發動機裝飾罩的設計方法和設計系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種發動機裝飾罩的設計方法和設計系統。發動機裝飾罩的設計方法包括：利用發動機艙內零部件的初始布置數據和發動機艙冷卻系統的基本參數對發動機艙進行有限元建模，以得到未考慮發動機裝飾罩影響的第一機艙模型；對第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得到設計發動機裝飾罩的構造及定位參數邊界條件；建立符合構造及定位參數邊界條件的發動機裝飾罩模型；對發動機裝飾罩模型分別進行布置校核和流場分析驗證；按照通過布置校核和流場分析驗證的發動機裝飾罩模型生成發動機裝飾罩設計方案。通過有限元仿真分析，將氣流分布可視化，有針對性地明確發動機裝飾罩設計優化方向，能夠充分評估性能。
【專利說明】發動機裝飾罩的設計方法和設計系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車領域，特別是涉及發動機裝飾罩的設計方法和設計系統。
【背景技術】
[0002]隨著汽車產業的高速發展，人們對汽車的安全性、舒適性、節能環保性的要求也越來越高，汽車造型逐漸傾向于小型化，發動機艙內的空間也逐漸縮小，導致機艙內零部件的布置很緊湊，容易形成過熱的機艙環境，使散熱元件的熱交換性能和發動機的性能變差，從而影響汽車的經濟性、動力性和安全性。
[0003]汽車發動機艙中，在發動機頂部和機艙蓋之間一般布置有發動機裝飾罩,用于屏蔽發動機發出的噪音，保持發動機的清潔程度并在視覺上遮蔽發動機而提升發動機艙中的裝飾效果。在發動機上加裝發動機裝飾罩進一步影響了機艙內散熱的困難程度。現有技術中一般在發動機裝飾罩上開設通風槽來保證機艙正常散熱，并通過實物的現場測試對加裝發動機裝飾罩的散熱情況進行測試，在測試結果不符合要求時，需要對發動機裝飾罩的設計進行修改后，重復測試過程。采用現有技術的發動機裝飾罩的設計方法，散熱效果缺乏理論計算的依據，造成發動機裝飾罩的設計驗證周期長，開發和試驗的成本較高。
[0004]針對現有技術中發動機裝飾罩的開發設計周期長的問題，現有技術中尚未提出有效的解決方案。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種發動機裝飾罩的設計方法和設計系統，以解決上述發動機裝飾罩的開發設計周期長的問題。
[0006]根據本發明的一個目的，提供了一種發動機裝飾罩的設計方法，包括以下步驟:步驟A，利用發動機艙內零部件的初始布置數據和發動機艙冷卻系統的基本參數對發動機艙進行有限元建模，以得到未考慮發動機裝飾罩影響的第一機艙模型；步驟B，對第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得到設計發動機裝飾罩的構造及定位參數邊界條件；步驟C，建立符合構造及定位參數邊界條件的發動機裝飾罩模型；步驟D，對發動機裝飾罩模型分別進行布置校核和流場分析驗證；步驟E，按照通過布置校核和流場分析驗證的發動機裝飾罩模型生成發動機裝飾罩設計方案。
[0007]進一步地，步驟A具體包括:步驟Al，獲取零部件的結構數據、零部件的裝配數據以及發動機艙冷卻系統的基本參數:步驟A2，利用結構數據和裝配數據對機艙結構進行有限元建模得出機艙部件布局模型，并利用冷卻系統的參數對冷卻系統進行有限元建模得出冷卻系統模型；步驟A3，組合機艙部件布局模型和冷卻系統模型，得到第一機艙模型。
[0008]進一步地，步驟B具體包括:對第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得出機艙內發動機上方散熱氣流的流場分布；根據第一機艙模型的結構和流場分布得到構造及定位參數邊界條件。以上構造及定位參數邊界條件具體包括:型面弧度范圍、型面尺寸范圍、以及裝配位置范圍。[0009]進一步地，步驟C具體包括:步驟Cl，根據邊界條件設計發動機裝飾罩的CAS面，設計出的CAS面記為第一 CAS面；步驟C2，對第一 CAS面進行有限元建模，得到發動機裝飾
罩模型。
[0010]進一步地，步驟D具體包括:組合發動機裝飾罩模型和第一機艙模型，得到考慮了發動機裝飾罩影響的第二機艙模型；對第二機艙流場模型進行布置校核，以判斷發動機裝飾罩模型是否滿足機艙空間的布置要求；對第二機艙流場模型進行流場分析驗證，以判斷發動機裝飾罩是否滿足機艙的散熱要求。
