汽车的热管理系统及其模块
长期以来人们一直孤立地考虑汽车驾驶室的空调系统和发动机的温控系统。但是，随着电子控制技术的发展，Behr公司已经开始综合考虑发动机以外的所有热流和物流问题。这种被称作热管理的观点，将有力地推动技术革新。采用新改进的模块和系统很快将会在很多方面出现可观的改善，比如在乘客的舒适性、安全性，系统和模块与车辆的一体化以及对生态的保护方面。
1 通过热管理进行革新
1.1 舒适性和安全性
在这方面最重要的技术革新是空调分成四个区域，舒适度可以调节，同时降低室内噪音。由于空调分成四个区域，所以后排的乘客可以视个人需要调节温度、空气流量及空气分布情况，因此除了货车、小货车及多功能机动车等车厢较大的车型，一般车型的车厢后部无须再单独安装空调器。由于有传感器测量日照强度、空气质量、空气温度和速度，因此在舒适度方面可以实现恒温的舒适环境，并且不受车外阳光强度、有害物质的浓度和温度以及乘客散发的湿度影响(图1)。因为采用新型通风装置和风扇电动机支架，改进空调的导风装置，及采用吸音材料，所以车内噪声控制达到了新标准。
1.2 生态保护
这方面的革新是采用CO2。一制冷装置(图2)、电子压冷却废气再循环装置、恒温器以及电子控制的VISCO离合器。通过上述技术革新直接和间接地减少了温室效应，还比普通制冷装置制冷能力高。通过采用废气冷却再循环(图3)能够达到欧洲柴油机技术标准EUR0狐和EUROIV。使用特性曲线恒温器可以在部分负荷时提高制冷剂温度，降低能耗，减少排放。
1.3 与车辆的一体化
小型多功能空调器配有新型导风部件，即所谓的百叶窗式导风片。这种空调还配有空气混合模件，在空气动力学方面进行优化，因而节省空间，使仪表盘在结构上有更大的空间(图4)。另外，还由于制冷剂冷却器和冷凝器是一个整体而节省了空间(图5)。也因此而简化了复杂的安装程序，组件也可以在结构上进行优化。同时，小型多功能冷却模块也对于中型和重型汽车非常重要，因为这些车的冷却模块在结构上还有很重要的作用。通过进行有限元模拟可实现新的结构和固定方法，结果明显提高了耐久性能。通过重新设计传热器的安装位置还节省了安装空间(图6)。
2 系统的构成
在系统构成中最重要的是物理系统和它的子系统的优化改进，以便在系统中创造一种相互协调作用。在这方面涉及到空气调节和发动机冷却这两个系统。空气调节系统由空调器／通风装置、制冷剂循环系统、制冷装置、操作面及调节装置等子系统组成。对发动机进行冷却的子系统有：冷却模块／冷却空气导向装置、制冷剂循环系统、增压空气、废气、传动油和机油等。
汽车的空调系统由制冷装置、空调器、冷却回路等组成。发动机冷却系统由三个方面组成：第一是热动力方面：从制冷器到冷却模块，再到整个系统；第二是空气动力方面：从通风装置到通风装置外壳，到冷却模块，再到整个系统；第三是电器／电子控制方面：从通风装置发动机和水泵到整个系统。
在系统开发过程中有一个重要的观点，即在汽车制造商和系统供应商之间要建立一种过程联网，也就是在CAE模具、集体设计和决定过程之间的联网。只有这样才能利用这种系统构成的优势，因为这样做首先就提高了接口的复杂程度，在过程联网中模拟具有很重要的作用。
2.1 在空气调节方面系统所具有的优势
统一领导、开发研制空调系统以实现总体优化能降低能耗、减少排放，因为这样能够提高整个系统的效率，同时空压机、通风装置和通风装置发动机只有在需要时才接通工作。当有可能出现临界负载时，还可以在保证乘客的舒适性和降低能耗及排放两者之间作选择。
通过整体优化可提高乘客的舒适度，使调节软件和系统硬件相互协调可以更好地调节温度、空气速度和空气湿度；对各个组件进行最佳设置又将缩短冷却和预热时间；将通风这一子系统内的压差降低到最小，可以降低噪声，而且使人在感觉上有明显的改善；使硬件与调节装置提前相互协调可以在结构上更符合人体工程学。此外，如果在安排各个组件时考虑到整个系统的最佳状态，将避免参数选择过大，因而节省成本。
2.2 在发动机冷却方面系统所具有的优势
通过在局部负载时提高、在满负载时降低冷却剂的温度可以降低能耗和排放。这两者均可通过缸盖和缸套中不同的温度来实现，因而改善燃烧和摩擦。通过优化子系统的功率消耗情况，特别是优化通风装置及水泵的功率消耗可以降低附加损耗。通过改善冷启动发动机的预热性能(比如通过使用百叶窗)，可选择是为车厢升温，还是为发动机预热，能够进一步改善负载循环情况。如果按照整个系统的最佳状态来确定各个组件的技术参数，在发动机冷却方面能够明显地节省空间，减小质量，因而又降低成本。
