概要
随着 CAE 技术持续迭代，产品开发模式正加速向 “仿真为主、试验为辅” 演进，仿真验证在全流程的占比不断提升，传统台架试验验证时间占比逐步压缩。塔塔汽车针对汽车空调系统开发，在开发早期阶段，对空调制冷剂充注量进行仿真分析，并准确分析出充注量平台区，并通过试验验证构建 “仿真 - 试验” 闭环。
1 简介
制冷剂充注量的重要性：
制冷剂充注不足会有以下几方面的影响：
结冰风险增加。比如蒸发器因制冷剂不足，吸热过度，表面温度过低，导致水汽凝结成冰，堵塞风道。
制冷能力下降。制冷剂少，参与循环的工质不足，无法有效吸收 / 释放热量，空调制冷效果变差。
过热度升高。制冷剂在蒸发器出口 “过热” 严重，可能导致压缩机磨损。
制冷剂充注过量会有以下几方面的影响：
运行压力升高
能耗增加。高压环境下，压缩机需要更大功率压缩制冷剂，导致整车电耗（电动车）或发动机负载（燃油车）上升
冷凝器风扇工作占空比提高。为了给高压制冷剂降温，冷凝器风扇需要更频繁、更长时间运转
所以制冷剂充注量对空调系统的效率和寿命影响非常大，需要工程师通过仿真、台架试验，精准控制充注量，平衡制冷效果与能耗、寿命。
那么制冷剂充注量确认的方法是什么？
蒸发器与冷凝器性能法：
通过测试蒸发器的吸热能力、冷凝器的散热效率，结合制冷剂循环特性，反向推导 “使两器性能匹配的最佳充注量”。如蒸发器结霜（充注不足）或冷凝器压力过高（充注过量），调整充注量直到两器进出口温度、压力处于设计最优区间。
压 - 温图表法：
利用制冷剂的 “压力 - 温度” 对应关系（如 R134a 的 P-T 曲线），测量系统高压侧、低压侧的压力 / 温度，对比标准 P-T 表，判断充注量是否合适。
平台法：
充注制冷剂时，监测系统关键参数（如压缩机吸气压力、制冷量），当参数进入 “平台期”（变化极小），此时的充注量即为最佳值。如充注中，制冷量从快速上升到几乎不变（平台段），就停止充注。
以上三种方法，平台法是确定制冷剂充注量最常用的方法，下图展示了过冷度、过热度、出风口温度和排气压力在两个充注量之间形成一个稳定平台。
2、空调系统仿真模型建模
2.1 管路建模
空调系统管路建模，通过GEM3D工具将实际管路几何转换为一维模型。
2.2 部件建模及验证
冷凝器模型验证，冷凝器换热校准误差控制在 2% 以内，压力校准误差控制在 5% 以内。
蒸发器模型验证，冷凝器换热校准误差控制在 2% 以内，压力校准误差控制在 5% 以内。
2.3 空调系统集成
空调系统模型集成，将管路系统、空调系统部件与乘员舱通风回路整合，实现系统集成。
3、结果对比
通过仿真初始计算在相应的制冷剂充注量下形成平台，下图实线为仿真，虚线为试验值，结果表明精度很好。
过冷度、过热度误差在±1°C以内。
风道出风温度、压缩机吸气压力和排气压力仿真结果与台架试验数据误差±1°C、±1bar以内。
4、总结
基于GT-SUITE建立适用整车空调系统的制冷剂充注量确定方法，该方法支持试验设计（DOE），探究充注量对多参数的影响。借助 CAE扩大覆盖工况范围、减少物理测试，缩短开发周期 ，是汽车空调系统迈向全面数字化的重要一步，助力行业以更高效、精准的方式优化热管理，平衡性能与成本。
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