基于整车行驶工况的热管理系统综合评价体系研究-绵羊汽车生活记录

【摘要】以某款客车的策动机热治理体例行为推敲对象，以客车14常用工况点下水泵和电扇的均匀功耗行为策动机热治理体例的经济性评判目标，并联结冷却本能目标和限

【摘要】以某款客车的策动机热治理体例行为推敲对象，以客车14常用工况点下水泵和电扇的均匀功耗行为策动机热治理体例的经济性评判目标，并联结冷却本能目标和局部性目标，设立筑设策动机热治理体例的归纳评判系统。以此评判系统行为评判目标，操纵GT-Drive和GT-Cool软件，以仿真模仿和试验相联结的格式，对散热器、水泵和电扇的分歧选型计划实行优化成婚。结果证明，体例功耗由2.61 kW低重到1.60 kW，欢喜境况温度值由49℃晋升到60℃。

汽车热治理技巧对汽车节能减排和降低整车本能有紧急效率，曾被美国列为21世纪商用车的闭节技巧之一。以往的推敲都是正在最大扭矩和最大功率点联结冷却常数或者冷却体例功耗等目标对冷却体例零部件实行成婚，很少商讨车辆的实践行驶情况。是以，本文正在现有热治理体例评判目标的基本上，提出了基于客车行驶工况的热治理体例归纳评判系统，并以此行为评判目标实行热治理体例的零部件选型成婚。

现行的热治理体例评判目标紧要有：冷却常数、欢喜境况温度（Air TO Boil,ATB）、冷却体例能耗、冷却效能、功率系数和体积系数。这些评判目标只是对热治理体例某一方面实行评判，缺乏对热治理体例的满堂性评判。本文正在原有目标的基本上提出了一种基于车辆实践行驶工况的热治理体例归纳评判系统，用于评判实车运转境况下冷却体例的本能。

车辆热治理体例的首要方向是知足车辆寻常行驶流程中的散热需求。重型商用车冷却体例的局部目标是指正在极限境况前提和极限工况下，策动机冷却液不超越最高许用温度。

参照国家轨范GB/T 12542—2009《汽车热均衡才具道道试验格式》，操纵策动机极限工况下的ATB行为冷却体例冷却才具的评判目标。

冷却电扇和水泵是冷却体例中的紧要耗功部件，正在对冷却体例经济性实行评判时，以车辆行驶工况下冷却体例的均匀功耗行为评判目标，其计划公式为：

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式中，E为基于车辆行驶工况下的冷却体例均匀功率；Pi为车辆行驶工况i下的冷却体例功率；Pwi为车辆行驶工况i下的冷却液侧的功率；Pai为车辆行驶工况i下的冷却气氛侧的功率；wi为车辆行驶工况i下的运转时光比例（权重系数）。

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组成评判系统方向函数的另一个闭节要素即是权重系数的分拨。权重系数的分拨能够根据方针剖判表面，构制推断矩阵计划取得，但更众的是通过体验来达成。正在热治理体例归纳评判系统中，权重系数能够遵照自己的需求分拨，相对灵巧。本文正在知足热治理体例局部性目标的情状下，更重视于热治理体例的经济性，是以看待权重值的分拨为冷却才具∶经济性=3∶7。

正在设立筑设的热治理体例归纳评判系统中，ATB为探索极大值的目标，热治理体例均匀功率为探索极小值的目标。将转移趋向联合为越大越好，采用量纲联合化公式，极大值和极小值为：

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式中，Si为参考值；Ci为计划计划（或试验）结果值；比值Ni的量纲为1，响应了分歧冷却体例计划相看待参考计划正在第i个目标上本能的优化/劣化水准，且Ni值越大，证明优化水准越大。

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式中，T即为冷却体例最终的归纳评判指数，响应了该计划相看待参考计划的优化/劣化幅度；k1、k2离别为ATB和冷却体例均匀功率正在归纳评判系统中的总权重，其值为该项目标权重与所对应的类目标权重的乘积；N1、N2离别为ATB和热治理体例均匀功率量纲联合化后的值。

利用GT-Drive软件设立筑设客车的仿真计划模子，基于客车的行驶轮回（C-WTVC,WTVC,World Transient Vehicle Cycle），通过仿真取得整车行驶轮回下的策动机运转工况点。

遵照分歧的仿真计划做事，搭筑整车动力总成成婚仿真模子，并实行标定和仿真计划。模子的紧要标定参数如表1所列，此中标定参数的试验数据出处于客车的整车道道试验。从表1能够看出，仿真计划值和试验值吻合较好。

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C-WTVC轮回工况是正在GB/T 27840—2011《重型商用车辆燃料消费量衡量格式》中原则了用来评判重型车燃油经济性的轮回工况。该轮回工况由市区、公道和高速工况3片面构成，分歧种别的车辆运转情状分歧。

所推敲车辆种别属于客车，满载质料为14 000 kg，遵照轨范可知市区、公道和高速工况的比例为1∶2∶7（GVW＞12 500 kg），此中GVW为网罗旅客质料的车辆总质料。

