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整车热管理道路试验验证工况优化分析

发布时间：

2024-09-30

下面由整车热管理集成模块生产线生产厂家中际钇嘉智能装备有限公司向您介绍下：

摘要：整车热管理道路试验的典型工况包括高速工况和爬坡工况，而城市工况在用户实际用车过程中也占据较大比重，且车辆低速行驶时，发动机进气温度升高容易导致起步动力性减弱。文章通过对比高速、爬坡和城市工况的试验数据，发现前两种工况更为严苛，所以城市工况不作为试验必须测试项目，从而为试验工况的优化设计提供参考。

前言

随着汽车技术水平的发展，汽车发动机舱集成大量的零部件，使得发动机舱内部结构越来越紧凑，这就对发动机舱的散热性能提出更高的要求。因此，在乘用车的开发过程中，确保发动机舱内的任何部件都不超过设计温度限值，且能稳定的工作越来越重要。整车热管理道路试验主要验证动力总成的冷却系统性能，和发动机舱及排气管周边受热辐射零部件的热伤害情况是否满足车辆的技术要求。热管理试验最恶劣的工况包括高速工况和爬坡工况，而城市工况在用户日常用车过程中也占据较多的时间，车辆在城市低速行驶时迎面风速较低，可能产生热风回流导致发动机进气温度过高而引起的起步动力不足问题。因此为了验证是否有必要开展城市工况试验，本文选取了多个车型高速、爬坡和城市工况的试验数据进行分析。

1 整车热管理道路试验

整车热管理试验主要包括环境舱试验和真实的道路试验，环境舱试验不受场地、时间的限制，且能准确地控制舱内环境条件，广泛地应用于车辆的各种试验。但相较于环境舱试验，道路试验更能真实地反映环境对车辆性能的影响。因此，选取多个车型进行高速、爬坡和城市工况进行道路试验分析。

1.1 试验条件

为了验证整车高温冷却系统及热伤害的最大性能，选择环境温度35 ℃以上，试验开始时太阳辐射大于815 W/m2，风速小于3 m/s时开展道路试验，空调设置如表1所示

表1 空调设定

1.2 试验仪器、测点

试验过程中用于热性能数据采集的设备包括：K型热电偶、压力传感器、日光强度传感器、环境湿度传感器、多通道数据记录仪和车辆总线工具，数据采集频率设置为1 Hz，仪器描述及测点如表2所示。

表2 试验仪器清单

1.3 试验工况

在车辆满载状态下，选择用户最常用工况以及最严苛的工况，来验证动力总成冷却及其和排气管周边零部件的热伤害性能，如果在这些工况下车辆热管理性能满足设计要求，那么车辆也能满足用户正常使用的大多数场景。1.3.1 高速工况高速路是用户常用的场景之一，选择吐鲁番京新高速的一段作为高速工况的试验路线，如图1所示。该路线是高温干旱地区、低坡度高车速道路的代表，容易影响车辆动力性和空调舒适性，对车辆动力冷却及热伤害性能要求较高。

图1 高速工况试验路线

试验开始前，将车辆移至试验道路起点，确认车辆状态及相关采集设备工作正常。空调系统按表1设定，以可行驶最高车速（不超过120 km/h）行驶45 min，然后停车怠速30 min，试验过程中全程记录试验数据。1.3.2 爬坡工况爬坡工况在用户实际用车过程中属于较严苛的场景，选择吐鲁番某长爬坡路线作为爬坡工况的试验路线，如图2所示。此路线处于高温干旱地区，坡度中等且路线较长，对车辆动力冷却及热伤害性能要求非常高，极易影响车辆动力性、空调舒适性以及零部件的热可靠性，该工况对热管理性能考核的严苛程度能覆盖用户多数的使用场景。

图2 爬坡工况试验

路线试验开始前，确认车辆状态及相关采集设备工作正常，空调系统按表1设定。车辆以60～100 km/h的车速预热15 min，再以可行驶的最高车速（不超过 120 km/h）在爬坡工况试验路线行驶30 min，然后停车怠速30 min，试验过程中全程记录试验数据。1.3.3 城市工况城市工况是大部分用户日常用车中最常用的场景，车辆在城市道路低速行驶，由于迎面风速较低产生热风回流导致发动机进气温度过高，而引起的起步动力不足的问题时有发生，为此增加城市工况试验，在吐鲁番城区规划城市工况的试验路线，如图3所示。城市工况用于模拟用户常用工况，考察机舱前端模块和发动机进气的冷却性能，以及该冷却性能对车辆动力性和空调舒适性的影响。

图3 城市工况试验路线

试验开始前，确认车辆状态及相关采集设备工作正常，空调系统按表1设定。车辆以60～100 km/h的车速预热15 min，选择车流量较大以及建筑相对密集的城市道路进行城市工况试验。试验时车速按照道路限速规定，不超过40 km/h行驶，中途遇交通灯停车后以50%以上的油门深度起步，验证发动机性能，试验行驶45 min后停车怠速30 min，试验过程中全程记录试验数据。

2 试验数据分析

根据试验要求整备车辆，分别记录高速、爬坡和城市工况下的试验数据。对试验数据进行分析，分别统计三个工况下行驶阶段和怠速阶段的温度最值，然后进行超温判断。通过分析过往两年多个车型的夏季整车热管理试验数据，发现高速和爬坡工况的试验结果可以覆盖城市工况的试验结果，试验数据主要以表3和表4的形式分布。表3 车型1测点温度最值及超温判断统计（℃）

表4 车型2测点温度最值及超温判断统计（℃）

从试验数据可以看出，如果城市工况下测点温度超温，则在高速或者爬坡工况下相应的测点也会出现超温，如表 3所示。如果高速或爬坡工况下测点出现超温，城市工况可能出现超温也可能正常，如表4所示。分析过往两年开展的夏季整车热管理道路试验数据，共44台样车开展了城市工况的试验，其中部分车辆的城市工况出现了个别测点超温的情况，同时这些测点在高速或爬坡工况中也都出现了超温情况，且超温的幅值以及超温持续的时长都比城市工况要更为严重。相反同一车辆的部分测点在高速或爬坡工况出现超温情况，但并未在城市工况出现超温，由此得到高速和爬坡工况的试验结果可以覆盖城市工况。通过研究不同工况的严苛性，发现相比于高速和爬坡工况，城市工况整车热负荷较低。因此，在进行整车热管理道路试验时，城市工况可以不作为必测工况，仅作为参考工况，为试验工况的优化设计提供参考。

3 结论与展望

通过对高速、爬坡和城市工况试验数据的对比分析，发现前两种工况更为严苛，典型的高速和爬坡工况的试验结果可以覆盖城市工况的试验结果，所以城市工况可以不作为整车热管理道路试验的必须测试项目。但是，本文试验中的城市工况没有考虑到交通极拥堵时超低速的情况，后续的工况研究中可以引入极拥堵城市工况的试验，进一步优化整车热管理道路试验，完善验证体系。