CN102663179A - 一种在布置阶段进行汽车前舱温度场校核的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在布置阶段进行汽车前舱温度场校核的方法,该方法包括在发动机选定后,通过发动机热源温度边界条件和空间网格模型,计算得到前舱内发动机排气侧的空间温度场,将其进行后处理后转换为空间温度分布数据文件,提供给整车前舱布置工程师,布置工程师输入想要进行温度校核的前舱各部件的材料和坐标,即可得到该部件在该位置的温度,和该部件对应的温度限值进行比较,若温度超出限值,则可采取改变布置位置、更改耐温材料、进行隔热处理等措施。通过本发明的方法,在汽车布置阶段就可进行温度场校核,从而尽早发现并避免汽车前舱温度场风险;而且前期仿真计算速度快,使用非常方便。
Description
技术领域
本发明涉及汽车前舱温度场校核的方法,具体涉及一种在整车布置阶段进行汽车前舱温度场校核的方法。
背景技术
随着汽车技术的不断发展,发动机的强化程度越来越高,前舱布置也更加紧凑,发动机舱内与热源临近部件的温度问题日益突出。特别是对于发动机前置前驱、排气在发动机后侧的汽车,由于通过进气格栅进入发动机舱内的冷却空气很难对排气歧管和预催周围的部件进行冷却,造成该区域空气流速低、散热不通畅,而成为高温区。很多非金属部件如相位传感器、传动轴护套等,在前舱内的工作温度常常超过温度限值,不满足使用要求。
常规的前舱温度场校核方法是在总布置完成之后,进行前舱温度场仿真计算,得到各主要部件的温度场分布情况,若超过限值,再进行隔热或导风处理。或者不进行温度场计算,直接在样机完成后,在高温转毂上进行温度场试验,然后对温度场超标的部件,进行隔热或者导风处理。由于此时整个布置方案都已经确定,设计已经基本冻结,这些方法很难从根本上解决问题,而且若需要对不满足温度限值的部件进行修改,成本高、仿真周期长,直接影响到项目开发进度;有些问题甚至根本就已经无法解决。
发明内容
为了克服现有方法的不足,本发明提出一种在汽车布置阶段就进行前舱温度场校核的方法,该方法的主要技术构思为:(1)根据选定的发动机,通过发动机温度边界条件和空间网格模型,计算排气侧的空间温度场,得到空间区域内各点的温度;(2)空间温度场数据后处理;通过软件将计算得到的空间温度场数据进行后处理,组合成空间温度分布数据文件;(3)布置工程师利用数据文件及显示软件,输入需要进行温度校核的部件的坐标及材料,即可得到该部件在该位置的温度,布置工程师可检查其是否满足温度限值要求;(4)若温度超标,布置工程师修改部件设置坐标,并计算得到新坐标点的温度;(5)在通过修改布置位置仍然无法满足要求后,CAE工程师可根据布置工程师反馈意见对温度超标部件进行隔热处理,然后再重新进行空间温度场仿真计算,结果提供给布置工程师,进行校核;(6)类似的方法完成所有部件的温度校核。
具体的本发明的技术方案如下:
一种在布置阶段进行汽车前舱温度场校核的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)、获得未布置部件条件下汽车前舱内的空间温度场分布;
(2)、将所述空间温度场分布转换为对应于前舱内各部件材料的空间温度分布数据文件;
(3)、基于所述空间温度分布数据文件获得某一选定部件在某一选定允许布置位置的预期温度数值;
(4)、判定该温度数值是否超出该部件材料的温度限值,若超出则执行步骤(5);若未超出则执行步骤(6);
(5)、判断该部件是否还存在其他未选过的允许布置位置,若存在则选定该其他允许布置位置,并执行步骤(3);若不存在则执行步骤(7);
(6)、确定是否校核完前舱内要布置的所有部件,若否则选择未校核的部件和其允许布置位置,并执行步骤(3);若是则执行步骤(8);
(7)、结束校核程序并提示汽车前舱的温度场不满足设计要求,需要对其进行修正,待修正后重新执行步骤(1);
(8)、完成校核并提示汽车前舱的温度场满足要求,能够进行各部件的布置。
进一步的上述方法中所述步骤(1)具体包括:选定发动机,并获取发动机排气侧的热源温度边界条件;建立前舱内的空间网格模型;根据所述边界条件和空间网格模型计算得到所述空间温度场分布。
进一步的上述方法中所述的空间网格模型由发动机外表面的网格模型和发动机排气侧空间的网格模型组成。
进一步的上述方法中,所述步骤(2)具体包括:获得前舱内各部件的材料种类及其对应的导热特性;根据所述空间温度场分布以及各类材料对应的导热特性,计算得到各类材料在所述空间温度场分布中拟达到的空间温度分布数据,并整理成能反应各类材料在各位置的预期温度的数据文件。
进一步的上述方法中所述各部件材料种类包括钢、铝和橡胶。
进一步的上述方法中,所述步骤(3)具体包括:选择某一布置部件和其在前舱内的某一允许布置位置;确定所选择部件的组成材料;基于所述空间温度分布数据文件得到该材料在该允许布置位置的预期温度数值。
进一步的上述步骤(3)包括的各步骤通过所述空间温度分布数据文件的界面读取软件实现,所述软件包括有部件材料信息和位置坐标信息设置窗口。
进一步的上述方法中,其中所述步骤(4)和(5)中的判断过程自动实现,所述各部件材料的温度限制和各部件的允许布置位置预存成数据文件。
进一步的上述方法中,所述步骤(7)中所述的修正包括修改发动机的隔热措施、修改前舱内待布置部件的隔热措施和/或修改前舱的布局。
