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乘用车后排出风口风特性评价方法研究

2022-07-29言俊苓

天津科技 2022年7期
关键词:风门出风口风量

言俊苓

(一汽丰田汽车有限公司技术研发分公司 天津 300462)

0 引 言

出风口作为车辆室内温度调节的重要零部件,已经成为汽车中不可或缺的一部分。近年来,市场上推出的新车型中没有后排出风口的车型越来越少,作为A级车后排仅有的出风设备,副仪表板部位后排风口已经成为A级乘用车的标准配件,如图1所示。

针对乘用车空调系统性能的评价,目前并没有任何强制性的试验评价要求可以参照,仅有一个行业标准 QC/T658—2000《汽车空调整车降温性能试验方法》为依据[1],同时试验后的评价要求也没有任何推荐数值供参考。

国内各主机厂针对空调性能的评价都是企业内部自行制定的要求。整个空调系统对于整车来说是否合适都是根据各主机厂车辆企划阶段的定义及经验确定的。故目前大部分主机厂只将出风口作为内饰零部件与其他内饰一同进行内饰的相关试验评价,而对于出风口单品的风特性评价并没有过多的试验考核方法。

本文基于实际车型,总结了后排出风口风特性相关试验的评价目的与评价方法。

1 后排出风口风特性评价项目

从以人为本的理念出发,后排出风口要满足使用中的可靠性和舒适性。在风口使用的过程中,出风口不能出现基本功能失效、不舒适噪声和降温性能不足。根据以上几个要点,将后排出风口风特性评价项目汇总如表1所示。

表1 风特性评价项目汇总Tab.1 Summary of wind characteristic evaluation items

以上评价项目主要包括 3方面,即基本功能评价、噪声相关评价与舒适度评价。这 3方面的评价都是由风相关性能衍生而来,其他内装与机能相关的评价并没有涵盖其中。

2 风特性试验方法

2.1 基本功能评价

此项基本功能评价仅指与风相关的出风口机能评价。出风口中的叶片、风门等部件都是可以运动的,如在出风口使用过程中由于风速过快导致叶片与风门的机能失效,这就会给乘客带来不好的体验。所以与风相关的功能评价分为风压试验与风泄露试验2项。

2.1.1 风压试验

在后排出风口使用过程中,风的方向与风量都是可以根据乘客的需要进行调整的。会出现在前排乘客需要把风量调到最大,而后排乘客需要中等风量的情况;又或者会出现后排乘客也需要最大风量,但是出风方向需要最高角度的情况,后排出风口就会出现下述工况:

①出风口进风处流入最大风量,风门处于半开状态;

②出风口进风处流入最大风量,风门全开,叶片处于最高角度状态。

以上 2种工况的后排出风口风门或叶片都是上扬的姿态,如果无法长时间保持在乘客设定的状态下,就不能给乘客提供所需的出风效果,乘客将认为出风口基本功能存在问题,车辆也会遭到客户投诉。所以在车辆开发阶段,对出风口的运动部件进行以上极限工况下是否可以保持基本姿态的判定试验就显得尤为重要。

风压试验的基本原理就是模拟风口在极限风量条件下风门、叶片在几个典型位置是否会发生姿态保持失效的试验,具体试验方法详见表 2。其中关于试验状态中列举的各项试验可以根据后排出风口实际的结构与工况进行全部或部分实施。

表2 风压试验方法Tab.2 Wind pressure test method

2.1.2 风泄露试验

风泄露试验主要针对车上部分乘客需要使用空调,而另一部分乘客并不想吹风的情况。不想吹风的乘客将进行“临近出风口关闭后是否还会有风被此乘客感知”的试验,如前排开启空调出风口后排关闭的情况下后排风口是否漏风。此项试验主要评价风口在使用过程中风门与风筒或叶片与风筒之间是否存在风的泄露。虽然无法将风泄露量完全控制到 0,但是需要保证泄露的风不能被乘客明显感知。

如果所漏风速过快势必会被乘客感觉到,那么乘客就会抱怨风口虽然设计了关闭功能,但是却无法完全关闭,进而造成对零件或者车辆品质的投诉。所以特别设定风泄露试验在试验阶段对其进行评价,具体试验方法详见表3。

表3 风泄露试验方法及评价要求Tab.3 Wind leakage test method and evaluation requirements

2.2 噪声相关评价

乘用车噪声和振动与声振粗糙度(NVH)性能会直接影响到乘坐舒适性。空调出风口啸叫是一种常见的NVH问题,会引起乘客不适与疲劳[2]。

空调出风口的啸叫声属于气动噪声,气动噪声具有随机特征,是流体运动产生的非定常压力脉动,并以波动形式向外传播[3]。出风口的啸叫声也仅仅是出风口与风相关噪声中的一种,啸叫可以理解为异常尖锐、频率较高的噪声,而出风口吹风过程中也经常听到一类虽然不尖锐,但非常特别的声音,这一类噪声可以归类为异常噪声。还有一种就是单纯的大分贝噪声,因为乘客长时间处于分贝值过大的环境中,也会产生不适的感觉。所以将噪声相关评价分为异常噪声试验、啸叫声试验与吹风噪声评价3项。

