CN114154373A - 一种汽车乘员舱热窜气仿真分析方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种汽车乘员舱热窜气仿真分析方法、装置及存储介质，其包括如下步骤：S1，收集整车在热窜气工况下的仿真分析参数以及整车几何模型；S2，基于整车几何模型进行有限元建模，生成包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型；S3，基于S1收集的仿真分析参数对仿真分析模型施加边界条件，采用Realizable K‑Epsilon湍流模型进行仿真分析，确定进入乘员舱空气流线分布及窜气通道，计算得到乘员舱内热窜气量△T。其能够对汽车乘员舱的窜气量进行仿真模拟，找到热窜气的精确路径，在产品开发早期阶段，实现对产品性能有效的控制和优化，降低开发成本，节约开发周期。
Description
技术领域
本发明涉及汽车CFD分析技术领域，具体涉及汽车乘员舱热窜气仿真分析方法、装置及存储介质。
背景技术
随着科技的进步和生活水平的提高，人们对汽车乘员舱的舒适性要求越来越高，需要对乘员舱的温度、空气质量进行控制。汽车乘员舱内热窜气是指经发动机加热后的高温气体，通过发动机舱与空调循环进风口之间的气流通道，进入空调管道、乘员舱使得空调出风温度和质量恶化的现象。乘员舱内热窜气量不仅跟乘客的舒适性和健康息息相关，还会增加空调能耗，需要进行有效控制，以满足车内乘客舒适度的要求。
但是在实际工作中，CFD工程师通常会把发动机舱仿真分析和乘员舱仿真分析单独考虑，无法评估从发动机舱进入乘员舱内的热窜气量，实际工程中的汽车结构往往极其复杂，就需要多次试验探索才能找到满足设计目标的方案，无法准确找到问题点，十分浪费时间和开发成本。因此，有必要研究一种汽车乘员舱内热窜气的仿真分析方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车乘员舱热窜气仿真分析方法、装置及存储介质，其能够对汽车乘员舱的窜气量进行仿真模拟，找到热窜气的精确路径，在产品开发早期阶段，实现对产品性能有效的控制和优化，降低开发成本，节约开发周期。
本发明所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其包括如下步骤：
S1，收集整车在热窜气工况下的仿真分析参数以及整车几何模型；
S2，基于整车几何模型进行有限元建模，生成包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型；
S3，基于S1收集的仿真分析参数设定仿真分析模型的工况条件，采用RealizableK-Epsilon湍流模型进行仿真分析，确定进入乘员舱空气流线分布及窜气通道，计算得到乘员舱内热窜气量△T。
进一步，所述S2中进行有限元建模时根据实际需求对关键部件进行网格加密，所述关键部件为空调外循环进气格栅、空调管路、前罩装饰件总成、暖风压力饰板、前臂板、翼子板、副车架。
进一步，乘员舱内热窜气量△T的计算公式为
其中，△T为乘员仓内热窜气量，Aab为进气口上风向环境温度，Pav为吹面出风口平均温度，Vj为第j个吹面出风口温度，n为吹面出风口总数。
进一步，所述S3中进行仿真分析时，残差曲线波动小且对应的值小于10-3。
进一步，将S3计算得到的乘员舱内热窜气量△T与乘员舱内热窜气目标值T0进行比较，若△T＞T0，则根据工程经验及仿真分析结果，对影响热窜气路径的关键部件进行模型优化并求解，获得最终的满足设计目标的方案；若△T≤T0，则表示满足设计目标，将满足设计目标的方案制作样件，在整车上进行试验验证。
进一步，所述乘员舱内热窜气目标值T0根据市场调研、产品定位和对标结果进行综合限定。
进一步，所述仿真分析参数包括发动机排气温度、发动机排气流量、风扇出风温度、风扇出风流量、空调进风量、空调档位、空调出风口模式、发动机发热量、冷却系统流量、空调能耗。
一种汽车乘员舱热窜气仿真分析装置，其包括：
信息获取模块，用于在设计开发阶段，获取整车在热窜气工况下的仿真分析参数；
有限元建模模块，基于整车几何模型进行有限元建模，生成包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型；
