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基于模型的汽車熱管理系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化
2024-10-09 08:45:39· 來源：AutoAero
冷卻系統(tǒng)模型
冷卻系統(tǒng)包括流體回路，如冷卻液回路、發(fā)動機(jī)油回路、傳動油回路、前端冷卻空氣和熱交換器模型。所有流體回路包括泵、閥、管、彎頭和過渡。這些流體回路模型將計算并預(yù)測不同駕駛周期的流量。冷卻液和油回路模型應(yīng)從設(shè)計CAD幾何圖形構(gòu)建，流動臺架測試可用于驗證模型。前端冷卻空氣可以從CFD獲得并應(yīng)用到1D模型中。圖3是從CFD仿真中得到的冷卻空氣矩陣的線性插值表面圖，可以并入1D模型中進(jìn)行空氣流量計算。該矩陣包括車輛速度和冷卻風(fēng)扇速度的全范圍掃描。
圖3.來自CFD的前端冷卻氣流面
熱交換器，如散熱器、油冷卻器和冷凝器，可以根據(jù)供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)和幾何圖形進(jìn)行建模。通常，供應(yīng)商將提供性能圖，無論是來自臺架測試還是仿真，包括熱傳遞或效率表，以及空氣、冷卻液或油側(cè)的壓力降。大多數(shù)商業(yè)軟件應(yīng)該能夠使用回歸方法對熱交換器性能進(jìn)行建模。動力總成熱模型
發(fā)動機(jī)熱模型
為了捕捉瞬態(tài)熱行為，發(fā)動機(jī)熱模型需要構(gòu)建熱質(zhì)量、熱容、熱流和流體流動。除了有用功外，燃燒產(chǎn)生的廢熱分布到金屬、冷卻液、油和環(huán)境空氣中。發(fā)動機(jī)熱模型涉及流體和金屬之間的對流和傳導(dǎo)。發(fā)動機(jī)熱模型已在先前的SAE論文中討論。模型已校準(zhǔn)并與發(fā)動機(jī)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。傳動熱模型
類似地，傳動熱模型涉及由齒輪組和油產(chǎn)生的熱量、熱質(zhì)量、油流動、金屬和流體之間的對流和傳導(dǎo)。傳動熱模型也已在先前的SAE論文中討論，并且模型已針對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證。車輛模型和駕駛周期
熱管理系統(tǒng)需要通過不同的駕駛周期進(jìn)行評估。通常有四種類型的周期：燃油經(jīng)濟(jì)性周期
FTP75城市和公路周期；US06和SC03周期；歐洲NEDC周期；新的全球WLTC周期。炎熱環(huán)境拖拽拖車駕駛
戴維斯壩坡度，貝克坡度。艙內(nèi)舒適性周期
在炎熱/寒冷環(huán)境中加熱和冷卻。現(xiàn)實世界正常駕駛周期
高速公路巡航，Vmax。不同的駕駛周期服務(wù)于熱管理系統(tǒng)的不同目的，并可能需要不同的控制策略。應(yīng)構(gòu)建車輛模型以能夠模擬這些駕駛周期。圖4是一個典型的車輛驅(qū)動模型，具有切換駕駛周期的能力。
動力總成和傳動效率模型
發(fā)動機(jī)冷摩擦模型
當(dāng)發(fā)動機(jī)在寒冷環(huán)境條件下啟動時，油的粘度比完全熱態(tài)時要高得多；因此，發(fā)動機(jī)摩擦功率要高得多。Shayler進(jìn)行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)一個簡單的關(guān)系，可用于冷摩擦校正。因子n在0.29到0.35之間。
Sandoval 另一方面，提出了一組更復(fù)雜的方程式，涉及更詳細(xì)的發(fā)動機(jī)幾何形狀。
然而，對于特定的發(fā)動機(jī)，應(yīng)通過測試重新校準(zhǔn)這些系數(shù)和參數(shù)。還注意到油的類型和參考溫度，導(dǎo)致不同的參考粘度，也應(yīng)該進(jìn)行校正。圖5顯示了一個基于實驗測試數(shù)據(jù)和修訂的Sandoval模型的V6發(fā)動機(jī)冷摩擦預(yù)測。
圖5.發(fā)動機(jī)摩擦轉(zhuǎn)矩與油溫
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