陳 俊，王 鵬，余 浪

（濰柴動力股份有限公司，上海 201100)

1 引言

典型的汽車空調(diào)是通過制冷回路與乘員艙內(nèi)空氣進(jìn)行不斷地?zé)峤粨Q從而實現(xiàn)乘員降溫的目的。在制冷回路中，實時存在著制冷劑相變、膨脹閥開度、壓縮機(jī)效率的變化；在乘員艙中，由于內(nèi)飾中的儀表板、座椅等零件具有吸收熱量的特點，導(dǎo)致其在降溫過程中具有抵抗溫度變化的能力；同時，在控制邏輯層面，溫度傳感器會對空調(diào)系統(tǒng)的啟停進(jìn)行控制。因此，如何結(jié)合多領(lǐng)域、多部件對實時變化的汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行仿真［1］，對于整車熱管理來說顯得尤為重要。

在對空調(diào)系統(tǒng)合適的制冷劑加注量進(jìn)行研究時，由于兩相區(qū)有效面積的計算和空泡系數(shù)模型選擇的復(fù)雜性，很難驗證對其充注量進(jìn)行準(zhǔn)確地計算［2］。上海交大的殷秀娓采用快速通斷技術(shù)對制冷劑在不同工況下的質(zhì)量分布進(jìn)行研究，并得出制冷劑充注量與換熱器的類型、內(nèi)容積有很大關(guān)系［2］。豫新汽車空調(diào)的胡曲對轎車空調(diào)在不同制冷劑充注量下的出風(fēng)口溫度、系統(tǒng)高低壓進(jìn)行了試驗，得出空調(diào)系統(tǒng)高壓先達(dá)到一個平衡段然后迅速升高，選擇出風(fēng)口溫度較低且系統(tǒng)高壓不太高的點做為最優(yōu)充注點［3］。遼寧科技大學(xué)的高家興通過仿真及試驗修正了制冷劑的理論模型，并得出充注量與環(huán)境溫度的關(guān)系［4］。在空調(diào)系統(tǒng)仿真研究方面，上海理工大學(xué)的吳龍兵搭建了仿真臺架試驗并將不同制冷劑對空調(diào)系統(tǒng)制冷量和COP進(jìn)行了研究［5］。山東大學(xué)的雷舒蓉利用KULI建立了某商用車仿真模型并實驗驗證了準(zhǔn)確性，最后用于指導(dǎo)國外炎熱地區(qū)的設(shè)計［6］。華中科技大學(xué)的李靖［1］基于Modelica語言對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了建模，并對空調(diào)系統(tǒng)的匹配和控制策略進(jìn)行了研究。但是，以上研究都未加入試驗過程中陽光輻射、入射角度的變量，未首先對空調(diào)系統(tǒng)制冷劑充注量、乘員艙溫升特性進(jìn)行標(biāo)定，并在此基礎(chǔ)上研究乘員艙降溫性能。

KULI是一款系統(tǒng)級熱平衡匹配軟件［5］，它可以從控制、機(jī)械、電子等多個領(lǐng)域同時建模［1］。本文利用其對制冷回路的蒸發(fā)器／冷凝器進(jìn)行建模、對空氣側(cè)的乘員艙進(jìn)行建模，接著對影響乘員艙降溫特性的制冷劑加注量試驗、乘員艙溫升特性進(jìn)行仿真并與實測值進(jìn)行對比分析，然后對整車在38℃下的怠速降溫性能進(jìn)行仿真并驗證。最后，利用該仿真分析模型預(yù)測了空調(diào)系統(tǒng)滿足設(shè)計任務(wù)書的要求，并在吐魯番地區(qū)進(jìn)行的乘員艙溫升及乘員艙降溫性能中得到驗證。

