期
时运用的场景为
，为某 不能 防水的 系统的前期设计 了验证和风险预测方法。主分析了
行的改进方案。同时讨论了涉水仿真分析
的水入 水 的 ，讨论其应当满足的设计 及可仍存在的局限性及 性的方法，并对 来可能适用的 水性能 了 与展望。[Abstract] In this paper，the latest application of computational fluid dynamics ( CFD) in ve-hide wading simulation is introduced，especially in the eerly project development. For some pats thatcannot be sealed and need waterproofing， oo the uppeo design of the uppeo part， a new veriOcation method and reliable risk prediction is proviOed. In this papeo the effects of wateo invvsion oo wateo
shock of some front cabin key components are analyzed，and the design requoements and feasible im・ provement schemes that should be met are discussed. At the same time， the current Omittions and methods of ioproving the wading sioulation analysis accuracy are discussed. At the same tirne，the de
velopment of wading perfomidnco of pats and components that may be applicable to the technolooy in the future is listed and prospected.［关键词】 整车涉水性能 前期项目开发 汽车水管理 计算流体动力学doi：10. 3969/j. issn. 1007-4554.2020.04.020引言，针对车
水性能的
期的车辆试验几乎成为 靠的设计验 -段［1］，但其存在设计滞后%验困难%改成本
高 改周期长的诸 陷$基于该现状，计，通常流体动力学技术的出现及其应用为车 水是在 期
例 结 在的风险
往的 经验和问题案，再对现阶段车型
性能 了一个新的方向。本文将：展能存：设计规避$但涉水过程中的
车型在研 中的CFD分析实例，及其与实车涉水试验的对比结果-2-对车虚拟
仿真涉水
状态受各方影响因素较多，过往经验不足以保
新方法的运用 论述，同时也的局限及未来可风险能
际涉水
全规避$同时，难以精确预测实设计冗余。因此，开将探讨虚拟仿真涉水 能的 方 $收稿日期:2020 -01 -10上海汽车!2020.04・9・1虚拟仿真理论支持在
实车涉水试验
中，车车速、涉水距离和涉水水深的变化
影响实车在涉水中的表现。一般情况下，涉水仿真的
「条设置应与实际涉水试验保持
。本文所提及的虚拟仿真所使用的软件为STARCCM + %Flu- ent或其他同类CFD软件-3打 于本文讨论的重点在于CFD-
在实际
中的运用场景,而不及整车涉水的仿真建模%方 及
设置及其调试
，因此对于与此相关的说明不再O2虚拟仿真可关注区域计
型中建立的 应 飯金外轮廓、饰板、电电器及机械 外形、线缆及线束接插件、管路等各类对前舱水流分布、水流流 影响的零件,并应尽可能真实地还 ，一方面以使得仿真计算的 性大大提高，
方面也可以关注
