整车中通道地毯热管理性能防护研究

聂延志 吴涛 李静 田文毅 殷农民

摘要：某车型在整车环境舱热管理试验后，排查车辆时发现中通道地毯减震垫有局部烤糊现象、对数据分析发现地毯温度值在恶劣工况下超出了人体感官舒适区。针对发现问题提出主动隔热和被动隔热方案在故障车上进行了对比验证，并根据测试结果确定了最优方案，给出在产品开发过程中遇到类似问题的规避建议。

关键词：中通道地毯;热管理

1 引言

汽车越来越多的开始走入寻常百姓家庭，车辆需满足不同季节环境温度和路况负荷的多重考验，汽车在高温大负荷工况下往往发热比较恶劣，大多数厂家车型开发往往比较关注车辆前舱和下底盘部件之间非金属件的温度超标防护。往往容易忽略对汽车内部某些关键部件的热防护，而车辆地毯和地毯减震垫由于覆盖在整车钣金与乘客之间，具有垫高、平整、吸尘、隔音、隔热和美观的效果，作为和乘客脚部接触最亲密的部位，若热防护不当，易导致乘客恐慌与抱怨，甚至融化挥发处有毒有害气体，导致乘客头晕恶心等严重后果。本文通过对某款车辆地毯温度超标的问题进行分析及验证，论述了地毯热防护的的重要性，总结了整车热管理性能在设计过程中的隐性问题，从而规避后期汽车设计出现类似问题。

2 问题提出

2.1 问题描述

某车型在整车热管理试验过程中发现中通道后排地毯处温度超过53℃;而整车热管理性能要求车辆行驶中地毯表面温度≤45℃，停车怠速中地毯表面温度≤50℃。温度过高将导致乘客感觉脚底发烫和恐慌，尤其是在夏季高温，国内大部分城市环境温度最高可超过40℃，很多乘客平时身着短裤和凉鞋，在乘坐车辆时引起烘烤感，造成不适。温度过高，同样亦导致地毯有害挥发物增加，乘客易导致头晕恶心;同时地毯温度过高会造成车内空调降温负荷增大，增加油耗;温度过高加速底板涂胶老化，降低底盘防腐及防碎石冲击能力。

2.2问题分析

在拆解车辆后排地毯装置后，发现地毯下方地毯减震垫装置已烧结软化变形，温度超标问题十分严重，故障件见图1。

对试验样车拆解过程中发现，后排地毯下方马鞍形中通道钣金下方有排气管路通过，而排气管路与马鞍形钣金仅为30mm间隙。通过环境仓试验发现此间隙易导致大量的热量辐射到钣金，而钣金由于大部分为钢板材质，极易吸热与导热。由于钣金温度过高，地毯虽能隔绝部分热量，但在长时间的热量传递后，仍超过人体感觉不适的温度值。故障试验车测试结果见表l，布点示意图见图2。

2.3 方案分析

通过对试验测试温度数据分析，判断此问题主要是排气管路上方无隔热措施且与车身钣金距离过小导致。此位置在车辆行驶过程中风速较高，不易再采取导风降温方案。综合成本考虑，最终采取隔热板方式进行热量阻隔防护。确定通过试验对两种隔热方案进行了对比验证，方案一：隔热罩固定在排气管上进行主动隔热，方案见图3;方案2：隔热罩固定到中通道下表面，对地板进行被动防护，方案见图4。

3 试验结果

3.1 试验开展

对比验证试验方案验证在整车环境环境舱中进行，见图5;选取热辐射及地毯超标最严重的山路爬坡工况进行试验，试验条件如表2所示：

3.2试验结果分析

方案l测试结果显示排气管表面温度较故障车有升高趋势，但是地板钣金温度有所下降。分析原因是由于增加焊接隔热罩后，排气管与隔热罩之间热量被隔热罩包覆，外部气流无法进，导致排气管散热效率下降，温度升高。但是隔热罩对地板也起到了隔热降温作用，地板钣金降低约44℃。

方案2测试结果显示地板钣金表面温度降低76℃、减震垫温度达标且无任何变形现象，同时地毯温度降低到35℃以下。分析原因是由于：

（l）压花铝板表面有大量凸凹不平的反射弧面，相当于增大了单位面积的反射效率;

（2）压花铝板的面积较大、导热效率高，可在反射热量的同时，快速的与通过中通道的空气进行热交换，增加热量的散发速率，降低温度的平衡点。

考虑车身钣金需在行驶过程中避免碎石敲击、平整气流以降低紊流的需求，中通道地毯防护最终采用方案2，隔热效果最佳的基础上，也对车身钣金起到防护作用。两种方案对比测试结果见表3。

4 总结

目前各主机厂只做地毯零部件的单体试验，对整车地毯温度要求无过多关注，整车地毯虽不是汽车开发过程中的国家强制法规要求，但地毯温度超标可能产生的隐性的有毒挥发气体，烫伤事故，甚至是自燃事件，必须予以重视。通过本次试验对主动隔热和被动隔热的效果对比发现，对已单个零件而言，采用被动隔热的效果要优于主动隔热。因此对于单一超标问题，建议优先采用被动隔热的措施。对于多个零部件区域性超标问题，从安装隔热罩数量以及工艺方面考虑，建议优先采用主动隔热，并且主动隔热罩需要与热源保持适当的距离，以便热量的散发，增加隔热效果。

参考文献：

[1]许国良，王晓墨，邬田华，陈维汉.工程传热学.北京.中国电力出版社

[2]張爽贺，永刚，张治国，黄昌瑞，王雷汽车排气催化器的隔热方法研究汽车实用技术。

作者简介

聂延志众泰汽车股份有限公司、主管工程师、项目管理方向。