黃長(zhǎng)頑（廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)有限公司，福建 廈門(mén) 361023）

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客車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃長(zhǎng)頑
（廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)有限公司，福建 廈門(mén) 361023）

摘要：利用試驗(yàn)測(cè)試與CFD仿真相結(jié)合，通過(guò)溫度場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度分布及變化速率，通過(guò)仿真分析發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度分布特征，確定溫度傳感器布置，優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度報(bào)警系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：客車(chē)；發(fā)動(dòng)機(jī)艙；溫度場(chǎng)；溫度速率；溫度報(bào)警系統(tǒng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U463.65+3Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-24-03

引言

后置發(fā)動(dòng)機(jī)艙體溫度過(guò)高會(huì)造成許多不利影響，如降低艙體內(nèi)的各種橡膠管路、電器線路的使用壽命、加劇玻璃鋼后圍的老化速度、容易形成起火隱患。[1]在客車(chē)整車(chē)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱管理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，考慮客車(chē)實(shí)際運(yùn)行工況運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)高溫異常時(shí)發(fā)出報(bào)警。使駕駛員及時(shí)獲知以便采取適當(dāng)措施防止事故發(fā)生。

交通部標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫度監(jiān)控做了規(guī)定：后置發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)應(yīng)裝溫度報(bào)警系統(tǒng)和自動(dòng)滅火裝置。[2]

通過(guò)金龍龍翼車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)抽取某9米車(chē)型106臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度數(shù)據(jù)，如圖1所示。可以看出，同一車(chē)型不同配置實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度各不相同。若按統(tǒng)一的報(bào)警閾值進(jìn)行設(shè)置，可能存在誤報(bào)警或漏報(bào)的情況。

圖1　某車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫分布情況

因此，有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文通過(guò)溫度場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度分布及變化速率，通過(guò)仿真分析發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度分布特征，從而確定車(chē)輛溫度傳感器布置，優(yōu)化溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。總體思路為：設(shè)計(jì)檢測(cè)電路與程序，實(shí)時(shí)檢測(cè)艙溫值及溫度上升速率，綜合判斷溫度、溫度上升速率與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，超過(guò)時(shí)觸發(fā)報(bào)警。溫度或溫度上升速率觸發(fā)報(bào)警的閾值可根據(jù)不同車(chē)型狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)定。

1、試驗(yàn)及分析

1.1發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度場(chǎng)試驗(yàn)

選用某9米主力車(chē)型為試驗(yàn)對(duì)象，在客車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn)，配合VBOX-3i車(chē)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、熱電偶采集溫度數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過(guò)程中，環(huán)境溫度、濕度基本穩(wěn)定，模擬風(fēng)速約為12m/s，平均溫度為28℃。

溫度測(cè)點(diǎn)布置參考了國(guó)內(nèi)其他客車(chē)溫度場(chǎng)試驗(yàn)[3-4]，同時(shí)結(jié)合金龍客車(chē)此前發(fā)動(dòng)機(jī)安裝評(píng)審和冷卻試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)艙分成A、B、C三個(gè)截面，分別為前、中、后，如圖3，每個(gè)截面布置9個(gè)測(cè)點(diǎn)，總共布置27個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。利用底盤(pán)測(cè)功機(jī)的speed控制模式，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最大功率狀態(tài)和最大扭矩狀態(tài)，直至發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到熱平衡。采集各測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。

圖2　發(fā)動(dòng)機(jī)艙分割面

圖3　試驗(yàn)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙布置及測(cè)點(diǎn)布置

1.2試驗(yàn)結(jié)果分析

圖4　試驗(yàn)車(chē)艙溫分布

從圖4可得：

1）截面B處由于發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪增壓等熱源存在，部分測(cè)點(diǎn)溫度大于90℃；

2）溫度分布情況為：從下到上溫度呈上升趨勢(shì)，從右到左溫度呈上升趨勢(shì)。

3）根據(jù)

計(jì)算可得發(fā)動(dòng)機(jī)艙平均溫度大于70℃。

1.3CFD仿真發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度分布

圖5　發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度溫分布

從仿真分析可知，發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫分布由下至上，從右至左呈遞增趨勢(shì)。與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

2、溫度報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1溫度傳感器布置

由于量產(chǎn)車(chē)輛因產(chǎn)品定位、成本、技術(shù)方案等約束，只布置一個(gè)溫度傳感器。單個(gè)傳感器布置主要考慮以下幾個(gè)因素：

