仿真技术在汽车空调系统开发中的应用
基于仿真模型的汽车自动空调控制策略研发
（ 福州职业技术学 院电子信息工程 系 ， 福建 福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ） 摘要 ：随着我 国汽 车的蓬勃发展 ， 汽车空调做为一项基本配置 受到 整车厂和 消费者 的重视． 针 对汽车
空调控制系统进行数学仿真 ， 参数 输入考 虑 了新风系统 带来 的热量、 乘 员散热 、 车厢 内外的热传递 和
ＤＥＮＧ Ｙｉ ｎ ｇ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｉ ｃ ，Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｆ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ３ ５ ０ １ ０ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
阳光照度 。 搭建 完成 了空调 温度平 衡模 型， 导 出 自动 空调 控制算 法和 空调 系统 控制策略 ， 对轿 车车室 内温度点实现 Ｐ Ｉ Ｄ控制． 从仿真结果来看 ， 车室温度稳定 维持在 目标 温度 点附近 ， 整体控 制性 能 已满 足舒适度要求． 这 种开发方式缩短 了汽车空调控制器 的开发 周期 ， 降低 了开发成本 ， 实现与整 车厂的
２ ０ １ ６年第 ５期 （ 总第 １ ５ ７期 ）
闽江学院学报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＭＩ Ｎ Ｊ Ｉ ＡＮＧ ＵＮ Ｉ ＶＥ ＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｎｏ ． ５ ２ ０ １ ６ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ Ｍ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． １ ５ ７
基于仿真模型的汽车 自动空调控制策略研发
ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ．ｔ ｈ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｓ ｔ ｉ ｓ ｉｅ ｆ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｆ ｏ ｒ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｌ ｌ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｔ
一维仿真计算在汽车空调系统开发的应用
10.16638/ki.1671-7988.2021.08.027一维仿真计算在汽车空调系统开发的应用张志，阮先轸，席日成，胡珂（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州511031）摘要：文章以某PHEV车型空调系统为分析对象，利用一维仿真软件AMESim建立零部件模型、台架模型、整车瞬态降温模型，通过一维仿真计算结果与零部件测试数据、空调系统台架数据、整车空调制冷工况数据分析对比，表明一维仿真计算在汽车空调的开发中能够为性能目标达成的判断以及系统性能的研究提供支撑。
