空调管路加注口结构分析的制作方法

本公开总体上涉及车辆空调(A/C)管路。更具体地，本公开涉及比如在车辆装配期间完成的制冷剂充注过程期间，用于A/C管路总成的结构性能的分析的程序。

背景技术：

在车辆的装配过程期间，汽车制冷剂通过加注口供应给车辆空调(A/C)系统，该加注口相应地与包含A/C管路总成的管道流体连接。在制冷剂充注的过程期间，由于加注设备的重量、将加注设备连接至加注口的过程、以及在加注/充注过程期间比如在装配线上车辆的位移，加注口和A/C管道受到各种应力。然而，目前没有用于分析A/C管路完整性的标准化程序。

为了满足本领域的这种需要，本公开高水平地涉及用于A/C管路的结构完整性的分析的程序和系统。有利地，程序是作为虚拟程序来完成的，在制冷剂加注的任何步骤之前并且不需要实际A/C系统元件部分的物理应力测试，这允许结构完整性的测定。在现代汽车制造工厂，这提供了显著优势，在该工厂中通常制造和装配多种汽车车型/型号，每个都潜在地需要不同的A/C管路结构/几何结构。

技术实现要素：

根据本文描述的目的和益处，在一个方面，描述了用于车辆空调(A/C)系统结构的虚拟测试的计算机实现的系统。该系统包括基于可编程处理器的子系统，该子系统包括至少一个可操作以执行计算机可读指令的处理器、至少一个图形处理单元、以及至少一个存储器。在实施例中，计算机可读指令至少包括配置成渲染模拟A/C系统几何结构的三维A/C系统表示的渲染引擎，该A/C系统几何结构至少包括A/C加注口和至少一个A/C管路以及A/C管路材料性能。指令至少还包括配置成模拟A/C制冷剂充注过程的有限元分析引擎。

有限元分析引擎配置成模拟制冷剂充注过程，包括通过模拟的制冷剂加注工具来施加模拟的加注口的z轴上的垂直荷载和施加于模拟的加注口的x轴上的至少一个水平荷载中的一个或二者。有限元分析引擎还配置成计算在最大施加的垂直荷载和/或水平荷载下模拟的加注口偏转以及在垂直荷载和/或水平荷载的施加之后残余模拟的加注口偏转中的一个或二者。

在实施例中，有限元分析引擎配置成模拟制冷剂充注过程，包括围绕模拟的加注口的z轴沿着360度圆周施加水平荷载。有限元分析引擎在实施例中配置成模拟制冷剂充注过程，包括以45度增量方式围绕模拟的加注口的z轴沿着360度圆周施加水平荷载。在实施例中，有限元分析引擎配置成模拟制冷剂充注过程，至少包括施加和释放大约15磅力的垂直荷载以及施加和释放大约5磅力的水平荷载。

渲染引擎配置成渲染在模拟的制冷剂充注过程期间和/或在模拟的制冷剂充注过程之后模拟的加注口应变等值线的三维表示。

在另一方面，描述了用于车辆空调(A/C)系统结构的虚拟测试的计算机实现的方法。

在下面的说明书中，示出和描述了用于车辆A/C系统的结构完整性的虚拟分析的系统和方法的实施例。如应当意识到的，装置能够有其他不同的实施例，并且在没有背离下述权利要求中提出和描述的装置和方法的情况下，其几个细节全部能够在不同的明显方面修改。因此，附图和说明书本质上应该被认为是说明性的而不是限制性的。

附图说明

结合在本文中并且形成说明书的一部分的附图说明了用于车辆A/C系统的结构完整性的虚拟分析的公开的系统和方法的几个方面，并且和说明书一起用于解释其某些原则。在附图中：

