本發(fā)明屬于汽車模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽車乘客艙的采暖模擬方法。

背景技術(shù)：

汽車在寒冷天氣運行時，車內(nèi)溫度低，為保持車內(nèi)駕駛員及乘客的乘坐舒適性，要求車內(nèi)溫度達(dá)到某一個目標(biāo)值；當(dāng)前轎車的采暖系統(tǒng)主要應(yīng)用發(fā)動機的余熱加熱冷空氣，達(dá)到采暖的目的；余熱式的采暖系統(tǒng)按照載熱介質(zhì)的不同，分為水暖式和氣暖式兩種。水暖式采暖系統(tǒng)以發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻液為熱源，將冷卻液引入到加熱器芯體中，與鼓風(fēng)機送來的冷空氣發(fā)生熱交換，將加熱后的空氣吹入乘客艙內(nèi)，艙內(nèi)平均溫度升高，駕駛員與乘客感到暖流；但是現(xiàn)有的水暖式采暖系統(tǒng)開發(fā)初期，對于水暖式的采暖系統(tǒng)設(shè)計主要根據(jù)整車的冷負(fù)荷選定加熱器芯體，對于選定的加熱器芯體是否可以達(dá)到目標(biāo)值，直到整車采暖試驗之前，沒有一個有效的方法判定整車采暖系統(tǒng)是否可以滿足；并且水暖式系統(tǒng)設(shè)計方法存在以下缺點：

第一、未考慮整車動力總成對整車采暖效果的影響；對于同一款芯體，不同的動力總成，加熱器芯體的進(jìn)水溫度不同，因此，芯體換熱量不同，整車采暖效果不同；

第二、冷負(fù)荷為整車在某一環(huán)境下（假設(shè)室外環(huán)境為-20℃），空調(diào)模式全暖吹腳外循環(huán)，車內(nèi)平均溫度預(yù)達(dá)到某一目標(biāo)值，需加熱器芯體提供的換熱量；然而單純的計算整車?yán)湄?fù)荷，無法預(yù)測空調(diào)開啟多長時間后可以達(dá)到目標(biāo)溫度，也無法獲取乘客艙平均溫度的瞬態(tài)溫升曲線；

第三、裝配試驗樣車并完成整車采暖試驗后，周期較長，易錯過采暖系統(tǒng)的最佳匹配時間；

第四、裝配試驗樣車的成本較高，不利于多種方案的對比驗證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計了一種汽車乘客艙的采暖模擬方法，其解決了現(xiàn)有水暖式系統(tǒng)是否滿足設(shè)計要求的問題。

為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下方案：

一種汽車乘客艙的采暖模擬方法，包括以下步驟：

s1：選取參照車型，并根據(jù)所述參照車型建立乘客艙模型；

s2：然后根據(jù)所述參照車型搭建所述參照車型的采暖模型；

s3：再針對所述參照車型的乘客艙模型進(jìn)行校核；

s4：模擬新車型加熱器芯體出風(fēng)溫度；

s5：模擬參照車型的風(fēng)道熱損失；

s6：建立新車型乘客艙模型；

s7：最后預(yù)測新車型的整車采暖效果。

本發(fā)明提供的汽車乘客艙的采暖模擬方法具有以下有益效果：

該模擬方法簡便易行，分析周期短，可以同時實現(xiàn)多種方案的對比；且這種方法與傳統(tǒng)的方法相比，考慮了發(fā)動機熱量及冷卻系統(tǒng)各支路水流量分配對整車采暖效果的影響，并可以得到整車采暖的瞬態(tài)效果。

附圖說明

圖1：本發(fā)明一種汽車乘客艙的采暖模擬方法流程圖；

圖2：本發(fā)明參照車型乘客艙校核結(jié)果示意圖；

圖3：本發(fā)明新車型采暖效果預(yù)測結(jié)果示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

