整車中通道地毯熱管理性能防護研究

聶延志 吳濤 李靜 田文毅 殷農(nóng)民

摘要：某車型在整車環(huán)境艙熱管理試驗后，排查車輛時發(fā)現(xiàn)中通道地毯減震墊有局部烤糊現(xiàn)象、對數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)地毯溫度值在惡劣工況下超出了人體感官舒適區(qū)。針對發(fā)現(xiàn)問題提出主動隔熱和被動隔熱方案在故障車上進行了對比驗證，并根據(jù)測試結(jié)果確定了最優(yōu)方案，給出在產(chǎn)品開發(fā)過程中遇到類似問題的規(guī)避建議。

關(guān)鍵詞：中通道地毯;熱管理

1 引言

汽車越來越多的開始走入尋常百姓家庭，車輛需滿足不同季節(jié)環(huán)境溫度和路況負荷的多重考驗，汽車在高溫大負荷工況下往往發(fā)熱比較惡劣，大多數(shù)廠家車型開發(fā)往往比較關(guān)注車輛前艙和下底盤部件之間非金屬件的溫度超標防護。往往容易忽略對汽車內(nèi)部某些關(guān)鍵部件的熱防護，而車輛地毯和地毯減震墊由于覆蓋在整車鈑金與乘客之間，具有墊高、平整、吸塵、隔音、隔熱和美觀的效果，作為和乘客腳部接觸最親密的部位，若熱防護不當，易導致乘客恐慌與抱怨，甚至融化揮發(fā)處有毒有害氣體，導致乘客頭暈惡心等嚴重后果。本文通過對某款車輛地毯溫度超標的問題進行分析及驗證，論述了地毯熱防護的的重要性，總結(jié)了整車熱管理性能在設計過程中的隱性問題，從而規(guī)避后期汽車設計出現(xiàn)類似問題。

2 問題提出

2.1 問題描述

某車型在整車熱管理試驗過程中發(fā)現(xiàn)中通道后排地毯處溫度超過53℃;而整車熱管理性能要求車輛行駛中地毯表面溫度≤45℃，停車怠速中地毯表面溫度≤50℃。溫度過高將導致乘客感覺腳底發(fā)燙和恐慌，尤其是在夏季高溫，國內(nèi)大部分城市環(huán)境溫度最高可超過40℃，很多乘客平時身著短褲和涼鞋，在乘坐車輛時引起烘烤感，造成不適。溫度過高，同樣亦導致地毯有害揮發(fā)物增加，乘客易導致頭暈惡心;同時地毯溫度過高會造成車內(nèi)空調(diào)降溫負荷增大，增加油耗;溫度過高加速底板涂膠老化，降低底盤防腐及防碎石沖擊能力。

2.2問題分析

在拆解車輛后排地毯裝置后，發(fā)現(xiàn)地毯下方地毯減震墊裝置已燒結(jié)軟化變形，溫度超標問題十分嚴重，故障件見圖1。

對試驗樣車拆解過程中發(fā)現(xiàn)，后排地毯下方馬鞍形中通道鈑金下方有排氣管路通過，而排氣管路與馬鞍形鈑金僅為30mm間隙。通過環(huán)境倉試驗發(fā)現(xiàn)此間隙易導致大量的熱量輻射到鈑金，而鈑金由于大部分為鋼板材質(zhì)，極易吸熱與導熱。由于鈑金溫度過高，地毯雖能隔絕部分熱量，但在長時間的熱量傳遞后，仍超過人體感覺不適的溫度值。故障試驗車測試結(jié)果見表l，布點示意圖見圖2。

2.3 方案分析

通過對試驗測試溫度數(shù)據(jù)分析，判斷此問題主要是排氣管路上方無隔熱措施且與車身鈑金距離過小導致。此位置在車輛行駛過程中風速較高，不易再采取導風降溫方案。綜合成本考慮，最終采取隔熱板方式進行熱量阻隔防護。確定通過試驗對兩種隔熱方案進行了對比驗證，方案一：隔熱罩固定在排氣管上進行主動隔熱，方案見圖3;方案2：隔熱罩固定到中通道下表面，對地板進行被動防護，方案見圖4。

3 試驗結(jié)果

3.1 試驗開展

對比驗證試驗方案驗證在整車環(huán)境環(huán)境艙中進行，見圖5;選取熱輻射及地毯超標最嚴重的山路爬坡工況進行試驗，試驗條件如表2所示：

3.2試驗結(jié)果分析

方案l測試結(jié)果顯示排氣管表面溫度較故障車有升高趨勢，但是地板鈑金溫度有所下降。分析原因是由于增加焊接隔熱罩后，排氣管與隔熱罩之間熱量被隔熱罩包覆，外部氣流無法進，導致排氣管散熱效率下降，溫度升高。但是隔熱罩對地板也起到了隔熱降溫作用，地板鈑金降低約44℃。

方案2測試結(jié)果顯示地板鈑金表面溫度降低76℃、減震墊溫度達標且無任何變形現(xiàn)象，同時地毯溫度降低到35℃以下。分析原因是由于：

（l）壓花鋁板表面有大量凸凹不平的反射弧面，相當于增大了單位面積的反射效率;

（2）壓花鋁板的面積較大、導熱效率高，可在反射熱量的同時，快速的與通過中通道的空氣進行熱交換，增加熱量的散發(fā)速率，降低溫度的平衡點。

考慮車身鈑金需在行駛過程中避免碎石敲擊、平整氣流以降低紊流的需求，中通道地毯防護最終采用方案2，隔熱效果最佳的基礎(chǔ)上，也對車身鈑金起到防護作用。兩種方案對比測試結(jié)果見表3。

4 總結(jié)

目前各主機廠只做地毯零部件的單體試驗，對整車地毯溫度要求無過多關(guān)注，整車地毯雖不是汽車開發(fā)過程中的國家強制法規(guī)要求，但地毯溫度超標可能產(chǎn)生的隱性的有毒揮發(fā)氣體，燙傷事故，甚至是自燃事件，必須予以重視。通過本次試驗對主動隔熱和被動隔熱的效果對比發(fā)現(xiàn)，對已單個零件而言，采用被動隔熱的效果要優(yōu)于主動隔熱。因此對于單一超標問題，建議優(yōu)先采用被動隔熱的措施。對于多個零部件區(qū)域性超標問題，從安裝隔熱罩數(shù)量以及工藝方面考慮，建議優(yōu)先采用主動隔熱，并且主動隔熱罩需要與熱源保持適當?shù)木嚯x，以便熱量的散發(fā)，增加隔熱效果。

參考文獻：

[1]許國良，王曉墨，鄔田華，陳維漢.工程傳熱學.北京.中國電力出版社

[2]張爽賀，永剛，張治國，黃昌瑞，王雷汽車排氣催化器的隔熱方法研究汽車實用技術(shù)。

作者簡介

聶延志眾泰汽車股份有限公司、主管工程師、項目管理方向。