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汽车设计:整车风道及出风口的研发与设计!

 yeshuheng 2018-01-24

冬暖夏凉,是我们对生活的要求,买车后的时候也会看看车子的空调体验是否舒适,这就像好马配好鞍,英雄配美人,好车要有好的体验,就像下面这头野兽,也必须是冬天不冷,夏天不热,这位美女小姐姐才会喜欢,才会爱哟!



今天

漫谈君就和大家聊一聊

整车风道及风口的研发与设计



一、整车风道和出风口简介

在整个汽车空调系统中,由出风口和风道组成的汽车通风系统,担负着将经过处理的空气送到汽车驾驶舱内,完成通风、制冷、加热、除雾除霜、净化空气等功能。

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风道

风道连接汽车空调器和出风口,风道的布置走向,占用空间和风道中的气流速度都会影响系统的经济性和外观造型。




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出风口

空调出风口属于乘客可见区域,出风口的布置、大小、形式直接影响车内气流速度、气流方向和气流组织所以对车内安静程度和乘客舒适性有着重要的影响。




二、风道及出风口的基本组成

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风道的基本组成



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出风口基本组成

出风口由拨轮、拨钮、叶片和风门通过一定机械结构组合而成。



三、设计原则

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风道设计原则

1)风道走向尽量避免过大的转角,这样会增加风阻;

2)风道内部尽量不要有尖角或突出物,这样容易产生蜗旋气流,并有可能产生噪音。

3)风道截面大小尽量做到均匀;

总之,我们需要得到的风道具有风阻小,出风均匀,没有噪音的特点。



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出风口设计原则

1)造型分割线应与仪表板或其他内饰零件特征线统一四配。

2)叶片与面板之间,拨轮与面板之间的间隙必须小而均匀。

3)出风口里面的叶片连接结构,海绵,密封材料,转动轴等,应当不能或尽量避免直接被看见,否则影响美观。

4)叶片的分型线应当不明显。

5)当叶片在关闭位置时,应当避免叶片之间存在明显的可见问题。

6)叶片,拨轮或拨钮,一般会被造型设计师定义成亚光零件

7)如果有关闭风门,当风门关紧时,手感及关闭声音应当明显可感知的。

8)调节拨轮与面板应当有适当的高度差,造型统一,既保持美观又要使得操作便易。

9)调节拨轮应当尽量避免使用纯塑料,尽可能地覆盖上橡胶材料,以获得良好的手感。

10)操作手感应当平顺。拨轮上装饰材料应精细、质感好。

11)调节拨钮造型与叶片应当统一。

12)对后排吹脚出风口而言,为了美观,需要被座椅遮住,应该特别关注滑动座椅。




四、设计步骤

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风道设计



1)材料

多为薄钢板,铝合金,塑料,玻璃纤维板。

2)断面选择

矩形:适于安装、阻力小,保温效果好。

3)风管的风速选择


4)风管的保温

为了减小空气在风道输送过程中的冷、热量损失以及防止低温的风道表面温度较高的环境下结露,汽车空调中的风管都要保温。

保温材料日前使用的种类很多,如聚苯乙烯泡沫塑料等,它们的导热系数大多在0.12(W/℃) 以内。保温层管壁与管壁间有空气流动,影响保温效果。

当风道放置在室外时,要做好防雨防潮措施,以及防止室外噪声随风道传入车内的措施。



5)风道阻力的计算

风道阻力要考虑沿程的摩擦阻力和弯头窗口等处的局部阻力。计算办法参考工程设计手册。

6)风管的连接结构

在通风系统的吸、排风口及空气分配器与风管之间应设置适当长度的喇叭管,而在空气分配器出风口尽可能增加出风格栅面积或装置导风叶片等,以减小空气动力噪声。

由于风机的振动,当风速和风压变化时,会引起风管振动而产生噪声。为此,除了在风机进口设置减振软管外,在风管穿过车壁的部位也应以软管相连接,并避免风管与车璧直接刚性接触,以减少凤管振动传给车壁。



7)风道的布置

风道布置包括左、中左、中右、右通风风道; 中、左侧、右侧除霜风道逍;前左.前右、后左、后右吹脚风道。而有的车型除了以上风道外,还布置了后通风风道。这些风道的布置于主仪表板和副仪表板内部空间布局有很大关系,布置要求满足风道最小截面积的需要,同时要求具有良好的装配和可拆卸性能。



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出风口设计



1)出风口的总布置要求

A. 纵向调节

在座椅最前置状态下:

向下吹风时,中间出风口向下应当吹到h点向上200mm的点位;

向上吹风时,至少能够吹向与眼椭圆上沿相切的切线。


B. 横向调节

最小吹风角度范围同样需要覆盖人体的左右方向。

侧吹风口向外应越过假人所在区域,并增加5度以上的余量即可如果侧出风口兼有侧窗除雾要求,请按照实际情况,扩大吹风范围。

侧吹风口向内要求能够吹过眼椭圆的内侧。中间出风口向外要求吹过眼椭圆的外侧,向内要求吹过整车中线。即左侧吹右肩,右侧吹左肩。



2)运动机构设计

A. 铰链四杆机构



B. 摆动导杆机构

摆动导杆机构也是一种非常常见的传动机构。整个传动过程更为稳定简单,运动过程中没有锁死点,但是受到拨轮轴线与风门轴线的限制,当两轴线间距较大且转动角度较大时会占用较大空间。



C. 齿轮机构

齿轮啮合是最平稳的传动机构,在整个运动过程中都可以保证力的均匀性,能够获得最佳的手感。缺点是可能会造成成本的上升,其制造精度要求也会比较大。



D. 双门控制机构



3)零部件设计

A. 拨轮

拨轮有拨轮与壳体组合对拨轮进行紧固、SNAP结构与拨轮卡接、拨轮与壳体直接卡接等紧固定位方式。不同的方式各有特点但都应保证拨轮的稳定性和操作力的舒适性。



B. 拨钮

拨钮有拨钮拨叉同体、拨钮拨叉分体、拨钮,拨叉,连接件配合等形式。在满足吹风角度感觉的前提下还应充分考虑客户操作力的舒适感。



C. 叶片

出风口不同的高宽比会有不同的叶片布置型式。



五、设计参数

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通风性能

1)沿程压力损失

△P=λ(V²ρL)/ (8Rs)

λ-摩擦阻力系数;V-风道内空气的平均流速(m/s);

ρ-空气的密度( kg/m³});L-风道的长度(m);

Rs-风道的水力半径(m)    Rs=A/ p

A-风道的过流断面积(m²);p-湿周即风道的周长(m)

由上式可见风道直管段摩擦阻力与空气本身的黏度、管壁粗糙度、水力半径、气流速度等因素有关。



2)局部压力损失

在风道中的三通、弯头、截面扩大或缩小及进出口处都会使空气的速度或流向发生改变,从而产生局部阻力损失。这种局部阻力损失,会使空调噪声加大。

3)出风量



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气流性能

1)出风口遮挡

即出风口被遮挡的面积百分比。

2)泄漏量

风门关紧时,对出风口泄漏量的一般要求是,250Pa时不超过1.4L/s。




六、试验验证与评估流程




七、结语

整车风道的重要性不言而喻,主要关系到舒适性,对体验特别重要,需要主机厂和零件公司花费大量的时间、精力、人才、费用来开发,开发好了对用户的体验上升了,也能提升品牌的影响力及口碑,将有助于销量。


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