圖1示出了一種汽車乘客艙的采暖模擬方法，具體包括以下步驟：

s1：選取參照車型，并根據(jù)選取的參照車型建立乘客艙模型；建立乘客艙模型包括量取乘客艙長寬高方向上的尺寸、量取內(nèi)部座椅的尺寸、計算乘客艙內(nèi)部空間的體積、內(nèi)飾件的表面積以及車身表面積；

s2：然后根據(jù)參照車型搭建參照車型的采暖模型，根據(jù)參照車型采暖試驗獲得的出風(fēng)口溫度、風(fēng)量建立參照車型的采暖模型；

s3：再針對參照車型的乘客艙模型進(jìn)行校核；

s4：模擬新車型加熱器芯體出風(fēng)溫度，建立加熱器芯體仿真模型，并獲取加熱器芯體的出風(fēng)溫度；

s5：模擬參照車型的風(fēng)道熱損失，并建立風(fēng)道熱損失模型，模擬各風(fēng)道出風(fēng)口溫度；

s6：建立新車型乘客艙模型，具體包括根據(jù)參照車型假設(shè)新車型的乘客艙體積、內(nèi)飾件面積、重量、車身外表面積，新車型內(nèi)飾件的比熱與傳熱系數(shù)參照競品車的調(diào)校數(shù)據(jù)，建立新開發(fā)車型的乘客艙模型；

s7：最后聯(lián)合加熱器芯體模型、風(fēng)道熱損失模型、乘客艙模型模擬整車的采暖效果，即如圖3所示。

具體地，建立乘客艙模型包括從catia三維數(shù)模中量取乘客艙長寬高方向上的尺寸，量取內(nèi)部座椅的尺寸，計算乘客艙內(nèi)部空間的體積，內(nèi)飾件的表面積，車身表面積，從而建立乘客艙模型。本發(fā)明通過參照車型采暖試驗數(shù)據(jù)，完成乘客艙模型校核；結(jié)合參照車型采暖試驗獲得的出風(fēng)口溫度、風(fēng)量，建立參照車型的采暖模型；通過不斷的調(diào)節(jié)比熱與傳熱系數(shù)，至校核得到的乘客艙內(nèi)平均溫度與試驗測得的乘客艙內(nèi)平均溫度一致，完成模型調(diào)校，并保存模型備用；根據(jù)新車型的加熱器芯體臺架試驗數(shù)據(jù)，及參照車型采暖風(fēng)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過加熱器芯體水流量數(shù)據(jù)，應(yīng)用kuli軟件，建立加熱器芯體仿真模型，獲取加熱器芯體的出風(fēng)溫度；根據(jù)新車型采暖風(fēng)道的重量、換熱面積、比熱、傳熱系數(shù)等參數(shù)，建立風(fēng)道熱損失模型，模擬各風(fēng)道出風(fēng)口溫度；根據(jù)參照車型假設(shè)新車型的乘客艙體積、內(nèi)飾件面積、重量、車身外表面積，新車型內(nèi)飾件的比熱與傳熱系數(shù)參考參照車型的調(diào)校數(shù)據(jù)，建立新車型的乘客艙模型。

在新車型開發(fā)初期，首先需要根據(jù)其參照車型的信息及采暖試驗，調(diào)校參照車型的簡化乘客艙模型；其次，建立新車型的乘客艙模型；并且由于開發(fā)初期缺少整車的三維數(shù)模及整車的材料屬性，因此需要根據(jù)其參照車型的數(shù)據(jù)，推算新車型的相關(guān)信息，作為仿真的參數(shù)輸入；最后，根據(jù)新車型的發(fā)動機熱量（或發(fā)動機的出水溫度）、發(fā)動機冷卻管路的水流量分配、加熱器芯體的換熱試驗和風(fēng)道的熱損失，預(yù)測新車型的采暖效果。