关键词：汽车空调；一维仿真；试验：制冷；AMESim中图分类号：U463.85+1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-86-04Application of one Dimensional Simulation Calculation in the Developmentof Automobile Air Conditioning SystemZhang Zhi, Ruan Xianzhen, Xi Richeng, Hu Ke（Guangzhou Automobile Research Institute, Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 511031）Abstract: This paper takes the air conditioning system of a PHEV vehicle as the analysis object, establishes the parts model, bench model, vehicle transient cooling model and heating model by using one-dimensional simulation software AMESim. By comparing the one-dimensional simulation results and test results of the air-conditioning system bench, vehicle air- conditioning refrigeration condition and vehicle heating condition, it shows that the one-dimensional simulation calculation is used in the development of automobile air-conditioning It can provide support for the judgment of performance goals and the research of system performance.Keywords: Automotive air conditioning; One dimensional simulation; Test; Cooling; AMESimCLC NO.: U463.85+1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-86-04前言汽车空调系统作为乘员舱车内空气调节的装置，用于舱内温度、湿度、流动及空气洁净度、新鲜度等因素调整和保持在最佳状态，为驾驶员及乘员提供舒适的乘坐环境。
制冷空调系统建模与仿真
空调压缩机虚拟样机开发中的建模与仿真摘要：该文介绍了建模与仿真技术在开发新型汽乍空调旋叶式压缩机虚拟样机中的应用。
该虚拟样机由产品的三维几何模型、动力学模型和反映其工作过程（热力学、流体力学、传热传质等过程）的动态数学模型为基础，利用虚拟样机对压缩机性能进行了仿真研究利优化。
关键词：虚拟样机；制冷压缩机；计算机仿真1引言随着计算机技术的飞速发展，压缩机的设计与研宪已经从传统的经验或半经验方法逐步转向虚拟样机开发这一先进有效的手段。
虚拟样机是i种基于建模与仿真的设计，包括几何形状、传动的联接关系、物理特性和动力学特性的建嘆与仿真。
本文利用建模与仿真技术开发了一个汽车空调用旋叶式压缩机的虚拟样机，它具有与真实斥缩机一致的内在和外观特性, 即模拟了其运动学、动力学和工作过程（热力学、流体力学、传热传质）的性能。
该虚拟样机己在产品和实际开发和制适中发挥了重要的理论指导作用。
2旋叶式制冷压缩机简介新型旋叶式压缩机由于其对汽车空调良好的适应性，目前在国内外得到了人力发展。
这种压缩机结构设计巧妙，结构紧凑，每个工作基元在一转当中有两次吸排气，转子运动平稳，整机的振动小、噪声低。
在口本和美国的一些压缩机制造公司己进行大批量生产。
在国内，旋叶式压缩机还处于引进、消化和设计开发阶段。
图1为旋叶式（又称滑片式）压缩机的结构示意图，该压缩机的结构特点为：1）缸内壁型线为多段复杂型线光滑连接而成，转子与气缸同心放登，无偏心。
2）转子和气缸短轴处的密封圆弧段将气缸分成两个圧缩腔，两组吸、排气II柑错180°布置，使作用在转子上的径向'（体力基本平衡，卸除了轴承的径向负荷。
