轻中型商用车冷却系统设计与仿真优化

商用车主要是运载货物或人的汽车,其中大多数商用车的动力源都是柴油机,因为柴油机可以输出较大的扭矩,进而车辆可以实现承载质量较大以及爬坡性能较好的设计目标。同时较大的扭矩输出也会使柴油机产生的热量增加,需要冷却系统及时将热量带走。车辆冷却系统匹配不合适,会出现扭矩点高温问题,易造成输出功率降低,甚至导致发动机故障。为提高冷却系统开发成功率,缩短开发周期,降低开发费用,本课题结合国内轻中型商用车整车设计实际情况,参考国内、外相关文献,确定了一种新的轻中型商用车冷却系统的开发方法。本课题主要的研究内容包括以下几个方面:介绍了车辆冷却系统的作用,对其主要的构成部件和工作的原理进行了研究,提出了将整车进气系统的中冷器及其进出气管与冷却系统一起进行设计的设计思想。建立了整车冷却系统的设计规范,明确了该设计规范的研究对象与范围、编制目的以及相应的参考标准,分析了整车冷却系统的设计要求,确定了整车冷却系统的设计流程,总结了整车冷却系统布置时的注意事项,为后续整车冷却系统的设计计算、方案布置准备了理论基础和指导方法。利用提供的整车设计目标、边界要求等设计输入参数,对整车的冷却系统进行零部件选型及校核计算,并将确定的结构参数与测绘标杆车型所获得的数据进行对标分析,最终确定整车冷却系统的设计方案。运用有限元分析软件STAR-CCM+,根据设定的边界条件和不同的仿真工况对冷却系统进行了 CFD仿真分析,得到了冷却系统的流场以及温度场的分布情况,校核了用冷却系统传统设计方法完成的系统匹配方案;并根据分析结果查找出冷却系统现存的异常,然后对设计方案进行有针对性的优化,再次分析并确定最优的冷却系统设计方案。通过制作零部件样件以及装配成为整车样机,进行相应的试验检测,以确认该车型冷却系统的散热能力可以满足正常使用工况下的发动机匹配要求。本课题的研究改变了之前依据经验采用类比法设计整车冷却系统,然后等制造出样车后再进行反复试验来修改设计方案的传统方法。仿真分析技术的应用加速了新模型的开发,减少了测试工作量,节省了测试成本。同时也降低了开发成本,缩短了产品设计周期,提高了新车开发成功率。