[0011]進一步地，在步驟E之后還包括:按照發動機裝飾罩設計方案生成第二 CAS面；按照第二 CAS面執行工程設計流程，并輸出最終設計方案。
[0012]根據本發明的另一方面，還提供了一種發動機裝飾罩的設計系統。
[0013]該發動機裝飾罩的設計系統包括:第一建模裝置，用于利用發動機艙內零部件的初始布置數據和發動機艙冷卻系統的基本參數對發動機艙進行有限元建模，以得到未考慮發動機裝飾罩影響的第一機艙模型；模型分析裝置，用于對第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得到設計發動機裝飾罩的構造及定位參數邊界條件；第二建模裝置，用于建立符合構造及定位參數邊界條件的發動機裝飾罩模型；校核驗證計算裝置，用于對發動機裝飾罩模型分別進行布置校核和流場分析驗證；設計方案輸出裝置，用于按照通過布置校核和流場分析驗證的發動機裝飾罩模型生成發動機裝飾罩設計方案。
[0014]進一步地，第一建模裝置包括:數據獲取模塊，用于獲取零部件的結構數據、零部件的裝配數據以及發動機艙冷卻系統的基本參數:有限元分析模塊，用于利用結構數據和裝配數據對機艙結構進行有限元建模得出機艙部件布局模型，并利用冷卻系統的參數對冷卻系統進行有限元建模得出冷卻系統模型；第一模型組合模塊，用于組合機艙部件布局模型和冷卻系統模型，得到第一機艙模型。
[0015]進一步地校核驗證計算裝置具體包括:第二模型組合模塊，用于組合發動機裝飾罩模型和第一機艙模型，得到考慮了發動機裝飾罩影響的第二機艙模型；布置校核模塊，用于對第二機艙流場模型進行布置校核，以判斷發動機裝飾罩模型是否滿足機艙空間的布置要求；流場驗證模塊，用于對第二機艙流場模型進行流場分析驗證，以判斷發動機裝飾罩是否滿足機艙的散熱要求。
[0016]本發明的技術方案利用有限元仿真技術評估發動機裝飾罩對機艙散熱的影響，合理設計發動機裝飾罩曲面和布置位置，使發動機裝飾罩有利于引導熱氣流，減少機艙內的熱氣流渦流，降低機艙內的溫度。而且通過有限元仿真分析，將試驗中難以得到的氣流分布可視化，有針對性地明確發動機裝飾罩設計優化方向，能夠充分評估性能。從而利用計算機輔助工程的強大分析功能，可以縮短設計周期，節省開發和試驗費用。
[0017]根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特征。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:[0019]圖1是根據本發明實施例的發動機裝飾罩的設計系統的示意圖；
[0020]圖2是根據本發明實施例的發動機裝飾罩的設計方法的示意圖；以及
[0021]圖3是根據本發明實施例的使用發動機裝飾罩的設計方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1是根據本發明實施例的發動機裝飾罩的設計系統的示意圖。該設計系統一般性地可包括:第一建模裝置11、模型分析裝置12、第二建模裝置13、校核驗證計算裝置14、設計方案輸出裝置15。其中，第一建模裝置11，用于利用發動機艙內零部件的初始布置數據和發動機艙冷卻系統的基本參數對發動機艙進行有限元建模，以得到未考慮發動機裝飾罩影響的第一機艙模型；模型分析裝置12，用于對所述第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得到設計發動機裝飾罩的構造及定位參數邊界條件；第二建模裝置13，用于建立符合所述構造及定位參數邊界條件的發動機裝飾罩模型；校核驗證計算裝置14，用于對所述發動機裝飾罩模型分別進行布置校核和流場分析驗證；設計方案輸出裝置15，用于按照通過所述布置校核和所述流場分析驗證的所述發動機裝飾罩模型生成發動機裝飾罩設計方案。
[0023]以上第一建模裝置11具體可以包括:數據獲取模塊111、有限元分析模塊112、第一模型組合模塊113，其中，數據獲取模塊111用于獲取機艙內各零部件的結構數據、零部件的裝配數據以及發動機艙冷卻系統的基本參數:有限元分析模塊112，用于利用結構數據和裝配數據對機艙結構進行有限元建模得出機艙部件布局模型，并利用冷卻系統的參數對冷卻系統進行有限元建模得出冷卻系統模型；第一模型組合模塊113，用于組合機艙部件布局模型和冷卻系統模型，得到第一機艙模型。
