淺析汽車空調除霜風道設計

鐘凌

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601)

淺析汽車空調除霜風道設計

鐘凌

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601)

除霜(及除霧)是空調系統三大功能之一，功能缺失可能影響車輛行駛安全性。除霜系統由兩部分組成，即除霜風道和空調系統。重點研究除霜風道設計，既有基本的結構設計要求，同時提出前擋風玻璃風速分布要求，并利用CFD仿真分析及整車除霜試驗方法進行驗證。

除霜風道；風速分布；CFD仿真分析

0 前言

現代汽車設計基本要求有安全、節能、環保、舒適，而空調除霜、除霧既是汽車舒適性要求，也是車輛行駛安全性要求，因此國標GB 11555對M1類車輛除霜性能有強制性要求，要求在規定時間內，駕駛員視野區域內除霜、除霧達到一定比例。除霜風道是除霜系統的主要功能部件，其優秀的設計至少包括結構、材料，還有流體分析及虛擬仿真等領域知識。

1 除霜風道概述

1.1 除霜風道功能描述

除霜風道主要功能是用于引流及分風，用于連接空調HVAC除霜出風口及擋風玻璃，將HVAC除霜出風按設計要求，合理分配至前窗、左右側窗擋風玻璃，起到去除擋風玻璃結霜、霧氣的作用。除霜風道設計的合理性直接關系擋風玻璃風速分布合理性，對除霜性能有重要影響作用。

1.2 除霜風道的組成結構

除霜系統包括空調HVAC、除霜風道、擋風玻璃等，見圖1(a)。

常見的除霜風道結構包括主除霜風道、左右側除霜風道、風口格柵、導風板,見圖1(b)。

1.3 除霜風道材料及工藝

除霜主風道一般采用注塑工藝制成，采用PP材料以一定比例的滑石粉作為填充物，如PP-TD20，產品精度可以達到±0.1 mm。左右側窗引風道采用吹塑工藝，主要采用PE材料，產品的精度一般在±0.5 mm。

2 除霜風道設計要求

設計除霜風道時，風道的布置位置以及開口大小、出風方向、管道走向等都對整體的除霜效果有很大影響，但最核心的是要確保從除霜風道吹出的氣流吹到正確的位置，并能沿著風窗玻璃往上流動，盡可能避免風在玻璃上出現分散、反彈、缺流現象，影響除霜效果。

一般的汽車除霜出風口在整車的布置形式為：主除霜出風口布置在儀表板的前端，靠近前擋玻璃的位置；側出風口布置在儀表板的兩側，靠近車門玻璃位置。

2.1 主除霜風道設計

2.1.1 主除霜風道主體設計

(1)首先需要確定除霜風道氣流方向和風道玻璃的交點，即燃燒點。根據經驗：前除霜的燃燒點要求位于前擋玻璃的B區下沿，不高于A區下沿(A區和B區指GB 11555所述視野區域)。一般商用車由于玻璃傾角大于乘用車，因此，設計的燃燒點往往低于乘用車；

(2)根據除霜燃燒點，在Y0的平面上，作一條通過燃燒點與前擋玻璃成一定角度的線，這條直線的方向即是除霜氣流的主吹風方向，這條線決定了除霜風口開口的位置。前除霜在Y0斷面上示意圖見圖2。

(3)從后視圖方向看，將前擋風玻璃黑邊內的區域沿著Z軸4等分，下1/4處的點為前除霜區域的邊界點(目標點)，此點與HVAC除霜出口邊緣處的連線即為除霜主風道的內壁表面。

2.1.2 主除霜風口結構設計

(1)主除霜風口格柵可分為多段，每段長度為350～400 mm，根據車身寬度，一般乘用車分為兩段，商用車也有三段以上，但總的有效面積至少要求達到10 000 mm2；

(2)主除霜風口的噴口寬度(X方向)保證一定寬度，一般為10～13 mm；

(3)風道本體在與風口格柵搭接時，風道應該比較平直，并沿著主吹風方向保持一定長度，推薦不小于40 mm；

(4)除霜格柵中心與儀表臺前段(或玻璃)的水平距離(X方向)在40～100 mm之間，太近容易使氣流被壓迫，太遠氣流發散，流速達不到設計要求；

(5)除霜的格柵葉片角度要考慮讓氣流遍布整個前擋玻璃，避免缺流，可以參考圖3中垂線(Z向)方向來布置葉片的角度，格柵葉片間距一致，寬度(15±2.5) mm，格柵葉片厚度不大于2 mm。

