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用電控水泵與傳統(tǒng)水泵相比，能夠減少功耗損失超過(guò)87%。法雷奧公司主要是通過(guò)水泵流量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，減少不必要的傳熱損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

電控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)采用智能控制模式，在滿足整機(jī)散熱的情況下，達(dá)到節(jié)能降低噪音的目的。如豐田公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)采用電液比例技術(shù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)，能夠依照實(shí)際需求控制調(diào)節(jié)風(fēng)扇，保證任何車速下具有良好的冷卻空氣流量，噪音低、布置靈活。我國(guó)也有研究設(shè)計(jì)單片機(jī)作為核心的溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)水溫的目的，保證了汽車的可靠運(yùn)行，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗，提高工程機(jī)械的可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。

節(jié)溫器是車輛冷卻系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)部分，電控節(jié)溫器的設(shè)計(jì)具有感應(yīng)時(shí)間短、阻力小的特點(diǎn)，可以任意調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，更好地解決冷卻液溫度問(wèn)題。在電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，能夠更快的降低冷卻液溫度，在中低負(fù)荷情況下，能夠減少傳熱損失，優(yōu)化燃燒。另外電控節(jié)溫器的設(shè)計(jì)能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，能夠延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

車輛熱管理系統(tǒng)的研究材料將會(huì)逐漸向著多樣化發(fā)展，在前文提到，熱管理系統(tǒng)材料比較單一，設(shè)計(jì)方法已經(jīng)用到了極限，材料的多樣化發(fā)展是必然的發(fā)展需要。高級(jí)傳熱流體當(dāng)前已經(jīng)有部分實(shí)驗(yàn)室研究出來(lái)，能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液及機(jī)油的導(dǎo)熱性能，納米流體是一種工程傳熱流體，通過(guò)傳熱流體分散微粒組成，能夠使導(dǎo)熱率提高40%左右。多用換熱器能夠減少車輛前端的體積，減少車輛空氣阻力，提高車輛的安全性，隨著性能的不斷優(yōu)化，換熱器的的厚度仍然會(huì)受到裝配的限制。也有研究提出一種機(jī)械智能溫控系統(tǒng)，滿足散熱器的性能要求，也能減少模塊的氣測(cè)壓降。石墨泡沫散熱器也是研究的一種熱點(diǎn)材料，能夠使散熱器的體積更加小，降低風(fēng)阻，提高車輛行駛的安全性。

熱管理研究手段將會(huì)向著綜合化發(fā)展，車輛熱管理技術(shù)的研究主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，雖然花費(fèi)的時(shí)間以及費(fèi)用都比較高，但是真實(shí)性非常可靠，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷應(yīng)用，熱管理研究手段將會(huì)向著綜合發(fā)展。

3.仿真試驗(yàn)方法

計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展不斷刺激了計(jì)算流體力學(xué)以及計(jì)算傳熱學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，當(dāng)前仿真試驗(yàn)已經(jīng)試驗(yàn)采用的重要手段之一，具有非常大的應(yīng)用潛力，與傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法項(xiàng)目相比，不會(huì)受到條件的限制、成本也非常的低，當(dāng)前的車輛熱管理仿真試驗(yàn)研究主要分為一維仿真試驗(yàn)、三維仿真試驗(yàn)以及二者結(jié)合的仿真試驗(yàn)方法。

一維仿真試驗(yàn)利用了一維流動(dòng)與傳熱軟件建立仿真模型，在此仿真試驗(yàn)中所需要的計(jì)算資源較短，因此收斂速度非?？欤軌蚩焖俚倪_(dá)到較好的結(jié)果。我國(guó)在這方面有不少的研究成果，如梁樂(lè)華等人設(shè)計(jì)車輛管理模型，并對(duì)各參數(shù)分析靈敏度，為熱管理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了重要參考數(shù)據(jù)。

三維仿真試驗(yàn)是一種利用三維分析軟件模擬計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水腔和散熱器部件的方式，能夠分析流場(chǎng)的壓力分布以及溫度分布等，三維仿真試驗(yàn)?zāi)軌蜓芯堪l(fā)動(dòng)機(jī)的熱量變化，快速的得到車輛的詳細(xì)信息。有研究采用高強(qiáng)化多缸柴油機(jī)作為研究對(duì)象，采用仿真試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