2 仿真模型的搭建

W公司輕型卡車項目規(guī)劃有燃料電池、燃油機(jī)、鋰電池等不同動力總成，有3種乘員艙寬度，整車設(shè)計任務(wù)書要求所有車型指定工況下頭部降溫性能≤27℃ （詳見3.1）。因此，準(zhǔn)確掌握暴曬后的乘員艙熱負(fù)荷、怠速降溫性能，對空調(diào)系統(tǒng)的選型、設(shè)計，擴(kuò)展其在電池冷卻時的控制策略有著重要的作用。

本文以產(chǎn)品族中一款1995乘員艙寬度、燃油動力總成的輕卡為研究對象，對其空調(diào)系統(tǒng)制冷劑加注量、乘員艙溫升、暴曬后的降溫特性進(jìn)行瞬態(tài)仿真分析與試驗研究?？照{(diào)制冷系統(tǒng)由定排量壓縮機(jī)、過冷式冷凝器、熱力膨脹閥、平行流蒸發(fā)器、制冷管路等部件組成，其中147cc的壓縮機(jī)直裝在發(fā)動機(jī)上并布置在乘員艙下方，冷凝器帶電子風(fēng)扇總成布置在車架外側(cè)、乘員艙下方，膨脹閥、蒸發(fā)器集成在HVAC上并布置在乘員艙中。乘員艙由前擋風(fēng)玻璃、側(cè)窗玻璃、后觀察窗、儀表板、單排座椅、頂棚、側(cè)圍等組成，空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道安裝在儀表板內(nèi)部，流經(jīng)蒸發(fā)器表面被降溫的空氣通過此管道被送至乘員艙中。

2.1 換熱器及乘員艙幾何參數(shù)

KULI在建模時對制冷劑的流動方向、管壁的熱阻、壓縮機(jī)工作狀態(tài)等進(jìn)行了假設(shè)，換熱器空氣側(cè)、制冷劑側(cè)的阻力及換熱計算方程詳見參考文獻(xiàn)［6-7］?？照{(diào)系統(tǒng)中換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 換熱器主要參數(shù)

夏季降溫時，由于車外溫度高于車內(nèi)，加上太陽輻射的作用，大量的熱量通過車壁及門窗玻璃傳入車內(nèi)［8］。為了獲得準(zhǔn)確的乘員艙溫升特性，根據(jù)KULI建模的要求，對前圍、側(cè)圍、頂棚等多層材質(zhì)的車壁熱屬性進(jìn)行整理，對乘員艙模型、玻璃傾角、溫度測點等相對出風(fēng)口的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量 （圖1、表2）。其中，乘客艙中的玻璃傾角關(guān)系到太陽輻射導(dǎo)入乘員艙的熱量，它包括側(cè)視圖中前擋風(fēng)玻璃傾角、后玻璃傾角，前視圖中左、右側(cè)窗的傾角。乘員各測點位置關(guān)系到車內(nèi)對流換熱的性能，在X向為防火墻距離出風(fēng)口、座椅靠背、行李艙的距離，在Y向為左右內(nèi)飾邊界與中間出風(fēng)口的距離，Z向為地板距離乘員胯部、頸部距離。

表2 輕卡乘員艙尺寸數(shù)值

室外的陽光在照射到玻璃表面時，不僅會通過透射直接對車內(nèi)零件進(jìn)行加熱，被加熱的玻璃還會通過自身的熱輻射對車內(nèi)零件進(jìn)行加溫，故需要將玻璃的比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等屬性輸入KULI，前擋風(fēng)玻璃、側(cè)窗及后窗的屬性見表3。

圖1 輕卡乘員艙尺寸示意

表3 輕卡車型玻璃屬性

車輛外表面受到太陽輻射、環(huán)境溫度影響后，會將熱量通過多層壁面?zhèn)鬟f進(jìn)車內(nèi)。以頂棚為例，多層壁面的材質(zhì)屬性見表4，其中空氣及毛氈層需要根據(jù)經(jīng)驗取值。

