利用風(fēng)扇罩主動(dòng)格柵實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛冷卻氣流的控制

劉曉暉，龐加斌，王建新，李田田，朱志軍，張 俊

（1.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 空氣動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川，綿陽(yáng) 621000；2.同濟(jì)大學(xué) 上海地面交通工具風(fēng)洞中心，上海 201804；3.上海大眾汽車股份有限公司 TEGG，上海 201804）

利用風(fēng)扇罩主動(dòng)格柵實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛冷卻氣流的控制

劉曉暉1,2，龐加斌2，王建新2，李田田2，朱志軍2，張 俊3

（1.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 空氣動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川，綿陽(yáng) 621000；2.同濟(jì)大學(xué) 上海地面交通工具風(fēng)洞中心，上海 201804；3.上海大眾汽車股份有限公司 TEGG，上海 201804）

從汽車?yán)鋮s氣流形成機(jī)理分析入手，提出采用風(fēng)扇罩主動(dòng)格柵（Fan Housing Active Grille Shutter，F(xiàn)HAGS）對(duì)氣流進(jìn)行主動(dòng)控制的技術(shù)手段。該技術(shù)有別于傳統(tǒng)的主動(dòng)格柵（Active Grille Shutter，AGS）只側(cè)重降低風(fēng)阻的單一功能，既可以保持傳統(tǒng)風(fēng)扇罩提高強(qiáng)制對(duì)流效率的特點(diǎn)，又可以提高中高速下的沖壓氣流流量。利用該技術(shù)，在等效冷卻的前提下可以有效降低冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到降低油耗、減小噪聲的目的。以一輛參考車作為研究對(duì)象，通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，歸納推導(dǎo)出冷卻氣流的計(jì)算公式和控制邏輯，并結(jié)合熱環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)該技術(shù)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)表明，F(xiàn)HAGS作為一項(xiàng)汽車節(jié)能降噪技術(shù)，具有一定的推廣價(jià)值。

汽車熱管理；風(fēng)扇罩主動(dòng)格柵；冷卻氣流；降油耗；降噪聲

對(duì)于汽車?yán)鋮s氣流的管理，目前國(guó)際上流行的做法是采用AGS技術(shù)。AGS技術(shù)是通過在前保格柵后加裝一道可控開閉的AGS，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻氣流的管理，在熱機(jī)或高速時(shí)關(guān)閉，以減小冷卻氣流，減少風(fēng)阻；在低速時(shí)打開，提高冷卻氣流流量，促進(jìn)冷卻［1］。AGS在實(shí)際使用過程中受到格柵角度、密封性以及氣流倒流的影響，會(huì)降低散熱器的氣流均勻度，影響其換熱效率［2］。

冷卻氣流由沖壓和抽吸兩種效應(yīng)產(chǎn)生。沖壓氣流與車速V相關(guān)，抽吸氣流與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n相關(guān)。沖壓效應(yīng)和抽吸效應(yīng)本身存在著矛盾，矛盾的焦點(diǎn)就是風(fēng)扇本身和風(fēng)扇罩。對(duì)于沖壓效應(yīng)，風(fēng)扇和風(fēng)扇罩是阻力元件，它們?cè)黾恿藲饬鞯木植孔枇Γ档土藳_壓時(shí)冷卻氣流的流量。但是反過來(lái)，對(duì)于抽吸效應(yīng)，風(fēng)扇罩使風(fēng)扇的壓頭提高，提高了風(fēng)扇效率，加大了抽吸下的氣流流量。為了解決該矛盾，本文提出FHAGS技術(shù)，即將主動(dòng)格柵移到風(fēng)扇罩上，形成第三個(gè)變量φ（AGS開度），φ是一個(gè)主動(dòng)變量，通過它對(duì)冷卻氣流進(jìn)行調(diào)整，使AGS技術(shù)的應(yīng)用更加科學(xué)合理。

