CN106326571B - 一种乘员舱制冷效果的仿真方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供公开了一种乘员舱制冷效果的仿真方法和装置。该方法包括：读取乘员舱及其内部人体的三维图形；并对乘员舱及人体的表面执行面网格划分；反复修复面网格的网格质量；基于已修复的面网格，将乘员舱中的空间划分形成体网格；调用流体物理模型，将乘员舱及其内部人体的三维图形、以及由未填充空间划分形成的体网格加载到流体物理模型中；设置流体边界条件，并根据流体边界条件，计算并输出各体网格处的流体性能参数。利用该仿真方法可以获得乘员舱内气流的走向、人体表面的气流速度大小、气流在人体表面的分布情况等，用于评估乘员舱的制冷效果是否符合乘员舱舒适度的标准。节省时间、降低人力、财力的消耗，大大节约了成本。

Description

一种乘员舱制冷效果的仿真方法和装置

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种乘员舱制冷效果的仿真方法和装置。

背景技术

汽车乘员舱是相对封闭的空间，驾驶员需要长时间处在乘员舱内，当乘员舱内的热舒适性较差时，驾驶员在长时间驾驶后，容易精神恍惚、注意力不集中，存在驾驶安全隐患。

在驾驶员驾驶汽车时，需要提高乘员舱的热舒适性，从而改善驾驶员在驾驶过程中身心的舒适性，保证驾驶安全，因此，乘员舱内舒适度的好坏是制约驾驶安全的一个重要的问题。

在现有技术中，对乘员舱舒适度的分析直接进行温度场的瞬态分析，观察不同时刻乘员及驾驶员身体表面部位的温度值来判断乘员舱的舒适度是否满足标准。此种方法计算时间长，浪费时间、且耗费大量的人力、财力，导致成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种乘员舱制冷效果的仿真方法和装置，从而节省分析时间，降低工作量和成本。

