汽车零部件开发流程是怎样的?

前面几个高票回答,基本上从整车开发流程上面泛泛而谈,下面cao sir以发动机冷却系统开发为例,向各位读者爸爸们展示汽车子系统零件的正向开发流程是什么样子的。

发动机冷却系统功能

“汽车冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。”-百度百科

发动机冷却系统的组成

传统汽车的冷却系统主要包括散热器,风扇,水泵和节温器等部件,而其中散热器是水侧冷却剂与空气侧进行热交换的部件,其性能好坏直接影响着汽车发动机的运行性能。

发动机冷却系统的重要性

发动机在工作时,混合气体燃烧会产生大量的热量,并且能够迅速加热发动机周围的零部件,其中约三分之一的热量提供给整车运动,约三分之一的热量通过排气管道排出到车体外环境中,还有约三分之一的热量通过发动机冷却系统与外环境进行热量交换散发掉。因此,作为发动机冷却系统中的核心元件散热器的散热性能太小,发动机及周围的零部件会过热并损坏,降低了零部件机械强度和刚度和润滑油的黏性;如果散热器的散热性能过高,发动机中的高温混合气体燃烧不正常,导致燃烧不充分,排出大量有害气体,造成环境污染。因此,发动机在工作时必须保持在最佳的工作温度范围,使其运转在各个状况时均处于一个最佳状态。资料显示当发动机的工作时,发动机缸体温度达到195°C,则冷却介质从发动机水套流出的温度为150°C,则其发动机的油耗将会下降4%~ 6%。当冷却介质的温度在90-115℃之间,发动机工作的最高温度为140 °C,发动机的油耗将会下降10%。有研究表明,发动机工作在最佳温度的时间仅为发动机整个工作时间的3 %-5 %,剩下的工作时间都在冷却能力过大的状态,其增加了机油的黏性,零部件运行的摩擦阻力就增加,而且还增加其他冷却系统零部件的功率损失,因此在开发初期,对发动机冷却系统的匹配优化非常关键。

发动机冷却系统开发流程

1、数值仿真技术确定发动机冷却系统关键零部件尺寸性能:

数值仿真包含一维仿真和三维仿真,一维仿真计算就是从汽车的整体出发,解决工程系统匹配的问题,各个系统相互之间的匹配关系进行研究分析。主要流行的软件有:KULI, AMESIM, Flow-master以及GT-COOL等。三维仿真是对整体和空间的研究,当前主要的流行的软件有:FIDAP. CFX. Phoenix, FLUENT和STAR-CCM+等。其中STAR-CCM+软件是由CD-adapco Grou公司开发一款高性能的计算流体力学(CFD)分析软件,拥有强大的网格划分功能以及可靠的后处理,是热流分析工程师强有力的工具。

传统的一维软件KULI计算分析中都是假设空气侧的冷却模块表面的速度是均匀分布的,而使用的空气速度是经过散热器的平均速度,即冷却模块表面的速度均匀性系数为1。由于实际情况下冷却模块前端存在格栅、防撞梁、风扇罩及一些管路等结构,这些零部件都对散热器组迎风面气流分布的情况产生影响,而冷却风扇在KULI软件中只假设它对冷却系统的起到空气压力跃升作用,并没有考虑其对气流速度的影响。这些都使得在一维仿真中散热器表面风速以及分布与实际情况有很大差别。因此,为了使冷却系统一维仿真模型与实际状况更加接近,在KULI软件中可将散热器模型划分成多个离散化模块,将三维计算的到的速度导入离散化模块上,再计算每个离散块上热量交换量。

一维冷却系统数值模型:

以KULI软件为例,一维仿真中冷却系统数值模型包括水侧循环模型和空气侧循环,带入外部边界和内部边界条件从而计算出冷却系统是否满足性能需求。外部边界条件包括CP值、发机舱内部总阻抗(BIR)和区域阻抗(Area Resistances,如冷凝器)等部件。而内部边界条件需要大量的原始数据支持,比如散热器组的数据,就包括通过散热器不同的空气流速、热负荷以及压强损失的关系曲线,风扇的压力损失曲线等,这些边界条件通过单个零部件的特性试验或者三维仿真计算得到。

三维仿真边界条件:

三维仿真的目的是为了得到发动机舱的内流场情况,需要设置边界条件。边界条件就是流场控制方程在求解时应当满足的条件。以发动机舱内的流体进行仿真分析,需要定义边界上的条件来计算整个区域的流场,并且需要合理的边界条件才能够得到发动机舱较精确的内流场计算结果。边界条件为外流场边界条件和内流场边界条件,其中外流场边界条件包括风洞的进口条件、风洞的出口条件、部件的壁面条件,内流边界条件包括散热器模型、冷凝器模型和风扇模型等。

2、编写技术文档和定点供应商

3、试验验证:

a.热平衡试验:

热平衡试验主要在风洞环境中验证车辆在最大负荷下冷却系统工作是否正常。

试验主要测量工况设为:

(1)爬坡工况: 环境温度为40°C,车速为90km/h,坡度7.2%,空调系统关闭;

(2)高速工况: 环境温度为40°C,车速为160km/h,坡度0,空调系统关闭。

热平衡试验所用的设备为:

(1)环境试验舱;

(2)底盘测功机,用来模拟整车负载工况;

(3)流速传感器,温度传感器;

(4)热平衡试验数据收集系统;

(5)风机,用来模拟汽车行驶时气流的流速。

试验步骤:

(1)将所要研究的汽车样车行驶进入环境试验舱;

(2)按照实验需的环境参数设置试验环境舱内的温度、湿度等;

(3)在散热器的上下区域设定与仿真同位置4个测量点,安装流速传感器,以及在散热器出水管处安装温度传感器;

(4)实验人员需要设置底盘测功机的负载,来模拟各个工况的载荷,然后开始记录数据;

(5)观察散热器出水温度,当散热器出水温度稳定时,停止试验,记录一次散热器出水温度以及散热器迎风面4个不同位置的风速。

根据试验要求,汽车逐渐加速后达到所要测量的工况的状态时,测点数值都基本保持不变时,可以认为己经达到了车辆的如热平衡状态,

b.耐久试验

根据GB/T 12679,各大主机厂形成自己的试验规范,以验证子系统零件在使用过程中会不会发生零件失效问题。分为道路耐久和台架耐久。

c.夏季道路试验(HET)和冬季道路试验(CET)

夏天去海南、吐鲁番路试,测试汽车冷却系统在高温高湿、高温低湿环境下工作是否正常,冬季到海拉尔,黑河路试,测试汽车冷却系统在超低温环境下工作是否正常。

至此,子系统零件的开发工作才算基本完成,工程师编写工程认可文件(ESO),零件后续转交给SQE进行产品生产质量控制。以上是cao sir根据自己工作中的经验总结的子系统零件正向开发流程,希望能对您有帮助!

参考文献:

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来源:知乎 www.zhihu.com

作者:cao sir

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