除霜除雾影响因素研究

发布：baoshijie 来源：

PostTime：13-12-2023 19:43

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整车除霜除雾系统在环模验证和实际使用中出现效果差或局部除不干净问题，影响整车的驾驶安全性能。对这些问题进行仔细分析，发现整车冷却系统、空气调节系统都对其有影响，并且以空气调节系统的影响为主要因素。为此 ...

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整车除霜除雾系统在环模验证和实际使用中出现效果差或局部除不干净问题， 影响整车的驾驶安全性能。对这些问题进行仔细分析， 发现整车冷却系统、空气调节系统都对其有影响， 并且以空气调节系统的影响为主要因素。为此展开详细分析，并提出有效解决方案。由于受汽车内部空间限制、模具、独特性等要求， 空气处理系统的许多组件必须具有独特性， 特别是整车除霜 /除雾系统， 并且与整车的其他多个部件都有耦合关系。整车除霜除雾功能是安全考核项目， 对整车的驾驶安全性能至关重要， 设计中需要考虑的因素更多、更复杂， 笔者将对此作详细介绍。  1 除霜 /除雾原理如图 1 所示， 整车除霜除雾系统一般是利用发动机的热水，通过空调系统的暖风水箱， 把空气加热成高温的干空气， 然后从空调除霜风口送出， 通过整车的除霜风道和出风口， 吹到挡风玻璃和侧玻璃后视镜区域。通过热空气将玻璃加热， 融化掉霜层或利用干空气将雾驱散掉。     图 1 除霜除雾原理示意图          2 除霜 /除雾的影响因素要想达到良好的除霜 /除雾效果， 整个除霜 /除雾系统的组成零部件和相关影响因素都必须设计良好， 运行正常。下面，分别从冷却系统和空气系统两方面来分析一下对除霜除雾有影响的因素。2. 1 整车冷却系统对除霜除雾的影响因素2. 1. 1 发动机水温的影响除霜除雾所需的热风热量是来源于发动机热水的， 因此热水的水温、流量发生变化时， 暖风水箱的换热量就会变化， 影响除霜出风温度。目前这个地方存在一个很难解决的问题， 就是随着发动机技术的提高， 其效率不断提高， 导致余热下降，发动机水温上升慢， 水温低。特别是柴油发动机， 这个问题更加明显， 导致除霜效果差。现在低档车一般是通过调整发动机 ECU 的控制， 增加低温时的供油量， 以此迅速将水温升高。但随着排放指标和节能环保的要求， 这个方法已经不适用于将来的新车型了。    比较高档的汽车， 一般可以增加燃油辅助加热， 蓄热装置或电加热方式， 以此来弥补发动机热量不足和升温过慢的问题。另外还有通过加热玻璃洗涤液的方式， 直接用热的洗涤液来融化掉玻璃表面的霜层， 迅速除霜。2. 1. 2 暖风水箱水流量的影响冷却系统常见影响除霜除雾的因素是暖风水箱的水流量问题， 根据笔者的经验， 正常的车在进行低温除霜试验时， 其暖风水箱的进出水温差在 7 ～ 10 ℃ 左右。一但水温差异过大， 则说明通过暖风水箱的热水流量低， 产生这个问题的原因一般有如下几种:(1) 节温器泄漏或失效;(2) 水泵有效扬程不足;(3) 发动机水套内部泄漏;(4) 小循环水路流阻过大、堵塞;(5) 发动机防冻液不足， 水位过低;(6) 水路设计不好， 分流不均。另外水路排气不好， 暖风水箱中存在空气也会影响采暖效果。这些问题一般比较容易发现， 处理方法也比较成熟， 在此就不继续讨论了， 下面， 着重分析一下除霜除雾装置空气系统的一些影响因素。2. 2 整车空气系统对除霜除雾的影响除霜 /除雾状态时， 空调是调整到全暖外循环模式， 风量的要求是不一样的， 一般要求鼓风机高速运行时能保证除霜要求， 而在低速运行时能满足除雾需求。