本发明提供了一种乘员舱制冷效果的仿真方法，包括：

读取乘员舱及其内部人体的三维图形；

对读取的三维图形中的乘员舱及内部人体的表面执行面网格划分；

对划分的面网格进行网格质量修复；

基于已完成网格质量修复的面网格，将乘员舱中除内部人体之外的未填充空间划分形成体网格；

调用选定的流体物理模型，并将乘员舱及其内部人体的三维图形、以及由未填充空间划分形成的体网格加载到调用的流体物理模型中；

为加载有三维图形及体网格的流体物理模型设置流体边界条件；

根据设置的流体边界条件，计算流体物理模型中的各体网格处的流体性能参数并输出计算得到的流体性能参数。

可选地，在对乘员舱及其内部人体的图形执行面网格划分之前，所述乘员舱制冷效果的仿真方法还包括：识别三维图形中的干扰线条、并去除识别出的干扰线条。

可选地，所述执行面网格的划分的步骤包括：

设置单元网格的几何参数；

以设定的几何参数为约束条件，在三维图形中的乘员舱及内部人体的表面形成面网格。

可选地，所述网格质量修复的步骤包括：

校验划分的面网格的几何特性；

在三维图形中选定校验失败的面网格所在的表面；

对选定的表面重新执行面网格划分。

可选地，所述形成体网格的步骤包括：

识别包围未填充空间的各面网格；

以识别出的各面网格为约束条件，对未填充空间执行体网格的划分。

本发明还提供一种乘员舱制冷效果的仿真装置，包括：

图形读取模块，用于读取乘员舱及其内部人体的三维图形；

面网格划分模块，用于对读取的三维图形中的乘员舱及内部人体的表面执行面网格划分；

网格质量修复模块，用于对划分的面网格进行网格质量修复；

体网格生成模块，用于基于已完成网格质量修复的面网格，将乘员舱中除内部人体之外的未填充空间划分形成体网格；

加载模块，用于调用选定的流体物理模型，并将乘员舱及其内部人体的三维图形、以及由未填充空间划分形成的体网格加载到调用的流体物理模型中；

边界条件设置模块，用于为加载有三维图形及体网格的流体物理模型设置流体边界条件；

流体性能参数计算模块，用于根据设置的流体边界条件，计算流体物理模型中的各体网格处的流体性能参数并输出计算得到的流体性能参数。

可选地，所述乘员舱制冷效果的仿真装置还包括干扰线去除模块，所述干扰线去除模块用于识别三维图形中的干扰线条、并去除识别出的干扰线条。

可选地，所述面网格划分模块包括：

几何参数设置子模块，用于设置单元网格的几何参数；

面网格生成子模块，用于以设定的几何参数为约束条件，在三维图形中的乘员舱及内部人体的表面形成面网格。

可选地，所述网格质量修复模块包括：

校验子模块，用于校验划分的面网格的几何特性；

选定子模块，用于在三维图形中选定校验失败的面网格所在的表面；

重划分子模块，用于对选定的表面重新执行面网格划分。

可选地，所述体网格生成模块包括：

识别子模块，用于识别包围未填充空间的各面网格；

体网格划分子模块，用于以识别出的各面网格为约束条件，对未填充空间执行体网格的划分。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明的具体实施例中乘员舱制冷效果的仿真方法流程图；

图2为本发明的具体实施例中乘员舱内气流走向第一示意图；

图3为本发明的具体实施例中乘员舱内气流走向第二示意图；

图4为本发明的具体实施例中乘员舱内气流流经人体预定部位的流速示意图；

图5为本发明的具体实施例中乘员舱制冷效果的仿真装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

为了解决现有技术中乘员舱制冷效果分析方法需要耗费大量的时间、人力、财力等缺陷，本发明提供一种针对乘员舱制冷效果的仿真方法，通过仿真模拟乘员舱制冷，从而利用该仿真方法获得乘员舱内气流的走向、人体表面的气流速度大小、气流在人体表面的分布情况等，用于进一步评估乘员舱的制冷效果是否符合乘员舱驾驶人员感受到的舒适度的标准。

图1图1为本发明的具体实施例中乘员舱制冷效果的仿真方法流程图。下面结合附图1对该乘员舱制冷效果方法进行阐述说明。

如图所示，乘员舱制冷效果的仿真方法，包括：

步骤101：读取乘员舱及其内部人体的三维图形。

步骤102：对读取的三维图形中的乘员舱及内部人体的表面执行面网格划分。

在对乘员舱及其内部人体的图形执行面网格划分之前，乘员舱制冷效果的仿真方法还包括：识别三维图形中的干扰线条、并去除识别出的干扰线条。

在本实施方式中，应用Hyperworks等软件对乘员舱及人体的几何图形进行清理、面网格划分。

步骤103：对划分的面网格进行网格质量修复。

步骤104：基于已完成网格质量修复的面网格，将乘员舱中除内部人体之外的未填充空间划分形成体网格；

在划分完乘员舱及内部人体的面网格后，将该画好面网格的模型导入Star-CCM+中，通过表面修复(Surface Repair)面板对有质量差的网格进行调整，直到表面诊断(Surface Diagnostics)面板里有质量问题的网格数量均变为零，即可认为面网格质量合格。在调整好的网格质量上，通过Star-CCM+软件可以生成体网格。

在上述具体实施例中仅以Star-CCM+软件为例对本发明中的具体方案进行描述，本领域技术人员可以意识到，应用上述描述仅是示范性的，并不对本发明的保护范围构成限制。

步骤105：调用选定的流体物理模型，并将乘员舱及其内部人体的三维图形、以及由未填充空间划分形成的体网格加载到调用的流体物理模型中。

具体地，可以在Simulation窗口中，选择闭联物理(Continua-Physics)1-Models，选择其中的选择模型(Selecting Model)选项，在弹出的流体物理模型选择(PhysicsModel Selection)窗口中选择模拟所需要的流体物理模型。比如，流体物理模型必须包括三维模型；梯度模型；稳态模型；气体模型；层流模型；常密度模型；湍流模型；雷诺平均纳维叶-斯托克斯模型；K-艾普西隆湍流模型；可实现的K-艾普西隆两层湍流模型；两层全部y+壁面处理模型，等等。而且，流体物理模型还包括重力模型、拉格朗日多相模型或布西内斯克模型，等等。

以上示范性描述了具体的流体物理模型，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不对本发明的保护范围构成限制。