表4 頂棚多層壁面材質(zhì)屬性

2.2 制冷劑側(cè)及空氣側(cè)模型

結(jié)合2.1換熱器及乘員艙的幾何參數(shù)，建立整車狀態(tài)下的空調(diào)系統(tǒng)仿真模型。圖2為制冷劑側(cè)計算模型。

圖2 制冷劑側(cè)計算模型

制冷劑在仿真模型中逆時針流動，系統(tǒng)加注量、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速需要根據(jù)實車參數(shù)手動輸入 （圖2中輸入的加注量為450g，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為970r／min），膨脹閥的開度通過蒸發(fā)器的出口過熱度進(jìn)行控制 （不同壓比下的壓縮機(jī)容積效率、等熵效率，膨脹閥的四象限圖需通過供應(yīng)商的臺架試驗獲得）。制冷管路的長度也會對制冷劑的加注量、系統(tǒng)壓力值產(chǎn)生影響，將實車上制冷管路內(nèi)徑、長度加入制冷劑側(cè)計算模型，其中1.TUB為內(nèi)徑13mm、長度2300mm的壓縮機(jī)吸氣管路；2.TUB為內(nèi)徑9mm、長度1000mm的壓縮機(jī)排氣管路；3.TUB為內(nèi)徑6.5mm、長度1800mm的冷凝器出液管路。

為真實模擬出空調(diào)系統(tǒng)的啟停、外界氣象條件的變化，如圖3所示在計算模型中增加控制邏輯。在制冷過程中，當(dāng)溫度傳感器檢測到蒸發(fā)器出風(fēng)溫度≤2℃時，空調(diào)系統(tǒng)會停止工作，當(dāng)檢測到蒸發(fā)器出風(fēng)溫度＞4℃時，空調(diào)系統(tǒng)又會繼續(xù)工作；同時，在制冷過程中，由于采用道路試驗方法，需要加入太陽輻射強(qiáng)度、入射角度隨時間變化的控制邏輯。試驗過程中有2名試驗員進(jìn)入乘員艙內(nèi)，選取靜坐狀態(tài)下成年男子的散熱量80W、散濕量40g／h［9］，采用的是內(nèi)循環(huán)模式，空調(diào)回風(fēng)處的溫濕度與蒸發(fā)器入口處的溫濕度值相同。

圖3 帶控制邏輯的乘員艙計算模型

如圖4所示，根據(jù)建模規(guī)則，對蒸發(fā)器側(cè)及冷凝器側(cè)的溫度、濕度、風(fēng)量進(jìn)行分塊，分別計算每側(cè)的換熱量［6］?？照{(diào)風(fēng)量、冷凝器表面平均風(fēng)速根據(jù)實測值設(shè)置，具體參數(shù)見表5。其中流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣流量在吹面、最大風(fēng)量、內(nèi)循環(huán)模式下測得，冷凝器風(fēng)速通過將冷凝器表面平均劃分16個網(wǎng)格實車測得。

圖4 空氣側(cè)計算模型

3 空調(diào)系統(tǒng)的仿真及試驗分析

典型的汽車空調(diào)是通過制冷回路與乘員艙內(nèi)空氣進(jìn)行不斷熱交換從而實現(xiàn)乘員降溫的目的。制冷回路中制冷劑加注量的多少直接影響降溫性能、壓縮機(jī)效率、系統(tǒng)壓力［3，5］，經(jīng)過暴曬后的乘員艙又影響空氣側(cè)的熱負(fù)荷以及最終的降溫效果，故應(yīng)先對制冷劑加注量、乘員艙溫升進(jìn)行研究，當(dāng)這兩個研究項目仿真數(shù)據(jù)與實測值擬合度較好時，在此基礎(chǔ)上對怠速降溫性能進(jìn)行仿真分析。

表5 空氣側(cè)參數(shù)

3.1 試驗工況

根據(jù)調(diào)研報告，輕卡客戶群對乘員艙在暴曬下的溫升特性、怠速降溫性能尤為關(guān)注，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)［10］及W公司在樣車摸底時適用的試驗標(biāo)準(zhǔn)，本文中空調(diào)系統(tǒng)制冷劑加注量、乘員艙溫升、怠速降溫性能的試驗條件及方法如下。

