高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法与流程

本发明属于车辆底盘系统设计技术领域，具体涉及一种高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法。

背景技术：

在高原环境中，随着海拔高度的增加，大气压力、空气密度、含氧量、气温和水的沸点均呈下降趋势。柴油机气缸内充气量减少，过量空气系数下降，可燃混合气过浓，燃烧状况恶化，后燃现象严重，动力性和经济性下降，热负荷增加，排气温度升高，热量分配相比平原地区有较大的变化。

现有的装甲车辆底盘系统设计，主要针对在平原地区的发动机最大功率点、最大负荷点进行计算和校核，没有考虑高原使用情况。国内外针对高原环境的技术研究主要围绕发动机的功率恢复技术展开，对于底盘系统的高原环境适应性还未开展过系统性研究

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法，为新一代装甲车辆高原适应性设计和现役装甲车辆高原适应性改进提供理论基础。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法，其包括以下步骤：

步骤1：确定动力总成的工作特性，作为底盘系统的设计输入；

步骤2：以平原工况为设计点进行底盘系统方案设计；

步骤3：以高原工况为设计点进行底盘系统方案设计；

步骤4：根据动力总成的工作特性，基于步骤3设计的底盘系统方案，设计基于多目标优化的底盘系统控制策略；

步骤5：根据步骤3确定的底盘系统方案，进行底盘系统子系统设计；

步骤6：对步骤5的设计计算结果，进行底盘系统以及子系统试验；

步骤7：根据步骤6的试验结果对步骤5的设计计算结果进行修正；

步骤8：对修正后的底盘系统以及子系统的设计计算结果，进行实车试验，得到实车试验数据；

步骤9：将仿真数据与实车试验数据进行对比，应用步骤4得到的基于多目标优化的底盘系统控制策略，对底盘系统进行改进。

其中，所述步骤1中，设计不同海拔高度、环境温度、发动机的不同功率恢复程度情况下，发动机和传动部件的工作特性作为底盘系统的设计输入。

其中，所述步骤2中，以平原工况为设计点进行底盘系统的匹配和设计，匹配散热器换热面积、冷却液流量以及冷却风扇风量，匹配进气流量和进气阻力，匹配排气系统的排气阻力和发动机的排气被压，匹配加温系统的流量和系统阻力以及动力总成冷启动工况下的加热量，在设计中，进行底盘系统性能计算，冷、热侧阻力计算、系统风侧三维仿真计算、系统热侧一维仿真计算以及系统一维/三维耦合仿真计算，通过迭代计算，确定底盘系统的方案。

其中，所述步骤3中，根据高原环境的大气环境特性参数变化，以高原工况为设计点进行底盘系统的匹配和设计，匹配散热器换热面积、冷却液流量以及冷却风扇风量，匹配进气流量和进气阻力，匹配排气系统的排气阻力和发动机的排气背压，匹配加温系统的流量和系统阻力以及动力总成冷启动工况下的加热量等，在设计中，基于高原环境特性进行底盘系统性能计算，冷、热侧阻力计算、系统风侧三维仿真计算、系统热侧一维仿真计算以及系统一维/三维耦合仿真计算，通过迭代计算，确定底盘系统方案。

其中，所述步骤4中，基于匹配好的底盘系统，根据不同海拔高度、环境温度情况下发动机和传动部件的工作特性，查表获得高原变海拔工况大气的物性参数，进行doe仿真计算获得多参数控制集，并使用神经网络自学习算法优化所述多参数控制集，形成所述底盘系统控制策略。

其中，所述步骤5中，根据步骤3确定的底盘系统方案，确定相应的包括散热系统、进排气系统以及加温系统等子系统的工程适应性设计方案。

其中，所述步骤6中，具体是进行风扇性能试验、散热器单体及散热器总成试验、管路流量匹配试验、冷态风量测量试验、加温器性能试验、热模拟情况下系统匹配试验、空气滤清器阻力试验、空气滤清器滤清效率试验、空气滤清器密封试验以及空气滤清器寿命试验。

其中，所述步骤7中，根据底盘系统及子系统试验的试验数据，与仿真结果形成初步闭环，预测底盘系统的整体性能，包括高原变海拔工况下发动机、传动箱部件的热平衡温度，系统冷侧各个模块的进出口温度、流量以及压力，系统热侧各个回路热源部件的进出口温度、流量以及压力，系统加温效率和时间，进气系统阻力以及流量，排气系统阻力以及发动机排气背压。