具體地，結(jié)合上述方案，本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法s1步驟還包括以下步驟：

s11：提取參照車型的乘客艙內(nèi)部幾何尺寸，確定乘客艙的內(nèi)部容積和內(nèi)飾件表面積；

s12：提取參照車型的乘客艙外部幾何尺寸，確定乘客艙的外表面積；其中乘客艙外表面積是指車身外部鈑金件的表面積之和；具體包括車門外板表面積、車頂棚外板表面積、車底板表面積、行李箱蓋外板表面積、發(fā)動機蓋外邊表面積、前翼子板表面積、后翼子板表面積；

s13：計算參照車型乘客艙內(nèi)飾件的重量；

s14：設(shè)定參照車型內(nèi)飾件的綜合比熱與綜合傳熱系數(shù)，綜合比熱與綜合傳熱系數(shù)均為假設(shè)值；其中，假設(shè)值是指一般內(nèi)飾件的綜合比熱和綜合傳熱系數(shù)都是在一個范圍內(nèi)；依據(jù)傳熱學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)以及行業(yè)內(nèi)的一些論文，對綜合比熱和綜合傳熱系數(shù)先進(jìn)行初步粗略設(shè)定，后續(xù)根據(jù)采暖試驗數(shù)據(jù)再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)；

s15：將s11~s14中的幾何參數(shù)與物理屬性輸入到kuli軟件乘客艙模型中，參照車型的乘客艙模型建立完成。

優(yōu)選地，結(jié)合上述方案，本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法s2步驟包括：

s21：首先建立采暖風(fēng)道模型，根據(jù)采暖試驗數(shù)據(jù)輸入采暖風(fēng)道各出風(fēng)口的風(fēng)量、溫度、濕度的數(shù)據(jù)；其中，采暖試驗數(shù)據(jù)指的是參照車型的采暖試驗數(shù)據(jù)；在開發(fā)新車型之前，一般都會對參照車型進(jìn)行采暖試驗；

s22：然后將風(fēng)道模型與s1步驟中的乘客艙模型連接（參照空氣路搭建原則），完成參照車型采暖模型的搭建。

優(yōu)選地，結(jié)合上述方案，本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法s3步驟具體包括：

由于乘客艙的內(nèi)飾件材料復(fù)雜，很難精確的算出各種材料的綜合比熱，與綜合傳熱系數(shù)；因此，本發(fā)明中采用一種簡單的校核方法，可以避免繁瑣的計算及計算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題；采暖模型搭建完成后，調(diào)校內(nèi)飾件的綜合比熱與綜合傳熱系數(shù)；不斷的調(diào)節(jié)比熱與傳熱系數(shù)，至校核得到的乘客艙內(nèi)平均溫度與試驗測得的乘客艙內(nèi)平均溫度一致，試驗的時候會在乘客艙內(nèi)頭部和腳部分別布置八個傳感器進(jìn)行溫度測量，這八個點的算術(shù)平均溫度即為乘員艙內(nèi)平均溫度；并且其對照的是參考車型的試驗數(shù)據(jù)；如圖2所示，即可實現(xiàn)參照車型的乘客艙模型的校核。

優(yōu)選地，結(jié)合上述方案，本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法s4步驟具體包括：

根據(jù)新車型加熱器芯體的幾何尺寸、加熱器芯體的換熱試驗數(shù)據(jù)及經(jīng)過芯體的風(fēng)量，在kuli中搭建新車型加熱器芯體模型，獲得加熱器芯體的出風(fēng)溫度。

優(yōu)選地，結(jié)合上述方案，本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法中的s5步驟具體包括：

校核參照車型的風(fēng)道熱損失，新車開發(fā)初期，沒有風(fēng)道模型，需要參考競爭車型模擬相關(guān)風(fēng)道信息；風(fēng)道熱損失包括風(fēng)道比熱、風(fēng)道傳熱系數(shù)、風(fēng)道重量以及風(fēng)道面積的熱損失。