1）加注量試驗在環(huán)境溫度≥32℃，相對濕度≥40%，環(huán)境風(fēng)速≤2m／s，無太陽輻射，車速40km／h，空調(diào)系統(tǒng)處于外循環(huán)、最大風(fēng)量、制冷模式下進(jìn)行。具體方法為：抽真空保壓后先加入預(yù)估加注量的30%，開啟空調(diào)待系統(tǒng)穩(wěn)定后記錄系統(tǒng)壓力、過冷度、出風(fēng)溫度等數(shù)據(jù)，之后以25g為追加的加注量并記錄穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)，重復(fù)上一操作直到過冷度≥25℃并停止試驗，最終繪制過冷度、壓力隨加注量變化的散點圖，高壓突變前的點即為加注量點。

2）怠速降溫試驗在環(huán)境溫度38℃以上、太陽輻射≥850W／m2、無云、環(huán)境風(fēng)速≤2m／s下進(jìn)行。試驗方法為：車輛正面朝向太陽、暴曬90min后，2名試驗員進(jìn)入車內(nèi)，點火啟動車輛并保持發(fā)動怠速運行，空調(diào)處于內(nèi)循環(huán)、最大風(fēng)量、吹臉模式，運行30min后繪制出風(fēng)口、頭部降溫數(shù)據(jù)隨時間變化的散點圖。

3）乘員艙溫升試驗條件與怠速降溫試驗條件相同。試驗方法為：當(dāng)車輛暴曬時記錄30min內(nèi)車輛頭部、出風(fēng)口等位置溫升數(shù)據(jù)，并繪制溫度隨時間變化的散點圖。

3.2 換熱器仿真性能校核

KULI在搭建空氣側(cè)及制冷劑側(cè)的換熱器模型時采用了不同的方法，對于空氣側(cè)的計算采用相似性原則，無論是壓降的計算還是換熱系數(shù)的計算，先將現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵物理量無量綱化，得到若干系數(shù)，再根據(jù)經(jīng)驗公式結(jié)合無量綱系數(shù)折算得到實際工作狀態(tài)下的這些物理量的值，對于制冷劑側(cè)采用基于幾何模型的半經(jīng)驗公式［7］。因此，需要首先對空調(diào)系統(tǒng)仿真模型中換熱器的性能進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)的校核。

在進(jìn)風(fēng)干球溫度27±1℃、濕球19.5±0.5℃、膨脹閥入口溫度56.4℃、壓力1.64MPa（G）、蒸發(fā)器出口壓力0.2MPa（G）的試驗條件下，蒸發(fā)器臺架及仿真性能數(shù)據(jù)見表6。

在進(jìn)風(fēng)干球溫度35±1℃、入口溫度83.5℃、入口壓力1.52MPa（G）、出口過冷度5℃條件下，冷凝器臺架及仿真性能數(shù)據(jù)見表7。

通過上文的仿真分析可以看出蒸發(fā)器的仿真誤差最大在2.6%，冷凝器的仿真誤差最大在1.3%，滿足工程應(yīng)用的5%誤差要求［11］，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行制冷劑加注量的仿真計算。

表6 蒸發(fā)器仿真性能與臺架數(shù)據(jù)對比表

表7 冷凝器仿真性能與臺架數(shù)據(jù)對比表

3.3 制冷劑加注量仿真及試驗研究

根據(jù)3.1的試驗條件及試驗方法，以200g為起始加注量，在環(huán)境溫度33℃、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速3100r／min下，加注量仿真數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)對比見圖5。

圖5 制冷劑加注量與系統(tǒng)壓力、過冷度關(guān)系

在實車試驗中隨著制冷劑加注量的增加，系統(tǒng)高壓在慢慢升高后趨于平緩，然后在450g時突然壓力增大，冷凝器出口過冷度也是到達(dá)某個平臺趨于平緩后急劇變大。制冷劑加注量仿真分析也呈現(xiàn)相似的結(jié)果，隨著制冷劑加注量的增加，高壓在慢慢升高后趨于平緩，然后在450g時壓力開始增大，冷凝器出口過冷度也是呈現(xiàn)出超過450g時突然變大的特點。

仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)在系統(tǒng)高壓、冷凝器出口過冷度中有較大的一致性，確定的加注量一致。雖然上文只是32℃下進(jìn)行的加注量試驗，但是伴隨冷凝器進(jìn)口風(fēng)溫的升高，制冷劑充注量隨之減少；隨著蒸發(fā)器入口空氣溫度的增加，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑充注量也隨之減少［4］，因此在后續(xù)的降溫試驗中輕卡空調(diào)制冷劑加注量定為450g。

3.4 乘員艙溫升仿真及試驗結(jié)果分析

空調(diào)制冷系統(tǒng)在工作時是通過制冷劑的相變將乘員艙內(nèi)的熱量帶出車外，因此在研究乘員艙降溫性能前需要對經(jīng)過暴曬后的乘員艙溫升進(jìn)行研究，圖6橫坐標(biāo)為試驗時間，縱坐標(biāo)為乘員頭部溫度，展示的是2組不同起始溫度的乘員艙溫升試驗數(shù)據(jù)。其中，7月24日試驗時的氣象條件見表8，試驗前先將乘客艙頭部降溫至30℃以下再進(jìn)行頭部溫升數(shù)據(jù)的采集，正式的試驗開始時間為12︰30PM；7月27日試驗時的氣象條件見表9，在當(dāng)?shù)貢r間2PM開始試驗，試驗時頭部起始溫度為環(huán)境溫度，關(guān)閉門窗后對頭部溫升數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。表8、表9中的陽光入射角為陽光和水平面法線的夾角。

表8 7月24日乘員艙溫升試驗過程中部分天氣信息

表9 7月27日乘員艙溫升試驗過程中部分天氣信息

圖6 乘員頭部溫升試驗結(jié)果和仿真計算對比圖

在頭部起始溫度為28.2℃的實車溫升試驗過程中，600s后頭部溫度實測值為41.5℃，1200s后實測值為47℃，1800s時實測值為49.4℃；對相同氣象條件下的乘員艙進(jìn)行仿真后得到600s后為39.6℃，1200s后仿真值為46.6℃，1800s時仿真值為50.2℃。

在頭部起始溫度為39.6℃的實車溫升試驗過程中，600s后頭部溫度實測值為48.3℃，1200s后實測值為52.4℃，1800s時實測值為55℃；對相同氣象條件下的乘員艙進(jìn)行仿真后得到600s后為46.7℃，1200s后仿真值為51.6℃，1800s時仿真值為54.2℃。

實測值與仿真數(shù)據(jù)的對比分析如下。

1）在乘員艙頭部溫升試驗中，24日較低的頭部起始溫度低導(dǎo)致前600s的溫升曲率較大，600s后其頭部溫升的曲率與27日的相似。關(guān)閉空調(diào)后的乘員艙會在較短的時間內(nèi)快速上升至一個值，后續(xù)的溫升特性由乘員艙決定。

2）太陽輻射強(qiáng)度在溫升試驗中起較關(guān)鍵的作用。24日的環(huán)境溫度大于27日1.5～2℃，但由于太陽輻射強(qiáng)度小于27日的數(shù)值，故最終乘員頭部溫升值也小于27日?？蛻粼趯嶋H使用車輛中，為降低頭部溫度要避免將車輛直接停置在陽光直射的地方。

3）實車試驗過程中前600s內(nèi)的頭部溫度波動較大，目前還無法用軟件擬合出前600s內(nèi)的乘員艙頭部溫升特性，其主要由于溫升初期室內(nèi)空氣密度會產(chǎn)生變化，存在熱-流-固多重耦合［12］。600s時實測值與仿真值偏差在2℃以內(nèi)，1200s時偏差都已經(jīng)在1℃內(nèi)，1800s時偏差在0.5℃內(nèi)，仿真模型可以較準(zhǔn)確地擬合出600s后的實車頭部溫升特性，可以指導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)對乘員艙怠速降溫特性的研究。

