迟秀颖 杨铁 王子龙

（华晨汽车工程研究院）

DMU（电子样机）是对产品的真实化计算机模拟，满足各种各样的功能，提供用于工程设计、加工制造及产品拆装维护的模拟环境；是支持产品和流程、信息传递及决策制定的平台；覆盖产品从概念设计到维护服务的整个生命周期。DMU技术使在工程决策和过程决策的协同工作时，能够对复杂的模型进行内部观察、漫游、检查及模拟[1]。汽车空调出风口作为汽车空调系统的终端，对气流组织起着至关重要的作用，它通过叶片的调节进行风向的控制，是汽车内饰部分中相对复杂的运动机构。因此，出风口的设计不仅仅是简单的静态结构设计，还需进行动态模拟。文章结合DMU对运动空间间隙及工作条件进行了分析，在满足运动间隙和运动件工作极限的设计要求下进行出风口结构设计。

1 出风口结构数据建立

文章设计的某乘用车中央出风口结构示意图，如图1所示。

图1 某乘用车空调出风口主要部件示意图

通常在CATIA Part Design和Generative Shape Design 2个模块进行出风口结构数据的建立。在结构数据制作之前，就要准确分析出风口各运动机构，定义关键的点线面，并对此进行保留。最好将出风口的各个部件保存为不同的Part文件，为后续的运动校核提供方便。

2 出风口运动机构的建立

出风口的结构数据是在水平叶片和垂直叶片都处于设计位置时进行制作的。结构数据初步建立后，要对出风口进行运动机构的校核，以验证运动的可行性和运动间隙的合理性。首先，将出风口的所有部件导入CATIA Product中，如图2所示；然后，对出风口进行运动机构建立并进行运动模拟校核。

图2 空调出风口数据模型显示界面

2.1 运动副的建立

本设计中，风向的上下调节是通过水平叶片的旋转实现。出风口水平叶片、水平叶片连杆及壳体构成四连杆机构，通过拨动拨钮带动水平叶片旋转，如图3所示。风向的左右调节是通过垂直叶片的旋转实现。垂直叶片、垂直叶片连杆及壳体构成四连杆机构，如图4所示；拨钮在水平叶片2上滑动，与垂直叶片3形成点面接触带动垂直叶片旋转。

图3 空调出风口风向上下调节机构示意图

图4 空调出风口风向左右调节机构示意图

出风口运动机构的运动副构成，如表1所示。

表1 某乘用车空调出风口调节机构运动副构成表

在DMUKinematics模块中建立出风口运动机构的运动副，其显示界面，如图5所示。

图5 空调出风口运动机构运动副建立的显示界面

2.2 添加驱动条件

对水平叶片和垂直叶片分别添加角度驱动。根据空调系统对出风口吹风范围的要求，本设计水平叶片需要在设计位置向上调整25°，向下调整30°；垂直叶片需要在设计位置向左右调整各35°。因此，需要对水平叶片和垂直叶片添加角度驱动，然后对出风口壳体进行固定[2]。这时，系统将提示整个运动机构就可以进行模拟了，如图6所示。

图6 空调出风口运动机构模拟显示界面

3 运动模拟及校核

在系统提示可进行模拟之后，对整个运动机构进行模拟。点击“驱动仿真”命令对出风口各个角度进行运动仿真。

图7示出出风口运动的4个极限位置显示界面，整个出风口可以按照设计要求驱动。作为运动机构，除了要求可以正常运行外，还要保证与周边件的最小运动间隙，保证在行车过程中不发生摩擦，产生异响。因此，需要分析叶片在旋转过程中与壳体的最小间隙。驱动运动机构，分别对水平叶片与壳体的最小间隙，垂直叶片与壳体的最小间隙进行实时监测。

图7 空调出风口4个运动模拟显示界面

为了得到更直观的结果，最好把有设计接触或固定间隙值的部位先删除。以水平叶片3与壳体的运动间隙为例，水平叶片转轴与壳体配合间隙的设计值为0。需要对壳体的数据进行简单的处理，去掉与叶片转轴接触的部位，数据处理后再进行运动模拟分析。

将水平叶片按照设计要求向上旋转25°进行校核，校核结构，如图8所示。

图8 空调出风口水平叶片3与壳体最小运动间隙示意图

当出风口水平叶片向上旋转25°时，即上极限，水平叶片3与壳体的间隙约为0.2 mm，如图8所示位置。水平叶片3与壳体的运动间隙曲线，如图9所示。

图9 水平叶片3与壳体运动间隙曲线显示界面

考虑出风口制造机装配公差以及整车的NVH要求，需要将此间隙调整到最小（1 mm），以保证出风口的正常运转以及避免摩擦异响。根据运动分析结果优化数据，直到间隙值满足设计要求。同样，根据其方法进行其他叶片与壳体的间隙值模拟分析。

垂直叶片的运动极限位置的定位也可以通过加载运动进行定义。垂直叶片的运动是由拨钮在水平叶片2上滑动，通过拨叉带动垂直叶片转动。如图10所示，水平叶片2上没有限制拨钮运动结构，拨钮可以一直沿着水平叶片2滑动，直到垂直叶片与壳体干涉时停止。实际上，垂直叶片的运动角度是-35～35°，那么，需要在水平叶片2上设计一个定位结构，限制拨钮的运动。首先，对垂直叶片进行模拟驱动，如图11所示。当垂直叶片调整至向左的极限位置，拨钮也运动到极限位置，那么可以提取拨钮该位置的面作为参考定位面，在水平叶片3上进行结构设计。用同样方法获取向右运动位置的定位面。完整的定位结构示意图，如图12所示。此方法可以准确的定位垂直叶片的运动极限，提高设计的精准性。

图10 空调出风口水平叶片2与拨钮定位结构示意图

图11 空调出风口垂直叶片向左运动极限位置示意图

图12 空调出风口垂直叶片运动定位结构示意图

4 结论

文章结合CATIA DMU模块对某汽车的空调出风口进行了辅助设计。通过应用CATIADMU模块检查了汽车空调出风口运行过程中零部件之间的动态间隙变化，判断最小间距不满足设计要求后，更改设计，以满足设计要求；此外，还可以结合CATIA DMU方便准确地找出设计起止位置，辅助设计了叶片运动的定位结构，方便准确。

在DMU进行运动的校核过程中，一定要进行仔细的运动分析，否则容易出错。设计过程中必要的点线面要进行适当的保留，为运动校核提供方便。DMU的运用可用于整个设计过程，根据个人设计经验及习惯可以随时应用。