步骤106：为加载有三维图形及体网格的流体物理模型设置流体边界条件。

流体边界条件包括：乘员舱气流入口流速、气流出口流速、乘员舱的外边界气流流速、人体表面的气流流速。

例如，可在树形模型窗口中的Regions-Region1-Boundaries节点下执行流体边界条件设置。设置入口流速，选择inlet边界，在属性窗口中确认类型(type)为velocityinlet。随后进行速度大小的设置，选择inlet-physics values-velocity magnitude-constant，在属性窗口中设置value值为相应的速度大小。而且，设置气流出口为压力出口(pressure outlet)，选择outlet边界，在属性窗口中确认type为pressure outlet，以限定气流出口流速。其余设置为壁面(wall)，在属性窗口中确认类型(type)为wall。

而且，进一步设置计算次数(计算步数)。具体地，选择stopping criteria-maximum steps，在属性窗口中设置最大计算次数(maximum steps)的值为5000，计算1000部停止。

本领域技术人员可以意识到，上述5000步仅为示范性描述，并不对本发明的保护范围构成限制。而且，以上详细描述了流体物理模型的具体实施方式，本领域技术人员可意识到，这种描述仅是示范性的，并不对本发明的保护范围构成限制。

步骤107：根据设置的流体边界条件，计算流体物理模型中的各体网格处的流体性能参数并输出计算得到的流体性能参数。

在这里，根据设置的流体边界条件，计算流体物理模型中的各体网格处的流体性能参数。待计算停止后，保存计算结果：依次点击file-save即可将计算结果保存。并以图形或其他形式输出流体性能参数。

利用该乘员舱制冷效果的仿真方法可对乘员舱的舒适度进行评估分析，具体地，对计算得到的各体网格处的流体性能参数进行分析，下面对流体性能参数进行详细的分析，以评估乘员舱的舒适度。

在一个具体实施例中，各体网格处的流体性能参数包括乘员舱内气流走向因子。基于各体网格处的流体性能参数评估乘员舱的舒适度包括：

基于乘员舱内气流走向因子确定乘员舱内气流走向图；当乘员舱内气流走向图中存在气流分布均匀度超出预先设定的第一门限值的区域时，或当乘员舱内气流走向区域超出预先设定的第二门限值的区域时，确定乘员舱的舒适度不合格。

具体地，观察气流分布是否均匀的方法包括：右击derived parts-new part-streamline，在弹出的窗口中进行以下设置：在seed parts里面选择region 1里的inlet和outlet。

如图2所示，该图为本发明的具体实施例中乘员舱内气流走向的第一示意图。

图2中气流从管道流出后的走向是吹向人体的胸部甚至更靠下的部分，气流走向偏低，并且，气流集中分布，均匀性差，不利于对人体进行降温，舒适度差。因此，可判断图2中的乘员舱的舒适度不合格。

图3为本发明的具体实施例中乘员舱内气流走向的第二示意图。

图3与图2对比可知，图3中的气流从管道流出后，分散吹向人体的胸部以上，头部以下，面部可感受到少量分散的气流。图3中气流走向的角度合适，能够使乘员舱内人员感觉舒适。

在又一个具体实施例中，各体网格处的流体性能参数包括乘员舱内气流流经人体预定部位的速度。基于各体网格处的流体性能参数评估乘员舱的舒适度包括：

基于乘员舱内气流流经人体预定部位的速度确定乘员舱内气流流经人体预定部位的速度矢量图；当乘员舱内气流流经人体预定部位的速度矢量图中存在气流流经人体某一预定部位的平均速度大于第三门限值的区域时，或当乘员舱内气流流经人体预定部位的速度大于第四门限值的区域时，则判定乘员舱的舒适度不合格。

如图4所示，该图为本发明的具体实施例中乘员舱内气流流经人体预定部位的流速示意图。

图4中示出，人体表面的大部分的区域流速小于0.5m/s，只是在风口正对的部位区域的流速略微高一些。根据图4中驾驶员与乘客的身体各个部位表面流速的分布云图可得到下表人体一些关键部位的气流平均流速，其各部位的气流流速小于等于0.5m/s，满足舒适度的要求，当气流流速大于0.5m/s时，容易冲击人体，特别是对裸露的人体皮肤，更加感觉冲击不舒服。