仿真分析模块，基于收集的仿真分析参数和建立的仿真分析模型进行仿真分析，确定进入乘员舱空气流线分布及窜气通道，计算得到乘员舱内热窜气量△T。
一种存储介质，所述存储介质上存储有汽车乘员舱热窜气仿真分析程序，所述汽车乘员舱热窜气仿真分析程序被处理器执行时实现上述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法。
本发明基于整车几何模型建立包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型，再基于收集的仿真分析参数对仿真分析模型施加边界条件，采用Realizable K-Epsilon湍流模型进行仿真分析，确定进入乘员舱空气流线分布及窜气通道，计算得到乘员舱内热窜气量△T。在数字样车设计阶段就能够确定乘员舱内热窜气量并找到形成热窜气的关键路径。若乘员舱内热窜气量满足设计目标，将满足设计目标的方案制作样件，在整车上进行试验验证。若乘员舱内热窜气量不满足设计目标，则基于关键路径进行产品优化，并完成优化方案仿真，确保热窜气试验次数减少，节约了项目开发成本，缩短了项目研发周期。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明所述汽车乘员舱内热窜气的仿真分析结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
参见图1，所示的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其包括如下步骤：
S1，根据市场调研、产品定位和对标结果进行综合设定乘员舱内热窜气目标值T0，为后续判断计算得到的乘员舱内热窜气量是否满足设计目标提供参照值。即根据市场调研结果确定所开发车辆性能目标和产品定位；优选的，可以根据市场调研结果和原平台车型及竞标车型的摸底分析确定所开发车辆乘员舱内热窜气目标值T0。所述车辆性能目标包括高速工况、怠速工况下的热窜气量性能指标。
收集整车在热窜气工况下的仿真分析参数以及整车几何模型，所述仿真分析参数包括发动机排气温度、发动机排气流量、风扇出风温度、风扇出风流量、空调进风量、空调档位、空调出风口模式、发动机发热量、冷却系统流量、空调能耗。所述整车几何模型包括发动机、冷却系统、电器系统、车身系统、内外饰系统部件。
S2，基于整车几何模型进行有限元建模，生成包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型。进行有限元建模时对关键部件进行网格加密，网格尺寸控制在合适的范围内，完成模型网格构建。此处所述关键部件为空调外循环进气格栅、空调管路、前罩装饰件总成、暖风压力饰板、前臂板、翼子板、副车架。
S3，基于S1收集的仿真分析参数设定仿真分析模型的工况条件，包括发动机排气温度、发动机排气流量、风扇出风温度、风扇出风流量、空调进风量、空调档位、空调出风口模式、发动机发热量、冷却系统流量、空调能耗，采用Realizable K-Epsilon湍流模型，将设置好的仿真分析模型上传高性能云主机进行仿真分析计算，并确保收敛性，残差曲线波动小且对应的值小于10-3。
将仿真计算完成的模型下载到本地电脑，对仿真分析模型计算结果进行分析，分析内容包括整车温度、压力、风速及其分布。参见图2，为了获得更加直观的展示分析效果，建立空调吹面风口的进气流线，通过进气流线能够直观地观察到热窜气的窜气通道。为了客观评估窜气量，分别统计空调吹面出风口的面平均温度，进而计算空调吹面出风口平均温度，其中车内空调吹面出风口平均温度，公式如下：
其中，Pav为吹面出风口平均温度，Vj为第j个吹面出风口温度，n为吹面出风口总数。
乘员舱内热窜气量△T的计算公式为△T﹦│Pav－Aab│，其中，△T为乘员仓内热窜气量，Aab为进气口上风向环境温度。
将计算得到的乘员舱内热窜气量△T与乘员舱内热窜气目标值T0进行比较，若△T＞T0，则根据工程经验及仿真分析结果，对影响热窜气路径的关键部件进行模型优化并求解，获得最终的满足设计目标的方案；若△T≤T0，则表示满足设计目标，将满足设计目标的方案制作样件，在整车上进行试验验证。
本申请所述汽车乘员舱热窜气仿真分析方法在数字样车设计阶段就能够确定乘员舱内热窜气量并找到形成热窜气的关键路径。当乘员舱内热窜气量不满足设计目标时，基于关键路径进行产品优化，并完成优化方案仿真，确保热窜气试验次数减少，节约了项目开发成本，缩短了项目研发周期。
