地?zé)彷椛鋵?duì)整車高溫試驗(yàn)影響研究

【摘" 要】文章旨在分析地?zé)彷椛鋵?duì)整車高溫試驗(yàn)的影響。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察，發(fā)現(xiàn)隨著輻射溫度的上升，散熱器、預(yù)催、波紋管、前消、后消及排氣管等關(guān)鍵部件的溫度均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】地?zé)彷椛?整車;高溫試驗(yàn);冷卻;熱害

中圖分類號(hào)：U467.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）12-0081-04

Effects of Geothermal Radiation on Vehicle High Temperature Test*

【Abstract】The purpose of this paper is to analyze the effect of geothermal radiation on vehicle high temperature test. With the increase of radiation temperature，the temperature of radiator，preheating，bellows，front dissipation，rear dissipation and exhaust pipes all show an increasing trend.

【Key words】egeothermal radiation;vehicle;high temperature test;cooling;heat damage

0" 引言

隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，整車熱平衡試驗(yàn)在車輛研發(fā)驗(yàn)證過(guò)程中的地位日益凸顯，受到各大主機(jī)廠的廣泛重視。隨著國(guó)內(nèi)測(cè)試資源的日益豐富和企業(yè)車型研發(fā)周期的縮短，主機(jī)廠越來(lái)越多地采用環(huán)境風(fēng)洞、環(huán)境倉(cāng)等室內(nèi)資源來(lái)替代傳統(tǒng)的道路熱平衡測(cè)試。然而，室內(nèi)試驗(yàn)與道路試驗(yàn)在測(cè)試條件上存在的差異性成為當(dāng)前主機(jī)廠面臨的重要問(wèn)題之一。特別是在高溫道路試驗(yàn)中[1]，路面反射輻射對(duì)整車熱害結(jié)果的影響尤為顯著。

吐魯番試驗(yàn)基地作為夏季道路試驗(yàn)的重要基地，擁有獨(dú)特的大陸性暖溫帶荒漠氣候。這里日照充沛，熱量資源豐富但環(huán)境極端干燥，降雨稀少且大風(fēng)頻發(fā)，因此被譽(yù)為“火洲”和“風(fēng)庫(kù)”。在吐魯番的夏季，極端高溫可達(dá)49.6℃，地表溫度往往超過(guò)70℃，而車輛表面溫度更是高達(dá)80℃。在這樣的極端環(huán)境下，路面反射輻射對(duì)車輛的熱害影響不容忽視。

圖1展示了吐魯番2011～2023年最高溫度的變化趨勢(shì)。在這段時(shí)期內(nèi)，吐魯番的夏季極端高溫屢次刷新紀(jì)錄，地表溫度更是遠(yuǎn)超空氣溫度，給當(dāng)?shù)丨h(huán)境和車輛熱平衡測(cè)試帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

地表溫度之所以高于空氣溫度，其主要原因在于道路材質(zhì)對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率較低。道路材質(zhì)的不同會(huì)顯著影響其表面反射率，進(jìn)而在相同的太陽(yáng)輻射條件下產(chǎn)生不同的表面溫度。這種差異不僅影響了道路本身的熱特性，還對(duì)城市熱環(huán)境產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

如表1所示，不同路面類型對(duì)光照強(qiáng)度的反射率存在顯著差異。瀝青路面由于其材質(zhì)特性，反射率相對(duì)較低，因此在夏季其表面溫度往往達(dá)到最高。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，吐魯番夏季瀝青路面最高溫度可接近80℃，這樣的極端高溫環(huán)境對(duì)車輛的熱平衡性能構(gòu)成了嚴(yán)峻考驗(yàn)。

在進(jìn)行整車熱平衡試驗(yàn)時(shí)，必須充分考慮路面反射輻射對(duì)車輛熱害結(jié)果的影響。通過(guò)對(duì)比不同路面類型下的車輛熱平衡表現(xiàn)，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估車輛在實(shí)際使用環(huán)境中的性能。同時(shí)，這也為車輛研發(fā)提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持，有助于優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)，提高車輛在高溫環(huán)境下的耐久性和可靠性。

1" 試驗(yàn)原理及設(shè)備

1.1" 環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室

汽車環(huán)境風(fēng)洞作為先進(jìn)的室內(nèi)測(cè)試設(shè)施，旨在精確模擬汽車行駛時(shí)遭遇的各種自然環(huán)境條件，包括溫度變化、濕度調(diào)節(jié)、日照模擬、氣流流動(dòng)、降雨及降雪等復(fù)雜氣象現(xiàn)象。該設(shè)施集成了多個(gè)精密系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)鼓系統(tǒng)、陽(yáng)光模擬系統(tǒng)、主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)以及加濕系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)協(xié)同工作，共同營(yíng)造出高度逼真的測(cè)試環(huán)境[2-3]。汽車環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

