基于環(huán)境模擬與室外道路的整車熱平衡試驗(yàn)比對研究

蘇志亮，張忠輝，沈 南，郝 亞

Su Zhiliang，Zhang Zhonghui，Shen Nan，Hao Ya

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

1 概 述

整車熱平衡試驗(yàn)通常以環(huán)境模擬和場地測試2種方式進(jìn)行。環(huán)境模擬因其條件可控、重復(fù)性好、便于量化分析，被各廠家作為整車環(huán)境適應(yīng)能力評定的主要方式。道路適應(yīng)性試驗(yàn)仍作為驗(yàn)證整車實(shí)際性能及是否滿足需求的重要依據(jù)[1]。為此，進(jìn)行比對研究，分析兩者間的聯(lián)系與差異，以便更好地開展此類試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)際道路地區(qū)適應(yīng)性試驗(yàn)和環(huán)境模擬試驗(yàn)是各廠家必須開展的試驗(yàn)內(nèi)容。

2.1 試驗(yàn)車輛

采用3輛不同車型的試驗(yàn)樣車作為研究對象，具體參數(shù)見表1。

2.2 試驗(yàn)條件、工況及路線

地區(qū)適應(yīng)性試驗(yàn)的地點(diǎn)分別為濕熱地區(qū)、高原地區(qū)及干熱地區(qū)。試驗(yàn)工況分為高速、低速和爬坡工況，對3輛樣車分別采集3種工況的環(huán)境溫度、濕度、光照和坡度等參數(shù)[2]，環(huán)境模擬試驗(yàn)以此為依據(jù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以代表性的爬坡工況為例進(jìn)行說明，具體見表2。

表1 試驗(yàn)車輛參數(shù)表

2.3 試驗(yàn)設(shè)備

對比試驗(yàn)所用試驗(yàn)設(shè)備見表3。

2.4 整車環(huán)境模擬試驗(yàn)

以實(shí)際道路適應(yīng)性試驗(yàn)為依據(jù)，完全按照表2的試驗(yàn)條件進(jìn)行模擬驗(yàn)證，如圖1所示。

表2 試驗(yàn)條件

表3 試驗(yàn)設(shè)備

圖1 環(huán)境模擬試驗(yàn)

3 試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，各工況變化規(guī)律基本相同，選取代表性的爬坡工況進(jìn)行說明。

3.1 機(jī)油和發(fā)動機(jī)出水溫度對比

在實(shí)際道路試驗(yàn)和環(huán)境倉模擬試驗(yàn)中，機(jī)油和發(fā)動機(jī)出水達(dá)到熱平衡時溫度數(shù)據(jù)對比見表4，溫度隨時間變化曲線分別如圖2、圖3所示。

表4 機(jī)油、發(fā)動機(jī)出水溫度數(shù)據(jù)對比℃

圖2 機(jī)油溫度變化曲線

圖3 發(fā)動機(jī)出水溫度變化曲線

結(jié)果分析：由圖2和圖3可以看出，工況相同條件下，機(jī)油溫度和發(fā)動機(jī)水溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時的內(nèi)外場溫度基本一致，因其主要受發(fā)動機(jī)本身參數(shù)影響；表4差值數(shù)據(jù)中最大值為3.6℃。結(jié)合表2得出，隨環(huán)境溫度升高，機(jī)油和水溫?zé)崞胶鉁囟纫采?，干熱地區(qū)最高。

3.2 變速箱油和后橋油溫度對比

在實(shí)際道路試驗(yàn)和環(huán)境倉模擬試驗(yàn)中，變速箱油和后橋油溫度最高值數(shù)據(jù)對比見表5，溫度隨時間變化曲線分別如圖4、圖5所示。