在对乘员舱舒适度的评估中，气流吹向人体的预定部位是指气流吹向这些部位能够使人员容易感到舒适，预定部位包括面部、手臂、胸部及胸部以上的部位，通常气流主要流经这些部位时，人员处于乘员舱内能够更加感觉舒适。如果大量气流，并且流速更加大的气流冲击人体的腰部、腿部等部位时，舒适度大大降低，甚至感觉不适。

在另一种具体实施例中，各体网格处的流体性能参数包括乘员舱内气流走向因子、乘员舱内气流流经人体预定部位的速度；基于各体网格处的流体性能参数评估乘员舱的舒适度包括：

基于乘员舱内气流走向因子确定乘员舱内气流走向图，基于乘员舱内气流流经人体预定部位的速度确定乘员舱内气流流经人体预定部位的速度矢量图；

当乘员舱内气流走向图中存在气流分布均匀度超出预先设定的第一门限值的区域时，或当乘员舱内气流走向区域超出预定设定的第二门限值的区域时，当乘员舱内气流流经人体预定部位的速度矢量图中存在气流流经人体某一预定部位的平均速度大于第三门限值的区域时，或当乘员舱内气流流经人体预定部位的速度大于第四门限值的区域时，则判定乘员舱的舒适度不合格。

基于上述分析，本发明还提供了一种乘员舱制冷效果的仿真装置。一并参见图5所示，该图为本发明的具体实施例中乘员舱制冷效果的仿真装置的结构示意图。

如图所示，该乘员舱制冷效果的仿真装置200包括：

图形读取模块201，用于读取乘员舱及其内部人体的三维图形；

面网格划分模块202，用于对读取的三维图形中的乘员舱及内部人体的表面执行面网格划分；

网格质量修复模块203，用于对划分的面网格进行网格质量修复；

体网格生成模块204，用于基于已完成网格质量修复的面网格，将乘员舱中除内部人体之外的未填充空间划分形成体网格；

加载模块205，用于调用选定的流体物理模型，并将乘员舱及其内部人体的三维图形、以及由未填充空间划分形成的体网格加载到调用的流体物理模型中；

边界条件设置模块206，用于为加载有三维图形及体网格的流体物理模型设置流体边界条件；

流体性能参数计算模块207，用于根据设置的流体边界条件，计算流体物理模型中的各体网格处的流体性能参数并输出计算得到的流体性能参数。

在一个具体实施例中，乘员舱制冷效果的仿真装置还包括干扰线去除模块，干扰线去除模块用于识别三维图形中的干扰线条、并去除识别出的干扰线条。

流体物理模型包括：三维物理模型；梯度模型；稳态模型；气体模型；层流模型；常密度模型；湍流模型；雷诺平均纳维叶-斯托克斯模型；K-艾普西隆湍流模型；可实现的K-艾普西隆两层湍流模型；两层全部y+壁面处理模型。

上述面网格划分模块202包括：几何参数设置子模块和面网格生成子模块，几何参数设置子模块用于设置单元网格的几何参数；面网格生成子模块用于以设定的几何参数为约束条件，在三维图形中的乘员舱及内部人体的表面形成面网格。

网格质量修复模块203包括：校验子模块、选定子模块和重划分子模块，校验子模块用于校验划分的面网格的几何特性；选定子模块用于在三维图形中选定校验失败的面网格所在的表面；重划分子模块用于对选定的表面重新执行面网格划分。

体网格生成模块204包括：识别子模块和体网格划分子模块，识别子模块，用于识别包围未填充空间的各面网格；体网格划分子模块，用于以识别出的各面网格为约束条件，对未填充空间执行体网格的划分。

可以将本发明实施方式中提出的乘员舱制冷效果的仿真方法和装置应用到各类型的汽车中，优选应用于新能源汽车中，具体可包括：普通动力汽车、纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)或燃料电池汽车(FCEV)，等等。

结合上述具体实施例分析可知，在本发明具体实施方式中的乘员舱制冷效果的仿真方法与现有技术中直接进行温度场的瞬态分析相比，本发明具体实施方式中的方法及装置，通过仿真模拟乘员舱制冷，从而利用该仿真方法获得乘员舱内气流的走向、人体表面的气流速度大小、气流在人体表面的分布情况等，用于进一步评估乘员舱的制冷效果是否符合乘员舱驾驶人员感受到的舒适度的标准。能够节省计算时间，降低人力、财力的消耗，节约成本。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种乘员舱制冷效果的仿真方法，其特征在于，包括：

