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汽車架構(gòu)開發(fā)中的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)方法研究

2021-10-27 00:56:10·  來源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：王偉民等  
　
文章來源：1.東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心引言本文在對整車熱管理系統(tǒng)熱安全和熱保護(hù)要求的基礎(chǔ)上，制定架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)熱安全和熱保護(hù)性能目標(biāo)和開發(fā)策略
文章來源：1.東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

引言
本文在對整車熱管理系統(tǒng)熱安全和熱保護(hù)要求的基礎(chǔ)上，制定架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)熱安全和熱保護(hù)性能目標(biāo)和開發(fā)策略。在某架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)的開發(fā)工作中，各類車型整車熱管理系統(tǒng)原理圖必須有關(guān)聯(lián)性和繼承性，并采用共同的工程解決方案實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)功能和性能目標(biāo)體系化，并完善整車熱管理系統(tǒng)的匹配和仿真方法。
還采用零部件模塊化方案保證零部件有合適的尺寸帶寬以滿足不同車型的性能要求，并采用共用的接口界面和相同的制造體系降低生產(chǎn)成本。
利用架構(gòu)樣車進(jìn)行整車熱管理系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)整車熱管理系統(tǒng)的高效高質(zhì)量設(shè)計(jì)開發(fā)。目前為止，架構(gòu)開發(fā)技術(shù)的論文文獻(xiàn)有一些，但是整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)的論文文獻(xiàn)很少，進(jìn)行這方面的探索很有必要，也十分重要。
1架構(gòu)開發(fā)中的整車熱管理系統(tǒng)定義和開發(fā)目標(biāo)
1.1架構(gòu)開發(fā)中的整車熱管理系統(tǒng)定義
架構(gòu)整車熱管理系統(tǒng)相關(guān)零部件，是指一系列代表整車熱管理性能的零部件和模塊總成。針對不同的子架構(gòu)和車型的整車熱管理系統(tǒng)的差異化需求，組成既有共性又有差異性的整車熱管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)相關(guān)的模塊、平臺(tái)和車型之間的相互關(guān)系如圖1所示。

架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下六個(gè)特征。
（1）共同的工程解決方案：架構(gòu)內(nèi)的同類車型的熱管理系統(tǒng)原理圖相同，架構(gòu)內(nèi)同類車型熱管理系統(tǒng)原理圖相同，不同類型車型的系統(tǒng)原理圖有明確的集成拓展關(guān)系。開發(fā)流程、功能性能目標(biāo)體系、仿真、標(biāo)定和試驗(yàn)方法基本一致，可拓展性和可推廣性強(qiáng)；
（2）一組共用的熱管理零部件系統(tǒng)：在保證工程解決方案相同的前提下盡最大可能地實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件共用；
（3）共同的功能和性能限制：共用的工程解決方案決定了架構(gòu)內(nèi)所有車型具有一定的熱管理性能共性，并且建立起工程解決方案之“最優(yōu)性”；
（4）合適的尺寸帶寬：用共同的工程方案解決關(guān)鍵尺寸在一定范圍內(nèi)的浮動(dòng)，進(jìn)一步滿足架構(gòu)各車型的整車熱管理系統(tǒng)的性能要求；
（5）一組共用的整車熱管理系統(tǒng)界面：用以保證關(guān)鍵架構(gòu)整車熱管理系統(tǒng)零部件的共用性；
（6）相同的制造體系：統(tǒng)一架構(gòu)車型相同的制造體系確保企業(yè)整體制造規(guī)劃的靈活性。
1.2架構(gòu)開發(fā)中的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)
某架構(gòu)開發(fā)初期主要由燃油車、HEV兩類車型組成，正在進(jìn)一步擴(kuò)展到PHEV、REEV和EV等車型。
架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)有四個(gè)領(lǐng)域F（功能和性能）、Q（質(zhì)量）、C（成本）和D（開發(fā)周期）。F（功能和性能）領(lǐng)域的開發(fā)目標(biāo)。功能方面要滿足燃油車和HEV等各類車型對各種使用工況下的整
車熱管理功能的要求。整車熱管理性能方面主要是兩個(gè)方面：發(fā)動(dòng)機(jī)和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的熱平衡溫度要分別低于四種典型工況（兩個(gè)高溫低速爬坡工況、一個(gè)高溫緩坡工況和高溫怠速工況）的許用溫度，動(dòng)力艙主要零部件要符合熱保護(hù)所要求的溫度限制要求，整車熱管理系統(tǒng)對整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性改善貢獻(xiàn)方面的目標(biāo)，今后要逐步完善。
Q（質(zhì)量）領(lǐng)域的開發(fā)目標(biāo)。根據(jù)系統(tǒng)潛在失效模式（DFEMA）提出開發(fā)問題再發(fā)防止對策。
C（成本）的開發(fā)目標(biāo)。通過架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，凸顯架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)的特征，確保架構(gòu)內(nèi)的模塊和核心零部件的通用化率，實(shí)現(xiàn)成本目標(biāo)。
D（開發(fā)周期）領(lǐng)域的開發(fā)目標(biāo)。通過架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)并且通過架構(gòu)樣車的試驗(yàn)驗(yàn)證，拓展車型的開發(fā)周期可以大大縮短至（30～50）％以上。

