整車熱管理系統(tǒng)集成仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證

鄭旭陽(yáng)，李韋林，崔 健，范皓龍

（1長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北 071000；2河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 071000）

當(dāng)前世界范圍內(nèi)的能源資源一直都十分緊缺，各個(gè)國(guó)家在發(fā)展過(guò)程中都在大力研究新能源汽車。這對(duì)于傳統(tǒng)燃油型的汽車發(fā)展造成了較為嚴(yán)重的影響。傳統(tǒng)燃油型的汽車在行駛過(guò)程中，其整車熱管理系統(tǒng)與整個(gè)車輛的能耗有著非常大的關(guān)系，因此將降低傳統(tǒng)燃油型汽車的能耗則必須要從整車熱管理系統(tǒng)入手，將動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，避免各個(gè)系統(tǒng)之間存在較為嚴(yán)重的影響，這樣才能有效提高傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)展水平。

1 仿真模型的建立

傳統(tǒng)燃油型汽車在行駛的過(guò)程中，整車熱管理系統(tǒng)會(huì)涉及很多子系統(tǒng)。其中最為主要的包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)，這三個(gè)系統(tǒng)之間會(huì)產(chǎn)生一定的相互作用。在具體的分析過(guò)程中，如果將其中任何一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)分析都會(huì)降低整個(gè)仿真研究的準(zhǔn)確性，因此在研究過(guò)程中需要將影響因素充分考慮在內(nèi)，將三者看作一個(gè)整體進(jìn)行研究，這樣才能提高仿真分析的準(zhǔn)確性。在建立仿真車模型的過(guò)程中可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行建立，分別是一維仿真模型和三維仿真模型。

1.1 一維仿真模型

在進(jìn)行一維仿真模型構(gòu)建的過(guò)程中，可以分為兩種方式，首先第一種是在一個(gè)1d軟件內(nèi)將三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行同時(shí)搭建，采用該種方法的優(yōu)點(diǎn)在于各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行自動(dòng)的交換，但是缺點(diǎn)就在于由于是同時(shí)進(jìn)行三個(gè)系統(tǒng)的搭建，整個(gè)搭建過(guò)程顯得十分繁瑣，而且在對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，也需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間。除了該種方式以外，還有一種方式則是采用不同的1D軟件進(jìn)行建模，通過(guò)這樣的方式，能夠有效提高各個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，但是缺點(diǎn)就是需要采用多種不同的1D軟件，而且在具體構(gòu)建過(guò)程中，由于軟件較多，自動(dòng)耦合作用就會(huì)糟為復(fù)雜。文章在研究過(guò)程中則選取了第2種建模方式，通過(guò)第2種建模方式，能夠提高建模效率，同時(shí)還能有效避免重復(fù)建模情況的出現(xiàn)。

1.2 三維仿真模型

設(shè)計(jì)人員在對(duì)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，在前期都會(huì)使用1D方法來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行細(xì)致的分析，但是采用1D方法則會(huì)存在較大的誤差，這樣就會(huì)對(duì)后續(xù)的研究造成一定影響。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以采用三維cfd方法來(lái)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，通過(guò)cfd的方式能夠更加準(zhǔn)確的判斷進(jìn)風(fēng)量，保證數(shù)據(jù)信息的真實(shí)準(zhǔn)確性。

2 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比及驗(yàn)證

2.1 前端模塊進(jìn)風(fēng)量對(duì)比

通過(guò)研究能夠發(fā)現(xiàn)，前端模塊的進(jìn)風(fēng)量會(huì)對(duì)整個(gè)空調(diào)制冷系統(tǒng)造成影響，為了更好的對(duì)風(fēng)速進(jìn)行預(yù)測(cè)，文章在研究過(guò)程中使用了葉輪式的風(fēng)速測(cè)量?jī)x。通過(guò)數(shù)據(jù)能夠看出，處于5-8的位置精準(zhǔn)度較差，1-4相對(duì)來(lái)說(shuō)要好一些，而9-12的位置精準(zhǔn)度是最高的。5-8的位置之所以精準(zhǔn)度較差是因?yàn)檐囕v在行駛的過(guò)程中，會(huì)直接沖擊葉輪，進(jìn)而造成精準(zhǔn)性較差的問(wèn)題。9-12的精準(zhǔn)性較高是因?yàn)樵撾A段的葉輪正對(duì)著下格柵的開(kāi)口處，因此精準(zhǔn)性就會(huì)相對(duì)較高。

2.2 熱管理系統(tǒng)ID仿真分析結(jié)果對(duì)比

在進(jìn)行整車熱管理系統(tǒng)集成仿真的過(guò)程中，主要是將三個(gè)不同的系統(tǒng)進(jìn)行耦合集成，通過(guò)耦合集成的方式能夠得到更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。將三個(gè)不同的系統(tǒng)看做一個(gè)整體，能夠有效提高研究的準(zhǔn)確性，同時(shí)消除對(duì)單個(gè)系統(tǒng)研究過(guò)程中所存在的一些誤差。文章在研究過(guò)程中對(duì)熱管理系統(tǒng)仿真結(jié)果與試驗(yàn)的對(duì)比情況進(jìn)行了分析，如下是整個(gè)對(duì)比研究的結(jié)果，從圖中能夠看出，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度較高，但是轉(zhuǎn)矩的精準(zhǔn)度卻較差。在具體的研究過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)車輛在進(jìn)行高速爬坡的過(guò)程中，所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果和仿真結(jié)果一致，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，也出現(xiàn)了冷卻液溫度報(bào)警的情況，通過(guò)這一現(xiàn)象能夠得出相應(yīng)的結(jié)論。在具體的研究過(guò)程中，可以通過(guò)相應(yīng)的專業(yè)軟件來(lái)進(jìn)行集成分析，并且能夠充分保證整個(gè)仿真過(guò)程的精確度。

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2.3 熱害仿真結(jié)果對(duì)比

前期的熱管理系統(tǒng)1D集成仿真能夠得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)能夠?yàn)闊岷Ψ抡嫜芯刻峁?shù)據(jù)支持，從而避免在進(jìn)行邊界輸入的過(guò)程中出現(xiàn)一些較為嚴(yán)重的誤差。在進(jìn)行熱害仿真研究的過(guò)程中都是采用三維cfd的方式。在具體的研究過(guò)程中雖然不能保證所有的數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確的，但是整體的誤差不超過(guò)10%。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用1D模型能夠?qū)鲃?dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及冷卻進(jìn)行進(jìn)行科學(xué)有效的集成，通過(guò)仿真模式，可以科學(xué)準(zhǔn)確地分析出當(dāng)前整車熱管理子系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系。