LMS Imagine.Lab车辆热管理解决方案提升环保型汽车空调的竞争优势

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欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 更清洁 更环保? 对于大多数汽车来说，空调系统是必不可少的。但是空调制造所遵循的氟制冷剂(全球标准HFC—134a)会消耗臭氧层从而造成全球气候变暖。鉴于此，欧洲联盟已经着手制定了相关法规，从2011年开始逐步淘汰此种化合物的使用，转而使用对环境影响较小的其他替代物。到2018年，HFC- 134a将在欧洲的汽车制造中被全面禁止，日本也将紧随其后。 首选的替代产品就是CO2制冷剂，也叫做R-744，这种气体比碳氟化合物更环保，并且制冷速度比后者快25%,此外CO2系统可逆向为乘客在寒冷天气中提供取暖。特别是在电动汽车里，此项功能是要靠消耗电池能量来达到的，这就显得非常有意义了。 小变革，大挑战 转变为CO2系统并不是一件容易实现的事，这种气体系统的压力可达以碳氟化合物为基础系统的10倍。因而，采用的前提是压缩机、密封设备和其他主要部件均需经过特殊设计。为了达到最有效的性能，CO2制冷剂必须保持高于其超临界温度31℃，因此，气体冷凝器必须更换一个典型的R134a循环冷凝器。CO2系统还需要一个特殊的换热器以分离高低压。据一些业内专家分析，这些复杂系统的设计，包括一个相对较长的研发周期和为了达到优化设计而进行的额外的物理原型测试，可能在前期的研发中要比常规系统多花费30%的成本。 基于以上原因，CO2还没有成为一个全球标准，目前，美国还没有停止使用HFC-134a的计划，中国的主要投资也集中在HFC-134a空调的制造上。此外，碳氟化合物供应商正在积极地开发HFC-134a的替代混合物，比如说HFO- 1234yf就可以降低臭氧层的消耗，并且在现在的空调系统中可直接替代HFC-134a。因此，空调提供商必须研发能适应不同国家、地区制冷剂标准的空调系统。 现在，空调供应商的面临的挑战不仅是要将这种新的改变顺利地集成在整车中，同时还要满足在制冷系统最优设计、乘客舒适性和减少污染物排放方面的要求。随着汽车生产周期的不断缩短，空调供应商正在努力使得这个复杂的设计比他们竞争对手的更好、更快、更经济，并要成为最先将这种优化系统的性能展示给客户的厂商。 争取新订单 很多的空调供应商和汽车制造商使用LMS Imagine.Lab AMESim车辆热管理方案，用以指导空调系统的设计和性能的预测。作为一种目前最为常用的方法，这款软件可以帮助工程师轻松地分析在考虑了发动机温度、排放水平、辅助设备、客舱环境及其他因素等条件时，部件的运行情况，从而找到最优方案。此解决方案运行在LMS Imagine.Lab AMESim平台上，所以工程师可以便捷地获取工具和相应的应用库，从而建立模型，分析和结果显示。 使用LMS Imagine.Lab AMESim热管理解决方案的厂商中包括日本Calsonic Kansei公司，其在此行业有超过50年的发展历史，是为数不多的集空调系统设计与制造为一体的厂商。他们的模块化设计和紧凑的部件排列配合了汽车制造商对于节约客舱空间的需求。此外，由于Calsonic Kansei在发动机冷却系统、空气流通单元、排气系统、仪表板模型和电子气象控制系统的生产经验，使得其一级空调供应商的地位得以加强。 Calsonic Kansei公司从事空调研发和发动机冷却系统开发的高级工程师及项目经理Junichiro Hara说：不需要专业的程序员来建立AMESim的模型，工程师只要进行简单的拖曳、组合这些已经事先验证并定义好的图标，就能建立一个统一的物理模型。模型的搭建看起来简单，但这些模块都是经过实际动力学验证的空调元部件模型。Calsonic Kansei的工程师不仅用AMESim对空调内各子系统进行建模，还用其分析空调、客舱和发动机子系统间的相互作用。 简单易行 首先，工程师选择对应于空调各部分的图标，例如压缩机、蒸发器、管道以及制冷管道中的气体冷凝器和蒸发器。根据不同车辆的需求，制冷、加热循环所需的元部件大小也可进行相应的调换。这样，以CO2为制冷剂的模型被建立，进而可以利用这种1D仿真方法来运行并研究空调系统热输出性能。 LMS Imagine.Lab AMESim能让工程师获得一系列有关空调系统各方面性能的图表。Mollier压力-热焓图表显示了冷却剂在冷却周期每一个阶段的状态。它还可以检验压缩机进口处的压力水平和冷却器出口的热交换。制冷回路每一阶段的气体变化都可以标定出来。运用这些信息，Calsonic Kansei的工程师可以很轻松地进行基于关键参数的灵敏度分析，进而得到空调系统的最优性能。 与此同时，工程师在客舱内部模型还可以用各种图标代表鼓风机、空气管道、窗户、太阳能热通量、内外部对流及热辐射。通过将客舱和空调系统模型的耦合，工程师可以估算出在不同气候与驾驶条件下的冷却率、客舱温度和湿度。运用这种一维仿真方法，工程师可以在设计早期确定系统关键元部件的尺寸，还可以测试气候控制策略。LMS Imagine.Lab AMESim热管理解决方案还被用于换热器和其他部件在污染和腐蚀影响下的耐久力分析中。 在此基础上，根据此方案，工程师还能进而审核发动机、润滑冷却系统、燃烧室以及进、排气系统之间的能量平衡。通过将空调系统和发动机模型的耦合，工程师可以优化发动机性能，降低燃耗和排放，并且最大程度地保证乘客舒适性。 1D仿真的商业价值 Junichiro Hara说，运用我们以往内部开发的程序来进行工程估算和实验数据的获取是非常耗时的，甚至在瞬态条件下近似获得诸如降温和车速变化之类的空调系统性能都是很费时的，此外在开发过程中的发动机特性研究也是很困难的。LMS车辆热量管理方案能够快速准确地预测空调系统是如何在这些条件下工作的。 这项方案正在Calsonic Kansei中进行，计划将于2009年初完成建模和仿真验证。Calsonic Kansei计划在LMS Imagine.Lab AMESim仿真模型的基础上进行空调系统的设计。 Junichiro Hara讲到，LMS车辆热管理的精妙之处在于：只要模型建立和验证之后，模型就可以作为未来设计的基础，而不需要每次从头开始。工程师只要输入不同车辆产品的新参数并运行仿真就可以快速预测空调系统性能。当全速运行并且集成在系统开发时，使用LMS软件进行的仿真过程将比现行的方法提高80％的精确度，并将物理原型减少到一半，因此，我们可以用更低的成本，更短的时间来回应客户所要求的报价时间，以取得更大的经济效益。 LMS车辆热量管理解决方案最令人兴奋的前景之一是它能够在证明降温特性和其他性能特性中作为一种销售工具加以应用。Junichiro Hara指出，它强大的功能能够精确地证明乘客舒适度水平和对发动机性能以及废气排放的影响。在未来的几年，我们的全球自动化AC市场业务将转向于更环保型制冷剂，基于仿真的设计过程必将给我们不断增长的业务中带来更强的竞争力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/15/2009)