某出口右盤輕型載貨汽車空調系統項目開發總結

杜天義， 趙 地

（江鈴汽車股份有限公司， 江西 南昌 330001）

1 N698開發背景、 開發原理及開發目標

1.1 開發背景和開發原理

N698是在現行左盤凱運車， 一款基于日本五十鈴NKR車底盤技術自主開發駕駛室的輕型載貨汽車（以下簡稱J116） 基礎上開發而成， 它是為滿足出口右盤車的市場需求而進行開發的。 其空調系統開發原理為： ①因轉向盤右置， 駕駛室部分及駕駛室部分鏡像開發而重新開發； ②蒸發器 （芯體、 殼體及溫控器的位置）、 鼓風機 （電動機及殼體）、 暖風機 （僅殼體）、 控制面板、 風管等重新開發； ③底盤部分暖水管走向及固定形式、 空調管走向及固定形式重新開發， 以改善老車型干涉等風險。 其開發總原則為： 以J116車為基礎， 在不影響產品性能和可靠性的前提下， 盡可能借用或參考現有J116車型的成熟空調系統部件或結構， 盡可能利用江鈴汽車已有的配套體系和零部件， 從而保證新產品的可靠性和經濟性。

1.2 開發目標

N698空調系統開發目標為： ①采用優化設計方法， 在保證空調系統其它性能的基礎上， 優化除霜設計； ②現有J116車空調系統存在問題， 在充分考慮到成本和周期的情況下進行適當改進； ③空調系統整體目標不低于J116車 （標桿車）。

2 空調系統的開發內容和布置形式

2.1 開發內容

1） 空調制冷性能指標同J116車，制冷量為3 500 kcal/h； 暖風系統換熱量約為4600W （風量380 m3/h、進水流量6L/min）。

2） 空調系統制冷劑選用R134a， 一種對臭氧層無破壞作用、 溫室效應影響小的制冷劑。

3） 根據轉向盤及儀表板的右置設計全套風管部件重新進行設計布置， 使氣流布置合理， 滿足系統的性能要求， 并滿足除霜、 除霧的國家標準。

4） 鼓風機、 蒸發器及暖風機這3個總成， 基本參照J116凱運車的布置形式及性能指標開發。 其中鼓風機進風口的形狀及尺寸重新設計， 使氣流行程更加合理高效； 暖風機電動機重新開發 （順時針旋向）， 殼體外形結構、 風機的冷卻形式、 風門機構及安裝形式參照J116并做相應的對稱； 借用暖風機散熱芯體， 重新開發暖風機殼體； 蒸發器總成的制冷芯體大小不變 （同J116）， 但對制冷劑在芯體的流程 （制冷劑在芯體中的流通順序） 通過試驗后進行調整， 并采用新技術來優化溫控器溫度控制點的位置， 塑料殼體做調整性對稱及加強設計。

5） 底盤部分則因壓縮機處駕駛室地板降低，更改了空調管路的布置及自身的結構， 根據駕駛室能否翻轉的原因開發了2套不同的空調管路及支架。

6） 根據發動機型號及發動機進氣布置位置的不同， 重新設計布置了暖水管的走向， 重新開發了暖水管支架， 優化了暖水管與暖水閥干涉的問題。因儀表板的對稱開發， 重新優化了暖水管拉絲的走向， 重新開發了多股拉絲的新控制面板。

2.2 布置形式

2.2.1 HVAC布置

HVAC （Ventilation and Air Conditioning， 供熱通風與空氣調節， 包含暖風裝置、 空調裝置和通風裝置） 的布置如圖1所示。 HVAC部分根據暖風機中心在車身Y0位置 （參見QC/T490—2000 《汽車車身標準》 的第6.9節） 做鏡像開發。 由于N698空調系統性能目標為不低于J116車型， 因此采用了與J116類似的HVAC布置形式， 但做了以下改進。