環(huán)境風(fēng)洞的核心部分是試驗(yàn)段，其設(shè)計(jì)精巧，長(zhǎng)13.59m，寬10m，高7.5m，為測(cè)試車輛提供了充足的空間。風(fēng)道內(nèi)裝備的大型主風(fēng)機(jī)，直徑達(dá)4.75m，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)550r/min，確保了強(qiáng)大的氣流供應(yīng)。而換熱器則巧妙地布置在穩(wěn)定段，通過(guò)其附近的阻尼網(wǎng)，有效實(shí)現(xiàn)氣流的均勻分布，保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

風(fēng)洞主噴口的設(shè)計(jì)同樣出色，寬3.3m，高2.5m，噴口面積達(dá)到8.25m2。這一設(shè)計(jì)使得噴口在最大風(fēng)速下能夠達(dá)到驚人的250km/h，足以模擬汽車高速行駛時(shí)遭遇的各種極端氣流條件。

通過(guò)汽車環(huán)境風(fēng)洞，研究人員可以在受控的室內(nèi)環(huán)境下，對(duì)汽車進(jìn)行全方位的熱平衡及其他性能測(cè)試，從而無(wú)需在真實(shí)、多變且難以預(yù)測(cè)的自然環(huán)境中進(jìn)行。這不僅大大提高了測(cè)試效率，也降低了測(cè)試成本，為汽車研發(fā)提供了強(qiáng)有力的支持。

1.2" 地?zé)彷椛淠Ｊ皆O(shè)備

作為專門用于模擬道路熱負(fù)荷對(duì)整車底盤及相關(guān)溫度點(diǎn)影響的測(cè)試裝置，其核心功能在于通過(guò)精確調(diào)控地?zé)彷椛浒宓墓β剩M(jìn)而控制其表面溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際道路熱負(fù)荷狀況的模擬。在中汽中心環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室中，地?zé)彷椛淠M系統(tǒng)采用了5塊精心設(shè)計(jì)的地?zé)彷椛浒澹@些地?zé)彷椛浒灞磺擅畹夭贾迷谵D(zhuǎn)鼓的中間位置，從前至后依次排列，如圖3所示。

這套地?zé)彷椛淠M系統(tǒng)擁有高達(dá)77.5kW的最大功率，確保了其在模擬極端熱負(fù)荷條件時(shí)的強(qiáng)大性能。每塊地?zé)彷椛浒宓拈L(zhǎng)寬尺寸分別為1m和0.6m，這樣的設(shè)計(jì)不僅保證了足夠的熱交換面積，同時(shí)也便于安裝和維護(hù)。更為重要的是，這些地?zé)彷椛浒宓谋砻鏈囟确秶稍?0～80℃之間靈活調(diào)節(jié)，這一特點(diǎn)使得系統(tǒng)能夠模擬從溫和到極端的多種道路熱負(fù)荷條件，為汽車研發(fā)提供了豐富的測(cè)試場(chǎng)景。

1.3" 試驗(yàn)用車

為便于深入研究與分析，本次試驗(yàn)選用了2015款自動(dòng)擋鈴木鋒馭純?nèi)加蛙囆停▓D4）作為測(cè)試對(duì)象。這款車型具備一系列典型的性能參數(shù)，其最大功率可達(dá)90kW，展現(xiàn)出了強(qiáng)勁的動(dòng)力性能。同時(shí)，最大扭矩為158N·m，確保了車輛在各種駕駛場(chǎng)景下都能擁有出色的加速和爬坡能力。在整備質(zhì)量方面，該車型控制在1170kg，既保證了車身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，又有助于提升燃油經(jīng)濟(jì)性。此外，鈴木鋒馭搭載了排量1.6L的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這款發(fā)動(dòng)機(jī)以其成熟可靠的技術(shù)和出色的燃油效率，為車輛提供了穩(wěn)定而持久的動(dòng)力輸出。

通過(guò)選用這款具有代表性的車型進(jìn)行測(cè)試，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估和分析在高溫道路試驗(yàn)中，路面反射輻射對(duì)整車熱害結(jié)果的影響。同時(shí)，該車型的性能參數(shù)也為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和對(duì)比提供了有力的參考依據(jù)。

1.4" 試驗(yàn)工況

為了深入研究低速大負(fù)荷狀態(tài)下車輛底盤傳感器溫度隨熱路負(fù)荷溫度變化的規(guī)律，本次試驗(yàn)特別選取了低速爬坡工況作為測(cè)試條件。該工況能夠充分模擬車輛在實(shí)際道路行駛中遇到的復(fù)雜熱負(fù)荷情況，尤其是在山區(qū)或丘陵地帶長(zhǎng)時(shí)間低速爬坡時(shí)，車輛底盤及相關(guān)部件所承受的熱負(fù)荷壓力會(huì)顯著增加。