其中，所述步骤8中，通过车辆实际跑车试验，采集在高温地区实车跑车数据以及在高原地区实车跑车数据，将采集的数据与第七步得到的结果进行进一步闭环。

其中，所述步骤9中，对底盘系统进行改进的方式包括增大冷却风扇直径、提高冷却风扇转速、增大散热器传热面积、增加散热系统和加温系统综合控制策略、增大空气滤清器二级滤的有效滤清面积以及提高进气系统抽尘泵的抽尘能力。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明提供了一种高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法，在限定的高功率密度总体结构空间下，以平原工况和高原工况作为双设计点，综合高原海拔高度和外界环境温度条件，以三维复杂流场风侧仿真技术、一维/三维复杂系统多参数耦合仿真技术为基础，结合台架试验和实车试验，形成完备高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法，为新一代装甲车辆高原适应性设计和现役装甲车辆高原适应性改进提供了重要的理论基础。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法，其包括以下步骤：

步骤1：确定动力总成的工作特性(包括热源特性，进排气流量及压力需求以及冷启动需求等)，作为底盘系统的设计输入；

步骤2：以平原工况为设计点进行底盘系统方案设计；

步骤3：以高原工况为设计点进行底盘系统方案设计；

步骤4：根据动力总成的工作特性，基于步骤3设计的底盘系统方案，设计基于多目标优化的底盘系统控制策略；

步骤5：根据步骤3确定的底盘系统方案，进行底盘系统子系统(包括散热系统、进排气系统以及加温系统等)设计；

步骤6：对步骤5的设计计算结果，进行底盘系统以及子系统试验；

步骤7：根据步骤6的试验结果对步骤5的设计计算结果进行修正；

步骤8：对修正后的底盘系统以及子系统的设计计算结果，进行实车试验，得到实车试验数据；

步骤9：将仿真数据与实车试验数据进行对比，应用步骤4得到的基于多目标优化的底盘系统控制策略，对底盘系统进行改进。

其中，所述步骤1中，设计不同海拔高度、环境温度、发动机的不同功率恢复程度情况下，发动机和传动部件的工作特性作为底盘系统的设计输入。

其中，所述步骤2中，以平原工况为设计点进行底盘系统的匹配和设计，匹配散热器换热面积、冷却液流量以及冷却风扇风量，匹配进气流量和进气阻力，匹配排气系统的排气阻力和发动机的排气被压，匹配加温系统的流量和系统阻力以及动力总成冷启动工况下的加热量，在设计中，进行底盘系统性能计算，冷、热侧阻力计算、系统风侧三维仿真计算、系统热侧一维仿真计算以及系统一维/三维耦合仿真计算，通过迭代计算，确定底盘系统的方案。

其中，所述步骤3中，根据高原环境的大气环境特性参数变化，以高原工况为设计点进行底盘系统的匹配和设计，匹配散热器换热面积、冷却液流量以及冷却风扇风量，匹配进气流量和进气阻力，匹配排气系统的排气阻力和发动机的排气背压，匹配加温系统的流量和系统阻力以及动力总成冷启动工况下的加热量等，在设计中，基于高原环境特性进行底盘系统性能计算，冷、热侧阻力计算、系统风侧三维仿真计算、系统热侧一维仿真计算以及系统一维/三维耦合仿真计算，通过迭代计算，确定底盘系统方案。

其中，所述步骤4中，基于匹配好的底盘系统，根据不同海拔高度、环境温度情况下发动机和传动部件的工作特性，查表获得高原变海拔工况大气的物性参数，进行doe仿真计算获得多参数控制集，并使用神经网络自学习算法优化所述多参数控制集，形成所述底盘系统控制策略。

其中，所述步骤5中，根据步骤3确定的底盘系统方案，确定相应的包括散热系统、进排气系统以及加温系统等子系统的工程适应性设计方案。

其中，所述步骤6中，具体是进行风扇性能试验、散热器单体及散热器总成试验、管路流量匹配试验、冷态风量测量试验、加温器性能试验、热模拟情况下系统匹配试验、空气滤清器阻力试验、空气滤清器滤清效率试验、空气滤清器密封试验以及空气滤清器寿命试验。

其中，所述步骤7中，根据底盘系统及子系统试验的试验数据，与仿真结果形成初步闭环，预测底盘系统的整体性能，包括高原变海拔工况下发动机、传动箱部件的热平衡温度，系统冷侧各个模块的进出口温度、流量以及压力，系统热侧各个回路热源部件的进出口温度、流量以及压力，系统加温效率和时间，进气系统阻力以及流量，排气系统阻力以及发动机排气背压。

其中，所述步骤8中，通过车辆实际跑车试验，采集在高温地区实车跑车数据以及在高原地区实车跑车数据，将采集的数据与第七步得到的结果进行进一步闭环。

其中，所述步骤9中，对底盘系统进行改进的方式包括增大冷却风扇直径、提高冷却风扇转速、增大散热器传热面积、增加散热系统和加温系统综合控制策略、增大空气滤清器二级滤的有效滤清面积以及提高进气系统抽尘泵的抽尘能力。