[0024]以上機艙內各零部件的結構數據以及各零部件之間的裝配數據均可以從汽車CAD基礎數據中直接導入，發動機艙冷卻系統的基本參數包括機艙內散熱器總成參數、冷凝器總成參數、冷卻風扇總成參數，以及機艙內流阻等。由于發動機運轉時，與高溫燃氣相接觸的零件受到強烈的加熱，如不加以適當的冷卻，會使發動機過熱，充氣系數下降，燃燒不正常，機油變質和燒損，零件的摩擦和磨損加劇，造成動力性、經濟性、可靠性和耐久性全面惡化。但是如果冷卻過強，汽油機混合氣形成不良，機油被燃燒稀釋，柴油機工作粗爆，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會使工作環境惡化變壞。因此,冷卻系統的主要任務是保證機艙內保持在適宜的溫度狀態下。因此，發動機裝飾罩在原有機艙內部件的基礎上裝配，需要充分考慮機艙內原有零部件的初始布置數據，以及對機艙散熱的影響。
[0025]有限元分析模塊112，充分發揮有限元仿真技術的前驅性作用，建立了可進行流場分析的有限元模型，經過第一模型組合模塊113的模型裝配，得到了在不裝配發動機裝飾罩情況下的機艙模型，也就是第一機艙模型。以上第一機艙模型組合完成后，可以根據實際結構數據進行調整，比如對結構干涉的部分進行修改，調整有限元的網格等。
[0026]模型分析裝置12的具體工作流程可以為:對第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得出機艙內發動機上方散熱氣流的流場分布；根據第一機艙模型的結構和流場分布得到構造及定位參數邊界條件。利用以上流場分布的計算結果將試驗中難以得到的氣流分布可視化。以上構造及定位參數邊界條件具體可以包括:型面弧度范圍、型面尺寸范圍、以及裝配位置范圍。
[0027]得到以上發動機裝飾罩設計方案的構造及定位參數邊界條件后，可以輸入第二建模裝置13，結合由造型設計得到的造型CAS，生成發動機裝飾罩的模型。造型CAS面為Computer Added Styling的簡稱，即根據效果圖創建出來的面。CAS面就是在得出造型前期效果圖后，借助三維軟件做一個初步的三維造型曲面出來，在本發明的技術方案中，將符合以上構造及定位參數邊界條件的CAS面記為第一 CAS面，并對第一 CAS面進行有限元建模，可以得到發動機裝飾罩模型。
[0028]校核驗證計算裝置14對第二建模裝置13的建模結果進行評估和優化，具體地，校核驗證計算裝置14具體包括:第二模型組合模塊141、布置校核模塊142、以及流場驗證模塊 143。
[0029]其中，第二模型組合模塊141用于組合發動機裝飾罩模型和第一機艙模型，得到考慮了發動機裝飾罩影響的第二機艙模型；布置校核模塊142，用于對第二機艙流場模型進行布置校核，以判斷發動機裝飾罩模型是否滿足機艙空間的布置要求；流場驗證模塊143，用于對第二機艙流場模型進行流場分析驗證，以判斷發動機裝飾罩是否滿足機艙的散熱要求，保證機艙內的熱氣流能夠沿著發動機裝飾罩順利流向機艙后方，最后順著前圍流出機艙。
[0030]經過校核驗證計算裝置14的評估和優化，可以得到通過布置校核和流場分析驗證的發動機裝飾罩設計方案。利用該方案可以生成第二 CAS面；按照第二 CAS面執行工程設計流程，就可以輸出最終設計方案，從而得到滿足機艙流場需要的發動機裝飾罩方案。
[0031]本實施例的發動機裝飾罩的設計系統，利用有限元仿真技術評估發動機裝飾罩對機艙散熱的影響，合理設計發動機裝飾罩曲面和布置位置，使發動機裝飾罩有利于引導熱氣流，減少機艙內的熱氣流渦流，降低機艙內的溫度。而且通過有限元仿真分析，將試驗中難以得到的氣流分布可視化，有針對性地明確發動機裝飾罩設計優化方向，能夠充分評估性能。從而利用計算機輔助工程的強大分析功能，可以縮短設計周期，節省開發和試驗費用。
[0032]本發明的實施例還提供了一種發動機裝飾罩的設計方法，該設計方法可以通過以上介紹的發動機裝飾罩的設計系統執行。
[0033]圖2是根據本發明實施例的發動機裝飾罩的設計方法的示意圖，如圖所示，該發動機裝飾罩的設計方法包括以下步驟:
[0034]步驟A，利用發動機艙內零部件的初始布置數據和發動機艙冷卻系統的基本參數對發動機艙進行有限元建模，以得到未考慮發動機裝飾罩影響的第一機艙模型；