3）为改善叶片运动，叶片斜員。
4）转子与气缸同心，这给机器的制造和安装带来了极大的便利。
5）采用压力供油，以起到润滑和密封作用。
□1-排气阀2-转子3-气缸4-滑片5-吸气【」图1压缩机结构简图⑴旋叶式压缩机主要用于小型气体斥缩装置和汽车空调系统中，另外还在机舱、军用车辆及民用住宅等空气制冷空调系统中有所应用。
二氧化碳汽车空调系统的动态仿真
—
在管 内， Ｏ Ｃ 单 相 流 动 ， 换 热 系 数 由 Ｄ ｔ ｓ 其 ｉｕ ｔ
Ｂ ｅ ｅ 公 式求 出 ： ｏｈ ｒ
排平翅 片绕 圆管 流 的计 算式 ：
Ｓ０５ ｎ６ ｏ． ・ ｅ５ ）” （） ＝４ Ｏ（ 加 ． ２ １ ０
式 中， Ａ为空 气 的热传导 系数 ， （ ・ ； Ｗ／ ｍ Ｋ） 表 示单 位管 长 上 无 翅 片部 分 的外 管壁 的表 面积 ，
ｍ ；ｓ 示单 位管 长上 翅 片 的表 面积 ， Ｒ Ａ 表 ｍ ； ｅ为最
用跨Ｉ界 Ｃ Ｏ 汽车空调系统逐渐成为其应用研究
的热 点 。 目前 国 内已有学 者建 立 了 Ｃ 汽 车空 调 Ｏ 系统和 部件 的稳 态模 型 ， 进行 了稳 态仿 真 研 究 ， 取
图 １ 跨 临界 Ｃ 汽车空调系统模型的组成 Ｏ
１ １ 压 缩机模 型 ．
得 了一定 成果。但是 ， 汽车空调 的压缩机一般 由
维普资讯
二氧化碳汽车空调系统的动态仿 真 术
杨 涛 陈江 平 陈芝久 （ 上海交通大学）
【 摘要】 文章建立了 跨临界Ｃ 空调系 Ｏ 汽车 统的动 态仿真模型。 利用移动边界法和平均空泡系数法对
蒸 发器建立 了集 总参数模 型； 利用移动边界法对气冷器和 中间换 热器分别建立 了集 总参数模 型 ； 由于压缩机 和 节 流阀的热惯性较小 ， 用经验公式对其建 立了稳 态模 型。计算结果 同实验数 据的 比较 表明 该 动 态模 型 比 较 利 准确地体现系统实际的动态性能。
fluent仿真案例
fluent仿真案例Fluent仿真是一种广泛应用于工程领域的计算流体力学（CFD）软件。
它通过对流动、传热和化学反应等物理过程进行数值模拟，可以帮助工程师们更好地理解和优化各种设备和系统的性能。
下面将列举一些使用Fluent仿真的案例，以展示其在不同领域的应用。
1. 汽车空气动力学优化Fluent仿真可以对汽车外形进行流体力学分析，优化车身设计，降低风阻系数，提高车辆的燃油效率和稳定性。
2. 建筑空调系统设计通过Fluent仿真，可以模拟建筑内部空气流动和热传递，优化空调系统的设计和布局，提高室内空气质量，节约能源消耗。
3. 风力发电机翼型设计Fluent仿真可以模拟风力发电机翼型在风中的流动情况，优化翼型的气动性能，提高风力发电机的发电效率。
4. 燃烧室设计Fluent仿真可以模拟燃烧室内的燃烧过程，优化燃烧室的结构和燃料喷射方式，提高燃烧效率和减少污染物排放。
5. 石油钻井流体力学分析Fluent仿真可以模拟油井中流体的流动和压力变化，帮助工程师们优化钻井参数，提高钻井效率和安全性。
6. 医疗器械设计通过Fluent仿真，可以模拟医疗器械与人体组织的相互作用，优化器械的设计和材料选择，提高治疗效果和患者的舒适度。
7. 液压系统优化Fluent仿真可以模拟液压系统中液体的流动和压力变化，优化管路设计和阀门选择，提高液压系统的效率和响应速度。
8. 船舶流体力学分析通过Fluent仿真，可以模拟船舶在水中的流动情况，优化船体设计和推进系统，提高船舶的航行性能和燃油经济性。
9. 食品加工设备设计Fluent仿真可以模拟食品加工设备内部的流动和传热过程，优化设备的设计和操作参数，提高加工效率和产品质量。
10. 太阳能光伏板优化Fluent仿真可以模拟太阳能光伏板在不同光照条件下的温度分布和功率输出，优化光伏板的设计和散热方式，提高太阳能转换效率。
通过以上案例的描述，可以看出Fluent仿真在多个领域的应用广泛而深入。
热仿真使用的方法
热仿真使用的方法1. 热仿真简介热仿真是一种通过计算机模拟和分析热传导、传热、温度分布等热学问题的方法。