優(yōu)選地，結(jié)合上述方案，本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法s6步驟具體包括以下步驟：

s61：提取新車型的乘客艙內(nèi)部幾何尺寸，確定乘客艙的內(nèi)部容積，內(nèi)飾件表面積；

s62：提取新車型的乘客艙外部幾何尺寸，確定乘客艙的外表面積；

s63：計算新車型乘客艙內(nèi)飾件的重量；

s64：設(shè)定新車型內(nèi)飾件的綜合比熱與綜合傳熱系數(shù)，此時的比熱與傳熱系數(shù)為假設(shè)值；

s65：將s61~s64中的幾何參數(shù)與物理屬性輸入到kuli軟件乘客艙模型中，如圖3所示，從而完成新車型的乘客艙模型建立。

優(yōu)選地，結(jié)合上述方案，本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法s7步驟具體包括以下步驟：

根據(jù)所述新車型的發(fā)動機熱量或發(fā)動機的出水溫度、通過加熱器芯體的水流量、加熱器芯體的換熱能力和風(fēng)道熱損失來預(yù)存新車型的采暖效果。

具體地，本發(fā)明在計算各物理參數(shù)時，將乘客艙的內(nèi)飾件簡化為一個質(zhì)量點；質(zhì)量點原理：質(zhì)量點與流體介質(zhì)（可為空氣或其他流體介質(zhì)）在接觸時產(chǎn)生熱交換；換熱量取決于傳熱系數(shù)、傳熱面積與溫差：

熱系數(shù)、傳熱面積與溫差：

公式中q指的是換熱量，傳熱面積即指內(nèi)飾面積。

本發(fā)明采用對數(shù)平均溫差：

其中

q------換熱量；

------傳熱系數(shù)；

a------換熱面積；

------質(zhì)量點與介質(zhì)之間的溫差；

tinletmedium------流體介質(zhì)入口溫度；

toutletmedium------流體介質(zhì)出口溫度；

tpm------質(zhì)量點溫度。

結(jié)合上述方案，本實施例中選取一個具體實施過程進(jìn)行說明：

首選，量取其參照車型的乘客艙內(nèi)部體積2.97m3，內(nèi)飾件表面積17.18㎡，車身外表面積13.1㎡，內(nèi)飾件重量149kg，假設(shè)內(nèi)飾件的比熱與傳熱系數(shù)，建立簡化乘客艙模型；根據(jù)整車采暖試驗數(shù)據(jù)，建立整車采暖模型，并設(shè)定整車采暖運行工況：車速40km/h，環(huán)境溫度-20℃，外界大氣壓力101kpa,運行時間40分鐘，調(diào)校整車內(nèi)飾件的綜合比熱與綜合傳熱系數(shù)，使乘客艙內(nèi)的平均溫度校核結(jié)果與采暖試驗結(jié)果一致，記錄此時的比熱與傳熱系數(shù)數(shù)值，應(yīng)用到新車型的建模中。

然后，量取或推算新車型的乘客艙信息，乘客艙內(nèi)部體積3.01m3,內(nèi)飾件表面積17.18㎡，車身外表面積13.5㎡，內(nèi)飾件重量141kg，輸入?yún)⒄哲囆蛢?nèi)飾件的比熱與傳熱系數(shù)，建立新車型的乘客艙模型；建立加熱器芯體模型與風(fēng)道熱損失模型，搭建整車采暖模型，設(shè)定仿真工況，預(yù)測新開發(fā)suv的整車采暖效果；即得到40min時乘客艙內(nèi)的平均溫度達(dá)到25℃。

通過采用本發(fā)明提供的一種汽車乘客艙的采暖模擬方法，使得汽車開發(fā)過程中的采暖模擬方法簡便易行，分析周期短，可以同時實現(xiàn)多種方案的對比；并且該種方法與傳統(tǒng)的方法相比，考慮了發(fā)動機熱量及冷卻系統(tǒng)各支路水流量分配對整車采暖效果的影響，并可以得到整車采暖的瞬態(tài)效果。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。