本項(xiàng)目利用一臺(tái)量產(chǎn)車進(jìn)行了FHAGS改裝，依托同濟(jì)大學(xué)上海地面交通工具風(fēng)洞中心，進(jìn)行了相關(guān)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了非常滿意的效果。

1 研究的內(nèi)容及方法

1.1 研究的內(nèi)容

整個(gè)研究分成三個(gè)部分：首先，研究參考車單獨(dú)散熱模塊在加裝FHAGS后冷卻氣流的影響規(guī)律，通過CFD和風(fēng)洞試驗(yàn)找出冷卻氣流隨V、n、φ三個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。其次，在整車上通過試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證這種影響規(guī)律的繼承性，同時(shí)得到整車上冷卻氣流流量的解析式，建立控制邏輯的計(jì)算基礎(chǔ)。此外，還要通過空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞（Aerodynamics Wind Tunnel，AWT）試驗(yàn)獲得FHAGS對(duì)風(fēng)阻的影響，評(píng)估流量計(jì)算的準(zhǔn)確性。最后，通過熱環(huán)境風(fēng)洞（Climatic Wind Tunnel，CWT）的熱平衡試驗(yàn)，驗(yàn)證控制邏輯的有效性，以及FHAGS主動(dòng)控制的準(zhǔn)確性。整個(gè)研究的內(nèi)容分解見表1。

表1 整個(gè)研究?jī)?nèi)容的分解示意

1.2 參考車輛及試驗(yàn)件改裝

參考車來(lái)自市售量產(chǎn)斯柯達(dá)明銳三廂轎車（圖1），其基本參數(shù)見表2，具有一定的代表性。

圖1 試驗(yàn)參考車

表2 參考車的基本參數(shù)

為實(shí)現(xiàn)FHAGS，對(duì)原風(fēng)扇罩進(jìn)行了改裝，將一塊305 mm×100 mm的格柵模塊固定在風(fēng)扇罩一側(cè)，如圖2所示。該格柵模塊帶有電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，可以控制格柵從0°～90°任意變化。

圖2 改裝后的風(fēng)扇罩

為了準(zhǔn)確客觀地反映FHAGS的作用，避免其它因素的影響，在試驗(yàn)時(shí)，用膠帶將風(fēng)扇罩上原有的被動(dòng)格柵封閉，使其失效。通過改裝，F(xiàn)HAGS在散熱器上可以增加1.2%的流通面積。

1.3 布點(diǎn)、參數(shù)計(jì)算及測(cè)量矩陣

為了全面客觀地反映FHAGS給發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻帶來(lái)的效果，需要同時(shí)在空氣側(cè)和防凍液側(cè)布置傳感器。空氣側(cè)需要知道冷卻氣流的流量以及散熱器進(jìn)出口的溫度。防凍液側(cè)則需要知道散熱器的進(jìn)出水溫度和進(jìn)出水流量。因此，根據(jù)測(cè)量的要求，在試驗(yàn)改裝的同時(shí)進(jìn)行了傳感器測(cè)點(diǎn)的布置。根據(jù)所需測(cè)量物理量特性的不同，分別采用了不同形式的傳感器，具體布置見表3。

表3 不同物理量測(cè)點(diǎn)布置

需要特別說(shuō)明的是，在空氣側(cè)葉輪風(fēng)速計(jì)的布置上，摒棄了傳統(tǒng)的等間隔橫平豎直的布置方式，轉(zhuǎn)而采用特征區(qū)域分割布置，如圖3所示。這樣布置的好處是可以避免由于葉輪位置不合理造成的測(cè)量誤差。這樣，對(duì)于FHAGS，葉輪11和12正好覆蓋其流動(dòng)區(qū)域，而對(duì)于風(fēng)扇電機(jī)而言，葉輪1是其直接反映。16個(gè)葉輪及其所代表的面積見表4。