通過(guò)設(shè)定具體的試驗(yàn)工況（表2），可以精確地控制熱路負(fù)荷溫度的變化，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛底盤傳感器溫度的變化情況。這種精確控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法有助于更準(zhǔn)確地捕捉底盤傳感器溫度與熱路負(fù)荷溫度之間的關(guān)聯(lián)性，從而揭示出低速大負(fù)荷狀態(tài)下車輛底盤的熱害規(guī)律。熱害布點(diǎn)位置見(jiàn)圖5，水溫布點(diǎn)位置見(jiàn)圖6。

本次試驗(yàn)工況的選擇不僅符合實(shí)際道路行駛的需求，也符合汽車研發(fā)過(guò)程中對(duì)車輛性能全面評(píng)估的要求。通過(guò)這一研究，有望為汽車熱平衡設(shè)計(jì)提供更有針對(duì)性的建議，提高車輛在復(fù)雜熱環(huán)境下的性能和安全性。

2" 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1" 冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果分析

如圖7所示，隨著輻射溫度的逐漸升高，散熱器進(jìn)出水溫度亦呈現(xiàn)出相應(yīng)的上升趨勢(shì)。雖然溫度上升的幅度相對(duì)較小，大致在2℃左右，上升比例約為2%～3%，但這一變化對(duì)于冷卻系統(tǒng)而言具有顯著影響。考慮到散熱器進(jìn)水溫度已接近水溫的上限值，即便是在設(shè)計(jì)過(guò)程中稍有冒險(xiǎn)，這一微小的溫度變化也可能導(dǎo)致冷卻溫度超過(guò)冷卻液的限值，從而對(duì)冷卻系統(tǒng)的效能及穩(wěn)定性造成不利影響。

2.2" 排氣管路試驗(yàn)結(jié)果分析

如圖8所示，隨著輻射溫度的逐步上升，預(yù)催溫度呈現(xiàn)出較為明顯的變化趨勢(shì)，上升幅度約為4.5℃。相對(duì)而言，預(yù)催后法蘭的溫度變化較為溫和，僅上升約2℃。值得注意的是，由于地?zé)彷椛湮恢们『梦挥谲囕v正下方，因此車輛各部位受熱影響程度與其距輻射源的距離密切相關(guān)。具體表現(xiàn)為，位置越靠后的部件，其受地?zé)彷椛涞挠绊懺綖轱@著。

如圖9所示，隨著輻射溫度的逐漸升高，波紋管前排氣管表面及其內(nèi)部溫度均呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì)。其中，最大上升溫度達(dá)到了約7℃，上升幅度更是高達(dá)5%左右。這一溫度變化對(duì)于車輛熱害的影響不容忽視，可能導(dǎo)致排氣管及相關(guān)部件的性能下降，甚至加速其老化進(jìn)程。

如圖10所示，隨著輻射溫度的升高，波紋管后的溫度上升現(xiàn)象尤為顯著。最大溫差達(dá)到了16℃，這一變化幅度在熱害影響中顯得尤為突出。波紋管表面的溫度上升幅度更是高達(dá)15%以上，這一數(shù)據(jù)充分說(shuō)明了地?zé)彷椛鋵?duì)波紋管溫度的影響之大。

如圖11所示，隨著輻射溫度的逐步升高，前消表面溫度呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì)。具體而言，普遍上升了約10℃，這一變化幅度在熱害影響中顯得尤為突出。

如圖12所示，隨著輻射溫度的上升，前消后排氣管表面溫度雖然有所上升，但上升幅度并不大，大致在3～5℃之間。

如圖13所示，隨著輻射溫度的上升，后消上下表面溫度上升幅度不大，基本在4～5℃左右，另外上表面溫度明顯高于下表面溫度，同時(shí)后消前明顯高于后消后表面溫度。

如圖14所示，隨著輻射溫度的上升，排氣管內(nèi)和排氣管表面溫度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，上升幅度在5℃以內(nèi)，同時(shí)管內(nèi)溫度和管外溫度差基本也維持在200℃左右。

2.3" 管路橡膠試驗(yàn)結(jié)果

如圖15所示，隨著輻射溫度的上升，排氣管吊耳表面溫度均呈上升趨勢(shì)，上升幅度在2℃以內(nèi)，同時(shí)排氣吊耳表面溫度從前往后依次降低。

3" 結(jié)論

隨著輻射溫度的上升，散熱器、預(yù)催、波紋管、前消、后消及排氣管等部件的溫度均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì)。整體來(lái)看，地?zé)彷椛鋵?duì)車輛各部件溫度有顯著影響，需關(guān)注其熱害影響及冷卻系統(tǒng)效能。深入研究路面反射輻射對(duì)整車熱害結(jié)果的影響，對(duì)于提升汽車研發(fā)水平，保障車輛性能具有重要意義。未來(lái)，隨著測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步和測(cè)試資源的日益豐富，有望更加準(zhǔn)確地模擬和評(píng)估車輛在各種極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

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