本发明的技术效果:
通过本发明的方法,在布置阶段就可进行前舱的温度场校核,从而尽早发现并避免汽车前舱的温度场风险;而且前期温度场计算速度快,布置工程师不需要进行任何仿真计算,降低了校核成本且使用非常方便。
附图说明
附图1:在布置阶段进行汽车前舱温度场校核的流程图;
附图2:用于发动机排气侧温度场计算的空间网格模型;
附图3:附图2所示网格模型的空间温度场分布;
附图4:空间温度分布数据文件的读取软件界面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述以更充分的理解本发明的技术方案,但并不意味着将本发明局限于这些具体的实施方式中。
如图1所示,本发明的技术方案按照附图1所示的流程进行布置阶段前舱温度场的校核,这种布置阶段温度场的校核是指通过计算处理判断前舱内预设各部件设置在这种温度场内时是否会超过其温度上限,若存在超过温度限值的部件时则表明这种前舱温度场不满足要求,需要对其进行修改,若各部件均满足其对应材料的温度限值要求则说明这种前舱温度场满足要求,可进行各部件在前舱的布置。具体的校核过程是:
首先在整车概念设计阶段选定发动机,根据发动机的温度试验、仿真数据,获取用于前舱温度场校核的发动机排气侧热源温度边界条件。然后对发动机排气侧及其空间进行网格划分从而进行发动机排气侧温度场的空间建模,图2为发动机排气侧温度场计算空间网格模型,该模型由发动机外表面网格模型和排气侧空间的网格模型组成,该网格模型反应了包括发动机的汽车前舱空间分布状态。根据该空间网格模型和上述发动机排气侧热源温度边界条件,利用温度场仿真软件即可计算得到该空间网格模型所表示的空间区域内各点的温度,即附图1所示流程中的温度场分布。这种计算方法在本领域易实现,即只要提供一个确定的空间模型和其温度边界条件,即可通过温度场仿真软件来计算该空间模型内各点的温度分布情况。图3为计算得到的附图2所示空间模型内的温度场分布结果,不同颜色代表了相应区域的温度分布情况。
然后如附图1的流程所示,通过自己开发的程序,将计算得到的空间温度场分布数据进行后处理,生成空间温度分布数据文件,进行这种后处理的主要原因是,上述得到的如附图3所示的空间温度场分布只是反应了未布置任何部件材料的空间温度分布情况,但这种空间温度并不能代表于该空间内布置特定部件材料后,部件材料本身在该温度条件下实际所能达到的温度,比如计算得到某点空间温度是200℃,当在该点布置陶瓷材料后,该陶瓷材料在200℃的空间温度条件下并不能达到200℃。因为本发明是在布置阶段而进行汽车前舱的温度场校核,因此在该布置阶段各部件还并未布置在前舱内,因此需要将该前舱空间内的温度分布转换为将这种温度分布应用于各种部件材料后(亦即各种材料布置于该温度空间内时),部件材料本身在空间各点所能够达到的实际温度数值分布。所以要对计算得到的空间温度场分布进行后处理,在该后处理的过程中结合需要布置到汽车前舱内的各部件具体的材料(包括钢、铝和橡胶等)的导热特性而计算得到所有部件材料在该前舱发动机排气侧温度场内的空间温度分布数值,从而生成空间温度分布数据文件,以供布置工程师使用。尽管前舱内的布置部件较多,但其构成材料很有限,很多部件可能采用一种材料制作,因此只要知道这种材料的温度数值即可得知由其制作的所有部件的温度分布,可见该空间温度分布数据文件包括了前舱内各种部件在发动机排气侧空间温度分布场内各空间位置点的温度值。以上工作均由CAE工程师完成,且CAE工程师只给出具体的温度分布数据而不进行适用情况等的判断。
然后如附图1流程所示,布置工程师利用CAE工程师提供的空间温度分布数据文件,对发动机前舱内需要布置的各部件进行温度校核。布置工程师掌握有发动机排气侧的前舱内需要布置的各部件的材料以及可设置位置的信息,这些信息预存成预定格式的数据文件供布置工程师在进行部件温度场校核以及部件布置时使用。
具体的校核过程如附图1所示的流程所示,布置工程师在自行开发的读取显示软件中(图4为计算软件的界面,该软件可为能够根据输入读取上述空间温度分布数据文件的界面软件,因为前舱内具体的温度分布数据如上所述已制作在空间温度分布数据文件中),输入需要进行温度场校核的部件的材料信息和允许设置的位置坐标信息,如附图4所示。然后点击“开始计算”按钮,即可进行计算并最终输出这种材料的部件在该设置位置的温度,然后布置工程师根据输出的温度结果,来检查是否满足温度限值要求,即判断该温度是否达到了该部件材料的适用温度上限。如果已达到,则不满足设计要求,表明这种材料的部件不能用于该位置,此时需要判断该部件材料是否存在其他可设置位置,若存在则选择该部件的其他可设置位置(通常以特定步长如1cm进行选择),即在图4中的软件界面中输入该部件的其他可设置新坐标值,重新计算该部件在该新坐标点的温度。如果其在该新坐标点的温度满足温度限制设计要求(即温度低于材料本身的适用温度上限),则表明这种材料的部件可布置在该新坐标点位置。然后进一步判断是否完成用于发动机前舱内的所有部件的温度校核,若没有则选择其他需要温度校核的前舱部件,类似上述方式,输入该其他部件的材料和可设置位置信息以重复上述温度校核过程;若已完成所有部件的温度校核(即前舱内所有部件均满足温度限值条件),则表明该发动机前舱内的温度场分布满足要求,可进行各部件在前舱内的布置工作。