圖3 采用特征區(qū)域分割的葉輪風(fēng)速計(jì)布置

表4 葉輪風(fēng)速計(jì)特征區(qū)域面積

在整個(gè)研究過程中，有4個(gè)參數(shù)貫穿始終，表5給出了它們的定義和量綱。

表5 主要計(jì)算參數(shù)及其量綱

正如上文所述，在本研究中有3個(gè)重要變量V、n、φ，因此在設(shè)計(jì)試驗(yàn)矩陣時(shí)，應(yīng)圍繞這3個(gè)變量展開。而作為驗(yàn)證試驗(yàn)，AWT風(fēng)阻試驗(yàn)則按照參考文獻(xiàn)［4］的要求進(jìn)行。進(jìn)行CWT熱平衡試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)了三種工況，分別是低速爬坡、中速爬坡和高速平坦路，目的是檢驗(yàn)FHAGS的實(shí)際效果。測(cè)量矩陣的詳細(xì)說(shuō)明見表6。

表6 測(cè)量矩陣

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

本研究依托同濟(jì)大學(xué)上海地面交通工具風(fēng)洞中心的兩座整車風(fēng)洞展開。其中AWT風(fēng)洞配有高精度六分量測(cè)力天平、道路模擬系統(tǒng)和邊界層抽吸系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確模擬車輛在行駛過程中周圍空氣的繞流情況，其風(fēng)阻測(cè)量客觀真實(shí)。CWT風(fēng)洞可以模擬寬泛的溫度和濕度環(huán)境，配備有高精度、大功率的底盤測(cè)功機(jī)，可以給車輛準(zhǔn)確加載，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的真實(shí)工作狀態(tài)。同時(shí)，CWT風(fēng)機(jī)可以跟隨底盤測(cè)功機(jī)調(diào)節(jié)氣流速度，實(shí)現(xiàn)冷卻氣流的真實(shí)模擬。參考車在兩座風(fēng)洞中的測(cè)試情況如圖4所示。

圖4 參考車在兩座風(fēng)洞中進(jìn)行測(cè)試的情況

1.5 CFD計(jì)算

為了直觀了解FHAGS對(duì)冷卻氣流的影響，便于更好地分析試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)參考車的單個(gè)前端進(jìn)氣模塊進(jìn)行仿真計(jì)算，模型見圖5。計(jì)算域尺寸為7 m×3 m×2 m，入口距冷卻模塊前端約2.7 m，出口距冷卻模塊后端約4 m。

模塊表面最小網(wǎng)格尺度為4 mm，局部加密網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)目約為800萬(wàn)個(gè)，如圖6所示。沖壓效應(yīng)計(jì)算采用速度入口和壓力出口，抽吸效應(yīng)計(jì)算采用壓力入口和壓力出口。

圖5 數(shù)值仿真模型

圖6 數(shù)值仿真計(jì)算網(wǎng)格

2 冷卻氣流的形成規(guī)律及FHAGS對(duì)其影響

2.1 沖壓效應(yīng)

氣流的沖壓效應(yīng)是車輛向前行駛自然產(chǎn)生的機(jī)艙內(nèi)流動(dòng)效應(yīng)。利用該效應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以得到非?！暗土钡睦鋮s支持。沖壓效應(yīng)產(chǎn)生的冷卻氣流流量與車輛行駛的速度息息相關(guān)。無(wú)論是模塊試驗(yàn)還是整車?yán)鋺B(tài)試驗(yàn)，包括CFD分析都可以得出同一個(gè)結(jié)果，那就是沖壓效應(yīng)產(chǎn)生的冷卻流量和車速呈正比關(guān)系（圖7），F(xiàn)HAGS對(duì)沖壓效應(yīng)的貢獻(xiàn)是積極的，在FHAGS全開的狀態(tài)下，整車的冷卻流量提高了8%。

通過模擬分析可知，在沖壓狀態(tài)下，F(xiàn)HAGS改善了冷卻模塊的背風(fēng)面流動(dòng)，特別是在FHAGS對(duì)應(yīng)區(qū)域后方的小背風(fēng)渦消失了，同時(shí)兩對(duì)大的背風(fēng)渦的強(qiáng)度有所減小（圖8）。隨著背風(fēng)區(qū)流動(dòng)的改善，散熱器上的速度分布也發(fā)生了變化，F(xiàn)HAGS提高了速度均勻度（圖9），有利于提高換熱效率。由圖10可知，45°之前，冷卻氣流速度的均勻度隨FHAGS開啟角度的增大而增大；45°之后，均勻度隨開啟角度的增大變化不大。

