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基于模型的汽车热管理系统设计与优化

2024-10-09 08:45:39·  来源：AutoAero  
　
系统尺寸研究

有了基于模型的工具，冷却设计工程师可以使用DOE或优化技术对冷却系统进行尺寸调整和优化。表2是27次DOE全因子冷却系统尺寸矩阵。

表2. 系统尺寸研究 - 冷却空气、冷却液和热交换器尺寸灵敏度

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图14. 仿真中的冷却液温度结果

从仿真结果（图14）中，我们可以找出哪种组合符合冷却液温度目标，并从符合目标的组合中选择最佳组合。根据包装、成本和功耗，我们可以选择风扇尺寸、散热器尺寸和水泵尺寸的最佳组合，用于冷却系统。

从研究中还注意到哪个参数对冷却液温度有更大的影响。从图15的图中，我们可以看到，在这种情况下，冷却液流量对流体温度的影响较小，然而，冷却空气流量和热交换器效率（或尺寸）有更陡的斜率或更大的影响冷却液温度。这种效应曲线为冷却工程师提供了设计选择的指导。

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图15. 不同参数对系统响应的影响

   06  基于模型的系统设计 - 热系统控制策略   

如前所述，由于更复杂的车辆热管理系统和所有可变设备，热系统的控制变得更加具有挑战性，传统的设计方法已不再适用。然而，有了基于模型的方法，设计和优化控制成为可能。基于模型的工具可以帮助：

  • 冷却液流量控制

  • 流体温度控制

  • AGS位置控制

  • 风扇占空比控制

有了基于模型的工具，可以通过操纵单个因素或多因素的组合效应来研究。也可以执行虚拟校准。图16至18是不同设置和执行器控制的控制研究的简单示例。通过改变冷却液温度设置、AGS设置和风扇设置，我们可以看到热系统对这些参数的响应。图16显示了热系统对不同设置点的冷却液流量控制执行器的响应。图17显示了热系统对空气流量控制装置的响应。图18显示了冷却液流量和空气流量控制装置的组合效应。有了热系统模型，可以通过操纵冷却液流量或空气流量来优化系统。通过优化过程，也可以最小化功耗。

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图16. 控制效果 - 冷却液流量执行器

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图17. 控制效果 - 冷却空气流量执行器

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图18. 控制效果 - 空气流量和冷却液流量执行器的组合

07  结    论 

更复杂的车辆热管理系统为热系统设计和开发带来了挑战。所有按需组件，如可变泵速、可变冷却液阀、可变AGS和风扇，为热系统控制增加了复杂性。因此，基于模型的方法对新型热系统设计和优化至关重要。

  • 需要构建车辆和动力总成热系统模型，以协助开发。在车辆开发的不同阶段，可以使用不同级别的模型来服务于不同的目的。

  • 基于模型的设计强调了在硬件阶段之前废热管理设备的重要性。

  • 基于模型的设计支持冷却系统架构设计，以防止后期更改并提高首次能力（FTC）。

  • 基于模型的设计支持在虚拟阶段开发控制策略。控制工程师可以从模型中获得更多见解，以进行算法开发。 

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