儀表臺出風口設計及布置研究

黃偉，杜濤，張明，薛國銀，任德買

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

隨著汽車內飾的不斷發展，消費者早已不僅僅滿足汽車內飾的基本功能需求，對內飾的舒適性、可靠性和外觀提出了更高的要求。汽車空調作為汽車的一個最基本的配置，儀表臺風口的結構、風量的分配以及風口位置的布置關系到駕駛室的舒適性需求，已越來越被汽車工程師及消費者所重視。

1 出風口簡介

儀表臺出風口大小以及布置直接影響了空調氣體的流向和流速，對駕駛員及乘客的舒適性有重要影響。

通常儀表臺有至少4個吹面風口，2個吹腳風口。如圖1所示，A、B、C、D為吹面風口，E、F為吹腳風口。吹面風口通常兩兩對稱設計，左側兩風口滿足駕駛員的使用需求，右側兩風口則滿足副駕駛的使用需求。有些車型上吹面風口又有區別，能夠通過葉片調節使氣流吹到駕駛員的上半身（頭部、胸部）稱為上身出風口，能夠通過葉片調節使氣流吹到駕駛員全身（頭部、胸部、膝部）稱為全身出風口。一般情況下要保證每側至少有一個全身出風口，如圖 2所示 A、B為上身出風口。

圖1

圖2

2 出風口的結構

2.1 外觀和材料

常見的出風口有筒型和雙葉片型。筒型風口結構較為簡單，通常有一套可動的葉片和軸，整體可以繞軸旋轉。雙葉片型結構相對復雜一些，有兩套轉動的葉片控制Y向和Z向的風向。

常見的風口通常由葉片、撥鈕、撥輪、殼體等結構組成。有些為了外觀的需求，還安裝了鍍鉻裝飾條。風口通常為黑匣子件，詳細結構如拉桿機構、風門密封機構由專業的供應商設計完成。圖3為風口的基本組成機構。

圖3

出風口的零件基本都為注塑成型，具體的材料參考如下：

面框、殼體：ABS+PC

曲柄連桿：POM

風門、撥輪包膠：EPDM

葉片：PA6

風門骨架：PP

鍍鉻裝飾條：ABS

2.2 詳細結構參數

葉片數量：由風口的尺寸和葉片的間距決定，葉片的數量=風口尺寸/葉片間隙。

葉片尺寸要求：考慮的葉片的剛度，葉片的肉厚大多選擇2.8mm。長度則由風口尺寸決定。

葉片間距：葉片間距會影響到對氣流的限制和渦流損失，一般要求在4mm到12mm之間。

3 出風口面積和風量的確定

單個吹面風口的最小面積要大于4000mm2。圖4為一商用車的風口面積參考。

圖4

從舒適性的方面來考慮，吹面的最大風速希望在 7～10 m/s。而在一定的氣流流量下，出風口有效開口面積=風量/風速，相應地，對出風口的開口面積有一個最低要求。 例如：空調系統的最大氣體流量是 532m3/h，最大氣流速度定位9m/s，那么最小的吹面風口有效面積應該為 532m3/h/ 9m/s=16420mm2。

圖5

風量的分配采用平均原則，但可以考慮主駕駛優先。圖5為某一商用車的風量分配比例。

4 出風口的位置和角度布置

4.1 出風口位置的布置

出風方向的要求：當座椅在它的最后位置時，從左側風口吹來的風要求能調節到能吹到駕駛員的右側肩膀。從中間風口吹來的風要求能吹到駕駛員的左側肩膀和副駕駛成員的右側肩膀；從右側風口吹來的風要求能調節吹到副駕駛成員的左側肩膀。此原則可以通過CFD分析和實車進行驗證。圖6為某商用車吹面CFD分析結果。

圖6

在座椅從最后位置往前滑動直到與儀表板表面相切的過程中，從中間風口和兩側風口出來的風頂端要求能吹到99%的假人頭部的眼點區間，往下要求能吹到50%假人的大腿。當風吹到H點時，風門要求能開啟50%，當風吹到眼點時，風門開啟要求為80%。吹風距離最大不得大于653mm。如圖7所示。

圖7

4.2 出風口角度的布置

確定H,C,B1,B2,A點，1和2線。

H點：代表駕駛員臀部位置，由總布置來確定。

A點：代表駕駛員眼睛位置，眼球橢球軌跡中心，由總布置確定。

直線1：連接H，A點的直線。

直線2：與1線垂直，在H點上方325mm的直線。

B1點：代表駕駛員胸部右半部分，位于直線1和2交點的左邊75mm處。

B2點：代表駕駛員胸部左半部分，位于直線1和2交點的右邊75mm處。

C點：代表駕駛員膝蓋部分，H點垂直上方的125mm處。

見圖8。

圖8

檢查出風方向角度。

對上身出風口，確定A1,B1和U角。

A1角：上下方向，調節上身出風口的出風導向從正常狀態到A點所需的角度。

B1角：上下方向，調節上身出風口的出風導向從正常狀態到B1點所需的角度。

U角：A1和B1中的最大角度。

見圖9。

圖9

對全身出風口，確定A2,B2,C2和T角。

A2角：上下方向，調節全身出風口的出風導向從正常狀態到A點所需的角度。

圖10

B2角：上下方向，調節全身出風口的出風導向從正常狀態到B2點所需的角度。

C2角：調節全身出風口的出風導向從正常狀態到 C點所需的角度。

T角：A2,B2和C2中的最大角度。

見圖10。

確定S1,S2角。

S1角：水平方向上，調節上身出風口的出風方向從正常狀態到A點所需的角度。

S2角：水平方向上，調節全身出風口的出風方向從正常狀態到A點所需的角度。

見圖11。

圖11

4.3 出風口角度的評價標準

我們用BLK參數來評價駕駛員側出風口的位置。

U=上半身風口，此風口主要負責對駕駛員的臉、胸部提供風量。

T=全身風口，此風口主要負責臉、胸部以及膝蓋位置提供風量。

BLK=從目標點投射到出風口時被方向盤擋住的面積與風口面積的百分比。（此評價出氣流被方向盤遮擋的程度）

表1 評價標準

對出風口的角度和方向進行評價，評價標準：

表2

參考文獻

[1] 胡成臺.汽車空調出風口及風道設計[M].

[2] 曹渡.汽車內外飾設計與實戰[M],機械工業出版社.