車輛熱管理發展現狀及仿真試驗方法

黃文亮 邢棟

摘要：車輛熱管理技術是保證行車安全行使的重要途徑之一，車輛熱管理系統功能的優劣將會直接影響動力系統的性能，本文先簡單描述車輛熱管理，重點分析車輛熱管理發展現狀和仿真試驗方法。

關鍵詞：車輛熱管理;仿真試驗;三維仿真

車輛熱管理是能源危機出現后發展起來的一種技術，從系統集成、整體角度采取綜合控制和管理的方法控制和優化熱量傳遞過程，提高資源的使用效率，本文主要研究車輛熱管理發展現狀及仿真試驗方法。

1.車輛熱管理概述

車輛熱管理技術是近幾年隨著能源短缺發展起來的一種技術，當前車輛熱管理系統主要包括冷卻系統、進排氣系統、燃燒系統以及電器附件等，將這些系統統稱集成為有效的熱管理，優化車輛的熱量傳遞過程。熱管理系統的效率很大程度上依賴系統優化控制策略。發動機熱管理技術對提高整車性能潛力非常大。車輛熱管理核心思想為調節車輛冷卻強度實現節省燃油的目的。

2.車輛熱管理發展現狀

在車輛熱管理系統中，車輛核心部件仍然采用的是被動系統，只能有限地調節發動機和車輛的熱分布狀態，無法精確控制冷卻熱空氣流量。在熱管理系統中熱管理材料占據重要地位，但是傳統的熱管理材料比較單一，影響了循環冷卻液量，間接影響散熱效率。車輛熱管理系統是一個含目標、系統等復雜的系統，重視零部件的開發，并不會重視系統之間的匹配，能源利用率非常低。

車輛熱管理系統的控制目標是降低排放量、提高燃料的使用率以及可靠性，當前研究的主要的發展方向包括以下幾方面。隨著計算機技術的不斷發展應用，熱管理系統將會逐漸向著控制智能化發展，可以通過傳感器、計算機芯片提供最佳的冷卻介質流量，提高管理效率。如電控水泵的使用能夠獨立控制流量，安裝位置沒有太大限制，比較靈活，能夠減少壓力損失，優化水泵水力特性設計。采用電控水泵的設計能夠保證在電動機停止的情況下仍然工作，避免了出現發動機缸體溫度過高的情況。通過模擬試驗發現采用電控水泵與傳統水泵相比，能夠減少功耗損失超過87%。法雷奧公司主要是通過水泵流量進行控制和調節，減少不必要的傳熱損失，提高發動機的效率。

電控風扇的設計采用智能控制模式，在滿足整機散熱的情況下，達到節能降低噪音的目的。如豐田公司設計開發采用電液比例技術控制發動機冷卻風險系統，能夠依照實際需求控制調節風扇，保證任何車速下具有良好的冷卻空氣流量，噪音低、布置靈活。我國也有研究設計單片機作為核心的溫控系統，實現精確調節冷卻系統水溫的目的，保證了汽車的可靠運行，減少發動機的損耗，提高工程機械的可靠性以及經濟性。

節溫器是車輛冷卻系統中的關鍵設計部分，電控節溫器的設計具有感應時間短、阻力小的特點，可以任意調節閥門開度，更好地解決冷卻液溫度問題。在電動機高速運轉下，能夠更快的降低冷卻液溫度，在中低負荷情況下，能夠減少傳熱損失，優化燃燒。另外電控節溫器的設計能夠保證發動機工作平穩，能夠延長發動機的使用壽命。

車輛熱管理系統的研究材料將會逐漸向著多樣化發展，在前文提到，熱管理系統材料比較單一，設計方法已經用到了極限，材料的多樣化發展是必然的發展需要。高級傳熱流體當前已經有部分實驗室研究出來，能夠提高發動機冷卻液及機油的導熱性能，納米流體是一種工程傳熱流體，通過傳熱流體分散微粒組成，能夠使導熱率提高40%左右。多用換熱器能夠減少車輛前端的體積，減少車輛空氣阻力，提高車輛的安全性，隨著性能的不斷優化，換熱器的的厚度仍然會受到裝配的限制。也有研究提出一種機械智能溫控系統，滿足散熱器的性能要求，也能減少模塊的氣測壓降。石墨泡沫散熱器也是研究的一種熱點材料，能夠使散熱器的體積更加小，降低風阻，提高車輛行駛的安全性。