它可以帮助工程师和设计师在产品设计和工艺优化中预测和改进热性能，提高产品的可靠性和效率。
2. 热仿真的应用领域热仿真广泛应用于各个工程领域，包括电子器件、汽车工业、航空航天、建筑设计等。
以下是一些常见的应用领域：2.1 电子器件在电子器件设计中，热仿真可以帮助优化散热系统以确保器件在正常工作温度范围内运行。
通过模拟器件的温度分布，可以确定是否需要增加散热片或风扇来降低温度。
2.2 汽车工业在汽车工业中，热仿真可以用于设计发动机冷却系统、制动系统和空调系统等。
通过模拟流体流动和传热过程，可以预测不同工况下的温度分布和传热效率，从而优化系统设计。
2.3 航空航天在航空航天领域，热仿真可以用于设计飞机发动机的冷却系统、隔热材料和热防护结构。
通过模拟高温环境下的热传导和辐射过程，可以评估材料的性能并改进设计。
2.4 建筑设计在建筑设计中，热仿真可以用于评估建筑物的能源效率和室内舒适性。
通过模拟建筑物的热传导、太阳辐射和空气流动，可以优化保温材料、窗户设计和通风系统等。
3. 热仿真方法热仿真方法包括数值方法和实验方法两种主要方式。
下面将详细介绍这两种方法及其常见的应用。
3.1 数值方法数值方法是基于数学模型和计算机算法进行热仿真分析的一种方法。
常见的数值方法包括有限元法（Finite Element Method, FEM）、有限差分法（Finite Difference Method, FDM）和边界元法（Boundary Element Method, BEM）等。
3.1.1 有限元法（FEM）有限元法是一种将连续物体离散化为有限个单元进行计算的方法。
它将物体划分为小的几何单元，并在每个单元内建立方程来描述热传导过程。
通过求解这些方程，可以得到整个系统的温度分布和传热性能。
有限元法适用于复杂几何形状和边界条件的问题，如电子器件散热、建筑物热传导等。
汽车空调换热器的仿真模拟与设计
三、设计与制造
微通道换热器的设计需要考虑多个因素，如通道尺寸、通道形状、流体性质 等。在本次演示中，我们采用了一种新型的微通道设计，即蛇形微通道设计。这 种设计具有较高的传热系数和结构稳定性，能够满足汽车空调系统的要求。
在制造过程中，我们采用了先进的微细加工技术，将铝合金材料制成微小的 通道，使得通道壁厚均匀、光滑，以保证换热效果。同时，我们采用了真空钎焊 技术将多个微通道板组合在一起，以避免出现泄漏和堵塞等问题。
汽车空调换热器的仿真模拟与 设计
01 引言
03 设计流程 05 结论
目录
02 仿真模拟 04 仿真结果 06 参考内容
引言
随着科技的不断进步，汽车行业正迅速发展，对汽车空调系统的性能也提出 了更高的要求。汽车空调换热器作为汽车空调系统的重要组成部分，其性能直接 影响到整个空调系统的效果。因此，对汽车空调换热器进行仿真模拟与设计显得 尤为重要。本次演示将深入探讨汽车空调换热器的仿真模拟与设计，以提高汽车 空调系统的整体性能。
基于以上结论，我们提出以下建议：加强对汽车空调换热器的仿真模拟研究， 以进一步提高换热器的性能；在翅片厚度和间距的选择上，要进行多种方案比较， 找到最佳平衡点；优化冷凝器和蒸发器的结构设计，提高热量传递的均匀性；加 强生产过程中的质量控制，确保每个换热器的性能符合设计要求。
参考内容
随着汽车技术的不断发展，汽车空调系统的性能和效率也得到了极大的提升。 然而，传统的汽车空调系统存在着能效比不高、制冷效果不佳等问题。为了解决 这些问题，本次演示研究了一种采用微通道换热器的二氧化碳汽车空调系统，旨 在提高其冷却性能和能源利用效率。
四、性能测试
为了验证微通道换热器的性能，我们进行了一系列实验测试。首先，我们对 微通道换热器的温度分布进行了采集和分析，发现其温度分布均匀、冷却效果显 著。其次，我们对其湿度处理能力进行了测试，发现微通道换热器能够有效地降 低湿度，有利于提高制冷效果。最后，我们对微通道换热器的流量性能进行了测 试，发现其具有较好的流量调节能力，能够适应不同的环境温度和负荷条件。
CFD技术在汽车车身设计中的应用
