「划重点」汽车热管理，如何设计优化？

车辆热管理系统是现代汽车设计与制造中的核心组成部分，其重要性不仅体现在确保车辆在各种环境条件下稳定运行，还直接关系到燃油经济性、排放控制以及乘坐舒适度等多个方面。以下是对车辆热管理系统及其仿真工具开发的详细探讨。

车辆热管理系统的重要性

车辆热管理系统的主要任务是维持动力总成和传动系统在最佳工作温度范围内。这包括在高负荷和高温环境下进行有效的冷却，以防止过热和流体温度的剧烈波动，从而保护发动机和其他关键部件不受损害。同时，在寒冷环境中，热管理系统还需迅速提升动力总成的温度，以减少因摩擦造成的能量损失，提高燃油效率。

新能源汽车的热管理系统尤为复杂，因为除了传统的发动机冷却外，还需对电池和电机进行精确的温度控制。这要求系统能够灵活切换工作模式，以适应不同的环境和运行条件。

现代热管理系统的创新

与传统热管理系统相比，现代系统引入了多项新技术，如主动格栅百叶窗（AGS）、可变冷却液流量控制装置、变速控制冷却风扇等。这些技术的应用不仅提升了乘坐舒适度，还显著降低了能耗，提高了燃油经济性。

• 主动格栅百叶窗（AGS）：通过智能调节前端格栅开口大小，控制冷却空气的流量，优化车辆的热管理和空气动力学性能。

• 可变冷却液控制阀和电动水泵：提供更精确的冷却液流量控制，根据实际热负荷需求调整工作状态，降低能耗。

• 主动加热装置：如发动机油和传动油加热器，通过快速升温减少摩擦损失，提高燃油效率。

• 变速冷却风扇：通过PWM控制器调节风扇速度，提供更平滑和精确的温度控制，降低能耗。

车辆热管理系统仿真工具的开发

仿真工具在车辆热管理系统的设计和优化中发挥着至关重要的作用。以下是开发这些仿真工具的关键步骤和考虑因素：

1. 建模方法：

• 综合运用机械工程、液压学、热力学、流体力学和热传递学等多个学科的知识。

• 建立一个完整的车辆热管理系统模型，包括流体循环模型、发动机与传动系统的热模型、车辆前端冷却空气模型、整车与传动系统模型，以及控制逻辑模型。

• 模型必须能够模拟不同的驾驶循环，包括燃油经济性评估循环和反映现实世界驾驶情况的循环。

• 建立流体回路模型，包括冷却液回路、发动机油回路、传动油回路、前端冷却空气和热交换器模型。

• 利用CFD仿真获取前端冷却空气模型，并应用到1D模型中计算空气流量。

• 根据供应商提供的数据和几何图形建立热交换器模型。

• 构建发动机热模型，包括热质量、热容、热流和流体流动模型。

• 建立传动热模型，涉及齿轮组和油产生的热量、热质量、油流动、金属和流体之间的对流和传导。

• 确保仿真模型与实际车辆测试数据相关联，以验证模型的准确性。

• 基于实验测试数据对模型进行校准，确保模型能够反映实际系统的性能。

• 利用模型工具确定动力总成的升温优先级，优化热量的调度和分配。

• 研究冷却系统布局、系统和组件尺寸，以及空气流量和冷却液流量灵敏度。

• 研究冷却液流量控制、流体温度控制、AGS位置控制和风扇占空比控制等热系统控制策略。

6. 设计优化的关键点

• 热交换器的选择：选择合适的热交换器，可以更高效地传递热量，保持发动机温度稳定。

• 风扇和水泵的控制：智能控制风扇和水泵的开启，可以在需要时提供足够的冷却，同时减少能耗。

• 材料的选用：使用轻质、高热导率的材料，可以减轻整车重量，提高热传导效率。

• 系统整合：将冷却系统与空调系统整合，可以更有效地利用能源，减少额外的能耗

结论

车辆热管理系统的演变展示了汽车行业在提高燃油经济性、减少排放和提升乘坐舒适度方面的努力。通过采用先进的热管理技术，现代汽车能够在满足严格的排放法规的同时，为消费者提供更加高效和舒适的驾驶体验。未来，随着技术的不断进步，车辆热管理系统将继续朝着更加智能化和集成化的方向发展。仿真工具的开发和应用将在这一过程中发挥越来越重要的作用，为汽车工程师提供一个强大的平台，以预测、评估和优化热管理系统的性能。