圖7 沖壓效應(yīng)下冷卻流量與車速的關(guān)系

圖8 FHAGS對(duì)冷卻模塊背風(fēng)面流動(dòng)的影響

圖9 FHAGS對(duì)散熱器表面速度分布的影響

圖10 氣流均勻度隨開度的變化

所以，僅從沖壓效應(yīng)的角度講，F(xiàn)HAGS改善了冷卻氣流的流動(dòng)，提高了散熱器表面速度的均勻度，致使冷卻氣流流量增多。

2.2 抽吸效應(yīng)

當(dāng)沖壓效應(yīng)產(chǎn)生的冷卻氣流流量滿足不了要求時(shí)，只能依靠風(fēng)扇抽吸效應(yīng)增加流量。特別是當(dāng)車輛怠速時(shí)，抽吸效應(yīng)就成了唯一措施。

與沖壓效應(yīng)類似，無(wú)論是模塊試驗(yàn)還是整車?yán)鋺B(tài)試驗(yàn)，在抽吸效應(yīng)下，冷卻氣流流量與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n成正比。但是，此時(shí)如果打開FHAGS，流量不僅沒有增加，反而降低了。如圖11所示，在整車?yán)鋺B(tài)試驗(yàn)中，φ=90o時(shí)，冷卻流量降低了8%。

圖11 抽吸效應(yīng)下冷卻氣流流量與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系

造成這一現(xiàn)象的原因是因?yàn)樵陲L(fēng)扇抽吸時(shí)，風(fēng)扇罩殼起到了增大風(fēng)扇與散熱器之間負(fù)壓區(qū)的作用。而一旦FHAGS打開，由于風(fēng)扇罩內(nèi)外壓差的作用，氣流會(huì)穿過FHAGS倒流到風(fēng)扇罩內(nèi)，導(dǎo)致散熱器表面速度均勻度變差，冷卻氣流減小，風(fēng)扇散熱效率降低，如圖12所示。

圖12 FHAGS對(duì)風(fēng)扇罩殼倒流的影響

整車條件下冷卻氣流均勻度隨FHAGS開度的變化情況，如圖13所示。相比沖壓效應(yīng)，其惡化程度非常明顯，總體接近10%。由此可見，在怠速時(shí)FHAGS應(yīng)保持關(guān)閉。

圖13 整車條件下冷卻氣流均勻度隨FHAGS開度的變化情況

2.3 組合效應(yīng)及流量計(jì)算解析

由2.1節(jié)和2.2節(jié)可知，沖壓效應(yīng)時(shí)，F(xiàn)HAGS開啟有利于冷卻；抽吸效應(yīng)時(shí)，F(xiàn)HAGS關(guān)閉有利于冷卻。車輛在行駛時(shí)的速度千變?nèi)f化，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷也隨之變化，需要多大的冷卻氣流流量，該如何正確控制FHAGS已成為必須解決的問題。

要解決上述問題，首先應(yīng)準(zhǔn)確知道所需冷卻氣流流量以及流量隨n、V、φ三個(gè)參數(shù)變化的關(guān)系，才能進(jìn)行有效的判斷。通過分析單獨(dú)沖壓和抽吸試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得：

（1）單獨(dú)沖壓時(shí)流量公式

（2）單獨(dú)抽吸時(shí)流量公式

如前所述，風(fēng)扇本身對(duì)冷卻氣流來(lái)講同樣是一個(gè)阻力源，沖壓效應(yīng)和抽吸效應(yīng)相互影響，其組合效果并非是單獨(dú)效應(yīng)的疊加，所以要找出組合效應(yīng)與單獨(dú)效應(yīng)間的關(guān)系。假設(shè)存在一個(gè)修正系數(shù)R，組合效應(yīng)下的流量QV.a和QV.s、QV.p存在以下關(guān)系：

