带液力缓速器的商用车冷却系统性能研究

冉凯，阮加良，吴丹，张有文，冯佩，李强强



带液力缓速器的商用车冷却系统性能研究

冉凯，阮加良，吴丹，张有文，冯佩，李强强

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

带液力缓速器的商用车在下坡工况时，需将大量的机械能转化为冷却液热能，对整车冷却系统提出了更高的要求。文章建立了下坡工况的能量转化数学模型，得到了冷却系统的需求散热量；利用ANSA和Star CCM+进行了整车热平衡分析，并通过试验验证了数学模型和CAE分析结果的可靠性；为后期液力缓速器车型的冷却系统匹配提供了依据。

液力缓速器；商用车；冷却

前言

重型商用车在连续下坡工况行驶时，为保证车速和安全性，提高行车制动系统的寿命，大都采用液力缓速器作为辅助制动装置。在下坡过程中，液力缓速器需将整车的机械能转化为缓速器内部油液的热能，再通过热交换器将热量交换到冷却液中，最终由整车冷却系统散发到周边环境中。如果热量不能及时的被冷却系统带走，液力缓速器会因油温过高而退出工作，影响行车安全，对冷却系统的散热能力提出了更高的要求。

1 液力缓速器散热功率分析

以理想极限工况为例，恒速，无风，仅采用液力缓速器为辅助制动方式。

根据能量守恒定律，如图1所示，下坡过程的理论散热量Q理如下。

式中，Q理为下坡工况理论散热量，kW；m为车辆整备质量，kg；g为重力加速度，N/kg；v为车辆行驶速度，km/h；A为坡度。

整车风阻消耗功率Q风：

式中，Q风为空气阻力消耗的功率，kW；CD为空气阻力系数；A为整车迎风面积，㎡。

液力缓速器理论散热量Q液：

Q液=Q理-Q风-Qf（3）

式中，Qf为整车摩擦功，kW；因Qf包含了传动系摩擦功、发动机反拖功和轮胎摩擦功等，计算较复杂，故采用相同配置不带液力缓速器车型的测试数据，其不同档位对应的Qf如表1所示。

表1 某商用车常用档位Qf值

因缓速器车型散热量较大，对风扇转速要求较高，实际应用过程中，要求发动机转速保持在1500r/min以上，根据式4可确定变速器挡位。

式中，n为发动机转速，r/min；r为车轮半径，m；ig为变速器传动比；i0为主减速器传动比。

以某型带液力缓速器商用车为例，总质量49000kg，恒速≥30km/h，坡度-6%，变速器为法士特10JSD160，主减速比5.262，求得不同转速的Q液见表2。

2 CAE分析

利用前处理软件ANSA进行网格划分，Star CCM+进行流场和散热能力分析。

2.1 模型几何清理和网格划分

将几何模型导入到ANSA后，进行几何模型处理，检查无误后划分网格，尽量保持网格模型与几何模型的一致性。机舱模型如图2所示。

图2 机舱模型

2.2 分析工况

利用发动机数据单或相关试验数据可知对应转速的水流量，具体分析工况见表2。

表2 分析工况

2.3 边界条件

计算域：44m×12.6m×17.6m，如图3。

Velocity Inlet 30km/h；

Wall 光滑壁面；

Pressure Outlet 标准大气压。

图3 MAIN的计算域

2.4 分析结果

利用已知的散热器性能参数、风扇性能参数、水泵流量、散热量Q液等数据，创建模型的interface和heat exchanger，设置Solvers和监控参数，查看Reports分析结果如表3所示。

表3 CAE分析结果

3 试验验证

本次试验利用法士特转毂，各测试仪器均符合相关规定，其中需要在水路上连接的传感器位置如图4所示，其中T表示温度传感器，P表示压力传感器，其他相关参数由试验台架测得。

图4 测试点布置图

测试环境如图5所示。

测试结果如表4所示，Q液的误差原因可能为Q风和Qf的不一致；液气温差的误差原因可能为水流量和风阻的不一致。

图5 测试环境

表4 试验结果分析

4 结论

本文建立了液力缓速器重型商用车的下坡工况数学模型，利用ANSA和Star CCM+进行了整车热平衡分析，台架试验结果表明其误差均小于5%，满足使用需求，为后期液力缓速器车型的冷却系统匹配提供了依据。

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Research on Cooling System of Heavy Duty Truck with Hydraulic Retarder

Ran Kai, Ruan Jialiang, Wu Dan, Zhang Youwen, Feng Pei, Li Qiangqiang

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Heavy duty truck with hydraulic retarders need to convert large of mechanical energy into coolant thermal energy, when working on long downhill conditions, which puts forward higher requirements for cooling system. This paper establishes a mathematical model of energy conversion in downhill conditions, and obtains the heat dissipation requirement of the cooling system. The thermal balance analysis is carried out by using ANSA and Star CCM+, and the reliability of the mathematical model and CAE analysis results are verified by experiments. It provides a basis for the cooling system of the heavy duty truck with hydraulic retarders.

Hydraulic Retarder;Heavy Duty Truck; Cooling

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.028

U463.21

A

1671-7988(2019)10-76-03

U463.21

A

1671-7988(2019)10-79-03

冉凯，学士学历，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，研究方向为整车热管理。