Способ испытаний транспортного средства по определению тепловых условий внутри кабины

Способ испытаний транспортного средства по определению тепловых условий внутри кабины

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области автомобилестроения, более конкретно к способу испытаний транспортного средства (ТС) по определению тепловых условий внутри кабины или пассажирского салона (в дальнейшем по тексту кабины), и может быть использовано при проведении испытаний ТС на соответствие требованиям нормативных документов.

Прежде чем переходить к критике аналогов и прототипа, необходимо отметить следующее. Заданная в нормативных документах температура окружающей среды, при которой необходимо испытывать систему отопления ТС в исполнении "ХЛ" (для эксплуатации в холодном климатическом районе), составляет минус 50°С (см. ГОСТ Р50993-96. Автотранспортные средства. Система отопления, вентиляции и кондиционирования. Требования к эффективности и безопасности. М., Издательство стандартов, 1997 г., стр.3, п.5.3.1). Столь низкие температуры на территории РФ реализуются в г.Сусуман Магаданской области, где и расположена северная испытательная станция ФГУП "Научно-исследовательский центр по испытаниям и доводке автомототехники". Удаление испытательной станции от заводов-изготовителей ТС на расстояние 7500...9000 км влечет за собой чрезвычайно высокую стоимость испытаний (расходы по доставке ТС, горючесмазочные материалы, командировочные расходы и т.д.).

Известен аналог предлагаемого изобретения, представляющий собой способ испытаний ТС в низкотемпературном отсеке климатической камеры, описанной в книге автора В.П.Хохрякова "Вентиляция, отопление и обеспыливание воздуха в кабинах автомобилей", М.: "Машиностроение", 1987 г., стр.127, 128, заключающийся в том, что ТС размещают в низкотемпературном отсеке климатической камеры, создают в нем требуемую нормативную отрицательную температуру, а затем, имитируя движение ТС, определяют параметры микроклимата внутри кабины ТС. Недостатком аналога является высокая стоимость испытаний из-за высокой стоимости климатической камеры и ее эксплуатации и обслуживания.

В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбран способ испытаний ТС по определению тепловых условий внутри кабины, описанный в упомянутом ГОСТ Р50993-96, суть которого заключается в том, что ТС помещают в условия нормативной отрицательной температуры окружающей среды, после чего запускают двигатель, задействуют систему отопления и по прошествии требуемого промежутка времени после начала движения ТС измеряют температуру газовой среды и внутренних поверхностей элементов кабины в заданных точках (точки измерений и требования к проведению дорожных испытаний приведены в ГОСТ Р50866-96. Автотранспортные средства. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Методы оценки эффективности и безопасности. М.: Издательство стандартов, 1996 г., п.8.5, п.9.3). Недостатком прототипа является высокая стоимость испытаний из-за удаленности территорий с низко отрицательной температурой от завода-изготовителя ТС.

Задачей, решаемой изобретением, является существенное снижение стоимости испытаний ТС по определению тепловых условий внутри кабины. Достигается это тем, что:

- дополнительно на внешние поверхности ограждающих конструкций кабины устанавливают датчики температуры преимущественно с противоположной стороны по отношению к датчикам на внутренних поверхностях ограждающих конструкций кабины и в районе геометрического центра ограждающей конструкции;

- в кабину помещают источник тепла с известными характеристиками, после чего охлаждают кабину до температуры, близкой к температуре окружающей среды;

- включают источник тепла и нагревают газовую среду кабины до наперед заданного значения, а затем выключают источник тепла и охлаждают кабину естественным путем до заранее определенной температуры ее газовой среды, при этом с момента включения источника тепла и достижения газовой средой кабины заранее определенной температуры при охлаждении измеряют датчиками температуру внутренних и внешних поверхностей ограждающих конструкций кабины;

- после этого на основании измерений определяют коэффициенты тепловых потерь ограждающих конструкций кабины;

- затем проводят измерения температур газовой среды кабины, ее внутренних элементов и температуры окружающей среды (полный объем измеряемых параметров по ГОСТ Р50866-96) при движении ТС при температуре окружающей среды на 10...20°С выше нормативной;

- после этого составляют математическую тепловую модель (программу) с использованием полученных коэффициентов тепловых потерь ограждающими конструкциями и учетом характеристик системы отопления, рассчитывают по ней температуры внутри кабины при движении ТС при температуре окружающей среды на 10...20°С выше нормативной и соответствующей условиям испытаний. Подбором расчетной сетки тепловых расчетов и распределением тепла, поступающего в объем кабины от системы отопления (например, между подачей воздуха в ноги водителя и на лобовое стекло) добиваются воспроизведения результатов испытаний с наперед заданной погрешностью;

- и, наконец, с помощью протестированной тепловой модели определяют тепловые условия внутри кабины ТС при его движении для любого значения нормативной отрицательной температуры окружающей среды.

Реализация заявляемого способа осуществляется следующим образом.