图1描述了代表性的车辆A/C管路几何结构；

图2描述了用于图1的A/C几何结构的代表性的制冷剂充注过程；

图3以流程图形式描述了根据本公开的用于车辆A/C系统的结构完整性的虚拟分析的方法；

图4描述了代表性的虚拟A/C系统几何结构；

图5示出了代表性的A/C几何结构偏转图；

图6图示地说明了用于实施图3所示的方法的代表性系统；

图7以流程图形式示出了代表性的加注口工作流程分析；

图8描述了代表性的A/C管路结构；

图9A描述了使用图6的系统和图3的方法渲染的代表性的三维A/C几何结构，并且示出A/C管路对施加荷载力的偏转响应；以及

图9B绘制了图9A的A/C几何结构的代表性偏转。

现在将详细参考用于车辆A/C系统的结构完整性的虚拟分析的公开的系统和方法的实施例，其示例在附图中进行说明，其中相同的附图标记表示相同的特征。

具体实施方式

以高水平，本公开针对用于评估A/C系统的制冷剂管路的结构性能的计算机辅助工程程序和系统。系统模拟通过在车辆装配期间通常使用的制冷剂充注设备施加于A/C系统的元件上的力。系统和程序将这种力以及A/C管路几何结构和材料性能纳入考虑，并且确定通过制冷剂充注设备施加于A/C系统的元件上的最大偏转和最大应力。通过描述的程序和系统，在原型制造和物理测试之前，可以选择、测试和优化A/C管路几何结构和材料。

现在参考图示地说明代表性的车辆A/C制冷剂系统100的图1。众所周知，系统100至少包括多个A/C管路102和加注口104，制冷剂通过加注口104分配到A/C系统中。其他已知的元件包括一个或多个接头106、软管108、消音器110、压接部(crimps)112、倒钩114、套筒116和传感器118。当然，所示系统100仅是代表性的，并且可以根据从车辆品牌/型号到车辆品牌/型号的大小、部件等而变化。

如图2所示，在用制冷剂充注系统100的过程期间，充注工具200连接至加注口104。加注口104打开以允许将制冷剂分配到系统100中。在车辆制造过程期间，在最终车身装配之后并且在车辆运送出去之前，这通常首先发生。在制冷剂加注过程期间，比如在连接过程期间并且由于制冷剂加注设备的重量，充注工具200把某些应力和位移施加于系统100的元件上。特别地，充注工具和相关设备沿着加注口104的z轴(参照箭头A)施加垂直荷载。同样，当制冷剂加注过程执行作为车辆的制造/最终装配的一部分时，因为车辆通常比如通过输送机而沿着装配线移动，横向或水平荷载通过充注工具和设备沿着加注口104的x轴施加。

为此，需要确定车辆A/C系统100的结构完整性是必要的，以确保在制冷剂加注过程期间它将不会损坏或永久变形。作为一非限制性示例，某些行业性能标准要求当受到5磅力(lbf)垂直力和5lbf水平力时制冷剂加注口和连接的制冷剂管道不得损坏或永久变形。通常通过执行实际A/C管路结构的物理应力测试来完成这种测试。然而，如上所述，物理应力测试实际原型A/C管路几何结构强加了显著的时间和劳动力/设备成本，特别是当任何人考虑在特定的制造工厂中制造和装配的多个汽车车型/型号时，每个都潜在地需要不同的A/C结构/几何结构。

为了解决这个问题，本公开描述了用于执行当受到在制冷剂加注过程期间通常遇到的荷载时的A/C管路强度和刚度性能的标准化虚拟分析的计算机实现的系统。如将要领会的是，描述的系统允许以任何所需的几何结构/结构并且使用任何所需材料来提供A/C系统的虚拟表示，并且确定对在典型的制冷剂加注过程期间可能遇到的垂直和水平荷载的A/C管路总成响应。在没有必须对原型A/C系统执行物理应力测试的情况下，这允许获得在制冷剂加注过程期间的A/C管路设计鲁棒性的测量。

参考图3，描述的计算机实现的系统执行用于分析虚拟A/C系统管路强度/刚度的方法300。如将要领会的是，可以顺序、同时或组合地执行描述的方法步骤。方法包括建模以配置虚拟A/C几何结构400(参照图4)的步骤302，其包括合并与构成A/C系统的材料有关的数据。配置的虚拟A/C几何结构至少包括A/C管路402和制冷剂加注口406。几何结构400可以进一步地包括固定的附件408的一个或多个表示，即表示将要固定至例如车辆或车辆部件(未示出)的一部分的A/C管路总成几何结构的部分的边界条件。

更详细地，建模步骤302包括比如通过计算机辅助设计(CAD)程序创建虚拟A/C管路模型几何结构400的步骤304。在步骤306，接收CAD模型，并且在步骤308，根据计算机辅助工程(CAE)原则如所需地完善CAD模型。接下来，在步骤310，CAD模型转换为合适的CAE兼容格式。