3.5 38℃下怠速降溫性能仿真及試驗分析

根據(jù)3.1的試驗條件及試驗方法進(jìn)行怠速降溫試驗，試驗中部分氣象信息見表10，將實測的頭部降溫數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)繪制橫坐標(biāo)為時間、縱坐標(biāo)為溫度的散點圖7，可以得出如下結(jié)論。

表10 38℃怠速降溫試驗時部分天氣信息

圖7 乘員頭部、出風(fēng)口溫度試驗結(jié)果和仿真數(shù)據(jù)對比圖

1）在實車降溫試驗過程中，頭部起始溫度為50℃，600s后頭部溫度實測值為27℃，1200s后實測值為23℃，1800s時實測值為21.8℃。實測出風(fēng)口的降溫數(shù)據(jù)為起始溫度為55℃，600s后實測值為12.5℃，1200s后實測值為10℃，1800s時實測值為9℃。

2）對相同氣象條件、車輛工作狀態(tài)的乘員艙進(jìn)行瞬態(tài)仿真后得到頭部溫度數(shù)據(jù)如下：600s時頭部的仿真值為25.8℃，1200s時為23.1℃，1800s時為21.7℃。出風(fēng)溫度瞬態(tài)仿真數(shù)據(jù)如下：600s時仿真值為10.8℃，1200s為8.9℃，1800s為7.5℃。

3）在怠速降溫過程中，仿真的頭部降溫數(shù)據(jù)在600s時低于實測1.2℃，1200s時高于實測0.1℃，1800s時低于實測值0.1℃；仿真的出風(fēng)口降溫數(shù)據(jù)在600s時低于實測值1.7℃，1200s時低于實測值1.1℃，1800s時低于實測值1.5℃，空調(diào)系統(tǒng)瞬態(tài)降溫數(shù)據(jù)與實測值擬合度較高。

系統(tǒng)的高壓決定風(fēng)扇的擋位以及壓縮機(jī)的工作負(fù)荷，將怠速降溫過程中系統(tǒng)高壓的仿真值與實測值繪制散點圖8，由于實車壓縮機(jī)啟動會有延遲，故實測系統(tǒng)壓力起始值為870kPa（A）。當(dāng)開啟空調(diào)后實測壓力數(shù)據(jù)迅速上升至1430kPa（A），隨著試驗的進(jìn)行系統(tǒng)高壓緩慢下降至1320kPa（A）。仿真的系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)顯示，在起始時高壓為1485kPa（A），當(dāng)試驗結(jié)束后系統(tǒng)高壓降至1380kPa（A）附近，可以發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)高壓的變化趨勢上兩者一致，偏差僅為60kPa，可以利用仿真模型對系統(tǒng)壓力進(jìn)行分析。

圖8 系統(tǒng)高壓試驗數(shù)據(jù)和仿真值對比

空調(diào)系統(tǒng)仿真模型對38℃下乘員艙溫升特性、怠速降溫性能的仿真值與實測值擬合度較高，初步判斷可以利用此模型對怠速降溫性能進(jìn)行仿真分析。

4 仿真模型的應(yīng)用

根據(jù)項目進(jìn)度安排，輕卡將于7月下旬赴吐魯番地區(qū)進(jìn)行高溫試驗，由于客觀條件限制先利用仿真模型計算空調(diào)系統(tǒng)怠速降溫性能是否滿足設(shè)計任務(wù)要求。

4.1 42℃下乘員艙溫升、降溫性能仿真計算

結(jié)合設(shè)計任務(wù)書氣象條件，在環(huán)境溫度42℃、950W／m2的輻射強(qiáng)度下對乘員頭部溫升進(jìn)行5400s的仿真計算 （乘員艙暴曬時長為90min）。從圖9可以看出乘員頭部起始溫度為42℃，1800s后為57℃，3600s后到達(dá)60℃，5400s后頭部溫度到達(dá)62℃，前1800s頭部溫升占總溫升的75%。