На внешние поверхности ограждающих конструкций кабины (крыша, пол, двери, остекление кабины и т.п.) устанавливают датчики температуры и дополнительные датчики на их противоположной стороне внутри кабины в районе геометрического центра ограждающей конструкции. После этого в кабину помещают источник тепла с известными характеристиками, например электрический нагреватель заданной мощности, и охлаждают кабину и ее газовую среду до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Это можно сделать, открыв двери кабины ТС на несколько часов на улице при отрицательной температуре окружающей среды. Величина температуры окружающей среды может находиться в интервале, например, от минус 15 до минус 30°С. Затем закрывают двери кабины ТС, включают источник тепла и нагревают газовую среду кабины до наперед заданного среднего значения, например до плюс 30°С, либо до установившегося по времени распределения температур в кабине. После этого источник тепла выключают и охлаждают кабину естественным путем (при закрытых дверях) до заранее определенной средней температуры, например, на 5°С выше температуры окружающей среды. При этом с момента включения источника тепла и до достижения газовой средой кабины заранее определенной средней температуры при охлаждении измеряют датчиками температуру внутренних и внешних ограждающих конструкций кабины. Для измерений в кабине достаточно 20...40 температурных датчиков частота опроса датчиков - один раз за 1...2 минуты. На основании полученных измерений определяют коэффициенты тепловых потерь ограждающих конструкций кабины, которые затем используют при расчете теплового состояния кабины.

Затем проводят измерения температур газовой среды кабины и ее внутренних поверхностей при движении ТС по методике, изложенной в ГОСТ Р50993-96, но при температуре окружающей среды на 10...20°С выше нормативной, т.е. если нормативная температура составляет минус 50°С (АТС в исполнении ХЛ для эксплуатации в холодном климатическом районе), испытания проводят при температуре около минус 30°С.

После этого с использованием полученных коэффициентов тепловых потерь и учетом характеристик системы отопления кабины составляют трехмерную тепловую математическую модель (с помощью известных инженерных CAD-программ, типа ANSYS, PATRAN, COSMOS, или программы собственной разработки) и путем измельчения расчетной сетки и перераспределения по объему кабины тепла, поступающего от отопителя кабины (например, между подачей воздуха в нижнюю часть кабины и на стекла), добиваются воспроизведения расчетным путем температурных показаний датчиков, полученных при движении ТС, с наперед заданной погрешностью. Это может быть, например, плюс-минус 2°С градуса для отдельно взятого датчика и плюс-минус 1°С для среднего значения температуры в контрольных по времени точках.

И, наконец, с помощью протестированной программы определяют тепловые условия внутри кабины ТС при его движении для любого значения нормативной отрицательной температуры окружающей среды.

Разработана трехмерная программа теплового расчета кабин "MI-ASS2003", позволяющая определить тепловое состояние кабины с точностью ±1°С, которая зависит от точности измерения температур поверхностей и газовой среды кабины. Программа была апробирована на кабине автомобиля "Урал-4320", в результате чего показана возможность определения тепловых условий внутри кабины при любой отрицательной нормативной температуре на основе данных измерений при более высоких температурах (на 10...20°С) относительно нормативной.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять тепловые условия внутри кабины ТС, не прибегая к поездкам на испытательную станцию г.Сусумана, что экономит значительные средства заводов-изготовителей ТС. Учитывая изложенное, а также новизну и отличия изобретения по сравнению с прототипом, заявитель считает, что предлагаемое техническое решение может быть защищено патентом на изобретение.

1. Способ испытаний транспортного средства по определению тепловых условий внутри кабины или салона при работе системы отопления кабины при нормативной отрицательной температуре окружающей среды, при котором транспортное средство помещают в условия отрицательной температуры окружающей среды, после чего запускают двигатель, задействуют систему отопления и по прошествии требуемого промежутка времени после начала движения транспортного средства измеряют температуру газовой среды и внутренних поверхностей элементов кабины в заданных точках, отличающийся тем, что дополнительно на внешние поверхности ограждающих конструкций кабины устанавливают датчики температуры, а в кабину помещают источник тепла с известными характеристиками, после чего охлаждают кабину до температуры, близкой к температуре окружающей среды, включают источник тепла и нагревают газовую среду кабины до наперед заданного значения, а затем выключают источник тепла и охлаждают кабину естественным путем до заранее определенной температуры ее газовой среды, при этом с момента включения источника тепла и до окончания охлаждения измеряют датчиками температуру внутренних и внешних поверхностей ограждающих конструкций кабины, после чего на основании измерений определяют коэффициенты тепловых потерь ограждающими конструкциями кабины и проводят измерения температуры газовой среды кабины и ее внутренних поверхностей при движении транспортного средства при температуре окружающей среды на 10...20°С выше нормативной, а затем расчетным путем с помощью коэффициентов тепловых потерь, с учетом характеристик системы отопления и результатов измерений температур при движении транспортного средства при температуре окружающей среды выше нормативной определяют тепловые условия внутри кабины транспортного средства при его движении для любого значения нормативной отрицательной температуры окружающей среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчики температуры на внешних и внутренних поверхностях ограждающих конструкции устанавливают в районе их геометрического центра.