覃正 毛祥党
广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林市 537005
摘要:热平衡性能是汽车耐环境性的重要指标，热平衡台架试验法很难准确模拟车辆实际迎风情况和流场分布，国标道路负荷拖车法中的极限工况存在验证过剩，常规工况又未能较好覆盖车辆实际使用情况。以商用车为研究对象，以最大程度的符合车辆实际使用工况为原则，以车辆行驶阻力模拟和工况计算为依据，进行商用车热平衡试验方法的应用研究。在此基础上，提出了基于道路模拟的热平衡试验方法，开展了热平衡试验并进行了试验数据处理，进一步提出了车辆热平衡性能存在的问题与改进措施。
关键词:商用车;冷却系统;热平衡性能;道路模拟;试验研究
0引言
在目前的汽车技术背景下，节能的技术手段越来越多，运用在发动机技术上主要有两个层面，一个是提高发动机的热效率；另一个是改善发动机排放。发动机热平衡研究是发动机热效率研究的重要组成部分。它是从系统集成的角度分析发动机中的能量转换与流动传热过程，使发动机的各个系统与发动机匹配最优化，最大程度地提高发动机的热效率。研究发动机热平衡相对直接的方式就是通过热平衡试验以及相关的模拟计算。
1热平衡试验方法
热平衡试验的基本原则是最大程度的符合车辆实际使用工况，若能准确模拟或再现车辆实际使用工况，就能避免国标中极限工况的验证过剩，又能满足车辆实际使用要求。因此，该热平衡试验方法的基本原理为:根据车辆最大设计载荷，模拟被测车辆实际的典型使用工况和道路条件，以车辆行驶力学方程式为依据，通过行驶阻力模拟和工况计算，获得发动机在该工况下的运行参数，再根据计算结果进行热平衡道路负荷拖车试验，在试验过程中实时读取发动机OBD参数，并通过驾驶操作使发动机运行在该工况点，然后对试验结果进行数据处理和评价，从而更加科学合理的对车辆热平衡性能进行评价
1.1汽车行驶阻力模拟
(1)根据汽车理论相关知识，汽车在行驶过程中沿行驶方向作用各种外力，即驱动力和各种阻力，根据这些力的平衡关系建立汽车行驶力学方程式，Ft为驱动力，Ff为滚动阻力，Fj为加速阻力，Fi为坡道阻力。热平衡道路试验为车辆在实际道路上进行的匀速行驶试验，其工况符合式(1)所建立的力学方程，其中坡道阻力Fi可通过理论直接计算，其他三项阻力则需通过对车辆进行滑行试验来获得。
(2)汽车滑行试验数据为车速V和时间t的关系，首先将试验数据的时间t和车速V进行拟合，然后对拟合结果的多项式进行求导，从而得到加速度a和时间t的关系，再通过方程联立，求得加速度a与车速V的关系，最后再乘上滑行时的整车质量M，就得到了车辆行驶阻力F和车速V的关系，由此获得了车辆在无坡度条件下行驶阻力方程式，如式图所示:
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(3)热平衡试验的工况包括了道路坡度，根据汽车理论对式(2)所示的行驶阻力增加坡度阻力项，即式(3)所示，式中Fz为行驶阻力，α为坡度，g为重力加速度，M为整车质量，V为车辆车速。由此，通过滑行试验，并根据汽车理论对试验数据进行处理，实现了对车辆在实际道路条件下的行驶阻力的模拟。关于行驶阻力模拟的准确性方面，由于试验数据来源于真实滑行数据，根据汽车理论利用计算机所进行的拟合计算精度较高，再加上坡度阻力在总阻力中所占的比重很大，因此式(3)计算所得到的行驶阻力完全能满足热平衡试验所需的准确性和精度要求。
1.2发动机运行工况计算
汽车发动机产生的转矩，经传动系传至驱动轮上，由此产生驱动力来克服行驶阻力，使汽车产生纵向运动，由于热平衡试验工况为匀速工况，因而可通过行驶阻力来反算发动机的运行工况。在对汽车行驶阻力进行准确的计算后，根据车辆实际装载质量、典型道路坡度、运行工况、传动系统参数等进行动力性计算，从而获得了发动机在该行驶条件下的工况参数，再根据发动机外特性曲线绘制“驱动力－行驶阻力”平衡图，Fti为各档驱动力，Ttq为发动机扭矩，r为轮胎半径，ig为各档速比，i0为主减速比，if为副变速器速比，η为传动系机械效率，ua为车速，n为发动机转速。由此可计算出发动机的实际运行工况参数(部分负荷特性)，并以此作为热平衡试验时发动机工况驾驶控制的依据。
2热平衡试验工况与评价
2.1测量参数
(1)温升常数、温度限值、许用环境温度是热平衡性能评价的主要指标。温升常数，为车辆达到热平衡状态时汽车被测系统的温度与环境温度之差;温度限值，为汽车制造厂规定的被测系统所随试验环境温度变化而变化，温升常数越低，许用环境温度越高，车辆适应高温环境的能力越强。
2.2试验工况
GB12542－2009《汽车热平衡能力道路试验方法》所规定的工况包括发动机最大扭矩转速工况、发动机额定功率转速工况、模拟爬坡工况、高速行驶工况、熄火浸置工况、发动机怠速工况。其中，极限工况试验过于苛刻，存在验证过剩的情况，常规工况试验又未能较好反映车辆实际运行状况。本文根据商用车实际使用的气候条件、道路条件、工况特点和正常驾驶习惯，并查阅中国道路条件资料，以最大程度的符合与覆盖汽车实际使用工况为原则，确定了热平衡试验的四个试验工况。
2.3试验数据处理
根据热平衡试验工况，对试验数据进行处理，对于模拟低速爬坡工况和模拟高速爬坡工况，首先计算各工况下各测点的温升常数，然后计算各测点的许用环境温度;对于高速行驶工况和模拟怠速浸置工况，关注试验过程中的各测点温度是否超过温度限值;计算过程如下:
(1)测点温升常数计算:首先绘制各测点的△Ti－t曲线，△Ti为测点i的温度与环境温度的差值，然后计算温升常数△Tc，△Tc为汽车热平衡状态下4min内△T的平均值;
(2)许用环境温度计算:在各工况下，用测点温度限值减去测点温升常数，即为该测点在该工况下的许用环境温度;
(3)汽车许用环境温度:取选择的各试验工况下，许用环境温度的最小值为汽车的许用环境温度。
2.4结果评价
根据试验数据处理结果，根据商用车实际使用的气候条件、道路条件、工况特点和正常驾驶习惯，确定汽车热平衡性能的评价指标，见表1
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3结束语
本文通过对商用车进行发动机热平衡试验，阐述了冷却系统对于水温及发动机性能的影响。分析了发动机与整车匹配的重要因素及影响原因。以车辆行驶阻力模拟和工况计算为依据，进行商用车热平衡道路试验的应用研究，提出了更加科学合理有效的热平衡试验方法与评价指标，进一步提出了车辆热平衡性能的改进措施。
参考文献:
［1］苏志亮，张忠辉，沈南，等．基于环境模拟与室外道路的整车热平衡试验比对研究［J］．北京汽车，2018(6):18－21．
［2］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化委员会．GB/T12542－2009汽车热平衡能力道路试验方法［S］．北京:中国标准出版社，2009．