个区域 的涉水状态。需注意的是，
的建
在精细度与计算量之间寻求平衡，根据经验，一般以体网格总数不多于
1 500 、
连续计算不多于一周时间为宜$本文中所
例均基于该精细度 计算,主要针对常见失效的
对比分析，以说明整车涉水仿真的实际运用场景$2.1发动机进气口布置位置动机进气口的 是影响车 水性能的之一-4.,气的 高度
了该车型水深度的极限。 气 足气量和进气压降的 ，同时所 应当能够吸入新鲜冷空气， 基限定了发动机气口的大小、朝和大 域 数。在不大的剩余空间内，还
注涉水性能所的高度和遮蔽，否则在涉水
中
水入车 气系统的情况，最终
动机熄火甚至损坏。虚仿真涉水试验在前期的数据阶段
就可针对进气
是否合
计算评估，如图1所，圆圈
为某车型涉水仿真过程・10・中进气口附近区域的水流分布情况，图中显示存
在部分水流飞溅入进气口$图2为实车在涉水过
中进气口附近的水流分布情况,可见仿真结果
与实际试验结
近。研工 基于仿真的结果，判断进气
域存在被大部分浸没的风险性，同时
的改进措施，例，针对浸没可以
抬高进气口的高度；针对飞溅可以
在气
增加遮蔽件防护； 改变进气口的朝向及位置、增加进气口旁通装置等。图1整车涉水时发动机进气口区域水流示意图2整车涉水试验录像截图（发动机进气口位置）2.2进气系统排水能力动机进气系统均设计 的排水能力，法为在空滤盒体脏空气侧设计排水孔,用
于在水侵入量较少时排出进气系统脏空气侧的积
水，起缓冲和排水的作用。虚仿真涉水试验 计
入进气系统的水量，并同 气系统的排水能力，校 入的积水能否被足够快速地排出。如图3所，图中黑色区域代表进气管
及空滤盒脏空气侧在涉水
中水流侵入的实时$图4则为实车在涉水
中空滤盒体下层上海汽车2020.04脏空气侧的实时进水量，可见虚拟仿真结果与实
际试验结果的水量基本吻合，说明侵入进气系统
的水量较小且能及时排干。如存在风险，研工
基于仿真分析的结果，
增大排水孔的面 调
动机进气口的 。同时，在增大排水孔的孔径后， 增设单向阀来 」排水
吸入异物的风险。图3整车涉水时进气系统水量分 意图4整车涉水试验录像截图（发动机空滤脏空气侧）2.3前舱喇叭布置位置蜗牛状喇叭日趋普及且一般成对使用，其
水 将 声音暗哑。在分国家（如美国），汽车
法规 喇叭在涉水 速碰撞能够 用，这对喇叭的
出了较高的。涉水试验主要考察是否存在进水问
题，
水进入蜗牛状喇叭内 难以在短期内自 除。CFD计 以预 水 中水进入喇叭内部的可能性。如图5所，该喇叭 靠近栅区域，仿真结果为水流 入并滞留深腔体（图中黑色区域为积水）。为改善该状态，将上海汽车2020. 04技术导向喇叭布置在远离水流冲击的较隐蔽 再次进计算（见图6），现喇叭内部基
水。这一例较好地说明了在涉水试验
中， 内各域的水流分
、走向不一，且试验中受限于空间或者照明灯环境而较难观察水流的分布。但
助虚拟仿真结果， 体水流分 较 地体现出来。基于仿真
结果，喇叭 的“安全域”也能快速。在 喇叭的涉水问题时，若难以直接将喇叭 足够的离地高度，
调音开口的朝向和角度， 为 增设格栅式挡板也是解决的思路之一* O图5整车涉水时喇叭内部水侵入示意（原状态）图6整车涉水时喇叭内部水侵入示意（位置调整后状态）2.4保险丝盒布置位置数车型会将保险丝盒布置在前舱位置，且
较 险丝盒主线束 并不 严格的密封形O
险丝盒的
在 水 中・11・技术导向水，当水流进入安装面板时,保险丝
失效,严时 电 损。虚仿真涉水试验可险丝盒壳体表面的水流分布。在 情况 下，将少量水浇淋在壳体表面对内 能基
:影响,但当水流沿着主线束
上飞溅或浸没保险丝盒时就存在水进入保险丝盒内部的风 险。某车型仿真 水试验 中的保险丝盒表面水量分布见图7，其 型及对应
漏水点见图%，仿真结果中黑色区域为水流实际附着 。由图7
，保险丝盒进出线附近的盒体表面无黑色存在（圆圈示意）,说明保险丝盒
