钟凌

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601)

浅析汽车空调除霜风道设计

钟凌

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601)

除霜(及除雾)是空调系统三大功能之一，功能缺失可能影响车辆行驶安全性。除霜系统由两部分组成，即除霜风道和空调系统。重点研究除霜风道设计，既有基本的结构设计要求，同时提出前挡风玻璃风速分布要求，并利用CFD仿真分析及整车除霜试验方法进行验证。

除霜风道；风速分布；CFD仿真分析

0 前言

现代汽车设计基本要求有安全、节能、环保、舒适，而空调除霜、除雾既是汽车舒适性要求，也是车辆行驶安全性要求，因此国标GB 11555对M1类车辆除霜性能有强制性要求，要求在规定时间内，驾驶员视野区域内除霜、除雾达到一定比例。除霜风道是除霜系统的主要功能部件，其优秀的设计至少包括结构、材料，还有流体分析及虚拟仿真等领域知识。

1 除霜风道概述

1.1 除霜风道功能描述

除霜风道主要功能是用于引流及分风，用于连接空调HVAC除霜出风口及挡风玻璃，将HVAC除霜出风按设计要求，合理分配至前窗、左右侧窗挡风玻璃，起到去除挡风玻璃结霜、雾气的作用。除霜风道设计的合理性直接关系挡风玻璃风速分布合理性，对除霜性能有重要影响作用。

1.2 除霜风道的组成结构

除霜系统包括空调HVAC、除霜风道、挡风玻璃等，见图1(a)。

常见的除霜风道结构包括主除霜风道、左右侧除霜风道、风口格栅、导风板,见图1(b)。

1.3 除霜风道材料及工艺

除霜主风道一般采用注塑工艺制成，采用PP材料以一定比例的滑石粉作为填充物，如PP-TD20，产品精度可以达到±0.1 mm。左右侧窗引风道采用吹塑工艺，主要采用PE材料，产品的精度一般在±0.5 mm。

2 除霜风道设计要求

设计除霜风道时，风道的布置位置以及开口大小、出风方向、管道走向等都对整体的除霜效果有很大影响，但最核心的是要确保从除霜风道吹出的气流吹到正确的位置，并能沿着风窗玻璃往上流动，尽可能避免风在玻璃上出现分散、反弹、缺流现象，影响除霜效果。

一般的汽车除霜出风口在整车的布置形式为：主除霜出风口布置在仪表板的前端，靠近前挡玻璃的位置；侧出风口布置在仪表板的两侧，靠近车门玻璃位置。

2.1 主除霜风道设计

2.1.1 主除霜风道主体设计

(1)首先需要确定除霜风道气流方向和风道玻璃的交点，即燃烧点。根据经验：前除霜的燃烧点要求位于前挡玻璃的B区下沿，不高于A区下沿(A区和B区指GB 11555所述视野区域)。一般商用车由于玻璃倾角大于乘用车，因此，设计的燃烧点往往低于乘用车；

(2)根据除霜燃烧点，在Y0的平面上，作一条通过燃烧点与前挡玻璃成一定角度的线，这条直线的方向即是除霜气流的主吹风方向，这条线决定了除霜风口开口的位置。前除霜在Y0断面上示意图见图2。

(3)从后视图方向看，将前挡风玻璃黑边内的区域沿着Z轴4等分，下1/4处的点为前除霜区域的边界点(目标点)，此点与HVAC除霜出口边缘处的连线即为除霜主风道的内壁表面。

2.1.2 主除霜风口结构设计

(1)主除霜风口格栅可分为多段，每段长度为350～400 mm，根据车身宽度，一般乘用车分为两段，商用车也有三段以上，但总的有效面积至少要求达到10 000 mm2；

(2)主除霜风口的喷口宽度(X方向)保证一定宽度，一般为10～13 mm；

(3)风道本体在与风口格栅搭接时，风道应该比较平直，并沿着主吹风方向保持一定长度，推荐不小于40 mm；

(4)除霜格栅中心与仪表台前段(或玻璃)的水平距离(X方向)在40～100 mm之间，太近容易使气流被压迫，太远气流发散，流速达不到设计要求；

(5)除霜的格栅叶片角度要考虑让气流遍布整个前挡玻璃，避免缺流，可以参考图3中垂线(Z向)方向来布置叶片的角度，格栅叶片间距一致，宽度(15±2.5) mm，格栅叶片厚度不大于2 mm。