CFD技术在汽车车身设计中的应用随着汽车科技不断的发展完善，车身设计的功能已经不仅仅是满足美感的要求，还包括空气动力学性能、安全性能等多个方面的考虑。
为了使车辆在行驶过程中获得更好的运行、性能和燃油经济性，汽车车身设计需要通过CFD技术来实现。
CFD技术是一种利用计算机模拟物理过程的方法，它可以模拟气体或液体经过物体表面时的流动情况，并且可以对流场内参数进行详细的数值计算。
在汽车设计中，CFD技术可以帮助设计师实现对流场进行可视化和计算分析做出了很大的贡献。
CFD技术在汽车车身设计中的应用主要有以下几个方面：1. 车身周围气流的分析利用CFD技术分析车身周围的气流情况，可以帮助设计师了解车身外形对流场的影响，从而进行调整，改善车辆的空气动力学性能。
在不同的风场状态下，通过CFD技术的帮助下，改变不同部位的车身外形，以达到优化空气阻力的效果。
2. 可视化设计汽车设计师可以利用CFD技术制作出汽车外形的三维模拟图，这些图可以让设计师直观的看到气流在车身表面的运行情况。
针对流场的可视化分析，可以帮助设计师通过直观的方式确定车身的外形，同时也可以将设计师现有的想法和概念以三维模拟的方式表现出来。
3. 优化车辆行驶性能CFD技术不仅可以分析气流情况，也可以模拟车辆在不同路面、不同条件下的行驶情况，验证车辆的操控性能和行驶性能。
通过模拟分析，设计师可以根据CFD模拟结果，针对车身部件做出设计调整，以改善车辆的行驶性能和燃油经济性。
4. 减少碰撞风险汽车在发生碰撞时对车辆及乘员的损害最小化是一个重要的目标，设计师可以借助CFD技术来评估车身的碰撞风险，并根据评估结果进行防护结构和保护措施的设计方案。
同时根据数学计算的结果，可以让设计师在车身防护措施的设计上更加的合理有效。
结论CFD技术在汽车车身的设计中能够帮助设计师实现多方面的要求，专注于汽车车身的气流分析，优化车身的外形设计，提高车辆的行驶性能，以及保证车辆在碰撞时的安全性能。
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个单元体的划分。在模型中，对于空气流体的划分， 忽略了翅片几何结构上的影响，翅片的影响主要在 于模型计算换热和流阻时体现。
空气 1 2
n
1
2
3
n
制冷剂
图 2 平行流换热器分布参数法示意图
对于制冷剂每个单元体，模型均考虑了质量平衡
方程，能量平衡方程及动量方程[10]。如下式（1）~（3）。
m觶 in
+
y
passes
flattubes
x
6
1
5 2
4 3
width Air （a）竖直流平行流换热器
width
layers
depth
x
6
y
5
3 4
2 1
depth
Air （b）水平流平行流换热器pipes z_pipes
Air （c）换热器局部结构
图 1 平行流换热器流程结构示意图
蒸发器和冷凝器的建模原理相同，均是基于分 布参数法对模型进行分段。如图 2 所示，对于管内流 体（制冷剂），沿制冷剂流程方向上划分 n 个单元体； 对于翅片侧流体（空气），同样沿空气流道方向进行 n
中图分类号：U463.99
文献标识码：A
文章编号：1672-545X（2018）09-0161-07
空调系统是现代汽车必备的系统之一，随着汽 车工业的发展和人们对于乘驶舒适度要求的提升， 汽车空调的性能越来越受到人们重视。对于汽车空 调的研究有试验和仿真两种方法。随着近年来计算 机辅助设计技术的成熟，汽车空调的仿真研究被更 多的用于产品设计和分析阶段，很多学者也对汽车 空调的仿真研究开展了很多有价值的工作。
ACL 库隶属于 Modelon 公司，可应用于空调制 冷循环的稳态、瞬态系统仿真和参数优化，该模型库 在戴姆勒-奔驰汽车和汉堡工业大学多年的应用中 不断得到验证和改进，已成为 Audi、BMW、Daimler、 Volkswagen 等整车厂及其供应商进行空调系统建模 分析的首选工具，被德国整车厂作为基准测试工具。 1.1 换热器模型
目前有很多可以用于汽车空调系统建模的仿真 平台，如 Dymola ，Flowmaster，AMESim[4]和 Kuli 等。 本文基于 Dymola 平台中的 ACL 商业库搭建了某款 纯电动汽车的空调系统，介绍了在仿真模型开发过 程中各部件的建模原理及标定方法，并与零部件的 台架试验数据以及空调系统的台架数据进行了仿真 精度对比分析。
