基于SNT評價方法的某輕客乘員空調舒適性的優化

摘要：在某輕客開發過程中，采用指標分解的方法對空調吹臉性能進行評價，通過測試現生產車型與競品車型的相關指標參數，確定了大改款車型空調吹臉性能目標值;以現生產車型為基礎建立仿真模型與試驗結果對標驗證仿真方法的合理性。采用自定義的仿真分析方法對新開發車型乘員空調舒適性進行了優化，最終使大改款車型空調性能達成目標值。

關鍵詞：乘員舒適性;SNT;CFD;優化

中圖分類號：U463.4收稿日期：2022-06-09

DOI：10.19999lj.cnki.1004-0226.2022.07.010

1 SNT 評價方法介紹

SNT（System Numerical Target）系統客觀目標，是將規定的目標盡可能以計量方式去設定[1-2]。在空調吹臉的SNT指標設定上，充分考慮駕駛員實際感受，風口調節能力等因素設定表1所示的五項指標。

如圖1所示，測試選用95分位假人模型，確定駕駛員EP點（兩個眼睛連線的中間點）位置后，通過調節出風口格柵角度測試5個SNT指標，由于測試時主要考察駕駛員側兩出風口，所以乘員側出風口格柵調至最下位置。測試過程中，關閉車窗，開啟空調風機最大擋，全冷吹臉模式，內循環。

2試驗結果

本文試驗車共3臺，包括一輛現生產輕客BASE，以及競品A、競品B。

2.1 HAVC總成風量測試結果

在進行SNT前期，已在臺架上完成對三臺車HAVC總成的吹臉最大風量測試：BASE （381.3 m/h）、競品A（294.3 m3/h）、競品B（367.7 m3/h），從風量上來說，BASE風量優于兩款競品車。

2.2 SNT 測試結果

表2所示為三款車的SNT吹臉測試結果，EP-face指標BASE與競品B接近，明顯優于競品A;EP-left指標BASE與競品B相同，略差于競品A;EP-right指標 BASE與兩款競品差距較大;EP-down指標三款車整體接近;EP-up指標BASE 表現最佳。

整體上看，BASE車在HAVC風量較大的情況下，SNT 指標表現一般，主要差距體現在EP-right、 EP-left以及EP-down三個考察出風口范圍的指標上，需要采取相應改善措施。基于試驗對標，設定的大改款車型空調吹臉SNT指標如表3所示。

3仿真與試驗對標

3.1仿真模型搭建

基于BASE車型搭建駕駛室內流場計算模型，保留乘員艙內飾、儀表板、座椅、吹臉風道、出風口（帶格柵）以及假人（95分位）。在網格劃分上，細化風道、出風口、假人表面，邊界層設置上采用3層、拉伸比1.3，總厚度4 mm。最終計算模型總網格數為500萬左右，如圖3所示。

本次分析主要通過調整出風口格柵角度而與試驗測試的五種狀態對標，BASE車型出風口格柵上下左右調節極限角度均為30°，假設設計狀態（最大開度）格柵角度為0°，則上極限為+30°，下極限為-30°，左極限為+30°，右極限為-30°。同時確定假人EP點整車坐標為（2 590，-464，1761），在3D數模上分別校核出駕駛員側左右出風口吹向EP點的上下左右偏轉角度，最終形成如表4所示的SNT仿真計算格柵角度。

3.2后處理

試驗中風速測量使用的儀器為精度 0.1m/s的手持葉輪式風速儀，為與試驗結果盡可能對應，對五項SNT指標進行相應的后處理方式，具體處理方式如下：

對于EP-left、 EP-right， EP-down三項距離評價指標，采取如圖4所示的處理方式，在EP點坐標處截取向斷面，添加標量場，函數選取velocity[i]，標尺范圍不小于0.1。量取EP點至輪廓水平最左側點Y向距離，即為EP-left指標的值，以此類推其他兩項指標。

對于EP-face、EP-up兩項速度評價指標，采取如圖5所示，在EP點前方25 mm處截取Y向斷面，添加標量場，函數選取velocity，顯示等值線及數值，讀取EP投影值該截面位置風速，如圖5所示為EP-face仿真結果示意圖。

3.3 BASE車仿真與試驗對標結果

表5所示為BASE車型吹臉SNT仿真與試驗結果，EP-face與EP-up兩項指標與試驗值吻合度較高， EP- left， EP-right、 EP-down三項指標仿真與試驗存在一定差異，差異較大的達到30mm，這主要由于試驗過程中儀器的靈敏度不足和駕駛室內氣流兩方面因素影響臨界位置的確定而導致。

同時結合流線與試驗主觀判斷，EP-right指標很差，駕駛員左側出風口即使調節格柵至最右側依舊無法直接吹至人面部，僅能達到左耳處，是后續主要改進方向。圖6所示為EP-right指標仿真流線。仿真結果與試驗吻合度較高，仿真結果略小于試驗結果，若仿真結果滿足要求，則基本可判斷試驗結果可達成，此仿真方法可作為新開發車型吹臉SNT指標優化的方法。

3.4大改款車型仿真計算結果

依據上文仿真方法，對大改款車型第一版風道、出風口數據進行計算，計算結果及云圖分別如表6、圖7所示。

從第一版數據仿真計算結果來看，目前存在的問題主要有：a.左右出風口調節范圍不夠，特別是左出風口出風基本無法吹至EP點右側;b.左右出風口上下調節范圍不一致，左側偏高，右側偏低;c.氣流從風口出來不聚集，存在發散問題。

4改進方案及效果

針對上述描述，改進方案及效果如下：

a.出風口壁面設置臺階結構，增強左右格柵導向能力。如圖8所示，初版大改款出風口左右調節格柵位于內部，由于出風口壁面的影響，即使格柵調節至臨界位置，氣流依舊沿壁面流出。針對此項問題，對出風口位置處設置臺階結構，如圖9所示。

b.調整格棚型面。如圖10所示，針對左右出風口上下調節范圍差距較大的情況，對上下調節格柵型面進行調整，將格柵內端收窄，其中綠色為原方案，紅色為優化方案。

c.適當縮小出風口面積。由于初版方案計算結果顯示氣流存在一定發散，所以將出風口適當縮小，縮小出風口可使氣流聚攏，增大氣流流速。如圖11所示，其中綠色為原方案，紅色為優化方案。

經過計算，雖然縮小出風口面積的方案，能有效提高EP-face風速，且改善發散情況，但是此方案需要更改出風口造型，變動較大，所以并未被采納。大改善出風口最終同時采納方案一及方案二，五項指標均達成目標值，圖12所示為改善后仿真結果云圖，改善后各目標值如表7所示。

參考文獻：

[1]陳億.某汽車空調性能的CFD分析與優化[D].重慶：重慶大學2022.

[2]陳楊華，馮英.某型汽車空調風道的CFD數值模擬計算應用[J].南昌大學學報（理科版）.2012，36（3）：282-285.

作者簡介

陳陽，男，1992年生，助理工程師，研究方向為計算流體動力學仿真。