接下来是预处理步骤302。在CAD模型输入CAE软件(步骤314)之后，网格划分模型(步骤316)并且限定边界条件(步骤316)。在步骤320，限定材料性能。如将要领会的是，这需要特定材料的选择，A/C管路几何结构由该特定材料构成。在步骤322，选择的材料的物理性能输入到CAE程序中。接下来，在步骤324，限定建模的A/C管路400几何结构在分析期间将受到的特定垂直和/或水平荷载。如上所述，这些限定的荷载可以通过行业标准或政府规程建立，或可以通过特定的制造商建立。如上所述，在一个实施例中，代表性的限定荷载是15lbf垂直力和5lbf水平力。接下来，在步骤326，将包括选择的材料物理性能的建模的A/C管路400几何结构和荷载定义提交至处理单元以用于确认。如果检测到致命错误，那么重复程序以校正错误(步骤328)。如果没有检测到致命错误，那么虚拟系统为分析做好了准备。

步骤330是后处理步骤，其中建模的A/C管路400几何结构受到限定的模拟垂直和/或水平荷载。分析建模的系统以确定在最大或完全施加的模拟垂直和/或水平荷载下的偏转(步骤332)并且渲染确定的最大荷载的虚拟三维表示(步骤334)。参考图4，在实施例中，如将对与沿着装配线移动的车辆有关的A/C管路几何结构所预期的，可以围绕加注口406的z轴沿着360度圆周以增量方式施加和释放多个虚拟的水平荷载。在描述的实施例中，施加垂直荷载，并且沿着360度圆周以45度增量施加和释放8个水平荷载。当然，这些仅是代表性的，并且替代的垂直和水平荷载是可能的并且在此预期使用。接下来(步骤336)，系统确定在施加和释放限定的模拟的垂直和/或水平荷载之后的残余偏转，并且渲染确定的残余应变等值线的虚拟三维表示(步骤338)。

可以绘制这些偏转响应以提供在模拟的制冷剂加注过程期间遇到的A/C加注口406偏转量的测量，并且同样重要地提供在加注过程终止之后的残余偏转量的测量(参照图5)。最后，在荷载的模拟施加期间(步骤334)和之后(步骤338)，系统300可选择地提供A/C系统400的三维表示(步骤332和336)，以视觉上说明在加注过程期间施加在A/C系统偏转几何结构上的塑性应变等值线以及在加注过程终止之后的残余塑性应变等值线。

图5示出虚拟加注口406的最大和残余偏转的代表性图。如图4所示，水平荷载横向于加注口406的x轴以0度施加于加注口406。虽然示出加注口406的横向偏转(实线)，但残余偏转(虚线)是可接受的。因此，提供A/C系统管路强度和刚度的测量。在典型分析中，该分析和标图将围绕加注口406的z轴沿着360度圆周以45度增量(或任何其他所需或需要的间距)重复。

图3阐明的方法通常通过包括含有一个或多个计算装置的基于可编程处理器的系统的计算机化系统来执行。这种系统的具体性质在本领域中是已知的并且在此不需要广泛的讨论。然而，以高水平，计算装置可以设置为个人或网络物理或虚拟机，包括与各种其他网络和计算装置一起设置的主机客户机。主机可以代表不同设计的服务器。客户机可以是通用或专用计算装置，其包括具有话务员监视器和比如键盘和/或鼠标这样的用户界面的传统的固定和移动装置。计算机内部地包括具有不同设计和制造的处理单元、至少一个存储器、以及总线，该总线连接比如PDA(个人数字助理)、摄像机、扫描仪、打印机、手持装置、存储装置和其他这样的各种内部/外部单元。存储装置可以是本地的或远程的。主机和客户机可以通过有线连接、无线地或通过直接(内联网)或间接的组合彼此通信。多种网络类型是已知的，包括但不旨于任何限制，局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)和存储区域网(SAN)。

在一实施例中，参考图6，用于执行图3中阐明的计算实现的方法的基于可编程处理器的系统600包括一个或多个计算装置602，该计算装置602包括至少一个可操作地执行计算机可读指令的处理器604、至少一个图形处理单元606、以及至少一个存储器608，该处理器608可以是任何合适的存储器，例如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EEPROM(电可擦只读存储器)、以及其他。处理器604配置成执行计算机可读指令，该计算机可读指令至少包括配置成渲染模拟A/C系统400几何结构的三维A/C系统表示的渲染引擎610，该A/C系统400几何结构如上所述至少包括A/C加注口406和至少一个A/C管402。特殊的A/C几何结构可以从包括关于各种A/C系统部件的信息的A/C几何结构库中选择。渲染引擎610可以包含如上所述的具有基本上已知设计的CAD程序和/或具有基本上已知设计的CAE程序以及其他。处理器进一步地配置成根据制成A/C管路402和加注口406的材料的材料性能来渲染包括至少与系统的结构强度和刚度有关的信息的A/C系统400的三维表示。这种材料性能可以从存储的材料库614中获得，或可以由用户单独输入。

