乘用車后排出風口風特性評價方法研究

言俊苓

(一汽豐田汽車有限公司技術研發分公司 天津 300462)

0 引 言

出風口作為車輛室內溫度調節的重要零部件，已經成為汽車中不可或缺的一部分。近年來，市場上推出的新車型中沒有后排出風口的車型越來越少，作為A級車后排僅有的出風設備，副儀表板部位后排風口已經成為A級乘用車的標準配件，如圖1所示。

針對乘用車空調系統性能的評價，目前并沒有任何強制性的試驗評價要求可以參照，僅有一個行業標準 QC/T658—2000《汽車空調整車降溫性能試驗方法》為依據[1]，同時試驗后的評價要求也沒有任何推薦數值供參考。

國內各主機廠針對空調性能的評價都是企業內部自行制定的要求。整個空調系統對于整車來說是否合適都是根據各主機廠車輛企劃階段的定義及經驗確定的。故目前大部分主機廠只將出風口作為內飾零部件與其他內飾一同進行內飾的相關試驗評價，而對于出風口單品的風特性評價并沒有過多的試驗考核方法。

本文基于實際車型，總結了后排出風口風特性相關試驗的評價目的與評價方法。

1 后排出風口風特性評價項目

從以人為本的理念出發，后排出風口要滿足使用中的可靠性和舒適性。在風口使用的過程中，出風口不能出現基本功能失效、不舒適噪聲和降溫性能不足。根據以上幾個要點，將后排出風口風特性評價項目匯總如表1所示。

表1 風特性評價項目匯總Tab.1 Summary of wind characteristic evaluation items

以上評價項目主要包括 3方面，即基本功能評價、噪聲相關評價與舒適度評價。這 3方面的評價都是由風相關性能衍生而來，其他內裝與機能相關的評價并沒有涵蓋其中。

2 風特性試驗方法

2.1 基本功能評價

此項基本功能評價僅指與風相關的出風口機能評價。出風口中的葉片、風門等部件都是可以運動的，如在出風口使用過程中由于風速過快導致葉片與風門的機能失效，這就會給乘客帶來不好的體驗。所以與風相關的功能評價分為風壓試驗與風泄露試驗2項。

2.1.1 風壓試驗

在后排出風口使用過程中，風的方向與風量都是可以根據乘客的需要進行調整的。會出現在前排乘客需要把風量調到最大，而后排乘客需要中等風量的情況；又或者會出現后排乘客也需要最大風量，但是出風方向需要最高角度的情況，后排出風口就會出現下述工況：

①出風口進風處流入最大風量，風門處于半開狀態；

②出風口進風處流入最大風量，風門全開，葉片處于最高角度狀態。

以上 2種工況的后排出風口風門或葉片都是上揚的姿態，如果無法長時間保持在乘客設定的狀態下，就不能給乘客提供所需的出風效果，乘客將認為出風口基本功能存在問題，車輛也會遭到客戶投訴。所以在車輛開發階段，對出風口的運動部件進行以上極限工況下是否可以保持基本姿態的判定試驗就顯得尤為重要。

風壓試驗的基本原理就是模擬風口在極限風量條件下風門、葉片在幾個典型位置是否會發生姿態保持失效的試驗，具體試驗方法詳見表 2。其中關于試驗狀態中列舉的各項試驗可以根據后排出風口實際的結構與工況進行全部或部分實施。

表2 風壓試驗方法Tab.2 Wind pressure test method

2.1.2 風泄露試驗

風泄露試驗主要針對車上部分乘客需要使用空調，而另一部分乘客并不想吹風的情況。不想吹風的乘客將進行“臨近出風口關閉后是否還會有風被此乘客感知”的試驗，如前排開啟空調出風口后排關閉的情況下后排風口是否漏風。此項試驗主要評價風口在使用過程中風門與風筒或葉片與風筒之間是否存在風的泄露。雖然無法將風泄露量完全控制到 0，但是需要保證泄露的風不能被乘客明顯感知。

如果所漏風速過快勢必會被乘客感覺到，那么乘客就會抱怨風口雖然設計了關閉功能，但是卻無法完全關閉，進而造成對零件或者車輛品質的投訴。所以特別設定風泄露試驗在試驗階段對其進行評價，具體試驗方法詳見表3。

表3 風泄露試驗方法及評價要求Tab.3 Wind leakage test method and evaluation requirements

2.2 噪聲相關評價

乘用車噪聲和振動與聲振粗糙度(NVH)性能會直接影響到乘坐舒適性。空調出風口嘯叫是一種常見的NVH問題，會引起乘客不適與疲勞[2]。

空調出風口的嘯叫聲屬于氣動噪聲，氣動噪聲具有隨機特征，是流體運動產生的非定常壓力脈動，并以波動形式向外傳播[3]。出風口的嘯叫聲也僅僅是出風口與風相關噪聲中的一種，嘯叫可以理解為異常尖銳、頻率較高的噪聲，而出風口吹風過程中也經常聽到一類雖然不尖銳，但非常特別的聲音，這一類噪聲可以歸類為異常噪聲。還有一種就是單純的大分貝噪聲，因為乘客長時間處于分貝值過大的環境中，也會產生不適的感覺。所以將噪聲相關評價分為異常噪聲試驗、嘯叫聲試驗與吹風噪聲評價3項。

