14-乘用车空调系统设计和CAE仿真技术应用.pdf

2010年CDAJ－China中国用户论文集

乘用车整车开发中的空调系统设计和CAE技术应用
Designofairconditioningsystemofpassengervehicle
andapplicationofCAEsimulationtechnology

王伟民孙西峰陈皓
(东风汽车公司技术中心430056)

摘要:在乘用车整车的空调系统开发过程中，随着先进的CAD/CAE/CAM等数字化设计技术大量引
入使空调系统的设计流程出现了重大变革。特别是乘用车空调系统各个领域的CAE技术正在不断进
化，改变了传统的经验设计方法，对提高设计质量、缩短开发周期和降低开发成本具有重要意义。
本文对乘用车空调系统的设计流程以及各个不同的设计阶段中的CAE技术的要点进行了分析，提出
了加快乘用车空调系统的设计技术进步的对策。
关键词:乘用车空调系统设计流程CAE计算流体力学
Abstract：Intherecentdevelopmentofairconditioningsystemofpassengervehicle,design
processhashadimportantchangeswithintroductionofadvanceddigitaldesigntechnologies
includedCAD/CAE/CAM.Inparticular,CAEtechnologiesofairconditioningsystemof
passengervehicleareconstantlyevolving,andchangingthetraditionalexperiencedesign
methods.Itisofgreatimportancetoimprovedesignquality,shortendevelopmentcycles
anddecreasedevelopmentcosts.Inthispaper,designprocessofpassengervehicleair
conditioningsystemandthemainpointsofCAEtechnologiesinvariousdifferentdesign
phasesaredescribed,andcountermeasuresofspeedinguptechnicalimprovementofair
conditioningsystemdesignhavebeenputforward.
Keywords:Passengervehicle,Airconditioningsystem,CAE,CFD

1．引言

乘用车汽车空调系统具有制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制等功能，
现代空调系统由制冷系统、温水供暖系统、通风和空气净化装置及控制系统组成，它的
功能多样性和组成复杂性给空调系统设计带来了很大的难度。
乘用车的乘员舱空间狭窄，车身热工性能和密封性能较差，热湿负荷大，气流分布
不均匀，要求空调系统具有良好的降温和升温性能。乘用车本身结构非常紧凑，可以提
供按照空调系统的空间极为有限，不仅对空调系统的外形体积和质量要求较高，而且对
其性能和选型要求也比较高。另外，空调系统一般由系统供应商按照整车厂的要求来开

发和提供，因此建立完善的乘用车空调系统设计、同步开发流程和广泛应用CAE性能
预测等先进设计技术十分重要。

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2．乘用车空调系统的设计流程[1],[2]

乘用车空调系统的设计分为概念设计、详细设计、样件试制和试验验证等几个阶段。

2.1概念设计

空调系统概念设计可定义为：与整车开发同步进行的，按设计的控制节点分段提出
与之匹配空调系统的方案设想，将虚拟的方案设想通过必要的控制手段和方法变为假定
的现实结果，提前模拟出未来实车状态下空调系统的效果。
在概念设计阶段、首先根据整车定位确定整车温度舒适性指标，包括冬季的升温指
标和夏季的降温指标，并初步定义车身围护结构的参数。在上述基础上进行额定状态下
的热负荷计算，计算的结果可以作为空调系统在额定工况下的制冷量和制热量的要求，
由此可以计算出空调系统在不同工况下的风量要求。
根据制冷量可以进行压缩机、冷凝器和HVAC总成在额定工况下的匹配计算，得出
压缩机、冷凝器和HVAC性能要求，根据制热量要求明确对发动机冷却系的要求。
在概念设计阶段，可以把更多的问题在设计前期以模拟计算的方式解决，以缩短设
计试验周期、降低开发成本。空调系统概念设计作为适应现代汽车空调开发的比较实用
和科学的方法，它的特点是：提高了工作效率，缩短了人为错误几率，确保了系统的性
能匹配。
汽车空调系统的概念设计应该与整车开发同步进行，应遵循的原则：注