常规轿车的推荐值为:鼓风机高速挡， 除霜模式下， 出风口的出风量≥300 m3 /h， 出风风速为 5 m /s 左右; 除雾模式下， 出风口的出风量≥17 m3 /h即可。    这个要求对于目前的汽车空调 HVAC 总成来说很容易做到， 现在的鼓风机的风量在满足噪音要求的情况下， 基本都可以达到 0 Pa 背压时， 500 m3 /h 以上风量。而两器也大量采用高效的层叠式或平行流式换热器， 厚度薄， 风阻小， 全暖时的风阻总和在 200 Pa 左右也基本都能达到， 所以除霜风量对于 HVAC 来说是可以满足的， 在此就不论述了。2. 2. 1 除霜风道对除霜 /除雾的影响首先简单介绍一下整车的除霜风道系统， 如图 2 所示。 图 2 除霜风道示意图从图 2 可以看出， 除霜风道主要可以分成 3 部分:1—中央除霜风道: 将风导到前挡风玻璃除霜出风口;2 /3—左 /右侧除霜风道: 将风导到左 /右侧玻璃除霜出风口。由于车厢内空间有限， 而且风道在仪表台下方布置， 要考虑避让其他零部件和满足安装需求， 基本上风道就是哪里有空间就从哪里走， 所以风道经常设计得外型弯曲， 粗细不均。这样就导致风道的风阻增大， 气流分配不均等问题， 会使除霜出风量减少， 出风不均匀， 特别是侧除霜风量小， 后视镜区域难以除掉霜层或雾气。    笔者曾经遇到过这样一个案例， 某车厂设计的一款轿车，由于 HVAC 布置得稍微偏副驾侧， 所以中央除霜风道设计时，导流片将大部分气流导向主驾侧， 经 CFD 模拟计算， 发现副驾侧除霜效果很差， 如图 3、4 所示。 图 3 计算域几何模型 图 4 原风道方案除霜效果示意图为了解决此问题， 对此车的中央除霜风道进行了优化整改工作， 大致过程如下: 图 5 中央风道内部导流片结构示意在原风道导流片角度的基础上， 根据 CFD 计算的结果， 依次调整各个导流片的角度， 并导入 CFD 进行计算验证， 最终从很多种优化方案中得到一个效果比较理想的方案， 其 CFD 模拟结果如图 6 所示。               图 6 优化后除霜效果示意图由图 6 可以看出， 此车的前挡风玻璃主要除霜 /除雾区域速度分布已大于 0. 6 m/s， 有利于除霜效果的提高。并且在设计车辆的环模试验中， 此车的除霜 /除雾效果也可以顺利通过试验要求。2. 2. 2 除霜出风口对除霜 /除雾效果的影响另外一个对除霜 /除雾有重要影响的因素———出风口布置和结构， 也是我们业内比较难处理的一个问题。主要是出风口布置是由整车内饰仪表台的造型决定， 其大小和形状要符合造型的整体需求。但它又对气流的风速、风量和风向起到很大的影响作用， 所以必须要注意几个原则性的设计要求， 否则就会产生不好的影响。下面介绍笔者搜集的一些汽车厂和设计公司的设计经验，希望可以给相关设计人员一些参考， 避免初期设计不当， 给后期带来整改麻烦。2. 2. 2. 1 出风口位置除霜风道出口与挡风玻璃在水平方向平行， 出风口中心距前挡玻璃跟部 (挡风玻璃和仪表盘交点) 的水平距离推荐值如图 7 和表 1 所示。     图 7 除霜出风口位置表 1 除霜出风口位置与玻璃角度关系 2. 2. 2. 2 出风口形状出风口形状常见的主要有如图 8 所示几种形式。图 8 和图 9 中的出风口形式进行组合， 可以有多种不同的具体效果形式。具体形式的确定主要依赖于整车仪表台下零部件的布置需要及仪表台外观设计要求而综合确定的。 图 8 除霜出风口在仪表板上的布置形式     图 9 除霜出风口断面形式2. 2. 2. 3 出风口大小除霜 /除雾出风口开口大小需要依据一定设计原则: 开口过大， 气流速度过小， 气流发散， 部分气流将直接贴附仪表台流向车厢内; 开口过小， 气流速度过大， 导致明显的气流噪音， 影响整车舒适性。