然后確定R的計(jì)算公式。通過組合試驗(yàn)可知，實(shí)際流量和計(jì)算值之間的規(guī)律非常好，如圖14所示，呈二次曲線，這為推導(dǎo)R的計(jì)算公式提供了可能。

圖14 修正系數(shù)在不同V下隨n的變化情況

首先，設(shè)定R=A·n2+B·n+C，其中系數(shù)A、B、C隨車速的變化規(guī)律如圖15所示，同樣也呈二次曲線變化。其計(jì)算公式可以表示為：

圖15 A、B、C隨車速變化規(guī)律

對(duì)于系數(shù)矩陣隨FHAGS的變化，可以采取分段線性擬合的方式進(jìn)行計(jì)算，其表達(dá)式如下：

分段擬合得到的系數(shù)值見表7。

表7 分段擬合系數(shù)表

通過對(duì)組合試驗(yàn)的解析，將冷卻氣流流量計(jì)算與單獨(dú)沖壓效應(yīng)和抽吸效應(yīng)的標(biāo)定結(jié)果通過修正系數(shù)R聯(lián)系起來(lái)，這樣，只要知道當(dāng)前車速、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和FHAGS的開度，就可以計(jì)算出實(shí)際的冷卻氣流流量，為主動(dòng)控制冷卻氣流掃除了障礙。

3 FHAGS功能校核

3.1 對(duì)風(fēng)阻的影響及流量計(jì)算的準(zhǔn)確性

與傳統(tǒng)的AGS相比，F(xiàn)HAGS最大的不同在于它是從改善冷卻氣流的角度出發(fā)，通過優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。對(duì)于風(fēng)阻的影響，不求降低，但求不增加。因此，研究?jī)?nèi)容中專門有驗(yàn)證AWT風(fēng)洞［4］這一項(xiàng)，既可以考核風(fēng)阻，又可以驗(yàn)證流量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

不同速度和不同開度下風(fēng)阻系數(shù)的增量對(duì)比如圖16所示，在60 km/h的速度下，F(xiàn)HAGS可以降低風(fēng)阻，但在120 km/h的速度下卻又增加風(fēng)阻。無(wú)論增加量還是減少量都是在2個(gè)count以內(nèi)。所以，增加FHAGS并未打破原有的風(fēng)阻格局，其對(duì)風(fēng)阻的影響可以忽略。

圖16 FHAGS對(duì)風(fēng)阻的影響

進(jìn)行AWT試驗(yàn)時(shí)，并沒有拆除全部的測(cè)量?jī)x器，所以在獲得風(fēng)阻系數(shù)的同時(shí)，還可以檢驗(yàn)在2.3節(jié)中推導(dǎo)出的流量計(jì)算公式的準(zhǔn)確性。流量計(jì)算值和試驗(yàn)值的對(duì)比見表8，誤差在1%以內(nèi)，這表明計(jì)算公式是準(zhǔn)確可靠的。

表8 流量計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

因此，對(duì)于該參考車而言，加裝FHAGS后，在任何條件下都可以準(zhǔn)確定量計(jì)算出其冷卻氣流流量，形成一組Map圖，如圖17所示。通過該Map圖可以方便地查找特定流量下對(duì)應(yīng)的V、n、φ。同樣，也可以方便地知道在特定的車速下，如何執(zhí)行n與φ的控制以獲得同樣的流量。

圖17 不同車速下的冷卻氣流流量Map圖

3.2 控制策略

從降低油耗，減小噪聲的角度出發(fā)，通過FHAGS控制冷卻氣流應(yīng)該遵循風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最小原則，即在冷卻不足時(shí)，優(yōu)先增大FHAGS的開度，如果依然無(wú)法滿足，則提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。反之，如果冷卻過度，則優(yōu)先降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，然后再減小FHAGS開度，以確保水溫在設(shè)定最優(yōu)值的同時(shí)，風(fēng)扇油耗和噪聲處于最優(yōu)狀態(tài)。其控制原理如圖18所示。