2.2.1 异常噪声试验

出风口作为汽车内饰中为数不多的机能零件之一,其结构相当复杂,且构成零件很多。在风吹过的过程中有可能产生异常的噪声,如风中的旗帜抖动“吧嗒吧嗒”的声音。

在目前汽车市场上 NVH被重点关注的环境下,这就要求在零部件评价阶段专门针对此项目进行试验,切实防止此类异常噪声出现。具体的试验方法详见表4。

表4 异常噪声试验方法及评价要求Tab.4 Abnormal noise test method and evaluation requirements

2.2.2 啸叫声试验

空气在流动时会产生扰动,扰动发生后会产生气动噪声。噪声频率在一定范围内,宏观上就会听到啸叫声。在我们的生活中,由气体扰动发出啸叫的情况有很多,如图2的3种形式。

图2 常见气动发声示意Fig.2 Common pneumatic sounds

第一种是空气通过细小缝隙产生气体涡流扰动发出啸叫,如我们吹口哨的声音。

第二种是空气通过尖锐边缘时产生涡流扰动发出啸叫,如我们平常比赛中常见的哨子。

第三种是空气通过长管类形状的空间,空气在管壁产生反弹扰动发出啸叫,如风大时在隧道中听到的风声。

出风口的风门、叶片、风筒这 3部分之间配合结构涵盖了上述 3种气动发声的常见情况,如图 3所示。此类结构为出风口比较常见的结构形式,除了在设计阶段通过结构优化来减少啸叫风险外,后期试验评价阶段也要通过试验来验证。具体试验方法详见表 5。

图3 常见出风口断面Fig.3 Common air outlet section

表5 啸叫声试验方法及评价要求Tab.5 Test method and evaluation requirements for whistling noise

2.2.3 吹风噪声试验

我们的生活环境中都是存在噪声的,过大的噪声将直接影响人们的身心健康,通过表6可以直观地了解到我们生活环境中的各种噪声的分贝值。由此可见,当身处于电锯周围时,由于声音过大想要远离的情况其实是自觉排斥过大噪声的正常现象。

表6 环境中各类型噪声对应分贝值Tab.6 Corresponding decibel values of various types of noise in environment

出风口在吹风的过程中也会产生噪声,如果噪声过大的话也会引起乘员的不适,自觉地远离车辆将导致消费者对车辆评价降低。所以我们需要对出风口吹风噪声进行评价,保证噪声分贝值在一个可接受的范围内。具体试验方法详见表7。

表7 吹风噪声试验方法及评价要求Tab.7 Test method and evaluation requirements for blowing noise

2.3 舒适度评价

在舒适度评价方面,与出风口风特性相关的就是风指向性这一方面的评价。出风口在空调系统中的主要作用就是调节风量大小和改变出风方向。所以出风口配合系统中的空调与风道必须满足前期设计的最大导风角度。

此试验方法阐述了仅使用出风口单品进行风指向性的评价手段,且不再需要搭配空调与风道,减少了试验及设备方面的投入。

出风口除了需要保证正常出风的功能外,另外一项重要功能就是导风,即按照乘员的需求改变吹风的方向。前期设计阶段按照整车布置的要求会设定出风口叶片旋转角度,此角度在理论上要满足布置要求,但实际吹风时由于距离的原因,风的流动方向与流动速度是会发生改变的,这就需要后期实物验证阶段进行出风口风指向性的试验评价。具体试验方法详见表8。

表8 风指向性试验方法及评价要求Tab.8 Test method and evaluation requirements forwind directivity

3 结 论

通过以上几种方法可以对出风口单品进行风特性性能评价,由于其中包含了整车室内降温试验所不具备的考核维度,将更加全面地评价出风口单品的功能。

与此同时,还可以使用试制件在正式开模前对噪声与风指向性进行前期设计验证,以避免在生准阶段反复修改。而基本功能方面的评价还是需用正式零件进行试验,原因是出风口叶片与风门的姿态保持力,大部分出风口还是通过结构上部品之间的间隙与材料特性来保证,以试制品进行此方面试验结果并不能在后续正式零件上借鉴。

此方法可以用于汽车生产企业在前期设计阶段对零件设计进行验证,以保证在开发中及后期实车评价阶段相关问题的发生,也为零部件单品的试验评价提供参考。

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