2.2.1 異常噪聲試驗

出風口作為汽車內飾中為數不多的機能零件之一，其結構相當復雜，且構成零件很多。在風吹過的過程中有可能產生異常的噪聲，如風中的旗幟抖動“吧嗒吧嗒”的聲音。

在目前汽車市場上 NVH被重點關注的環境下，這就要求在零部件評價階段專門針對此項目進行試驗，切實防止此類異常噪聲出現。具體的試驗方法詳見表4。

表4 異常噪聲試驗方法及評價要求Tab.4 Abnormal noise test method and evaluation requirements

2.2.2 嘯叫聲試驗

空氣在流動時會產生擾動，擾動發生后會產生氣動噪聲。噪聲頻率在一定范圍內，宏觀上就會聽到嘯叫聲。在我們的生活中，由氣體擾動發出嘯叫的情況有很多，如圖2的3種形式。

圖2 常見氣動發聲示意Fig.2 Common pneumatic sounds

第一種是空氣通過細小縫隙產生氣體渦流擾動發出嘯叫，如我們吹口哨的聲音。

第二種是空氣通過尖銳邊緣時產生渦流擾動發出嘯叫，如我們平常比賽中常見的哨子。

第三種是空氣通過長管類形狀的空間，空氣在管壁產生反彈擾動發出嘯叫，如風大時在隧道中聽到的風聲。

出風口的風門、葉片、風筒這 3部分之間配合結構涵蓋了上述 3種氣動發聲的常見情況，如圖 3所示。此類結構為出風口比較常見的結構形式，除了在設計階段通過結構優化來減少嘯叫風險外，后期試驗評價階段也要通過試驗來驗證。具體試驗方法詳見表 5。

圖3 常見出風口斷面Fig.3 Common air outlet section

表5 嘯叫聲試驗方法及評價要求Tab.5 Test method and evaluation requirements for whistling noise

2.2.3 吹風噪聲試驗

我們的生活環境中都是存在噪聲的，過大的噪聲將直接影響人們的身心健康，通過表6可以直觀地了解到我們生活環境中的各種噪聲的分貝值。由此可見，當身處于電鋸周圍時，由于聲音過大想要遠離的情況其實是自覺排斥過大噪聲的正常現象。

表6 環境中各類型噪聲對應分貝值Tab.6 Corresponding decibel values of various types of noise in environment

出風口在吹風的過程中也會產生噪聲，如果噪聲過大的話也會引起乘員的不適，自覺地遠離車輛將導致消費者對車輛評價降低。所以我們需要對出風口吹風噪聲進行評價，保證噪聲分貝值在一個可接受的范圍內。具體試驗方法詳見表7。

表7 吹風噪聲試驗方法及評價要求Tab.7 Test method and evaluation requirements for blowing noise

2.3 舒適度評價

在舒適度評價方面，與出風口風特性相關的就是風指向性這一方面的評價。出風口在空調系統中的主要作用就是調節風量大小和改變出風方向。所以出風口配合系統中的空調與風道必須滿足前期設計的最大導風角度。

此試驗方法闡述了僅使用出風口單品進行風指向性的評價手段，且不再需要搭配空調與風道，減少了試驗及設備方面的投入。

出風口除了需要保證正常出風的功能外，另外一項重要功能就是導風，即按照乘員的需求改變吹風的方向。前期設計階段按照整車布置的要求會設定出風口葉片旋轉角度，此角度在理論上要滿足布置要求，但實際吹風時由于距離的原因，風的流動方向與流動速度是會發生改變的，這就需要后期實物驗證階段進行出風口風指向性的試驗評價。具體試驗方法詳見表8。

表8 風指向性試驗方法及評價要求Tab.8 Test method and evaluation requirements forwind directivity

3 結 論

通過以上幾種方法可以對出風口單品進行風特性性能評價，由于其中包含了整車室內降溫試驗所不具備的考核維度，將更加全面地評價出風口單品的功能。

與此同時，還可以使用試制件在正式開模前對噪聲與風指向性進行前期設計驗證，以避免在生準階段反復修改。而基本功能方面的評價還是需用正式零件進行試驗，原因是出風口葉片與風門的姿態保持力，大部分出風口還是通過結構上部品之間的間隙與材料特性來保證，以試制品進行此方面試驗結果并不能在后續正式零件上借鑒。

此方法可以用于汽車生產企業在前期設計階段對零件設計進行驗證，以保證在開發中及后期實車評價階段相關問題的發生，也為零部件單品的試驗評價提供參考。