一种汽车乘客舱采暖模拟方法与流程

本发明属于汽车模拟技术领域，具体涉及一种汽车乘客舱的采暖模拟方法。

背景技术：

汽车在寒冷天气运行时，车内温度低，为保持车内驾驶员及乘客的乘坐舒适性，要求车内温度达到某一个目标值；当前轿车的采暖系统主要应用发动机的余热加热冷空气，达到采暖的目的；余热式的采暖系统按照载热介质的不同，分为水暖式和气暖式两种。水暖式采暖系统以发动机冷却系统中的冷却液为热源，将冷却液引入到加热器芯体中，与鼓风机送来的冷空气发生热交换，将加热后的空气吹入乘客舱内，舱内平均温度升高，驾驶员与乘客感到暖流；但是现有的水暖式采暖系统开发初期，对于水暖式的采暖系统设计主要根据整车的冷负荷选定加热器芯体，对于选定的加热器芯体是否可以达到目标值，直到整车采暖试验之前，没有一个有效的方法判定整车采暖系统是否可以满足；并且水暖式系统设计方法存在以下缺点：

第一、未考虑整车动力总成对整车采暖效果的影响；对于同一款芯体，不同的动力总成，加热器芯体的进水温度不同，因此，芯体换热量不同，整车采暖效果不同；

第二、冷负荷为整车在某一环境下（假设室外环境为-20℃），空调模式全暖吹脚外循环，车内平均温度预达到某一目标值，需加热器芯体提供的换热量；然而单纯的计算整车冷负荷，无法预测空调开启多长时间后可以达到目标温度，也无法获取乘客舱平均温度的瞬态温升曲线；

第三、装配试验样车并完成整车采暖试验后，周期较长，易错过采暖系统的最佳匹配时间；

第四、装配试验样车的成本较高，不利于多种方案的对比验证。

技术实现要素：

本发明设计了一种汽车乘客舱的采暖模拟方法，其解决了现有水暖式系统是否满足设计要求的问题。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种汽车乘客舱的采暖模拟方法，包括以下步骤：

s1：选取参照车型，并根据所述参照车型建立乘客舱模型；

s2：然后根据所述参照车型搭建所述参照车型的采暖模型；

s3：再针对所述参照车型的乘客舱模型进行校核；

s4：模拟新车型加热器芯体出风温度；

s5：模拟参照车型的风道热损失；

s6：建立新车型乘客舱模型；

s7：最后预测新车型的整车采暖效果。

本发明提供的汽车乘客舱的采暖模拟方法具有以下有益效果：

该模拟方法简便易行，分析周期短，可以同时实现多种方案的对比；且这种方法与传统的方法相比，考虑了发动机热量及冷却系统各支路水流量分配对整车采暖效果的影响，并可以得到整车采暖的瞬态效果。

附图说明

图1：本发明一种汽车乘客舱的采暖模拟方法流程图；

图2：本发明参照车型乘客舱校核结果示意图；

图3：本发明新车型采暖效果预测结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图1示出了一种汽车乘客舱的采暖模拟方法，具体包括以下步骤：

s1：选取参照车型，并根据选取的参照车型建立乘客舱模型；建立乘客舱模型包括量取乘客舱长宽高方向上的尺寸、量取内部座椅的尺寸、计算乘客舱内部空间的体积、内饰件的表面积以及车身表面积；

s2：然后根据参照车型搭建参照车型的采暖模型，根据参照车型采暖试验获得的出风口温度、风量建立参照车型的采暖模型；

s3：再针对参照车型的乘客舱模型进行校核；

s4：模拟新车型加热器芯体出风温度，建立加热器芯体仿真模型，并获取加热器芯体的出风温度；

s5：模拟参照车型的风道热损失，并建立风道热损失模型，模拟各风道出风口温度；

s6：建立新车型乘客舱模型，具体包括根据参照车型假设新车型的乘客舱体积、内饰件面积、重量、车身外表面积，新车型内饰件的比热与传热系数参照竞品车的调校数据，建立新开发车型的乘客舱模型；

s7：最后联合加热器芯体模型、风道热损失模型、乘客舱模型模拟整车的采暖效果，即如图3所示。

具体地，建立乘客舱模型包括从catia三维数模中量取乘客舱长宽高方向上的尺寸，量取内部座椅的尺寸，计算乘客舱内部空间的体积，内饰件的表面积，车身表面积，从而建立乘客舱模型。本发明通过参照车型采暖试验数据，完成乘客舱模型校核；结合参照车型采暖试验获得的出风口温度、风量，建立参照车型的采暖模型；通过不断的调节比热与传热系数，至校核得到的乘客舱内平均温度与试验测得的乘客舱内平均温度一致，完成模型调校，并保存模型备用；根据新车型的加热器芯体台架试验数据，及参照车型采暖风量数据，经过加热器芯体水流量数据，应用kuli软件，建立加热器芯体仿真模型，获取加热器芯体的出风温度；根据新车型采暖风道的重量、换热面积、比热、传热系数等参数，建立风道热损失模型，模拟各风道出风口温度；根据参照车型假设新车型的乘客舱体积、内饰件面积、重量、车身外表面积，新车型内饰件的比热与传热系数参考参照车型的调校数据，建立新车型的乘客舱模型。

在新车型开发初期，首先需要根据其参照车型的信息及采暖试验，调校参照车型的简化乘客舱模型；其次，建立新车型的乘客舱模型；并且由于开发初期缺少整车的三维数模及整车的材料属性，因此需要根据其参照车型的数据，推算新车型的相关信息，作为仿真的参数输入；最后，根据新车型的发动机热量（或发动机的出水温度）、发动机冷却管路的水流量分配、加热器芯体的换热试验和风道的热损失，预测新车型的采暖效果。