遵照C-WTVC的轮回工况数据，正在设立筑设的整车GTDrive模子中，离别运转市区轮回、公道轮回和高速轮回，仿线所示，此中BMEP为策动机均匀有用压力。策动机正在C-WTVC轮回下办事，图中负工况是因为轮回中的急减速流程中制动器办事形成的，该扭矩即为制动力扭矩，策动机正在该转速下的输出扭矩为零。

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将GT-Drive整车模子计划取得的策动机运转工况点实时光频率实行解决。能够看到，正在市区、公道和高速轮回中，策动机散布正在700～1 350 r/min区间内的工况点较少，且时光频率很小，是以将其行为一个工况区域解决；将1 350～2 300 r/min区间匀称划分为16个工况区域，如表2所列。

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正在知足肯定的许用差错下，瞬态轮回工况能够用若干个稳态工况点代替原瞬态工况以实行等效简化，利便实行策动机台架试验[5]。按此原则离别对市区、公道和高速轮回策动机运转工况散布图做划分解决，然后将单个工况区域内的工况点用一个常用稳态工况点表征。常用工况点由每个工况区域的均匀点来取代，其加权系数（时光频率）由区域内通盘工况点的总时光频率确定，取得市区、公道和高速轮回策动机的常用稳态工况点及当时光频率如图5～图7所示。

由文献[6]可知，正在对NEDC轮回实行稳态工况点简化时，当简化工况点的数目大于10个时，基于加权简化工况点的策动机油耗计划结果仍然根基趋于宁静，当无间减少简化工况点的数目，油耗计划结果根基褂讪。因为目前简化后的工况点数目大于10个，为利便评判实行如下解决：

所推敲客车热治理体例中冷却水泵采用皮带传动；冷却电扇采用三挡式电磁聚散器传动；空调的冷凝器与蒸发器一齐安置正在客车顶部，通过独立电扇来强制散热。利用GT-Cool软件设立筑设客车热治理体例的仿真模子。通过GT-Drive软件能够计划取得整车热均衡道道试验工况下对应的策动机运转工况点，以此行为GTCool仿真时的策动机工况。GT-Cool仿真时，遵守整车道道试验时策动机的形态，节温器成立全开，冷却模块的入口流速遵守整车策动机舱冷却模块流场试验的拟合值成立，境况温度25℃，境况压力为100 kPa，仿线所列。

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由表3可知，GT-Cool模子的仿真值和整车道道热均衡试验的试验值转移趋向对照吻合，且差错正在5%以内，此中差错出处于众个方面，紧要有模子中体验值的采用、试验值的衡量差错等。

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正在GT-Cool中成立境况温度为45℃，策动机正在外性情下运转，冷却液的进出口温度如图9所示。

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由图9能够看出，策动机冷却液出口温度随转速呈先升后降的趋向。这是由于策动机散热量随转速的降低而减少，水泵和电扇的办事才具也随之降低，冷却液流量和冷却风量减少，使得热治理体例的散热才具也延续晋升，是以导致高转速区间内冷却液的出口温度渐渐低重，正在转速1 600 r/min（最大扭矩点相近）时，策动机冷却液的出口温度最高，抵达96.4℃，仍低于最高许用温度100℃，知足热治理体例的强制性目标。

正在GT-Cool中成立分歧的境况温度，计划取得策动机最大扭矩点下的冷却液出口温度，如图10所示。

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由图10能够看出，跟着境况温度的降低，冷却液出口与冷却气氛间的温差减小，策动机冷却温度上升。正在境况温度为49℃时，冷却液抵达100℃而欢喜，是以原车热治理体例的ATB为49℃。

正在GT-Cool中成立策动机正在14常用工况下运转，计划取得各工况下水泵、电扇功耗，如图11所示。

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遵照前文客车14常用工况的权重系数，将策动机热治理体例的总功耗遵守公式（1）解决，取得策动机热治理的均匀功耗为2.60 kW。

策动机热治理体例涉及散热器、水泵和电扇等众个零部件，体例归纳本能的是非不单取决于单个零部件的本能，同时也取决于各个零部件之间的参数成婚。基于策动机热治理体例归纳评判系统，对分歧的零部件成婚计划实行评判，以采用最优的成婚计划。

遵照供应商供给的热治理体例各零部件新闻，原委筛选，最终确定3款散热器（A1、A2、A3）、2款水泵（B1、B2）和3款电扇（C1、C2、C3）行为热治理体例的成婚部件，整体参数睹表4。此中，A1、B1、C1为原车热治理体例零部件，其余为待选的散热器、电扇、水泵。通过对各零部件实行布列组合，能够取得18种分歧的成婚计划。

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正在GT-Cool模子平分别输入各成婚计划的零部件构造和本能参数，对以上各成婚计划实行策动机热治理体例强制性目标检查，挖掘A1B1C2和A1B2C2这两组计划正在境况温度45℃，节温器全开的形态下，冷却液出口温度大于100℃（睹图12），不知足央浼。

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对知足策动机热治理体例局部性目标的16组成婚计划做进一步仿真计划，对计划结果实行解决，取得各计划的ATB值，如图13所示。

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