读取乘员舱及其内部人体的三维图形；

对读取的三维图形中的乘员舱及内部人体的表面执行面网格划分；

对划分的面网格进行网格质量修复；

基于已完成网格质量修复的面网格，将乘员舱中除内部人体之外的未填充空间划分形成体网格；

调用选定的流体物理模型，并将乘员舱及其内部人体的三维图形、以及由未填充空间划分形成的体网格加载到调用的流体物理模型中；

为加载有三维图形及体网格的流体物理模型设置流体边界条件；

根据设置的流体边界条件，计算流体物理模型中的各体网格处的流体性能参数并输出计算得到的流体性能参数；

其中，所述流体性能参数包括乘员舱内气流流经人体预定部位的速度。

2.如权利要求1所述的乘员舱制冷效果的仿真方法，其特征在于，在对乘员舱及其内部人体的图形执行面网格划分之前，所述乘员舱制冷效果的仿真方法还包括：识别三维图形中的干扰线条、并去除识别出的干扰线条。

3.如权利要求1所述的乘员舱制冷效果的仿真方法，其特征在于，所述执行面网格的划分的步骤包括：

设置单元网格的几何参数；

以设定的几何参数为约束条件，在三维图形中的乘员舱及内部人体的表面形成面网格。

4.如权利要求3所述的乘员舱制冷效果的仿真方法，其特征在于，所述网格质量修复的步骤包括：

校验划分的面网格的几何特性；

在三维图形中选定校验失败的面网格所在的表面；

对选定的表面重新执行面网格划分。

5.如权利要求1所述的乘员舱制冷效果的仿真方法，其特征在于，所述形成体网格的步骤包括：

识别包围未填充空间的各面网格；

以识别出的各面网格为约束条件，对未填充空间执行体网格的划分。

6.一种乘员舱制冷效果的仿真装置，其特征在于，包括：

图形读取模块，用于读取乘员舱及其内部人体的三维图形；

面网格划分模块，用于对读取的三维图形中的乘员舱及内部人体的表面执行面网格划分；

网格质量修复模块，用于对划分的面网格进行网格质量修复；

体网格生成模块，用于基于已完成网格质量修复的面网格，将乘员舱中除内部人体之外的未填充空间划分形成体网格；

加载模块，用于调用选定的流体物理模型，并将乘员舱及其内部人体的三维图形、以及由未填充空间划分形成的体网格加载到调用的流体物理模型中；

边界条件设置模块，用于为加载有三维图形及体网格的流体物理模型设置流体边界条件；

流体性能参数计算模块，用于根据设置的流体边界条件，计算流体物理模型中的各体网格处的流体性能参数并输出计算得到的流体性能参数；

其中，所述流体性能参数包括乘员舱内气流流经人体预定部位的速度。

7.如权利要求6所述的乘员舱制冷效果的仿真装置，其特征在于，所述乘员舱制冷效果的仿真装置还包括干扰线去除模块，所述干扰线去除模块用于识别三维图形中的干扰线条、并去除识别出的干扰线条。

8.如权利要求6所述的乘员舱制冷效果的仿真装置，其特征在于，所述面网格划分模块包括：

几何参数设置子模块，用于设置单元网格的几何参数；

面网格生成子模块，用于以设定的几何参数为约束条件，在三维图形中的乘员舱及内部人体的表面形成面网格。

9.如权利要求8所述的乘员舱制冷效果的仿真装置，其特征在于，所述网格质量修复模块包括：

校验子模块，用于校验划分的面网格的几何特性；

选定子模块，用于在三维图形中选定校验失败的面网格所在的表面；

重划分子模块，用于对选定的表面重新执行面网格划分。

10.如权利要求6所述的乘员舱制冷效果的仿真装置，其特征在于，所述体网格生成模块包括：

识别子模块，用于识别包围未填充空间的各面网格；

体网格划分子模块，用于以识别出的各面网格为约束条件，对未填充空间执行体网格的划分。