合$在
例中，
水入盒体内部,可考虑在入侵水流方向增设挡板设置“
”护用完全
的盒体形式$图7整车涉水时保险丝盒表面水量分 意图8保险丝盒模型（圆圈处为主线束
，即
）・12・2.5变速器通气管布置位置变速 气
与变速器内部连通，通气水
变速器油 水量
而变质失，严时
油 化
挡电机受损，出现换挡滞涩、异响、油耗上
问题。在仿真
水试验 中, 变速 表面水流情况
为通气 的参考
，如变速器表面水流量过大，可考虑抬高通气管,并在通气管加装帽盖，或将 气管改为 阀体式。如图9所示，
型 的变速器表面存在较多的水量，为防止通气 大量水浸没或飞溅， 气 上伸长并增加帽盖。图10为变速 型，图11 为整车涉水试验时变速
的录像截图。图9整车涉水时变速器表面水量分布示意图10变速器模型（圆圈处为通气管口位置）3仿真技术的局限性及展望3.1仿真技术的限制车涉水仿真主要适用于分析位于湿区上海汽车2020. 04技术导向车所 的
以通过车辆没入水中的体积计得出。在 水位情况下，车 与水的主 ［触 为轮胎，车 的姿态基
影响;但在高水位情况下，车 下车身5金%油、发动机和变速器 半浸没在水中，尤其是下车身5金，在 水过 中 较大的 车姿态上抬。水深越深，
对车辆姿态的影响越大，仿真结果与实车增大。因此，为
结果的
姿态的影响。仿真分析的对整车性,未来的CFD计算可考虑增加 3.2.2 整车车速的还原图11整车涉水试验录像截图
车辆的车速在仿真 的，但在实际车
中为 持不变（圆圈处为通气
）水 中,受水流 和水阻的各 在涉水试验后能否保持
的部分是否失
的功能状水，虚的影响，车 的车速会出现 车辆在入水后，
的波动情况。态。而针对车体
仿真 法
水的阻力，水的阻力与计算评估。这是于各% 盖、
车速成 系，使车速快速下降，同时，为使车盖以及:与5速度 水平，车 驶 加速 速持稳定$水深越深，
大，车速波动的涉水距
在 不能改变
设置时被设定为实体，水不能
度 阻
水的变长，使状与 状态，
CFD
金间的压缩量无法
械 工 不 ％
验算$其次，由机足设装配工
仿真结 与实车结 存在
动 影响 CFD 计 的 3.2.3
水面波浪的还原$ 实际车速的于实际车内漏水问题多数为工艺问题，例
性$计
、设计阶段5金状态与实车状态存在偏差在部分国家
车 地
％地方标准和企业标准中，因以及5金搭 域老鼠 大 的漏水问题； 实际工艺限 材料限制，因实际零件状态无法与设计状态 此工
驶较长的时间，车 入水池、出水池的
在涉水池中重在涉水池中持续的漏水问题。这不在退。车辆的运动
动的方向与车
对
，而
水池内的水形驶的方问题为研发阶段较为常见的车内漏水问题,
成水波并且水
底护板。
量类问题 设计稳健性问题
，最终形成的水 期性地 车 及仿真计算的应用范围内。底护板强度
还 动方
分密3.2提升虚拟仿真模
虚拟仿真结
性的性的途径有两种,一较大的影响。现的CFD计算还未考虑
入 来额外的计为增加网格数量，但网格数量的增加 计负担，因此，较合理的办法是在涉水池初始状态
时间过长， 计 耗过大； 为水面上，预设一个与车
仿真的
的水波,用化仿真方法,使仿真 中车辆的状态更加贴于模拟上述试验工况，以期在现有技术的基础上
近车辆试验实际的状态。以下 影响仿真度$性的3个素。3.2. 1 整车姿态的还原3.3整车涉水仿真技术运用的展望3.3.1 底护板受力形变车辆的姿态在仿真分析中 ，但实际车辆在不同水深中
水 用的影响， 车 的姿态
上海汽车2020. 04为始终保持水时 ：在涉水 中，车底护板
压力大于底护板固
各个方向水流的 ，而水 的压力与水深和车速有直改变，的关系，当 的紧固・13・技术导向护板材料
的极限应力时，护板 、弯、变，在 失对机舱的遮蔽保护作用的同时也 能
来异响、风、风阻等方面的性能恶化。虚拟仿真涉水试验，在数据研发阶段就 获知底护板在涉水 中可能