具体地，结合上述方案，本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法s1步骤还包括以下步骤：

s11：提取参照车型的乘客舱内部几何尺寸，确定乘客舱的内部容积和内饰件表面积；

s12：提取参照车型的乘客舱外部几何尺寸，确定乘客舱的外表面积；其中乘客舱外表面积是指车身外部钣金件的表面积之和；具体包括车门外板表面积、车顶棚外板表面积、车底板表面积、行李箱盖外板表面积、发动机盖外边表面积、前翼子板表面积、后翼子板表面积；

s13：计算参照车型乘客舱内饰件的重量；

s14：设定参照车型内饰件的综合比热与综合传热系数，综合比热与综合传热系数均为假设值；其中，假设值是指一般内饰件的综合比热和综合传热系数都是在一个范围内；依据传热学的相关文献以及行业内的一些论文，对综合比热和综合传热系数先进行初步粗略设定，后续根据采暖试验数据再对这些数据进行精确调节；

s15：将s11~s14中的几何参数与物理属性输入到kuli软件乘客舱模型中，参照车型的乘客舱模型建立完成。

优选地，结合上述方案，本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法s2步骤包括：

s21：首先建立采暖风道模型，根据采暖试验数据输入采暖风道各出风口的风量、温度、湿度的数据；其中，采暖试验数据指的是参照车型的采暖试验数据；在开发新车型之前，一般都会对参照车型进行采暖试验；

s22：然后将风道模型与s1步骤中的乘客舱模型连接（参照空气路搭建原则），完成参照车型采暖模型的搭建。

优选地，结合上述方案，本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法s3步骤具体包括：

由于乘客舱的内饰件材料复杂，很难精确的算出各种材料的综合比热，与综合传热系数；因此，本发明中采用一种简单的校核方法，可以避免繁琐的计算及计算结果不准确的问题；采暖模型搭建完成后，调校内饰件的综合比热与综合传热系数；不断的调节比热与传热系数，至校核得到的乘客舱内平均温度与试验测得的乘客舱内平均温度一致，试验的时候会在乘客舱内头部和脚部分别布置八个传感器进行温度测量，这八个点的算术平均温度即为乘员舱内平均温度；并且其对照的是参考车型的试验数据；如图2所示，即可实现参照车型的乘客舱模型的校核。

优选地，结合上述方案，本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法s4步骤具体包括：

根据新车型加热器芯体的几何尺寸、加热器芯体的换热试验数据及经过芯体的风量，在kuli中搭建新车型加热器芯体模型，获得加热器芯体的出风温度。

优选地，结合上述方案，本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法中的s5步骤具体包括：

校核参照车型的风道热损失，新车开发初期，没有风道模型，需要参考竞争车型模拟相关风道信息；风道热损失包括风道比热、风道传热系数、风道重量以及风道面积的热损失。

优选地，结合上述方案，本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法s6步骤具体包括以下步骤：

s61：提取新车型的乘客舱内部几何尺寸，确定乘客舱的内部容积，内饰件表面积；

s62：提取新车型的乘客舱外部几何尺寸，确定乘客舱的外表面积；

s63：计算新车型乘客舱内饰件的重量；

s64：设定新车型内饰件的综合比热与综合传热系数，此时的比热与传热系数为假设值；

s65：将s61~s64中的几何参数与物理属性输入到kuli软件乘客舱模型中，如图3所示，从而完成新车型的乘客舱模型建立。

优选地，结合上述方案，本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法s7步骤具体包括以下步骤：

根据所述新车型的发动机热量或发动机的出水温度、通过加热器芯体的水流量、加热器芯体的换热能力和风道热损失来预存新车型的采暖效果。

具体地，本发明在计算各物理参数时，将乘客舱的内饰件简化为一个质量点；质量点原理：质量点与流体介质（可为空气或其他流体介质）在接触时产生热交换；换热量取决于传热系数、传热面积与温差：

热系数、传热面积与温差：

公式中q指的是换热量，传热面积即指内饰面积。

本发明采用对数平均温差：

其中

q------换热量；

------传热系数；

a------换热面积；

------质量点与介质之间的温差；

tinletmedium------流体介质入口温度；

toutletmedium------流体介质出口温度；

tpm------质量点温度。

结合上述方案，本实施例中选取一个具体实施过程进行说明：

首选，量取其参照车型的乘客舱内部体积2.97m³，内饰件表面积17.18㎡，车身外表面积13.1㎡，内饰件重量149kg，假设内饰件的比热与传热系数，建立简化乘客舱模型；根据整车采暖试验数据，建立整车采暖模型，并设定整车采暖运行工况：车速40km/h，环境温度-20℃，外界大气压力101kpa,运行时间40分钟，调校整车内饰件的综合比热与综合传热系数，使乘客舱内的平均温度校核结果与采暖试验结果一致，记录此时的比热与传热系数数值，应用到新车型的建模中。

然后，量取或推算新车型的乘客舱信息，乘客舱内部体积3.01m³,内饰件表面积17.18㎡，车身外表面积13.5㎡，内饰件重量141kg，输入参照车型内饰件的比热与传热系数，建立新车型的乘客舱模型；建立加热器芯体模型与风道热损失模型，搭建整车采暖模型，设定仿真工况，预测新开发suv的整车采暖效果；即得到40min时乘客舱内的平均温度达到25℃。

通过采用本发明提供的一种汽车乘客舱的采暖模拟方法，使得汽车开发过程中的采暖模拟方法简便易行，分析周期短，可以同时实现多种方案的对比；并且该种方法与传统的方法相比，考虑了发动机热量及冷却系统各支路水流量分配对整车采暖效果的影响，并可以得到整车采暖的瞬态效果。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。