一种汽车乘员舱热窜气仿真分析装置，其包括：信息获取模块，用于在设计开发阶段，获取整车在热窜气工况下的仿真分析参数；有限元建模模块，基于整车几何模型进行有限元建模，生成包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型；仿真分析模块，基于收集的仿真分析参数和建立的仿真分析模型进行仿真分析，确定进入乘员舱空气流线分布及窜气通道，计算得到乘员舱内热窜气量△T。
一种存储介质，所述存储介质上存储有汽车乘员舱热窜气仿真分析程序，所述汽车乘员舱热窜气仿真分析程序被处理器执行时实现上述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，收集整车在热窜气工况下的仿真分析参数以及整车几何模型；
S2，基于整车几何模型进行有限元建模，生成包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型；
S3，基于S1收集的仿真分析参数设定仿真分析模型的工况条件，采用Realizable K-Epsilon湍流模型进行仿真分析，确定进入乘员舱空气流线分布及窜气通道，计算得到乘员舱内热窜气量△T。
2.根据权利要求1所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其特征在于：所述S2中进行有限元建模时根据实际需求对关键部件进行网格加密，所述关键部件为空调外循环进气格栅、空调管路、前罩装饰件总成、暖风压力饰板、前臂板、翼子板、副车架。
3.根据权利要求1或2所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其特征在于：乘员舱内热窜气量△T的计算公式为△T﹦│Pav－Aab│，
其中，△T为乘员仓内热窜气量，Aab为进气口上风向环境温度，Pav为吹面出风口平均温度，Vj为第j个吹面出风口温度，n为吹面出风口总数。
4.根据权利要求1或2所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其特征在于：所述S3中进行仿真分析时，残差曲线波动小且对应的值小于10-3。
5.根据权利要求1或2所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其特征在于：将S3计算得到的乘员舱内热窜气量△T与乘员舱内热窜气目标值T0进行比较，若△T＞T0，则根据工程经验及仿真分析结果，对影响热窜气路径的关键部件进行模型优化并求解，获得最终的满足设计目标的方案；若△T≤T0，则表示满足设计目标，将满足设计目标的方案制作样件，在整车上进行试验验证。
6.根据权利要求5所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其特征在于：所述乘员舱内热窜气目标值T0根据市场调研、产品定位和对标结果进行综合限定。
7.根据权利要求1或2所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法，其特征在于：所述仿真分析参数包括发动机排气温度、发动机排气流量、风扇出风温度、风扇出风流量、空调进风量、空调档位、空调出风口模式、发动机发热量、冷却系统流量、空调能耗。
8.一种汽车乘员舱热窜气仿真分析装置，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于在设计开发阶段，获取整车在热窜气工况下的仿真分析参数；
有限元建模模块，基于整车几何模型进行有限元建模，生成包括发动机舱和乘员舱的仿真分析模型；
仿真分析模块，基于收集的仿真分析参数和建立的仿真分析模型进行仿真分析，确定进入乘员舱空气流线分布及窜气通道，计算得到乘员舱内热窜气量△T。
9.一种存储介质，其特征在于：所述存储介质上存储有汽车乘员舱热窜气仿真分析程序，所述汽车乘员舱热窜气仿真分析程序被处理器执行时实现如权利要求1～7任一项所述的汽车乘员舱热窜气仿真分析方法。
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