的最大拉力压力，如图12和图13所$图12整车涉水时底护板涉水示意而，由于底护板涉水时变形与受力合， 的仿真分析还难以 在整车规模上进流CFD计算的同时，还能结合材料应变，保 计算效率的工程化运用。
所的整车CFD计
基于“刚性”对
，未能 及弹性或者性变形$
将
变形的状态在涉水仿真
中加以体现是未来涉水仿真 分析的发方向之一 $
实现，不但能提高底护板的涉水可靠性，减少研发的周期与成本，还能为
类涉水试验仿真分析提供基础，前文3. 1所述的密
与飯金间的压缩量
水仿真 计算评估也就具备了实现的理论基础$3. 3. 2冷却风扇受力电流过载在涉水试验
中， 的冷却风扇会受到・14・水流的 ，车速越快，水深越深，风 的冲大$ 风 在 水 中 的 阻大,造成风
，进而 电机保险丝
、失 ，最终会造成车 ，空调、动力能失效，甚失去动
严重问题
$CFD
以 计 水时风 在动 中所 的水的阻力（见图14和图15），而该阻
的电流上升幅度并不能方便得出，同时电流上
风扇的大程度的影响也难以判断。为
难题，目考虑 判断来实现在车
水时关风扇、在车辆出水后再
风扇的功能。
续CFD计算能建立阻力与电流和 寿的关联，则以更精益地
的用场景$同时，与 风
似的发电机、启动电机、主动进气格栅
具有相同的开发和验 $图14中水位高车速涉水时前端冷却风扇受力云图3.3.3项目中期涉水性能提升摸底研究一般来说， 中期改款在内， 车型的全期 10年 长。在此期间可能会
法规、售问题、市场期望水性能的
$针对 存在性能
的项，虚仿真分析 为一个
的性能摸底工具，预车辆实现更高涉水性能的
性。同，当 ，
的 余量以方 期调整时，仿真分析
较 地调试验工况，体现出其节约试验 、节省开发周期和变
$上海汽车2020. 04技术导向具备工程化运用的 为涉水性能前期
。仿真分析的结果能较为可靠的数据支持,可现并规避风险，同时验证改 ，具高% 、可预测、低成 诸 势。 虚仿真涉水试验还无法全方位地分析实车涉水试验中
的所有考察项，但仿真能力的
来的
用是整车水管仿真的可能性。方向，借助各种水
方法，将大大增加
图15高水位低车速涉水时前端冷却风扇受力云图参考文献[1 ]余志生•汽车理论-D] •北京:机械工业出版社,2000.4结语以CFD
已经
为基础的涉水仿真计算结果[2 ] 章,倪计民，，等•车用发动机在涉水 下的性能研究[J].车用发动机，2009(1 )：63-66.-3 ] •流体力学-D] •北京:高等教育出版社，2010.-4 ]张子庆，倪计民,蒋长龙，等•车用发动机涉水条件下性
近整车涉水试验，且在实效和成本上能试验研究[J] •汽车技术，2010(2) &41-46.(上接第8页)挡板状态，整车Cd值同样降低了 0.005,降阻效
(3) 挡板角度和高度对于挡板阻力影响较大,中
Cd 值降 了 0.005$果比较明显，对整车综合续航里程贡献量约为3 km$合 化；(4) 文中30。挡板和-5 mm方案约使整车
4结语本文针对某电动车动力电池
分析，研究了
域的流场参考文献-1 ] 傅立敏.汽车空气动力学-M] •北京:机械工业出版社，2006.-2] 欧阳易时，金达锋，罗禹贡.并联混合动力汽车功率
增加低成本电池挡板改善电池后端的， 电从而降
流场，降
车阻力的方法,结论如下：(1) 增加电池挡板可以
车的阻力；，其中降阻贡献量主分配最 及其动态规划性能 的研究-J] •汽车工程,2006， 章 ，
， . 车轮 下 轮 流(2) 电池挡板主要影响挡板
池、后轮区域、后地板和
来源于
(2) : 117-121.[3]
和电池上阻力的降低；板气动减阻机理研究-J] •汽车工程,2016(2) : 157-162.上海汽车2020. 04・15・
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