基于軟件仿真的汽車玻璃加熱線設(shè)計

陳 濤,張 浩

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心,安徽 合肥 230601）

[文章編號]1671-802X（2016）04-0001-03

基于軟件仿真的汽車玻璃加熱線設(shè)計

陳 濤,張 浩

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心,安徽 合肥 230601）

汽車玻璃加熱線主要作用加速表面冰霜融化，因此加熱線設(shè)計首要要求是加熱效率。為了避免因加熱效率不滿足要求造成設(shè)計變更，我們采用軟件仿真分析的方法。利用軟件仿真可以簡單方便的分析其加熱效率，并對其加熱效率進行優(yōu)化，避免設(shè)計過程中成本的浪費，縮短設(shè)計周期。

加熱線；加熱效率；軟件仿真；優(yōu)化

一、引言

汽車玻璃加熱線是采用銀漿在玻璃內(nèi)表面上印刷出來的導(dǎo)電線條,主要功能是在寒冷的季節(jié),快速清除凍結(jié)在玻璃表面的冰霜,同時,在下雨天氣,加熱線還具有加速玻璃表面雨水蒸發(fā)的作用。加速恢復(fù)有效視野,是汽車很實用的一項配置。

如何在設(shè)計時實現(xiàn)玻璃加熱線的功能,是工程師必須考慮的問題,本文介紹一種利用軟件仿真分析確定加熱效率的方法,為加熱線的設(shè)計提供很大的便利。

二、設(shè)計要求

為使玻璃加熱線能夠達到除霜要求,對于加熱線設(shè)計提出以下要求。

(一)除霜效率

確定汽車玻璃加熱線在低溫條件下,加熱裝置消除玻璃外表面加熱區(qū)冰霜的能力。

要求在(-18±2)℃溫度下,噴灑600ml/m2的水在玻璃表面上形成霜層,通電20min后,加熱區(qū)域應(yīng)有至少80%的可透視區(qū)。

(二)功率

確定汽車玻璃加熱線的加熱功率。

要求功率應(yīng)為(4.0～4.5)W/dm2(額定電壓為DC 13.5V)。

(三)熱點溫度

確定汽車玻璃加熱線在經(jīng)過一定時間的通電加熱后,其表面的最高溫度點。

要求通電4h,加熱線的表面溫度在任何地方都不允許超過70℃。

三、設(shè)計流程

玻璃加熱線設(shè)計流程如下:

在玻璃加熱線設(shè)計過程中,為了確認所設(shè)計加熱線的除霜效率,防止后期反復(fù)整改,節(jié)省開發(fā)周期,我們引入仿真分析,在設(shè)計前期對除霜效率進行分析確認,符合要求后再制作樣件進行試驗驗證,通過試驗結(jié)果確認最終設(shè)計對要求的符合性。

四、仿真設(shè)計

(一)布置加熱線

在確定需要加熱的區(qū)域后,對加熱區(qū)域布置加熱線,如圖1所示。

圖1 玻璃加熱線布置圖

(二)設(shè)置仿真條件

玻璃厚度:3.5mm

加熱線寬度:0.7mm

加熱線間距:28.5mm

加熱線電阻:

輸入電壓:14.5V

(三)仿真分析建模

該過程基于隱式積分非線性動力學(xué)理論,對加熱過程進行仿真分析。

模型單位體系采用:長度 mm、重量 kg、時間ms、應(yīng)力 GPa。

后擋模型中加熱線采用一維單元,母線、玻璃等均采用實體單元,如圖2所示。

圖2 玻璃加熱線有限元模型

(四)仿真結(jié)果

經(jīng)過軟件仿真,得出除霜效率和熱點溫度分布云圖,如圖3和圖4。

從除霜效率云圖可以看出,該方案的加熱效率不足20%,不滿足80%的要求。

從熱點溫度分布云圖可以看出,該方案的熱點溫度最高在60℃左右,基本滿足要求。

圖3 除霜效率云圖

從上述的仿真結(jié)果得出結(jié)論,該方案不滿足加熱線的設(shè)計要求,需要進行優(yōu)化。

(五)方案優(yōu)化

對加熱線進行優(yōu)化調(diào)整,通過調(diào)整加熱線寬度和間距改變其電阻值,如圖5,中間區(qū)域加熱線寬度0.6mm,向邊緣逐漸過渡到0.8mm寬度。

圖5 優(yōu)化后加熱線

仿真條件設(shè)置:

玻璃厚度:3.5mm

加熱線寬度:0.6mm,0.7mm,0.8mm

加熱線間距:28mm

電壓:14.5V

重新進行建模和仿真分析,得出新的除霜效率和熱點溫度分布云圖(圖6和圖7)。

圖6 優(yōu)化后除霜效率云圖

圖7 優(yōu)化后熱點溫度分布云圖

從除霜效率云圖可以看出,該方案的除霜效率大于80%,滿足要求。

從熱點溫度分布云圖可以看出,該方案的熱點溫度最高在62℃左右,基本滿足要求。

五、試驗驗證

制作樣件進行試驗驗證,從實驗結(jié)果可以看出,該方案的除霜效率為85%,熱點溫度為62.8℃,滿足設(shè)計要求。

六、總結(jié)

綜上所述,利用軟件仿真設(shè)計汽車玻璃加熱線,可以對其加熱效率進行前期分析,若不滿足設(shè)計要求,可以進行優(yōu)化,直至滿足要求,避免設(shè)計變更導(dǎo)致的成本浪費,縮短設(shè)計周期。

[1] JC/T 672 汽車后窗電熱玻璃.

（責(zé)任編輯：袁 媛）

A Heating Wire Design for Automotive Glass Based on Software Simulation

CHEN Tao，ZHANG Hao
（The Technical Center of Anhui Jianghuai Automobile Co.，Lt.d，Hefei 230601，China）

The main function of heating wire for automotive glass is to accelerate frost melting on the glass surface，so the primary requirement of any heating wire design is to increase the heating efficiency as much as possible.In order to avoid changes to a design whose heating efficiency can not meet the requirements，the method of software simulation analysis is adopted.The method of software simulation can analyze and optimize the heating efficiency easily，which will reduce designing cost，and shorten designing period.

heating wire；heating efficiency；software simulation；optimize

U270.6+4

B

2016-06-12

陳 濤(1983-),男,安徽合肥人,工程師,研究方向:汽車玻璃技術(shù).E-mail:chenmoo825@126.com.