1）達(dá)到熱平衡后該點(diǎn)溫度相對(duì)穩(wěn)定；

2）該點(diǎn)溫度接近艙溫最大值；

3）該點(diǎn)避開(kāi)高溫?zé)嵩粗苯訜彷椛洹?/p>

根據(jù)上述約束條件，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果及仿真分析，該車(chē)型傳感器布置選定截面B的TB2位置。

2.2系統(tǒng)報(bào)警預(yù)設(shè)值（閾值）計(jì)算

1）報(bào)警溫度閾值

式中：T報(bào)警為報(bào)警溫度閾值，T溫升為試驗(yàn)或仿真所得某車(chē)型熱平衡后對(duì)比試驗(yàn)環(huán)境溫度的上升值，T環(huán)為根據(jù)車(chē)輛使用環(huán)境情況設(shè)定的溫度常量。

該車(chē)型TB2測(cè)點(diǎn)測(cè)得最高溫度為88℃，試驗(yàn)環(huán)境溫度為28℃，T溫升=88℃-28℃=60℃，因此該車(chē)型T報(bào)警=60+T環(huán)

2）溫度上升速率

如圖6所示，由于車(chē)輛正常運(yùn)行后發(fā)動(dòng)機(jī)艙平均溫度大于70℃，只選取溫度大于70℃區(qū)間計(jì)算得發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度上升速率＜0.2℃/s。

圖6　界面B各測(cè)點(diǎn)溫度曲線

2.3系統(tǒng)電路及程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路框圖如圖7所示，溫度傳感器采樣精度為± 0.1℃，接口電路、處理器集成在總線處理器中，由處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和判斷。

圖7　系統(tǒng)硬件電路框圖

系統(tǒng)程序框圖如圖8所示，處理器判斷溫度值或溫度上升速率是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，一旦達(dá)到則觸發(fā)報(bào)警。預(yù)設(shè)值可根據(jù)車(chē)輛配置情況通過(guò)上位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)置。

圖8　系統(tǒng)程序框圖

3、結(jié)束語(yǔ)

該方案在試驗(yàn)車(chē)上進(jìn)行了驗(yàn)證，通過(guò)人為設(shè)置冷卻系統(tǒng)故障、滿載高速運(yùn)行后緊急停車(chē)熄火等測(cè)試，讓發(fā)動(dòng)機(jī)艙異常高溫或異常溫度快速上升，報(bào)警系統(tǒng)均能準(zhǔn)確進(jìn)行報(bào)警。試驗(yàn)車(chē)在整個(gè)5萬(wàn)公里的道路試驗(yàn)過(guò)程中，未發(fā)生報(bào)警系統(tǒng)誤報(bào)情況。

后期可結(jié)合金龍龍翼車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行校準(zhǔn)，后續(xù)優(yōu)化可加入發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫條件進(jìn)行分析判斷?？膳c發(fā)動(dòng)機(jī)艙自動(dòng)滅火裝置聯(lián)動(dòng)，研究火災(zāi)早期預(yù)警，提高自動(dòng)滅火裝置的早期滅火效果。[5]

參考文獻(xiàn)

[1]羅丹峰.發(fā)動(dòng)機(jī)后置車(chē)型艙體降溫試驗(yàn)研究[J].人民公交.2006(4): 49-50

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[3]沈凱,徐向陽(yáng),王先勇,倪計(jì)民.后置客車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度場(chǎng)試驗(yàn)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版.2013,41(5):779-783.

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[6]高艷艷,杜建華,張認(rèn)成,丁環(huán).客車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度分析的火災(zāi)預(yù)警方法實(shí)驗(yàn)[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版.2014(6):601-604.

Design of Engine Compartment Temperature Alarm System

Huang Changwan
( Xiamen King Long United Automotive Industry Co. Ltd., Fujian Xiamen 361023 )

Abstract:Combined test and CFD simulation, through the temperature field test measured the temperature distribution and temperature rate of engine compartment. Through the simulation analyzed the temperature characteristics. Then determined the temperature sensor layout, optimized the design of engine compartment temperature alarm system.

Keyword:Coach; Engine compartment; Temperature field; Temperature rate; Temperature alarm system

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.65+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988 （2016）05-24-03

作者簡(jiǎn)介：黃長(zhǎng)頑，碩士，工程師，就職于廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)有限公司。主要從事：客車(chē)電氣設(shè)計(jì)。