2架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)的開發(fā)策略
2.1架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)原則
對于平臺(tái)化開發(fā)過程中的整車熱管理性能來說，整體的實(shí)現(xiàn)策略是平臺(tái)內(nèi)不同類型車型采用繼承性很高的系統(tǒng)回路結(jié)構(gòu)，通過不同的核心零部件配置車型類型和大小的差異化，確保平臺(tái)內(nèi)各車型整車熱管理性能均達(dá)標(biāo)。
在架構(gòu)開發(fā)過程中，要有明確的策略實(shí)現(xiàn)架構(gòu)內(nèi)平臺(tái)和車型的變化。平臺(tái)內(nèi)各車型的整車熱管理系統(tǒng)的差異通過可變部分進(jìn)行調(diào)整，這些變化在同一架構(gòu)內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)，即架構(gòu)具有包容性。與此同時(shí)，架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還存在不可變部分，此部分的布置和設(shè)計(jì)對架構(gòu)內(nèi)所有車型是一致的，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于一個(gè)架構(gòu)會(huì)涉及架構(gòu)內(nèi)所有車型的沿用，其優(yōu)點(diǎn)可以繼承，其缺點(diǎn)亦會(huì)并存，因此架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)的不可變部分的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。
2.2整車熱管理系統(tǒng)核心零部件的模塊化策略
整車熱管理系統(tǒng)的主要作用是為了保證動(dòng)力總成的主要部件（發(fā)動(dòng)機(jī)、三電系統(tǒng)、變速箱等）工作在合適的溫度區(qū)間，保證它們的熱安全，有利于整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如圖3和圖4所示，燃油車和HEV車兩類車型的整車熱管理系統(tǒng)主要由空調(diào)系統(tǒng)模塊、前端模塊兩個(gè)模塊以及各種水泵、控制閥、管路和支架等組成。架構(gòu)內(nèi)的各類車型的熱管理系統(tǒng)原理圖有很高的共用性和繼承性，模塊和回路零部件的共用性和系列化就比較容易實(shí)現(xiàn)。


架構(gòu)的熱管理系統(tǒng)核心模塊和零部件的選擇原則如表1所示，具體的零部件選型還是進(jìn)行初步的匹配計(jì)算和詳細(xì)的系統(tǒng)仿真分析?？照{(diào)箱（HVAC）開發(fā)工作量大，開發(fā)周期長，需要考慮架構(gòu)內(nèi)各車型的最大制熱量和最大制冷量，盡量地布局少量規(guī)格不同的空調(diào)箱數(shù)量。空調(diào)壓縮機(jī)價(jià)格高，架構(gòu)內(nèi)只能選用少量排量規(guī)格（零部件尺寸帶寬）不同的壓縮機(jī)。架構(gòu)內(nèi)各車型前端模塊中的核心零部件除了散熱器芯厚（零部件尺寸帶寬）要隨整備質(zhì)量而系列化以外，其它零部件基本不變。熱管理系統(tǒng)回路中其它零部件，如冷卻液水泵、電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)、制冷劑回路和冷卻液回路控制閥等，除了制冷劑回路和冷卻液回路的管路和支架以外，都保持基本不變。