[0035]步驟B，對第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得到設計發動機裝飾罩的構造及定位參數邊界條件；
[0036]步驟C，建立符合構造及定位參數邊界條件的發動機裝飾罩模型；
[0037]步驟D，對發動機裝飾罩模型分別進行布置校核和流場分析驗證；
[0038]步驟E，按照通過布置校核和流場分析驗證的發動機裝飾罩模型生成發動機裝飾罩設計方案。
[0039]下面對本發明實施例的發動機裝飾罩的設計方法中各步驟的具體流程進行介紹。以上步驟A可以具體包括:
[0040]步驟Al，獲取零部件的結構數據、零部件的裝配數據以及發動機艙冷卻系統的基本參數:[0041]步驟A2，利用結構數據和裝配數據對機艙結構進行有限元建模得出機艙部件布局模型，并利用冷卻系統的參數對冷卻系統進行有限元建模得出冷卻系統模型；
[0042]步驟A3，組合機艙部件布局模型和冷卻系統模型，得到第一機艙模型。
[0043]以上步驟B具體包括:對第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得出機艙內發動機上方散熱氣流的流場分布；根據第一機艙模型的結構和流場分布得到構造及定位參數邊界條件。以上構造及定位參數邊界條件具體包括:型面弧度范圍、型面尺寸范圍、以及裝配位置范圍。
[0044]以上步驟C具體包括:步驟Cl，根據邊界條件設計發動機裝飾罩的CAS面，設計出的CAS面記為第一 CAS面；步驟C2，對第一 CAS面進行有限元建模，得到發動機裝飾罩模型。
[0045]以上步驟D具體包括:組合發動機裝飾罩模型和第一機艙模型，得到考慮了發動機裝飾罩影響的第二機艙模型；對第二機艙流場模型進行布置校核，以判斷發動機裝飾罩模型是否滿足機艙空間的布置要求；對第二機艙流場模型進行流場分析驗證，以判斷發動機裝飾罩是否滿足機艙的散熱要求。
[0046]而且在步驟E之后還包括:按照發動機裝飾罩設計方案生成第二 CAS面；按照第二 CAS面執行工程設計流程，并輸出最終設計方案。經過工程設計的流程，可以對詳細零件進行設計，得到最終的CAD輸出。
[0047]圖3是根據本發明實施例的使用發動機裝飾罩的設計方法的流程圖，如圖所示，發動機裝飾罩的設計流程分為三個部分:有限元模型創建階段31、不帶發動機裝飾罩的流場分析階段32、基于機艙流場仿真的發動機裝飾罩設計階段33。在有限元模型創建階段31中，通過導入CAD圖紙得到機艙零部件的結構和裝配數據，并獲取冷卻系統的基本參數，分模塊創建機艙有限元模型，為進行機艙流場分析準備。在不帶發動機裝飾罩的流場分析階段32中，進行機艙流場仿真計算分析，重點分析經過散熱元件的氣流在發動機上方的流動情況，為發動機裝飾罩的設計提供邊界條件，給出發動機裝飾罩的型面弧度、尺寸和位置建議，使機艙內的熱氣流能夠沿著發動機裝飾罩順利流向機艙后方，最后順著前圍流出機艙。在基于機艙流場仿真的發動機裝飾罩設計階段33中，根據機艙流場分析得到發動機裝飾罩的邊界，結合造型CAS面和布置間隙校核，對發動機裝飾罩進行優化和流場仿真驗證，使發動機裝飾罩能夠滿足機艙熱管理的需求，然后作為工程設計的輸入，進行詳細零件設計。
[0048]以上流程利用有限元仿真技術評估發動機裝飾罩對機艙散熱的影響，合理設計發動機裝飾罩曲面和布置位置，使發動機裝飾罩有利于引導熱氣流，減少機艙內的熱氣流渦流，降低機艙內的溫度。而且通過有限元仿真分析，將試驗中難以得到的氣流分布可視化，有針對性地明確發動機裝飾罩設計優化方向，能夠充分評估性能。從而利用計算機輔助工程的強大分析功能，可以縮短設計周期，節省開發和試驗費用。
[0049]至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和范圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【權利要求】
1.一種發動機裝飾罩的設計方法，包括以下步驟: 步驟A，利用發動機艙內零部件的初始布置數據和發動機艙冷卻系統的基本參數對發動機艙進行有限元建模，以得到未考慮發動機裝飾罩影響的第一機艙模型； 步驟B，對所述第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得到設計發動機裝飾罩的構造及定位參數邊界條件； 步驟C，建立符合所述構造及定位參數邊界條件的發動機裝飾罩模型； 步驟D，對所述發動機裝飾罩模型分別進行布置校核和流場分析驗證； 步驟E，按照通過所述布置校核和所述流場分析驗證的所述發動機裝飾罩模型生成發動機裝飾罩設計方案。
2.根據權利要求1所述的設計方法，其中，所述步驟A包括: 步驟Al，獲取所述零部件的結構數據、所述零部件的裝配數據以及所述發動機艙冷卻系統的基本參數: 步驟A2，利用所述結構數據和所述裝配數據對機艙結構進行有限元建模得出機艙部件布局模型，并利用所述冷卻系統的參數對所述冷卻系統進行有限元建模得出冷卻系統模型； 步驟A3，組合所述機艙部件布局模型和冷卻系統模型，得到所述第一機艙模型。
3.根據權利要求1所述的設計方法，其中，所述步驟B包括: 對所述第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得出機艙內發動機上方散熱氣流的流場分布； 根據所述第一機艙模型的結構和所述流場分布得到所述構造及定位參數邊界條件。
4.根據權利要求3所述的設計方法，其中，所述構造及定位參數邊界條件包括:型面弧度范圍、型面尺寸范圍、以及裝配位置范圍。
5.根據權利要求1所述的設計方法，其中，所述步驟C包括: 步驟Cl，根據所述邊界條件設計發動機裝飾罩的CAS面，設計出的CAS面記為第一 CAS面； 步驟C2，對所述第一 CAS面進行有限元建模，得到所述發動機裝飾罩模型。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的設計方法，其中，所述步驟D包括: 組合所述發動機裝飾罩模型和所述第一機艙模型，得到考慮了發動機裝飾罩影響的第二機艙模型； 對所述第二機艙流場模型進行所述布置校核，以判斷所述發動機裝飾罩模型是否滿足機艙空間的布置要求； 對所述第二機艙流場模型進行所述流場分析驗證，以判斷所述發動機裝飾罩是否滿足機艙的散熱要求。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的設計方法，其特征在于，在所述步驟E之后還包括: 按照所述發動機裝飾罩設計方案生成第二 CAS面； 按照所述第二 CAS面執行工程設計流程，并輸出最終設計方案。
8.一種發動機裝飾罩的設計系統，包括: 第一建模裝置，用于利用發動機艙內零部件的初始布置數據和發動機艙冷卻系統的基本參數對發動機艙進行有限元建模，以得到未考慮發動機裝飾罩影響的第一機艙模型；模型分析裝置，用于對所述第一機艙模型進行氣流分析仿真計算，得到設計發動機裝飾罩的構造及定位參數邊界條件； 第二建模裝置，用于建立符合所述構造及定位參數邊界條件的發動機裝飾罩模型； 校核驗證計算裝置，用于對所述發動機裝飾罩模型分別進行布置校核和流場分析驗證； 設計方案輸出裝置，用于按照通過所述布置校核和所述流場分析驗證的所述發動機裝飾罩模型生成發動機裝飾罩設計方案。
9.根據權利要求8所述的設計系統，其中，所述第一建模裝置包括: 數據獲取模塊，用于獲取所述零部件的結構數據、所述零部件的裝配數據以及所述發動機艙冷卻系統的基本參數: 有限元分析模塊，用于利用所述結構數據和所述裝配數據對機艙結構進行有限元建模得出機艙部件布局模型，并利用所述冷卻系統的參數對所述冷卻系統進行有限元建模得出冷卻系統模型； 第一模型組合模塊，用于組合所述機艙部件布局模型和冷卻系統模型，得到所述第一機艙模型。
10.根據權利要求8或9所述的設計系統，其中，所述校核驗證計算裝置包括: 第二模型組合模塊，用于組合所述發動機裝飾罩模型和所述第一機艙模型，得到考慮了發動機裝飾罩影響的第二機艙模型； 布置校核模塊，用于對所述.第二機艙流場模型進行所述布置校核，以判斷所述發動機裝飾罩模型是否滿足機艙空間的布置要求； 流場驗證模塊，用于對所述第二機艙流場模型進行所述流場分析驗證，以判斷所述發動機裝飾罩是否滿足機艙的散熱要求。
【文檔編號】G06F17/50GK103440375SQ201310374800
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月26日 優先權日:2013年8月26日
【發明者】朱貞英, 門永新, 陳勇, 馮擎峰 申請人:浙江吉利汽車研究院有限公司, 浙江吉利控股集團有限公司