邓清华 ，廖程亮 ，孔 飞

（江西五十铃汽车有限公司产品开发技术中心，江西 南昌 330010）

汽车出风口是汽车内饰系统重要的功能件，是汽车空调通风系统的终端零件[1]，其布置方式、尺寸面积大小、型式直接影响到车内气流速度、流动方向，从而对空调系统性能、车内安静程度、乘客舒适性有着相当重要的影响。随着汽车工业的发展，汽车出风口出现过多种型式，如贯穿式风口、涡轮式风口、隐藏式电动风口等，如图1所示。不同型式的风口价格不同，隐藏式电动风口因涉及控制单元以及电机，所以价格较贵，主要应用于高档车型上。汽车出风口主要由风口面板、风口饰条、拨钮、拨轮、叶片、连杆、风门等组成[2-6]。本文主要介绍出风口开发过程中的设计要点，并对叶片进行强度分析。

图1 汽车出风口类型

1 出风口设计要点

1.1 出风口的布置要求

出风口的布置直接影响车内空调出风的效果，一般出风口可布置在前排仪表板上和副仪表板后端，应避免被其他零件如方向盘等遮挡，影响出风。因座椅在最前位置时[7-8]，人体离风口位置是最近的，出风口相对于人体的吹风范围也是最小的，因此只有满足了前置座椅的要求，才可以同时满足其他状态下的要求。为确保出风口吹出来的风能覆盖人体，出风口的出风范围需同时满足纵向和横向调节范围要求。对于出风口气流的纵向调节范围要求，出风口中线距离H点垂直高度差至少356 mm，中间出风口下吹风边界与两侧出风口下吹风边界的高度差为200 mm，且两侧出风口下吹风边界通过H点。出风口上吹风边界至少与99%眼椭圆相切，一般为了满足出风口能够吹向不直对人体位置的要求，推荐这个方向再向上转动5°，江西五十铃汽车有限公司是要求其方向远离眼椭圆150 mm，如图2所示。

图2 出风口气流纵向调节范围

汽车出风口不仅上下出风范围要满足要求，其左右出风同时也要满足要求，其横向调节范围需满足如图3所示的要求，侧出风口要求向外能够吹到人体外的部分[9]，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，一般侧、中间出风口出风范围Y向满足450 mm。

图3 出风口气流横向调节范围

为保证出风口的出风效果，出风口设计时需校核其有效出风面积。有效出风面积是指实际出风方向垂直的平面上做开口处气流的投影面积（需要刨除上下层叶片及连杆的投影面积）。根据江西五十铃汽车有限公司的要求，车辆的有效出风面积需要达到3 870 mm2～4 516 mm2，长或宽的尺寸不能小于44.5 mm。在设计开发过程中，需通过CFD分析来计算出风口的出风量、风速是否满足公司标准规定。

1.2 出风口零件设计

1.2.1 出风口拨轮的设计

拨轮是控制出风口叶片或风门关闭的机构，为便于用户操作，一般其应高出出风口面板3 mm左右，拨轮与其周边件的间隙一般为0.5 mm，拨轮的厚度一般定义在5 mm～10 mm，拨轮的半径一般应大于24 mm。拨轮的紧固方式有多种，一种是压盘，拨轮与壳体组合对拨轮进行紧固的方式，通过螺钉将压盘紧固到壳体上，拨轮夹持在压盘与壳体之间[10]；另外一种则是通过SNAP结构与拨轮卡接的方式，SNAP结构自身也比较好调整，较容易调整到满意手感，缺点是SNAP长在壳体上会造成此处的模具制造略有困难。具体如图4所示。