2.2 側除霜風道設計

(1)側除霜的燃燒點則位于外后視鏡在側風玻璃上的可視區域的前輪廓上。

(2)連接燃燒點和側除霜風口中心點的連線，即為側除霜風口的主吹風方向。

(3)以造型給定的側除霜風口的外邊緣為開始，以側除霜風口的主吹風方向為軸線，向外產生一定角度的錐面，一直延到側風玻璃上，中間不能有任何物品阻擋。

(4)側除霜出風口的有效面積(儀表板表面的側除霜風口面積在主吹風方向上的投影面積再減去除霜格柵在主吹風方向投影面積之后的面積)一般為675～900 mm2。

(5)側風口格柵與風道搭接處，要求風道平直，并沿著主吹風方向保持一定長度，推薦不小于40 mm。格柵葉片的間距為4～12 mm，同時為防止此處掉入異物，在滿足要求的狀態下，部分車型可考慮將格柵做成網狀狀態。

側窗風口設計示意圖見圖4。

2.3 除霜風道固定及接口設計

除霜風道通過熱熔焊接或螺釘連接方式固定在儀表板本體上。通過焊接方式固定在儀表板上的風道，有利于提高儀表板整體的剛度，但質量和成本會有所提高。

風道與HVAC風口搭接設計有插入配合、間隙配合兩種，推薦間隙配合方式(見圖5)，有利于降低部件精度要求及裝配難度，設計間隙為5 mm，風道口增加10 mm×10 mm海綿，消除間隙。

3 除霜風道仿真分析

隨著汽車仿真技術的發展，對除霜風道的設計是否滿足要求的評價，除了整車上的實物驗證外，還可以通過三維CFD仿真分析手段，在風道模具開發前，進行零部件狀態設計驗證。

3.1 仿真模型建立與結果輸出

除霜風道三維仿真分析輸入條件為：網格化的數模模型(圖6)，HVAC出口風量、風速(即風道入口)， HVAC內部風阻。利用三維分析軟件可以輸出玻璃表面的風速分布及流線圖，可以直觀判斷風速大小及渦流情況、風道設計的符合性。其中，風速分布圖如圖7所示，流線分析圖如圖8所示。

3.2 仿真分析結果評價

表1 視野區域內的風速要求

對于上述仿真分析輸出結果還需要建立一個合理的評價規范，如表1是視野區域內的風速要求，擋風玻璃的流線分析則要求無紊亂渦流及缺流現象(數據來源國內優秀設計公司的經驗標準)。

4 整車風速分布測試

整車測試受到部件制造精度、仿真網格劃分、風量試驗等差異影響，仿真分析結果與實際測試肯定存在不一致的情況，兩者差異量在10%～15%。某車型實測風速數值分布見圖9。

5 總結

除霜風道的設計，需要的知識較多，既與內飾相關，也涉及空調電器，優秀的設計還應該有一定水平的CFD分析能力。設計人員應該在實際設計過程不斷總結經驗，轉化為規范標準加以應用。

【1】曹渡.汽車內外飾設計與實戰[M].北京：機械工業出版社，2011:203.

【2】許鴻德.未來汽車儀表板設計趨勢[J].輕型汽車技術，2009(4)：36-37.

【3】全國汽車標準化技術委員會.GB 11555汽車風窗玻璃除霜和除霧系統的性能和實驗方法[S].北京：中國標準出版社，2009.

【4】全國汽車標準化技術委員會.GB 11562汽車駕駛員前方視野要求及測量方法[S].北京：中國標準出版社，2004.

【5】朱娟娟，蘇秀平，陳江平.汽車空調除霜風道結構優化研究[J].汽車工程，2004,26(6):749-749.

【6】王福軍.計算流體動力學分析——CFD軟件原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2004:124.

AnalysisofAutomobileAirConditionerDefrostingDuctDesign

ZHONG Ling

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

Defrosting (and demisting) is one of the three major functions of the air conditioning system, loss of function may affect the vehicle driving safety. Defrosting system consists of two parts, namely the defrosting duct, air conditioning system. The defrosting duct design was focused on, including the requirements of basic structural design. The windshield glass wind speed distribution requirements were put forward at the same time. CFD simulation analysis and the vehicle defrosting test were made to verify the distribution requirements.

Defrosting duct; Wind speed distribution; CFD simulation analysis

2014-12-31

鐘凌(1983—)，男，工學學士，工程師，主要研究方向是汽車空調。E-mail：lingyunfei.128@163.com。