熱管理研究手段將會向著綜合化發展，車輛熱管理技術的研究主要是通過實驗平臺，雖然花費的時間以及費用都比較高，但是真實性非常可靠，隨著計算機技術的不斷應用，熱管理研究手段將會向著綜合發展。

3.仿真試驗方法

計算機的不斷發展不斷刺激了計算流體力學以及計算傳熱學的發展進步，當前仿真試驗已經試驗采用的重要手段之一，具有非常大的應用潛力，與傳統的試驗方法項目相比，不會受到條件的限制、成本也非常的低，當前的車輛熱管理仿真試驗研究主要分為一維仿真試驗、三維仿真試驗以及二者結合的仿真試驗方法。

一維仿真試驗利用了一維流動與傳熱軟件建立仿真模型，在此仿真試驗中所需要的計算資源較短，因此收斂速度非常快，能夠快速的達到較好的結果。我國在這方面有不少的研究成果，如梁樂華等人設計車輛管理模型，并對各參數分析靈敏度，為熱管理的設計和優化提供了重要參考數據。

三維仿真試驗是一種利用三維分析軟件模擬計算發動機冷卻水腔和散熱器部件的方式，能夠分析流場的壓力分布以及溫度分布等，三維仿真試驗能夠研究發動機的熱量變化，快速的得到車輛的詳細信息。有研究采用高強化多缸柴油機作為研究對象，采用仿真試驗進行設計。

一維仿真試驗結果能夠為三維仿真試驗提供很多的基本條件，同樣三維試驗的結果也能用來驗證一維試驗結果的可靠性，因此在車輛熱管理的仿真試驗中，通常是采用一維和三維聯合仿真，既能研究系統中各部件的配合使用，也能夠針對系統的中關鍵部分進行分析，仿真效率大大的提高。仿真試驗也可以與試驗研究結合在一起，提高計算結果的準確性，這兩種試驗方法在實際的工作中需要結合在一起，發揮出自身的優勢縮短設計成本和周期。

4.結束語

綜上所述，本文重點研究車輛熱管理發展現狀及仿真試驗方法。隨著能源利用的逐漸加大，節約能源使用逐漸受到人們的關注，人們對車輛節能環保的要求越來越高，當前車輛熱管理技術的研究還比較少，這方面還需要不斷的改善。

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5.2液力自動變速器的優點

液力自動變速器不采用離合換擋，檔位設置較少，變化較大，連接比較平穩，較易操作不僅給駕駛員提供便利，也為乘客帶來舒適的乘車體驗。而其缺點也是顯著的，液力自動變速器機構復雜，制造和修理都比較麻煩，所以隱隱有被淘汰的趨勢。

6.電控機械自動變速器（AMT）

電控機械自動變速器的產生是以干式離合器和固定軸式變速器為基礎，綜合應用模糊控制理論，電子技術和變速理倫，并以電子控制元件為核心，進一步通過液壓控制系統控制離合器的動作，例如選檔，換檔以及分離和結合。

6.1電控機械自動變速器的基本原理

依據駕駛員的指令（油門，制動）并與車輛的運行狀態（車速，檔位，發動機轉速）相結合根據一定的原理，并輔以相應的執行手段，從而聯合控制汽車的動力以及傳動系統，進一步實現起步，換檔的智能操作。

6.2電控機械自動變速器的優點

（1）控制系統結構相對簡潔，便于安裝，維護以及后期保養。

（2）靈活方便，可提高生活安全性，并有效減少駕駛員的勞動強度，并能使駕駛員注意力更加集中在行車環境中遇到的突發情況。

7.電控機械自動變速器在我國的發展趨向

自動變速器的分類廣泛但其核心技術是電液控制，電子技術和傳感器技術。但是由于液力自動變速器對于技術和經濟投入要求比較高，因此難以形成規模化。因此我國就現在的國情來講更應以電控機械自動變速器方向為主，主要原因還是性價比比較高，投資少且可批量生產，收益比較可觀。

8.結語

汽車市場的迅速擴大使得本國汽車制造業大量興起，病史汽車工藝以及科技得到大幅度的提升，變速器僅僅是其中的一部分，在保證現狀的同時，我們應該大力開展科技創新，多從國外先進的技術中取長補短，要緊跟著時代的腳步，爭取時刻處在科技前沿，以及重型汽車的高技術含量開發和生產適合我國現階段國情的重型車用變速器。

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