2.2 侧除霜风道设计

(1)侧除霜的燃烧点则位于外后视镜在侧风玻璃上的可视区域的前轮廓上。

(2)连接燃烧点和侧除霜风口中心点的连线，即为侧除霜风口的主吹风方向。

(3)以造型给定的侧除霜风口的外边缘为开始，以侧除霜风口的主吹风方向为轴线，向外产生一定角度的锥面，一直延到侧风玻璃上，中间不能有任何物品阻挡。

(4)侧除霜出风口的有效面积(仪表板表面的侧除霜风口面积在主吹风方向上的投影面积再减去除霜格栅在主吹风方向投影面积之后的面积)一般为675～900 mm2。

(5)侧风口格栅与风道搭接处，要求风道平直，并沿着主吹风方向保持一定长度，推荐不小于40 mm。格栅叶片的间距为4～12 mm，同时为防止此处掉入异物，在满足要求的状态下，部分车型可考虑将格栅做成网状状态。

侧窗风口设计示意图见图4。

2.3 除霜风道固定及接口设计

除霜风道通过热熔焊接或螺钉连接方式固定在仪表板本体上。通过焊接方式固定在仪表板上的风道，有利于提高仪表板整体的刚度，但质量和成本会有所提高。

风道与HVAC风口搭接设计有插入配合、间隙配合两种，推荐间隙配合方式(见图5)，有利于降低部件精度要求及装配难度，设计间隙为5 mm，风道口增加10 mm×10 mm海绵，消除间隙。

3 除霜风道仿真分析

随着汽车仿真技术的发展，对除霜风道的设计是否满足要求的评价，除了整车上的实物验证外，还可以通过三维CFD仿真分析手段，在风道模具开发前，进行零部件状态设计验证。

3.1 仿真模型建立与结果输出

除霜风道三维仿真分析输入条件为：网格化的数模模型(图6)，HVAC出口风量、风速(即风道入口)， HVAC内部风阻。利用三维分析软件可以输出玻璃表面的风速分布及流线图，可以直观判断风速大小及涡流情况、风道设计的符合性。其中，风速分布图如图7所示，流线分析图如图8所示。

3.2 仿真分析结果评价

表1 视野区域内的风速要求

对于上述仿真分析输出结果还需要建立一个合理的评价规范，如表1是视野区域内的风速要求，挡风玻璃的流线分析则要求无紊乱涡流及缺流现象(数据来源国内优秀设计公司的经验标准)。

4 整车风速分布测试

整车测试受到部件制造精度、仿真网格划分、风量试验等差异影响，仿真分析结果与实际测试肯定存在不一致的情况，两者差异量在10%～15%。某车型实测风速数值分布见图9。

5 总结

除霜风道的设计，需要的知识较多，既与内饰相关，也涉及空调电器，优秀的设计还应该有一定水平的CFD分析能力。设计人员应该在实际设计过程不断总结经验，转化为规范标准加以应用。

【1】曹渡.汽车内外饰设计与实战[M].北京：机械工业出版社，2011:203.

【2】许鸿德.未来汽车仪表板设计趋势[J].轻型汽车技术，2009(4)：36-37.

【3】全国汽车标准化技术委员会.GB 11555汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和实验方法[S].北京：中国标准出版社，2009.

【4】全国汽车标准化技术委员会.GB 11562汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[S].北京：中国标准出版社，2004.

【5】朱娟娟，苏秀平，陈江平.汽车空调除霜风道结构优化研究[J].汽车工程，2004,26(6):749-749.

【6】王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004:124.

AnalysisofAutomobileAirConditionerDefrostingDuctDesign

ZHONG Ling

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

Defrosting (and demisting) is one of the three major functions of the air conditioning system, loss of function may affect the vehicle driving safety. Defrosting system consists of two parts, namely the defrosting duct, air conditioning system. The defrosting duct design was focused on, including the requirements of basic structural design. The windshield glass wind speed distribution requirements were put forward at the same time. CFD simulation analysis and the vehicle defrosting test were made to verify the distribution requirements.

Defrosting duct; Wind speed distribution; CFD simulation analysis

2014-12-31

钟凌(1983—)，男，工学学士，工程师，主要研究方向是汽车空调。E-mail：lingyunfei.128@163.com。