3 大的集成模块的构成
这里研究的是指在一个较大的组件中创造一种协调作用。这种协调原则上表现为，使一个组件承担过去由多个组件承担的任务，其结果是节省空间、减小质量、改善功能。原来的空调器现在发展成一个大的模块，叫做驾驶室模块，装有横梁、通风风道、仪表板和音响装置，有时还有转向轴和踏板。冷却模块发展成汽车前脸模块(图7)，有车灯、横梁、纵梁、冷却器支架和保险杠。
3.1 驾驶室模块的开发思路
目前可以确认有三种方法：一是人与车的关系；二是设计／美学；三是结构／热动力学。在人与车的关系这种方法中，各个组件的制造商使用统一改进的操作面来实现。它的优点是：将驾驶室的所有电子部件集束，在操作上最符合人体工程学。设计／美学这种方法是以仪表盘为驾驶室模块的基础，装有其他机械和电子部件。使用上述这两种方法的问题是：驾驶室的操作面和仪表盘成了每辆汽车的主要标志，而这些组件千篇一律的外观将削弱汽车厂家在市场上的竞争能力。
在结构／热动力学方法中，空调和横梁的制造商试图从结构上做文章来生产驾驶室模块，其优点是：空调、横梁及通风风道是驾驶室在结构上起主导作用的部件。一旦这些部件之间达成协调，那么这个模块会更加小巧玲珑。
Behr公司决定采用结构／热动力学方法，因为从长远来看，它似乎是最佳的方法。采用此方法将空调、横梁和通风风道，必要时还有操作台集中装入一个基础模块中(图8)，而且每个部件兼有许多不同的功能。这种多功能性可以使人如愿减少安装空间，减小质量。这种基础组件方案的的结果是使其功能与设计分离。这样一来，汽车制造商在设计仪表盘时可以继续走自己的路。这种集成的基础组件很明显使制造商在仪表盘的结构上可以有更大的自由空间，可以使后备箱空间更大，或者可以有更大的自由度，使车厢内彻底改观。鉴于这些要求今后还会继续发展出新型结构的基础组件，这又可能会导致一些功能的分化。
3.2 汽车前脸模块的开发方法
对汽车前脸模块的开发也可以从三个方面进行：车灯、冷却模块／通风装置以及模梁／抗撞击能力。因此目前这三个领域的供货商就成了前脸模块的主要供货商。比这三个方面都重要的是前脸的装配，这一点与驾驶室模块完全相同，而且现在汽车前脸完全是由汽车制造商开发研制的。但是，在未来几年中市场是会出现第一批由一个或者多个供货商研制的汽车前脸模块，将向世人展示大模块内的协调性最初得以实现的情况。
目前，HELLA—BEHR汽车系统有限公司正在进行的“整体前脸模块”项目集中研究的是，如何模拟驾驶室大模块使各个组件具有多项功能，这样一来，全铝制的组件(冷却器和冷凝器)基本上可以承受相应的撞击力量。为了提高前脸大模块在结构上的整体性，还可以从结构上考虑各个组件的固定、安装问题。另外，冷却空气的进风口也在结构上进行流体力学方面的改进。这一点非常重要，因为目前的设计趋势是，发动机罩越来越平，越来越向内凹，与此相应进气口小，位置深。
汽车前脸大模块的所有电器功能都集中在一个与CAN总线联网的控制仪表中。另外，该研究工作的目的还在于提高行人的安全系数及安全等级。
4 废气再循环模块和油模块
油模块包括油冷却器和油过滤器。与单独的组件相比其优势在于，它在流体力学方面进行了优化改进，实现了整体设计，而且安装空间小(图9)。在废气再循环模块中废气冷却器和废气回收调节控制阀彼此相连。在此最重要的是对于怎样将流量能量转化为机械能量在设计时进行了改进，因为在回收的废气中压差对柴油机的效率有很大的影响。还有在安装位置上进行改进也很重要，因为将废气回收模块装入目前的轿车和载重汽车的发动机中还是非常困难的。
5 新能力
为了对上述系统进行工业化生产，配件供货商必须获取新的能力，对系统的理解、对组件的技术条件的了解、对供货商在技术上的领先能力、基础数据、总系统和子系统的技术条件及其保证情况。对于模块来说原则上也是这样。区别主要是，在模块中机械件在结构上起着决定性作用。在此一方面考虑到整个车身的稳定性，它将影响车辆的运行；另一方面考虑到其抗撞击性能。怎样将对单个模块的撞击模拟与整车的撞击模拟相结合，还是一个尚未解决的问题。特别是当车的整体方案尚未形成时，就得对某些模块进行撞击模拟。这个问题汽车制造商今天通过许多小的叠代循环方法解决。这么多的叠代循环在模块厂家与汽车制造商之间的合作中是不可行的。在这方面今后几年还将产生新的合作方法。
本文来源：互联网 版权归原作者所有，转载仅供学习交流，如有侵权，请联系我们，谢谢。
标签： 点击： 评论: