汽車關門時車內氣壓模型

周加福

（華人運通技術有限公司上海分公司 210210）

1 車身內部結構空氣壓力模型

1.1 本計算方法基于以下模型假設

（1）車門的最大關閉速度較小，研究對象的氣體均認為是不可壓縮流體。

（2）將關門氣流近似看成是沿通道方向的一維流動，忽略壁沿的速度梯降[1-2]。

如圖1所示，車門旋轉帶動空氣往車內移動，體積為V，車內氣壓增高氣體壓縮，壓縮體積為V1，同時空氣通過變化的門縫和不變的其他孔洞往車外泄漏，門縫泄漏的流量為V2，其他出口泄漏的流量為V3，根據(jù)流體的連續(xù)性[3-4]，體積V=V1+V2+V3。

1.2 車門旋轉帶動的空氣體積V

假設在t0時刻，車門速度為ω，車內和車外的氣壓都是P（大氣壓）

經(jīng)過△t時間后達到t1時刻，車門速度為ω1，車內和車外的氣壓都是P1

在t0時刻以ω的角速度推動車門關閉，經(jīng)過△t的時間，車門掃略過的包絡體積為V=SiRi△t。

圖1 車內空氣流動模型

1.3 車內氣壓升高壓縮的空氣體積V1

因為有V體積的空氣往車內推。使車內氣壓升高，假設在△t末的車內壓力為P1，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，車內空氣體積變化量為

1.4 門縫泄漏的空氣體積V2

在門縫處，t0-t1時刻，門縫的平均面積為Ag，t0時車內壓力為p，t1時車內壓力為P1

1.5 其他出口泄露的空氣體積V3

除此之外，汽車還存在很多小孔洞，這些小孔洞會進行試驗，測量出一條的泄漏曲線，稱為整車泄漏曲線[5]。

圖2 車內空氣流動模型

泄漏曲線為孔洞泄漏流速F關于壓力p的關系，F(xiàn)=f(p)；

由于已知以上函數(shù)關系，所以其他出口的泄漏流量為：

根據(jù)流體連續(xù)性，有

式中，

Si—門上密封條之間某一微分單元的面積，m2

Ri—微分單元距離鉸鏈軸的旋轉半徑，m

ω—車門轉動角速度，rad/s

Δt—車門運動時長，s

Ag—空氣流過密封條的門縫面積，m2

ρ—空氣密度，kg/m3

V0—車內的空間體積，m3

F(t)—t時刻的整車泄漏流量，CFM

f' (P)—泄漏曲線的導數(shù)函數(shù)

P—初始壓力，Pa

求解以上方程，可以得出車身內部壓力升高值P1。

2 密封條之間空氣壓力模型

在流體中，流體的流速越快，其壓強越小[6-8]。引入?yún)?shù)α表示流體壓強與流速的關系，α=1表示流速1 m/s的流體，其壓強下降1 Pa。

上式為這種模型流速與壓強的關系，其中ρ為空氣密度。

隨著空氣的流出，壓強也會變得越來越低，流速也隨著壓強的變化而變化，速度的加速度為：

圖3 密封條之間結構模型

在車門系統(tǒng)中，一般會存在幾道密封條結構，且密封條結構之間也存在一定空間。如圖3所示，車門在關閉過程中，密封條之間的空氣也同時受到壓縮，并對車門產(chǎn)生反作用力，阻礙車門關閉。在內側密封條處，空氣流過的門縫面積為Av，在時間段dt開始時刻，密封條之間的空氣壓力為P’，根據(jù)公式，此時的速度為：

在dt時間段末，密封條之間的空氣壓力P’1，根據(jù)速度變化關系，此時的空氣流動速度為：

則此段時間內，從密封條之間的空間流入到車內的空氣體積為：

同理，在外側密封條處，可得到：

式中：

Si—門上密封條之間某一微分單元的面積，m2

Ri—微分單元距離鉸鏈軸的旋轉半徑，m

ω—車門轉動角速度，rad/s

dt—車門運動時長，s

Av—空氣流過內側密封條的門縫面積，m2

At—空氣流過外側密封條的門縫面積，m2

α—參數(shù)α表示流體壓強與流速的關系

ρ—空氣密度，kg/m3

Vt0—密封條之間的空間體積，m3

P'—初始壓力，Pa

求解以上方程，可得出密封條之間空氣升高的壓力P1'。