2.3整車熱管理系統(tǒng)V字形開發(fā)流程
架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)與單一車型的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)有所不同，需要重點(diǎn)考慮架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)的共同特征的實(shí)現(xiàn)。通過逐步完善圖3所示的V字形開發(fā)流程的各項(xiàng)開發(fā)技術(shù)，提高架構(gòu)內(nèi)各車型的整車熱管理系統(tǒng)的模塊和回路零部件的共用性，降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，減少零部件成本和系統(tǒng)開發(fā)成本。
3架構(gòu)樣車整車熱管理系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證
為實(shí)現(xiàn)架構(gòu)整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)的功能性能目標(biāo)，并考察熱管理系統(tǒng)的模塊化和核心零部件系列化是否可行、共同的工程解決方案是否合理，需要設(shè)計(jì)和搭建架構(gòu)樣車，需要進(jìn)行整車熱管理系統(tǒng)性能試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙的溫場試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
3.1架構(gòu)的代表性樣車的方案設(shè)計(jì)
不同于車型開發(fā)中騾子車設(shè)計(jì)方案只需對應(yīng)車型開發(fā)性能需求，架構(gòu)樣車代表性樣車方案設(shè)計(jì)需要以最少裝車方案數(shù)量來盡可能的覆蓋架構(gòu)性能帶寬最大邊界、并根據(jù)架構(gòu)動(dòng)力總成配置矩陣（發(fā)動(dòng)機(jī)+變速箱/混動(dòng)模塊或電機(jī)）選擇最具代表性的動(dòng)力總成搭配組合。
3.2架構(gòu)樣車裝車及試驗(yàn)驗(yàn)證
3.2.1架構(gòu)樣車裝車
為了保證架構(gòu)樣車能在架構(gòu)開發(fā)周期內(nèi)更高效及時(shí)地完成相關(guān)開發(fā)策略與技術(shù)方案的試驗(yàn)驗(yàn)證，并基于試驗(yàn)結(jié)果完成技術(shù)方案與成本優(yōu)化，需根據(jù)架構(gòu)開發(fā)主計(jì)劃對不同架構(gòu)樣車方案制定有針對性的裝車計(jì)劃與試驗(yàn)方案。
對于完全選用現(xiàn)有成熟模塊進(jìn)行裝車的樣車方案，其裝車及試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃應(yīng)安排在技術(shù)方案固化前，并預(yù)留1～2個(gè)月的優(yōu)化方案制定與驗(yàn)證時(shí)間。
對于核心模塊部件正在開發(fā)中的樣車方案，為保證架構(gòu)樣車試驗(yàn)代表性，架構(gòu)樣車裝車計(jì)劃應(yīng)緊隨模塊樣件/樣機(jī)交付節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)架構(gòu)開發(fā)主計(jì)劃合理預(yù)留優(yōu)化方案制定與驗(yàn)證時(shí)間。
3.2.2架構(gòu)樣車試驗(yàn)驗(yàn)證
架構(gòu)樣車整車熱管理試驗(yàn)需以驗(yàn)證架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)特征是否實(shí)現(xiàn)為目的，結(jié)合架構(gòu)樣車裝車方案特點(diǎn)有針對性地進(jìn)行試驗(yàn)方案制定與試驗(yàn)實(shí)施。如架構(gòu)樣車的整車熱管理系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證成功，則共同的工程解決方案有效，可以順利拓展到架構(gòu)內(nèi)各車型的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)中。
4架構(gòu)內(nèi)拓展車型的整車熱管理系統(tǒng)的高效開發(fā)
架構(gòu)樣車的整車熱管理系統(tǒng)通過試驗(yàn)驗(yàn)證、共同的工程解決方案得到認(rèn)可以后，同一架構(gòu)內(nèi)所開發(fā)的拓展車型，熱管理系統(tǒng)方案由成熟的架構(gòu)樣車方案演變而來，方案設(shè)計(jì)無需從零開始。架構(gòu)樣車裝車方案已經(jīng)考慮了多款動(dòng)力總成性能帶寬，架構(gòu)樣車的整車熱管理系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果具備較強(qiáng)的代表性，熱管理系統(tǒng)方案合理性已在架構(gòu)樣車上得到比較充分的驗(yàn)證。另外拓展車型可以在模塊化庫中選擇熱管理相關(guān)模塊和核心零部件，與架構(gòu)樣車的熱管理相關(guān)模塊和核心零部件具有很強(qiáng)的共用性、繼承性和拓展性。因此，拓展車型的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)將更加可靠，開發(fā)周期將大大縮短。

5結(jié)論
本文對某架構(gòu)的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)方法的各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，得出以下結(jié)論。
1）架構(gòu)項(xiàng)目的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)，需在設(shè)計(jì)之初就考慮架構(gòu)帶寬里各參數(shù)對整車熱管理性能的影響，以模塊庫內(nèi)的核心零部件組合應(yīng)對各車型整車熱管理系統(tǒng)功能和性能的要求，實(shí)現(xiàn)最佳的性能比。
2）明確了影響架構(gòu)整車熱管理系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，譬如發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱量、HEV高溫動(dòng)力性策略和前端模塊等，有的放矢地在開發(fā)過程中控制這些關(guān)鍵因素，實(shí)現(xiàn)整車熱管理系統(tǒng)性能達(dá)標(biāo)。
3）提出了基于架構(gòu)項(xiàng)目的整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)思路、方法和流程，可快速拓展應(yīng)用于架構(gòu)內(nèi)車型的整車熱管理系統(tǒng)的開發(fā)。
架構(gòu)整車熱管理系統(tǒng)將同架構(gòu)的各車型的核心零部件實(shí)現(xiàn)模塊化和系列化，不僅可以減少架構(gòu)中各車型的整車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷、縮短開發(fā)周期和降低零部件成本，而且還可減少拓展車型的整車熱管理系統(tǒng)試制和試驗(yàn)驗(yàn)證費(fèi)用，從而降低研發(fā)成本，使同架構(gòu)內(nèi)的各車型具有穩(wěn)定的整車熱管理性能，使企業(yè)具有更好的盈利模型，快速響應(yīng)市場、搶占先機(jī)。
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