在上述校核的过程中,如附图1的流程所示,若对某一部件在某一位置进行温度计算后不满足温度限值条件,按照上述方式需要重新选择该部件的其他可设置位置,若该部件的材料在所有可设置位置都不满足温度限值条件(试完其所有可设置位置),即该部件设置在前舱温度场中的所有可行位置都会超出其材料的温度限值,则表明在这种前舱温度场条件下无法布置这种部件,反应了汽车前舱内的隔热措施、结构布置等存在问题,此时需按照图1的流程由布置工程师和CAE工程师一起,协商解决方案,包括修改隔热措施、改变发动机的布置等,通常都是通过修改隔热措施来进行解决,其包括对上述部件单独进行隔热处理或对发动机整体的隔热措施进行修改,然后重新再由CAE工程师进行上述空间网格模型建立、温度场仿真计算,并类似的用上述流程校核各部件在修改后前舱温度场条件下的适用情况,以保证前舱各部件满足温度场要求。
流程中涉及的判断过程可自动执行,通过提前将各材料的适用温度上限预存成温度限值数据文件,并通过相关软件或计算程序将上述计算得到的温度数据与该温度限值数据文件中对应的温度上限进行数值比较后,即可自动给出判定结果;对于各布置位置以及其他部件的选择判断也可类似的通过相关软件或计算程序自动执行。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述,并不将本发明的技术方案限制于此,本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴,如尽管上述方法中详述了前舱所有部件的校核过程,但本发明所述的方法完全能够适用于单独某种部件的校核,又如本发明方法中的各判断过程既可人为进行也可通过相关软件、程序自动进行,等等这些都属于本发明的技术范畴,本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (9)
1.一种在布置阶段进行汽车前舱温度场校核的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)获得未布置部件条件下汽车前舱内的空间温度场分布;
(2)将所述空间温度场分布转换为对应于前舱内各部件材料的空间温度分布数据文件;
(3)基于所述空间温度分布数据文件获得某一选定部件在某一选定允许布置位置的预期温度数值;
(4)判定该温度数值是否超出该部件材料的温度限值,若超出则执行步骤(5);若未超出则执行步骤(6);
(5)判断该部件是否还存在其他未选过的允许布置位置,若存在则选定该其他允许布置位置,并执行步骤(3);若不存在则执行步骤(7);
(6)确定是否校核完前舱内要布置的所有部件,若否则选择未校核的部件和其允许布置位置,并执行步骤(3);若是则执行步骤(8);
(7)结束校核程序并提示汽车前舱的温度场不满足设计要求,需要对其进行修正,待修正后重新执行步骤(1);
(8)完成校核并提示汽车前舱的温度场满足要求,能够进行各部件的布置。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)具体包括:
(1)选定发动机,并获取发动机排气侧的热源温度边界条件;
(2)建立前舱内的空间网格模型;
(3)根据所述边界条件和空间网格模型计算得到所述空间温度场分布。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述空间网格模型由发动机外表面
的网格模型和发动机排气侧空间的网格模型组成。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)具体包括:
(1)获得前舱内各部件的材料种类及其对应的导热特性;
(2)根据所述空间温度场分布以及各类材料对应的导热特性,计算得到各类材料在所述空间温度场分布中拟达到的空间温度分布数据,并整理成能反应各类材料在各位置的预期温度的数据文件。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述各部件材料种类包括钢、铝和橡胶。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)具体包括:
(1)选择某一布置部件和其在前舱内的某一允许布置位置;
(2)确定所选择部件的组成材料;
(3)基于所述空间温度分布数据文件得到该材料在该允许布置位置的预期温度数值。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,其中所述各步骤通过所述空间温度分布数据文件的界面读取软件实现,所述软件包括有部件材料信息和位置坐标信息设置窗口。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中所述步骤(4)和(5)中的判断过程自动实现,所述各部件材料的温度限制和各部件的允许布置位置预存成数据文件。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(7)中所述的修正包括修改发动机的隔热措施、修改前舱内待布置部件的隔热措施和/或修改前舱的布局。
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