图4 拨轮紧固方式

1.2.2 出风口拨钮的设计

拨钮是用来控制上下层叶片旋转的，因此拨钮的拨动范围必须满足吹风角度的要求，同时还要能够满足客户获得满意手感的区间要求。如图5所示，红色线表示出风角度要求的上下极限位置，如果拨钮的波动范围能够达到这两个位置，就可以满足吹风要求，但是对乘客来说，如果手指从下向上拨动拨钮，拨到上极限位置的时候，会明显感觉应该还可以往上拨，但是却无法拨动了，此出风口设计就不合理。拨钮应在中间叶片上可滑动，其与叶片的间隙一般为0.5 mm。

图5 出风口拨钮的设计

1.2.3 叶片的设计

出风口叶片分为水平叶片与垂直叶片两种，两者一起注塑成型，通过工装夹具与风口叶片安装座一次性装配在风口壳体上。叶片沿长度方向应当做限位，常见的限位方式如图6所示，叶片两端做小平台与壳体侧壁进行配合，达到定位效果，定位间隙0.1 mm。但是对于较长的出风口叶片，由于长度方向上的公差累计，一般不建议采用两端定位方式，建议定位做到一端，另一端放开。叶片间距会影响到对气流的限制和涡流损失，一般要求在4 mm～12 mm之间，大于12 mm或小于4 mm，则需要进行CFD分析。

图6 叶片轴与孔的配合关系

2 出风口设计验证

为确保出风口设计稳健，应通过各种实验验证设计的合理性，主要实验要求如下。

1）阻燃性要求：满足GB 8410—2006《汽车内饰材料的燃烧特性》的要求，即燃烧速率不大于100 mm/s。

2）出风口操作力要求：出风口拨钮纵向操作力要求在2.5 N±1.0 N内，出风口拨钮横向操作力要求在2.5 N±1.0 N内，出风口拨轮操作力要求在3.0 N±1.0 N内。

3）气味：材料气味要求零件的气味等级≤3级。

4）耐热老化性：将出风口总成放置在90 ℃±2 ℃的高温烘箱中168 h后，在常温放置2 h冷却，要求零件外观上不得出现起皱、翘曲变形、分层、脆化、龟裂、表面污染、析出等不可接受的缺陷。

5）禁限用物质：符合GB/T 30512—2014《汽车禁用物质要求》。

6）出风口密封性试验：将待测出风口连接到鼓风机上，对出风口连接处进行密封，防止漏气。关闭出风口风门进行吹风，检查漏气情况。将进气口压力调至250 Pa，对空气泄漏量进行测试。调整出风口压力，测试泄漏量达到4 m3/h时，对出风口叶片状态进行评价。打开出风口风门，调整进气口压力从0～100 Pa变化，对出风口出风声音进行评价，不允许出现啸叫的声音。

3 有限元分析及优化

为防止出风口叶片在外力作用下断裂，叶片的强度需满足相应的标准要求。本文利用常用的有限元分析方法，计算出风口叶片在20 N的外力作用下的强度。首先，将出风口总成模型导入到HyperMesh软件中，利用其强大的网格划分功能进行3D网格划分，网格类型为四面体单元，单元尺寸为2 mm，然后将划好网格的模型导入到ABAQUS中施加约束及荷载，约束出风口固定在仪表板上的所用点的6个自由度，此有限元模型单元数为8 537个，节点数为9 125个，出风口对应材料参数如表1所示。出风口强度分析结果如图7所示，此出风口在20 N的载荷作用下的应力为31 MPa，小于材料的屈服强度，说明强度符合要求。

表1 出风口材料参数

图7 出风口强度分析结果

4 结论

本文重点介绍了汽车出风口的布置要求，其纵向及横向气流调节范围需满足设计要求，否则用户体验感较差，易引起用户抱怨。同时，分析了汽车出风口拨轮、拨钮、叶片设计开发的注意事项，可为后续车型出风口的设计提供一定的参考。此外，汽车出风口还需通过一系列的设计验证来证明设计的稳健性，本文介绍了出风口需满足的主要实验项，并利用有限元分析软件对叶片进行强度分析，分析结果表明，叶片在20 N的外力作用下其应力小于材料的屈服强度，叶片强度符合设计要求。