圖18 FHAGS的控制策略

3.3 實(shí)際效果

通過熱平衡試驗(yàn)，可以直觀檢驗(yàn)FHAGS的實(shí)際效果（熱平衡試驗(yàn)設(shè)定環(huán)境溫度為35℃）。低速爬坡時(shí)（V=40 km/h，F(xiàn)=3 000 N，i=16.8%）散熱器進(jìn)出水的溫差變化，如圖19所示。由圖可知，低速時(shí)，由于沖壓效應(yīng)不占主導(dǎo)，冷卻氣流主要依靠風(fēng)扇的強(qiáng)制抽吸效應(yīng)產(chǎn)生，因此，F(xiàn)HAGS非但沒有提高溫差，反而降低了換熱效率。但是到了中高速時(shí)，由于沖壓效應(yīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，F(xiàn)HAGS可以明顯提高進(jìn)氣流量，降低進(jìn)出水溫度，提高散熱器的換熱效率。在中速爬坡時(shí)（V=110 km/h，F(xiàn)=2 159 N，i=10%，n=888 r/min），散熱器進(jìn)水溫度降低了2.2℃，出水溫度降低了2.8℃，溫差降低了0.6℃，如圖20所示，整個(gè)進(jìn)氣流量提高了3.2 kg/m；在高速爬坡時(shí)（V=160 km/h，F(xiàn)=1 862 N，i=6%，n=1 292 r/min），散熱器進(jìn)水溫度降低了1.1℃，出水溫度降低了3.5℃，溫差降低了2.4℃，如圖21所示，整個(gè)進(jìn)氣流量提高了4.1 kg/min。

圖19 低速爬坡時(shí)散熱器進(jìn)出水溫差變化

圖20 中速爬坡時(shí)散熱器進(jìn)出水溫差變化

圖21 高速爬坡時(shí)散熱器進(jìn)出水溫差變化

圖22 V=110 km/h時(shí)FHAGS與風(fēng)扇功率等價(jià)折算

以車速110 km/h為例，如圖22所示，在獲得等價(jià)冷卻效果的前提下，F(xiàn)HAGS打開26°，可以減少470 r/min的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率為59 W。

利用3.2節(jié)所述的控制策略在實(shí)際連續(xù)變工況中進(jìn)行的控制過程如圖23所示。在水溫尚未達(dá)到臨界值時(shí)，通過主動(dòng)降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（從2 800 r/min降到1 000 r/min）來(lái)減少風(fēng)扇油耗和噪聲。當(dāng)水溫觸發(fā)臨界值時(shí)，通過計(jì)算，先打開FHAGS至最佳角度，如果冷卻依然不夠，再提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。從實(shí)際應(yīng)用看，F(xiàn)HAGS有著非常不錯(cuò)的效果。

圖23 控制策略在連續(xù)變工況中的實(shí)際應(yīng)用

4 結(jié)論

（1）對(duì)于每一個(gè)具體的車型，都可通過整車風(fēng)洞試驗(yàn)得到冷卻氣流流量與車速和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速間的解析式，進(jìn)而可以構(gòu)建冷卻控制的模型和邏輯。

（2）冷卻氣流的這種解析關(guān)系在引入一個(gè)第三變量（比如FHAGS）時(shí)依然可以構(gòu)建，因此具有一定的廣義性。在以FHAGS作為第三變量時(shí)，通過合理的試驗(yàn)手段，可以將冷卻流量的計(jì)算精度控制在1%以內(nèi)，保證了控制效果的準(zhǔn)確性。

（3）作為一種新構(gòu)想，F(xiàn)HAGS具有成本低，對(duì)風(fēng)阻沒有影響的特點(diǎn)，對(duì)冷卻氣流的管理明顯，它既可以保留傳統(tǒng)風(fēng)扇罩的優(yōu)勢(shì)，又可以根據(jù)需要主動(dòng)改善沖壓效果，在解決沖壓和抽吸兩者矛盾的問題上提供了一種靈活、快速、實(shí)用的手段。