计算机可读指令进一步地包括如上所述配置成模拟A/C制冷剂充注过程的有限元分析引擎612，包括如上所述的垂直和水平荷载的施加。这种荷载可以从存储的荷载库616获得，或可以由用户单独输入。一个实施例中的有限元分析引擎612是如本领域中已知的CAE程序，配置用于以静力学和动力学用于各种模拟的固体和结构的应力分析。这种分析引擎对本领域技术人员来说是众所周知的。渲染引擎610，有限元分析引擎612，以及库613、614、616可以本地地存储在存储器608中、存储在比如各种已知的计算机可读介质(磁盘、光盘、闪存盘、CD-ROM(只读光盘驱动器)、DVD(数字化视频光盘)等)这样的合适的存储介质上，或可以远程存储以供比如在本领域中已知的基于云的系统中下载，以供系统600随后访问。

图7中示出代表性加注口104偏转工作流程700的高级描述和由基于处理器的系统600执行的分析。如在此所示的，如在图6所描述的，各种输入702提供给系统。在描述的实施例中，输入包括荷载输入704，即将要施加于模拟A/C管路几何结构上的特定的垂直和水平荷载。相应地，所需的模拟A/C管路几何结构输入706由渲染引擎610提供。代表性的示例渲染引擎610是A/C管路总成几何结构的CAD模型设计。此外，提供材料性能输入708，包括将构成A/C管路总成几何结构的特定材料的已知性能。

继续，在步骤710，有限元分析引擎612执行水平和垂直荷载分析。这包括施加模拟的加注口偏转荷载的步骤712，以及记录由模拟的A/C管路总成几何结构提供的偏转响应的步骤714。

系统600生成若干输出716，包括指示模拟的A/C管路总成几何结构是通过还是失败的测试输出718。系统还提供测试输出图720，显示模拟的A/C管路总成几何结构的确定的垂直和水平偏转响应。同样，等值线图722说明模拟的A/C管路总成几何结构的确定的垂直和水平偏转响应。

图8说明代表性的A/C软管管路800的结构和材料成分。如图所示，代表性管路800包括同中心嵌套材料的若干层802、804、806、808和810。在描述的实施例中，最外层802包含氯化丁基橡胶(CIIR)、下一层804包含聚乙烯(PET)、下一层806包含氯丁橡胶(CR)、下一层808包含聚酰胺(PA)，并且最内层810包含CR。如将要领会的，可以制造A/C软管管路800的这些和其他材料的材料性能在本领域中是已知的。

同样，可以确定A/C管路总成的其他部件的材料性能。例如，制造如上所述的A/C管路总成的各种元件是已知的，比如A/C管、充注阀、消音器、以及比如Al 3003这样的铝的各种接头。比如支架这样的其他元件可以由比如低碳钢这样的已知合金制造。此外，可以制造A/C管路总成的这些和其他材料的材料性能在本领域中是已知的。

图9A和9B描述了在通过图6的系统实施图3的方法所执行的对图4的模拟的A/C系统几何结构400的代表性的虚拟充注口406偏转分析期间由系统600提供的某些输出。图9A提供几何结构400的三维表示的各种视图，并且显示模拟的A/C管路402对如上所述的模拟的水平和垂直荷载的施加的应力等值线响应。图9B绘制了由水平和垂直荷载的模拟施加所引起的最大和残余偏转。如上所述(同样参照图5)，模拟的A/C系统400受到15lbf的模拟的垂直荷载和以0度横向于加注口406的x轴的5lbf的水平荷载。结果也如下面的表1所示。

表1.在单个荷载方向上的虚拟充注口偏转分析

因此，描述的虚拟A/C系统400显示当在汽车装配工厂内受到制冷剂充注过程的典型应力时的可接受的偏转和残余偏转。

根据上述教导，明显的修改和变化是可能的。当根据他们公平、合法、公正享有的广度解释时，所有这些修改和变化都在所附权利要求的保护范围内。