圖4 變速箱油溫度變化曲線

圖5 后橋油溫度變化曲線

結(jié)果分析：變速箱油、后橋油（后輪驅(qū)動）的冷卻主要靠殼體本身散熱，由于環(huán)境倉冷卻風(fēng)機(jī)及地面邊界影響，車身下部實(shí)際風(fēng)量小于外場，加之外場側(cè)風(fēng)和內(nèi)、外場地面輻射不同，導(dǎo)致環(huán)境倉測試溫度普遍高于外場測試溫度；油溫在不同試驗(yàn)地點(diǎn)呈持續(xù)上升過程，內(nèi)外場試驗(yàn)溫度變化趨勢一致，這與起始溫度有直接關(guān)系。

3.3 排氣歧管和催化器表面溫度對比

在實(shí)際道路試驗(yàn)和環(huán)境倉模擬試驗(yàn)中，排氣歧管和催化器表面溫度最高值數(shù)據(jù)對比見表6，溫度隨時間變化曲線分別如圖6、圖7所示。

結(jié)果分析：排氣歧管和催化器表面溫度直接與車輛負(fù)荷（擋位、轉(zhuǎn)速等）有關(guān)，排氣系統(tǒng)各測點(diǎn)在模擬趨勢及效果上基本保持一致。

圖6 排氣歧管溫度變化曲線

圖7 催化器表面溫度變化曲線

3.4 防火墻和前氧線束溫度對比

在實(shí)際道路試驗(yàn)和環(huán)境倉模擬試驗(yàn)中，防火墻和前氧線束溫度最高值數(shù)據(jù)對比見表7，溫度隨時間變化曲線分別如圖8、圖9所示。

圖8 防火墻溫度變化曲線

圖9 前氧線束溫度變化曲線

表5 變速箱油、后橋油溫度數(shù)據(jù)對比℃

表6 排氣歧管、催化器表面溫度數(shù)據(jù)對比℃

表7 防火墻、前氧線束溫度數(shù)據(jù)對比℃

結(jié)果分析：受發(fā)動機(jī)及排氣系統(tǒng)熱輻射影響較大，溫度隨工況不同變化明顯。在環(huán)境倉模擬試驗(yàn)中，受環(huán)境倉冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)口限制，無法完全覆蓋整個車頭位置，導(dǎo)致車輛發(fā)動機(jī)艙進(jìn)風(fēng)量少于外場，加之外場側(cè)風(fēng)等環(huán)境因素影響，使環(huán)境倉模擬試驗(yàn)各測點(diǎn)溫度高于外場測試溫度，并暫時未發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)溫度有明顯變化規(guī)律。整體上看，測點(diǎn)溫度與試驗(yàn)進(jìn)行的時間長短、起始溫度值和發(fā)動機(jī)怠速時間等因素有關(guān)。

4 結(jié) 論

根據(jù)實(shí)際道路及環(huán)境倉模擬整車熱平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出以下試驗(yàn)結(jié)論：

1）環(huán)境倉模擬試驗(yàn)完全可以滿足驗(yàn)證整車熱平衡、熱害問題的要求，其中發(fā)動機(jī)出水溫度和機(jī)油溫度驗(yàn)證效果的一致性很高。

2）環(huán)境倉模擬試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)整體較實(shí)際道路試驗(yàn)苛刻。

3）為了確保變速箱、分動器、前后橋油溫等試驗(yàn)起始條件及結(jié)果的一致性，建議在每個工況結(jié)束后加入怠速冷卻和小負(fù)荷穩(wěn)定工況，這樣可以保證每個工況的起始狀態(tài)一致，不受上一個工況的影響，提高環(huán)境模擬試驗(yàn)的重復(fù)性和一致性。

[1]王雁南. X111轎車發(fā)動機(jī)艙熱平衡分析與改進(jìn)[D]. 長春：吉林大學(xué)，2010.

[2]汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法：GB/T12542-2009 [S]．

[3]整車熱平衡能力環(huán)境模擬試驗(yàn)規(guī)范：Q BATC S 589 [S]．北京：北京汽車研究總院有限公司，2009.