实施例1

本实施例中，如图1所示，图1为本发明的高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法的流程图，其设计步骤如下：

步骤1：确定某装甲车辆动力总成工作特性(包括热源特性，进排气流量及压力需求以及冷启动需求等)：动力总成的工作特性是底盘系统设计的设计输入，设计初始研究不同海拔高度、环境温度情况下动力总成的热源特性，进排气流量及压力需求以及冷启动需求等，其中发动机的热源特性随海拔高度变化而变化，同时考虑该装甲车辆发动机高原4500m情况功率下降15％。

步骤2：以平原工况为设计点进行底盘系统方案设计：以平原工况(海拔高度0m，环境温度35℃)为设计点进行底盘系统的匹配和设计，匹配散热器换热面积、冷却液流量以及冷却风扇风量，匹配进气流量和进气阻力，匹配排气系统的排气阻力和发动机的排气背压，匹配加温系统的流量和系统阻力以及动力总成冷启动工况下的加热量等，在设计中，主要的计算包括底盘系统性能计算，冷、热侧阻力计算、系统风侧三维仿真计算、系统热侧一维仿真计算以及系统一维/三维耦合仿真计算等，通过不断的迭代计算，确定底盘系统总体方案。

步骤3：以高原工况为设计点进行散热系统方案设计：分析高原环境的大气环境特性参数变化，以高原工况(海拔高度4500m，环境温度25℃)为设计点进行散热系统的匹配和设计，匹配散热器换热面积、冷却液流量以及冷却风扇风量，匹配进气流量和进气阻力，匹配排气系统的排气阻力和发动机的排气背压，匹配加温系统的流量和系统阻力以及动力总成冷启动工况下的加热量等，在设计中，基于高原环境特性进行底盘系统性能计算，冷、热侧阻力计算、系统风侧三维仿真计算、系统热侧一维仿真计算以及系统一维/三维耦合仿真计算等，通过不断的迭代计算，确定底盘系统总体方案。

步骤4：开发基于多目标优化的散热系统控制策略：基于匹配好的底盘系统，根据不同海拔高度、环境温度情况下发动机和传动部件的工作特性，查表获得高原变海拔工况大气的物性参数，进行doe仿真计算获得多参数控制集，应用神经网络自学习算法，优化控制集，形成底盘系统控制策略。

步骤5：进行底盘系统子系统设计：根据确定的底盘系统总体方案，确定相应的包括散热系统、进排气系统以及加温系统等子系统的工程适应性设计方案。

步骤6：进行底盘系统子系统及系统台架试验：进行风扇性能试验、散热器单体及散热器总成试验、管路流量匹配试验、冷态风量测量试验、加温器性能试验、热模拟情况下系统匹配试验、空气滤清器阻力试验、空气滤清器滤清效率试验、空气滤清器密封试验以及空气滤清器寿命试验等。

步骤7：修正计算结果：根据底盘系统及子系统试验的试验数据，与仿真结果形成初步闭环，预测底盘系统的整体性能，包括高原变海拔工况下发动机、传动箱部件的热平衡温度，系统冷侧(风侧)各个模块的进出口温度、流量以及压力，系统热侧(冷却液侧)各个回路热源部件的进出口温度、流量以及压力，系统加温效率和时间，进气系统阻力以及流量，排气系统阻力以及发动机排气背压等。

步骤8：进行实车试验：通过车辆实际跑车试验，采集在高温地区实车跑车数据以及在高原地区实车跑车数据，将该数据与仿真计算的结果进行闭环。

步骤9：散热系统改进：将仿真数据与实车试验数据进行对比，应用基于doe方法的多目标优化控制策略，对底盘系统进行改进，包括增大冷却风扇直径、提高冷却风扇转速、增大散热器传热面积、增加加温系统综合控制策略、增大空气滤清器二级滤的有效滤清面积以及提高进气系统抽尘泵的抽尘能力等，使得整个底盘系统能够满足变海拔工况下恶劣环境带来的影响，使得底盘系统能够可靠高效工作。

综上所述，本发明切实可行的提出一种高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法，以平原工况和高原工况作为双设计点，综合高原海拔高度和外界环境温度条件，以三维复杂流场风侧仿真技术、一维/三维复杂系统多参数耦合仿真技术为基础，结合台架试验和实车试验，形成完备高原变海拔工况装甲车辆底盘系统设计方法，为新一代装甲车辆高原适应性设计和现役装甲车辆高原适应性改进提供了重要的理论基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。