客車發動機艙溫度報警系統設計

黃長頑（廈門金龍聯合汽車工業有限公司，福建 廈門 361023）

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客車發動機艙溫度報警系統設計

黃長頑
（廈門金龍聯合汽車工業有限公司，福建 廈門 361023）

摘要：利用試驗測試與CFD仿真相結合，通過溫度場試驗測得發動機艙溫度分布及變化速率，通過仿真分析發動機艙溫度分布特征，確定溫度傳感器布置，優化設計發動機艙溫度報警系統。

關鍵詞：客車；發動機艙；溫度場；溫度速率；溫度報警系統

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U463.65+3Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-24-03

引言

后置發動機艙體溫度過高會造成許多不利影響，如降低艙體內的各種橡膠管路、電器線路的使用壽命、加劇玻璃鋼后圍的老化速度、容易形成起火隱患。[1]在客車整車開發設計階段，應針對發動機艙熱管理進行優化設計。同時，考慮客車實際運行工況運行環境復雜，有必要對發動機艙溫度進行監測，出現高溫異常時發出報警。使駕駛員及時獲知以便采取適當措施防止事故發生。

交通部標準也對發動機艙內的溫度監控做了規定：后置發動機艙內應裝溫度報警系統和自動滅火裝置。[2]

通過金龍龍翼車聯網平臺抽取某9米車型106臺發動機艙溫度數據，如圖1所示。可以看出，同一車型不同配置實際發動機艙溫度各不相同。若按統一的報警閾值進行設置，可能存在誤報警或漏報的情況。

圖1　某車型發動機艙溫分布情況

因此，有必要對發動機艙溫度報警系統進行優化設計，本文通過溫度場試驗測得發動機艙溫度分布及變化速率，通過仿真分析發動機艙溫度分布特征，從而確定車輛溫度傳感器布置，優化溫度報警系統設計。總體思路為：設計檢測電路與程序，實時檢測艙溫值及溫度上升速率，綜合判斷溫度、溫度上升速率與預設的閾值進行對比，超過時觸發報警。溫度或溫度上升速率觸發報警的閾值可根據不同車型狀態進行標定。

1、試驗及分析

1.1發動機艙溫度場試驗

選用某9米主力車型為試驗對象，在客車底盤測功機上進行發動機熱平衡試驗，配合VBOX-3i車載數據采集系統、熱電偶采集溫度數據。試驗過程中，環境溫度、濕度基本穩定，模擬風速約為12m/s，平均溫度為28℃。

溫度測點布置參考了國內其他客車溫度場試驗[3-4]，同時結合金龍客車此前發動機安裝評審和冷卻試驗經驗，將發動機艙分成A、B、C三個截面，分別為前、中、后，如圖3，每個截面布置9個測點，總共布置27個測點，如圖3所示。利用底盤測功機的speed控制模式，使發動機工作在最大功率狀態和最大扭矩狀態，直至發動機達到熱平衡。采集各測點的溫度數據。

圖2　發動機艙分割面

圖3　試驗車發動機艙布置及測點布置

1.2試驗結果分析

圖4　試驗車艙溫分布

從圖4可得：

1）截面B處由于發動機、渦輪增壓等熱源存在，部分測點溫度大于90℃；

2）溫度分布情況為：從下到上溫度呈上升趨勢，從右到左溫度呈上升趨勢。

3）根據

計算可得發動機艙平均溫度大于70℃。

1.3CFD仿真發動機艙溫度分布

圖5　發動機艙溫度溫分布

從仿真分析可知，發動機艙溫分布由下至上，從右至左呈遞增趨勢。與試驗結果基本一致。

2、溫度報警系統優化設計

2.1溫度傳感器布置

由于量產車輛因產品定位、成本、技術方案等約束，只布置一個溫度傳感器。單個傳感器布置主要考慮以下幾個因素：

1）達到熱平衡后該點溫度相對穩定；

2）該點溫度接近艙溫最大值；

3）該點避開高溫熱源直接熱輻射。

根據上述約束條件，結合試驗結果及仿真分析，該車型傳感器布置選定截面B的TB2位置。

2.2系統報警預設值（閾值）計算

1）報警溫度閾值

式中：T報警為報警溫度閾值，T溫升為試驗或仿真所得某車型熱平衡后對比試驗環境溫度的上升值，T環為根據車輛使用環境情況設定的溫度常量。

該車型TB2測點測得最高溫度為88℃，試驗環境溫度為28℃，T溫升=88℃-28℃=60℃，因此該車型T報警=60+T環

2）溫度上升速率

如圖6所示，由于車輛正常運行后發動機艙平均溫度大于70℃，只選取溫度大于70℃區間計算得發動機艙溫度上升速率＜0.2℃/s。

圖6　界面B各測點溫度曲線

2.3系統電路及程序設計

系統電路框圖如圖7所示，溫度傳感器采樣精度為± 0.1℃，接口電路、處理器集成在總線處理器中，由處理器進行數據處理和判斷。

圖7　系統硬件電路框圖

系統程序框圖如圖8所示，處理器判斷溫度值或溫度上升速率是否達到預設值，一旦達到則觸發報警。預設值可根據車輛配置情況通過上位機軟件進行設置。

圖8　系統程序框圖

3、結束語

該方案在試驗車上進行了驗證，通過人為設置冷卻系統故障、滿載高速運行后緊急停車熄火等測試，讓發動機艙異常高溫或異常溫度快速上升，報警系統均能準確進行報警。試驗車在整個5萬公里的道路試驗過程中，未發生報警系統誤報情況。

后期可結合金龍龍翼車聯網平臺大數據分析進行校準，后續優化可加入發動機轉速、水溫條件進行分析判斷。可與發動機艙自動滅火裝置聯動，研究火災早期預警，提高自動滅火裝置的早期滅火效果。[5]

參考文獻

[1]羅丹峰.發動機后置車型艙體降溫試驗研究[J].人民公交.2006(4): 49-50

[2]JT T 325-2013.營運客車類型劃分及等級評定[S].

[3]沈凱,徐向陽,王先勇,倪計民.后置客車發動機艙溫度場試驗[J].同濟大學學報:自然科學版.2013,41(5):779-783.

[4]王忠,歷寶錄,黃成海,唐颋,楊殿勇.后置發動機客車機艙空間溫度場的試驗研究[J].汽車工程.2006, 28(3):262-266.

[5]胡凱耀.客車發動機艙熱管理研究及結構改進[D].湖南大學.2012.

[6]高艷艷,杜建華,張認成,丁環.客車發動機艙內溫度分析的火災預警方法實驗[J].華僑大學學報:自然科學版.2014(6):601-604.

Design of Engine Compartment Temperature Alarm System

Huang Changwan
( Xiamen King Long United Automotive Industry Co. Ltd., Fujian Xiamen 361023 )

Abstract:Combined test and CFD simulation, through the temperature field test measured the temperature distribution and temperature rate of engine compartment. Through the simulation analyzed the temperature characteristics. Then determined the temperature sensor layout, optimized the design of engine compartment temperature alarm system.

Keyword:Coach; Engine compartment; Temperature field; Temperature rate; Temperature alarm system

中圖分類號：U463.65+3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988 （2016）05-24-03

作者簡介：黃長頑，碩士，工程師，就職于廈門金龍聯合汽車工業有限公司。主要從事：客車電氣設計。