（4）建立在FHAGS基礎(chǔ)上的控制邏輯被試驗(yàn)證明是行之有效的。特別是對(duì)在中高車速下提高冷卻效率，降低風(fēng)扇油耗和噪聲具有明顯效果。在提倡節(jié)能減排和精細(xì)化設(shè)計(jì)的當(dāng)下，具有一定的推廣價(jià)值。

（References）：

［1］ 張斌，余小松，潘樂燕. 主動(dòng)進(jìn)氣格柵對(duì)整車性能的影響［J］. 客車技術(shù)，2015（1）：11-14. ZHANG Bin， YU Xiaosong，PAN Leyan. Influence of Active Grille Shutter to Performance of the Vehicle［J］. Bus & Coach Technology，2015（1）：11-14.（in Chinese）

［2］HUCHO W H，SOVRAN G. Aerodynamic of Road Vehicles ［J］. Annual Review of Fluid Mechanics，1987，25（1）：485-537.

［3］ 李坦，靳世平，黃素逸，等. 流場(chǎng)速度分布均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)比較與應(yīng)用研究［J］. 熱力發(fā)電，2013，42（11）：60-63. LI Tan，JIN Shiping，HUANG Suyi ，et al. Evaluation Indices of Flow Velocity Distribution Uniformity Comparison and Application ［J］.Thermal Power Generation，2013，42（11）：60-63. （in Chinese）

［4］SAE International. Measurement of Aerodynamic Performance for Mass-Produced Cars and Light-Duty Trucks［C］//SAE J 2881：2010.

作者介紹

劉曉暉（1970-），男，江西南昌人。高級(jí)工程師，主要從事汽車空氣動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)試驗(yàn)研究。

Tel：021-69583684

E-mail：xiaohui.liu@sawtc.com

Application of Fan Housing Active Grille Shutter for Cooling Air Flow Control on Vehicles

LIU Xiaohui1,2，PANG Jiabin2，WANG Jianxin2，LI Tiantian2，ZHU Zhijun2，ZHANG Jun3
（1. State Key Laboratory of Aerodynamics，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，Sichuan，China；2. Shanghai Automotive Wind Tunnel Center，Tongji University，Shanghai 201804，China；3. TEGG, SAIC Volkswagen Automotive Company Limited，Shanghai 201804，China）

From the analysis on the formation mechanism of car cooling airflow，a technology called fan housing active grille shutter (FHAGS) for airflow control was presented. The technique is different from the traditional active grille shutter (AGS), which focuses on the single function of reducing wind resistance. The FHAGS can not only keep the high efficiency of the traditional fan housing, but also can increase the cooling airflow under the stamping mode at middle/high speed. On the premise of equivalent cooling, using this technique can reduce the cooling fan speed, and therefore decrease the noise level and fuel consumption. Taking a reference vehicle as the research object, the paper introduced the test layout, data processing and the derivation of formulas. The effectiveness of the technique was verified by using the thermal wind tunnel test combined with the cooling air flow control theory. It is suggested that the FHAGS is worthy to be promoted as a technology of energy-saving and noise reduction.

thermal management；fan housing active grille shutter；cooling air flow；fuel consumption reduction；fan noise reduction

U464.138+.4

A

10.3969/j.issn.2095-1469.2017.04.07

2017-03-15 改稿日期：2017-04-25

空氣動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助（SKLA20160206）

參考文獻(xiàn)引用格式：

劉曉暉，龐加斌，王建新，等. 利用風(fēng)扇罩主動(dòng)格柵實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛冷卻氣流的控制［J］. 汽車工程學(xué)報(bào)，2017，7(4)：288-298.

LIU Xiaohui，PANG Jiabin，WANG Jianxin，et al. Application of Fan Housing Active Grille Shutter for Cooling Air Flow Control on Vehicles［J］. Chinese Journal of Automotive Engineering，2017，7(4)：288-298.(in Chinese)