一維仿真試驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)槿S仿真試驗(yàn)提供很多的基本條件，同樣三維試驗(yàn)的結(jié)果也能用來(lái)驗(yàn)證一維試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，因此在車輛熱管理的仿真試驗(yàn)中，通常是采用一維和三維聯(lián)合仿真，既能研究系統(tǒng)中各部件的配合使用，也能夠針對(duì)系統(tǒng)的中關(guān)鍵部分進(jìn)行分析，仿真效率大大的提高。仿真試驗(yàn)也可以與試驗(yàn)研究結(jié)合在一起，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，這兩種試驗(yàn)方法在實(shí)際的工作中需要結(jié)合在一起，發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)縮短設(shè)計(jì)成本和周期。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文重點(diǎn)研究車輛熱管理發(fā)展現(xiàn)狀及仿真試驗(yàn)方法。隨著能源利用的逐漸加大，節(jié)約能源使用逐漸受到人們的關(guān)注，人們對(duì)車輛節(jié)能環(huán)保的要求越來(lái)越高，當(dāng)前車輛熱管理技術(shù)的研究還比較少，這方面還需要不斷的改善。

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??- ? ? ?～y@? ，這種變速器是通過(guò)液力傳遞和齒輪之間的組合的方式從而達(dá)到變速變矩。

5.2液力自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)

液力自動(dòng)變速器不采用離合換擋，檔位設(shè)置較少，變化較大，連接比較平穩(wěn)，較易操作不僅給駕駛員提供便利，也為乘客帶來(lái)舒適的乘車體驗(yàn)。而其缺點(diǎn)也是顯著的，液力自動(dòng)變速器機(jī)構(gòu)復(fù)雜，制造和修理都比較麻煩，所以隱隱有被淘汰的趨勢(shì)。

6.電控機(jī)械自動(dòng)變速器（AMT）

電控機(jī)械自動(dòng)變速器的產(chǎn)生是以干式離合器和固定軸式變速器為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用模糊控制理論，電子技術(shù)和變速理倫，并以電子控制元件為核心，進(jìn)一步通過(guò)液壓控制系統(tǒng)控制離合器的動(dòng)作，例如選檔，換檔以及分離和結(jié)合。

6.1電控機(jī)械自動(dòng)變速器的基本原理

依據(jù)駕駛員的指令（油門(mén)，制動(dòng)）并與車輛的運(yùn)行狀態(tài)（車速，檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）相結(jié)合根據(jù)一定的原理，并輔以相應(yīng)的執(zhí)行手段，從而聯(lián)合控制汽車的動(dòng)力以及傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)起步，換檔的智能操作。

6.2電控機(jī)械自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)

（1）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)潔，便于安裝，維護(hù)以及后期保養(yǎng)。

（2）靈活方便，可提高生活安全性，并有效減少駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并能使駕駛員注意力更加集中在行車環(huán)境中遇到的突發(fā)情況。

7.電控機(jī)械自動(dòng)變速器在我國(guó)的發(fā)展趨向

自動(dòng)變速器的分類廣泛但其核心技術(shù)是電液控制，電子技術(shù)和傳感器技術(shù)。但是由于液力自動(dòng)變速器對(duì)于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)投入要求比較高，因此難以形成規(guī)模化。因此我國(guó)就現(xiàn)在的國(guó)情來(lái)講更應(yīng)以電控機(jī)械自動(dòng)變速器方向?yàn)橹?，主要原因還是性價(jià)比比較高，投資少且可批量生產(chǎn)，收益比較可觀。

8.結(jié)語(yǔ)

汽車市場(chǎng)的迅速擴(kuò)大使得本國(guó)汽車制造業(yè)大量興起，病史汽車工藝以及科技得到大幅度的提升，變速器僅僅是其中的一部分，在保證現(xiàn)狀的同時(shí)，我們應(yīng)該大力開(kāi)展科技創(chuàng)新，多從國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)中取長(zhǎng)補(bǔ)短，要緊跟著時(shí)代的腳步，爭(zhēng)取時(shí)刻處在科技前沿，以及重型汽車的高技術(shù)含量開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)適合我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情的重型車用變速器。

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