《装备制造技术》2018 年第 09 期
仿真技术在汽车空调系统开发中的应用
韦杰宏 1，李东萍 1，倪佳鑫 2，沈鉴彪 2
（1.东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545000；2.北京经纬恒润科技有限公司，北京 100191）
摘 要：借助 Dymola 平台下的 Air Conditioning Library（ACL）库建立了某款纯电动车型的空调系统仿真模型，并通过该 模型来探索仿真技术在空调系统开发中的价值。通过仿真结果与试验数据的对比发现，标定后的换热器模型与试验符合 良好，换热量模拟结果最大相对误差为 0.98%，压降模拟结果最大相对误差为 7.02%.另外，空调系统的仿真结果与试验数 据也吻合较好，空调出风温度最大模拟误差为 14%，压缩机功耗最大模拟误差为 10%.可见，仿真误差在系统级虽然较零 部件级偏大，但也在工程允许范围内。所以，将仿真技术应用于汽车空调系统的前期开发和虚拟验证中，是一种可行且很 有价值的手段。 关键词：汽车空调；Dymola；系统仿真；AirConditionging 库；换热器
汽车空调系统中的换热器部件是蒸发器和冷凝
收稿日期：2018-06-29 作者简介：韦杰宏（1983-），男，广西来宾人，助理工程师，本科，从事新能源汽车研发工作。
161
Equipment Manufacturing Technology No.09，2018
器，这两种换热器多为平行流式，空气和制冷剂进行 侧流形式的换热。ACL 库中的换热器模型，基于详细 几何结构进行建模，并提供了竖直流和水平流两种 流程形式的平行流换热器，如图 1.图示换热器具有 两层结构，每层有 3 个换热器流道，每块流道由特定 数量的制冷剂流道和翅片构成，如图 1（c）所示。制冷 剂在换热器中流动顺序依次为 1-2-3-4-5-6，从而 达到制冷剂在换热器内部的充分流动和换热。结合 车型配置实际，本文使用竖直流的平行流换热器来 仿真层叠式蒸发器，使用水平流换热器仿真冷凝器。
1 模型建模原理介绍
Dymola 软件平台是法国达索公司的多领域建模 仿真软件，其基于开源的 Modelica 语言进行建模，支 持 最 新 的 Modelica 基 础 模 型 库 ， 且 拥 有 由 TLK、 DLR、Modelon、Claytex、ATI 等 行 业 内 顶 级 的 公 司 开 发并经过工业验证的专业模型库，如电机、空调、热 流 体 、电 气 、热 力 学 、液 压 、气 动 和 控 制 等 专 业 元 件 库，为机械、电气、液压等多领域的系统仿真提供了 极大的便利性。
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（1）
对汽车空调系统中换热器的仿真建模方法主要 有分布参数法和移动边界法两种方法。也有学者提出 基于改进型的集总参数法来建立换热器动态模型[1]。 分布参数法状态量较多，精度较高，但是求解速度略 慢；移动边界法求解速度快，但精度低于分布参数法， 并且对于初始参数设定的要求较高，鲁棒性较差[2]。两 种方法都被广泛地应用于空调系统及汽车空调系统 的建模当中。陈芝久等[3]使用移动边界法对汽车空调 系统进行了仿真建模，得到了与试验对比结果良好的 仿真模型。张凯等[4]使用 AMESim 软件对汽车空调中 平行流冷凝器进行了性能仿真及分析，对比了模型的 准确性并发现合理布置流道可以改善冷凝器换热性 能。对于汽车空调中的其他部件如压缩机和热力膨胀 阀，可以采用稳态模型进行建立，其中，膨胀阀主要影 响到系统蒸发器出口的过热度。梁彩华[5]，尹友俊[6]分 别在自己的空调仿真系统中研究了膨胀阀对系统过 热度的调节作用。压缩机主要与系统循环流量和高低 压差相关，很多学者对于压缩机的研究侧重于对压缩 机内部流场[7，8]及转子的研究[9]。