圖9 42℃乘員艙溫升頭部仿真數(shù)據(jù)

經(jīng)過暴曬后的乘員頭部溫度達(dá)到62℃，以此為輸入對乘員頭部降溫性能進(jìn)行仿真分析。如圖10所示，在試驗開始時乘員頭部溫度為62℃，300s時降至35.5℃，600s時降至32℃，1200s時降至29℃，在1800s時乘員頭部溫度為27℃。根據(jù)瞬態(tài)降溫數(shù)據(jù)可以初步判定，此空調(diào)系統(tǒng)滿足設(shè)計任務(wù)的降溫性能要求，可進(jìn)行高溫試驗。

圖10 42℃怠速降溫時乘員頭部仿真數(shù)據(jù)

如圖11所示，KULI還可計算出怠速降溫過程中換熱器瞬態(tài)的功率變化值。在0s時蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為5153W，冷凝器的放熱量為6542W，在1800s時蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為4285W，冷凝器的放熱量為5645W。這與經(jīng)過暴曬后的乘員艙內(nèi)飾、座椅蓄熱較多，降溫后期這部分熱量被帶出車外，空調(diào)系統(tǒng)中蒸發(fā)器、冷凝器負(fù)荷逐步降低相符，利用此數(shù)據(jù)加上附件消耗的功率可對系統(tǒng)實時COP值、空調(diào)系統(tǒng)油耗進(jìn)行估算。

圖11 怠速降溫時換熱器瞬態(tài)功率數(shù)據(jù)

4.2 吐魯番怠速降溫數(shù)據(jù)

在吐魯番進(jìn)行實車試驗時，部分天氣信息及溫度測點數(shù)據(jù)見表11。

表11 怠速降溫時部分天氣信息及溫度數(shù)據(jù)

根據(jù)3.1的試驗條件及試驗方法，90min暴曬結(jié)束后開始怠速降溫試驗 （對應(yīng)表11中的0s）。0s時乘員面部溫度為56.7℃，300s時降至33.3℃，600s時降至29.9℃，1200s降至26℃，最終1800s時到達(dá)25.2℃，實車實測值與4.1節(jié)中瞬態(tài)仿真數(shù)據(jù)趨勢一致。將表11的氣象信息代入模型反向計算得到，0s出風(fēng)60.8℃、面部61℃，300s出風(fēng)17.1℃、面部35.5℃，600s出風(fēng)16℃、面部31.9℃，1200s出風(fēng)14.1℃、面部27.7℃，1800s出風(fēng)12.6℃、面部26.9℃，怠速降溫過程中出風(fēng)溫度、乘員面部的仿真值與實測值偏差都在2℃以內(nèi)。

5 結(jié)論

1）汽車空調(diào)是將乘員艙空氣側(cè)的熱負(fù)荷通過制冷劑相變轉(zhuǎn)移出車外，因此在研究怠速降溫之前需要對制冷劑加注量、乘員艙溫升特性進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上對怠速降溫性能進(jìn)行研究。

2）在制冷劑加注量仿真分析中，隨著制冷劑加注量的增加，系統(tǒng)高壓慢慢升高后趨于平緩，然后在到達(dá)某個加注量時系統(tǒng)壓力突然變大，最終的制冷劑加注量要選在突變點前。

3）在乘員艙溫升試驗中，太陽輻射強(qiáng)度起關(guān)鍵的作用。為降低車輛內(nèi)頭部區(qū)域的溫度，要避免將車輛直接停置在陽光直射的地方。

4）經(jīng)過暴曬后的乘員艙內(nèi)飾、座椅蓄熱較多，在怠速降溫前期系統(tǒng)壓力、蒸發(fā)器／冷凝器熱負(fù)荷都較高，在降溫后期會逐漸變小。

5）相比實車試驗中采集數(shù)據(jù)的局限性，運用KULI建立的空調(diào)系統(tǒng)制冷模型可以對仿真試驗過程中較多的參數(shù)進(jìn)行分析。