除霜出风口大小可以通过除霜出风量及出风速度计算得到。出风口设计中需要注意以下问题:(1) 出风口最小面积为 90 ～116 cm2， 纵向最短距离为 1. 8 cm;(2) 两个格栅或支撑肋片之间的间距不得大于 17. 5 mm，以使硬币不会落入风道 (国外设计要求， 国内设计仅作参考);(3) 格栅的作用不在于对除霜气流导流作用， 它主要用于避免异物从除霜风道出风口掉入风道内， 且格栅不能限制气流的流动， 同时格栅的设计还要尽可能减小对气流的紊乱度;(4) 格栅叶片的最厚部分的厚度不得大于 2 mm， 叶片底部 (面向气流的面) 的半径不得超过 0. 5 mm， 格栅叶片的厚度从底部向上递增;(5) 仪表盘上的开口面积要略大于除霜出风口的面积， 且上边缘需要作倒角处理， 以防止除霜出风口气流的方向受其影响而发生改变。2. 2. 2. 4 除霜风口气流方向除霜气流的方向， 对于整车除霜 /除雾性能的影响是非常关键的。设计中必须保证从除霜 /除雾风道内吹出来的热气流是吹向挡风玻璃的要求除霜 /除雾区域， 而不是吹向其他地方。设计中应考虑如下几点:(1) 除霜风道的出风不能直接吹入司机或乘客的眼睛;    (2) 除霜风道的设计应保证除霜气流紧贴挡风玻璃内表面流动;(3) 为了避免挡风玻璃因气流冲击力的作用而破碎， 从出风在玻璃上的喷射点到挡风玻璃底部的最短距离为 18 cm;(4) 保证有足够的除霜气流吹向挡风玻璃上雨刮器下部的区域， 以避免该区域堆积过多的霜层;(5) 除霜 /除雾风道出风口气流方向与挡风玻璃的夹角一般取值范围为 30 ～ 60°。在 MVSS 103 规范的气流方向如图 10所示， 气流吹向挡风玻璃 “C”区的底部。依据设计经验， 推荐除霜 /除雾风道出风口气流初始设计方向取 30° ～ 35°， 后期可以通过 CFD 分析进行进一步的优化与调整。 图 10 除霜出风口气流方向2. 2. 2. 5 侧除霜 /除雾风口布置除霜模式时， 除霜 /除雾风道的左 /右端应引导热气流吹向侧窗玻璃。除霜 /雾出风口的最佳位置是位于 A 柱区域或仪表台的外侧边缘， 如图 11 所示; 不宜将除霜/雾出口布置在侧窗玻璃以下的门饰内， 因为这样不能使气流完全覆盖整个侧窗玻璃。     图 11 侧除霜 /除雾出风口布置另外， 如果侧除霜 /除雾出风口布置在仪表台上， 则应尽可能地布置在仪表台的边缘， 以减小热气流的流通路径。          3 结论(1) 笔者通过常年对整车除霜 /除雾系统的问题研究， 总结了一些常见的问题现象和产生原因， 对指导设计和处理问题可以起到一定的帮助作用。(2) 影响除霜 /除雾的因素中， 风道和出风口设计问题是比较重要而且难以处理的， 一定要在设计初期充分利用 CFD 模拟计算进行验证， 避免后期整改带来的麻烦。(3) 从目前的整车技术水平发展来看， 传统的发动机余热采暖除霜除雾设计存在弊端， 新的除霜除雾安全装置存在很大的需求空间。 汽车资料 轻量化车身连接技术比较 2022-03-30 北美压铸协会高压铸铝技术规范手册 2022-06-15 压铸设计全套资料 2022-03-07 底盘零件可靠性设计开发流程 2021-01-07 特斯拉 Model 3材料特性表，含应力应变曲线 2021-01-02 比亚迪-秦PLUS 拆车bom 2020-12-29 整车CAE建模规范 2020-12-26 330页汽车NVH性能设计指南 2020-11-10 新能源车106项试验规范 2020-10-14 车辆操纵稳定性分析规范 2020-12-08

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