1） 整個HVAC相對于車身Y0做了對稱開發，HVAC殼體全部重新開發。

2） 將蒸發器芯體的流程調整， 并采用新技術（紅外拍照感溫） 來優化溫控器溫度控制點的位置，在芯體大小不改變的情況下優化了制冷性能 （后面試驗得到了驗證）。

3） 鼓風機電動機重新開發， 電動機轉動方向改為順時針 （因布置形式改變必須改為順時針）。

4） 蒸發器管路加長 （便于總裝裝配時蒸發器管路與底盤空調管路裝配對接）。

5） 暖水管用黑色橡膠包裹 （外漏部分包裹起來， 與車身的內飾保持協調）。

6） 蒸發器上固定ECU支架的殼體支座加高3 mm（ECU安裝時與殼體增加間隙， 避免干涉）。

2.2.2 空調風道布置

空調風道布置如圖2所示。 風道 （風管） 部分根據儀表板變化基本上也做鏡像開發。

由于項目造型的要求， 風管出風口位置及風管出風的角度沿用了J116的角度。

2.2.3 空調管路布置

空調管路布置如圖3所示。 根據蒸發器位置變化、 壓縮機位置車身高度變化以及考慮優化J116空調管路的要求， 重新布置空調管路部分。

1） 由于駕駛室對稱開發時座椅的變化， 壓縮機處車身鈑金件下降， 壓縮機與車身鈑金距離減小， 選擇壓塊結構， 將高低壓管做成一個合件， 管路從側面引出。

2） 高低壓管合件固定支架前期設計時采用懸臂結構， 后期耐久試驗出現斷裂后改為目前的加強結構。

3） 前端管線 （包含其它系統的管線） 經過4輪的優化， 改為目前的狀態， 目前間隙及裝配效果都很好。

4） 優化過程中， 充分考慮管路與壓縮機及鈑金的間隙問題， 避免了與壓縮機、 儲液罐、 車身干涉的風險。

3 項目經驗總結

3.1 設計階段應加大投入

項目設計階段應該投入更多精力， 避免后期整改及設計變更工作量過大。 項目設計階段投入精力不足主要表現為： 項目開展前期在掃描數模及建模過程和電子樣車評審過程中， 技術人員對方案及數模布置參與力度不足， 數模及方案評審把關不足。其原因主要有： ①個人參與項目經驗不足， 系統級別的電子樣車評審力度不足； ②項目無專門的人員進行整車性質的電子樣車布置評審把關； ③時間和精力不足 （項目開展前期， 同時參與幾個項目， 其中有項目處于關鍵的投產前的設計改進期等）； ④雖然總裝和質量部門參與了相關的總裝生產工藝評審， 但評審的力度不夠。

這樣一來， 產生的直接影響包括： ①導致后期大量的設計變更 （對原設計內容進行修改、 完善、優化）， 專用件 （針對某種具體車型重新開發的零部件） 數目增加； ②空調系統布置方案不太合理；③靜態評審不充分導致后期裝配多處發生干涉而變更設計 （部分原因是零部件問題造成， 這部分也是評審中空調零部件與其它系統零部件間隙過小的原因；） ④整車耐久試驗中出現幾個N698車的專有問題， 比如空調部分空調管支架 （壓縮機位置處） 斷裂、 空調軟管與駕駛室地板干涉等； ⑤增大了后期優化及改進工作量。

3.2 深入分析除霜問題

因項目前期安排CAE公司對空調系統的除霜效果進行過CAE分析， 認為空調除霜試驗可以通過， 而在實際的工裝件裝車進行除霜環模試驗 （在高低溫室內模擬低溫的路況對整車進行除霜試驗） 后才發現離國標的要求還差很遠， 甚至比標桿車J116差距明顯， 于是花費了大量人力與物力對除霜進行整改。

從中總結的教訓如下： ①前期應該堅持本系統零部件開發要求 （SDR要求）， 如圖4和圖5所示。設計初期一開始就提出將儀表板出風口位置后移的方案， 風管角度能夠更加優化， 使風能夠吹得更高（A、 B區）， 但是由于牽涉到儀表臺造型的更改而沒有采用。 ②CFD分析 （運用計算機對流體進行模擬分析） 與試制樣件進行試驗同步結合。 國內的CFD分析需與實際的數模制作RP件 （快速成型件， 可用來模擬裝配及進行試驗分析） 安排除霜試驗相結合， 因為目前國內CFD分析公司對空調部分參數設定并不專業。 ③試驗前期的準備工作非常重要。N698項目本人參與除霜試驗有7次， 因為前期的準備工作不到位， 試驗不得不終止甚至失敗了幾次。其中準備工作包括： 清洗車輛； 檢查駕駛室氣密性； 更換機油濾清器、 機油、 低溫柴油； 檢查暖水管路、 風管密封狀態； 檢查暖風系統工作狀態， 使空調暖水閥門處于通路狀態 （防止冷卻液凍住）；準備油漆筆和衣服等。

3.3 深入探討空調通風管開發方式

一直在追趕項目進度是對通風管設計開發的最大感受。 根據儀表板的造型， 通風管設計時左右做了鏡像開發， 在某家分析公司進行CFD分析時就發現左右4個出風口分風不均， 實際RP件臺架試驗 （模擬整車的情況在臺架上進行試驗） 測試風速也不均。因前期理論分析的主要精力都用在除霜方面分析，所以沒有繼續進行理論計算。 而主要是由項目制作RP件來反復調整風管的內部結構。 由于RP件材質特別脆， 整改破壞后再利用的機會很小， 直到制作了3批RP件才最終將風速調勻。 為滿足工裝件開模和裝車， 耗時2個月在試驗室進行RP件改制和試驗。

圖6為通風管設計的兩種驗證方式。 風管設計應該強化CFD分析和安排RP件驗證兩種方式， 并在風管開模之前同時完成。

3.4 空調管路設計變更頻繁原因分析

在目前主機廠開發過程中， 空調管路都為空調系統設計變更最頻繁的部件， N698項目也不例外。本項目變更的原因主要有以下幾點： ①避讓排氣制動閥管路和閥體； ②避讓儲液罐； ③避讓白車身；④配合整個底盤的管線重新優化； ⑤壓縮機固定支架在耐久試驗中斷裂后重新設計固定方案導致管路變化； ⑥駕駛室翻轉軸上固定方式的優化； ⑦制冷劑加注閥和視液鏡位置的調整； ⑧蒸發器連接處外露管路長度的調整； ⑨軟管長短的調整； ⑩避開壓縮機。 其中帶翻轉的空調管路設計變更了6次， 不帶翻轉車型空調管路設計變更了5次。

空調管路的最終設計要達到以下幾點： ①解決耐久試驗中出現的干涉、 斷裂問題； ②解決總裝裝車出現的裝配困難； ③使管路順暢、 清晰， 盡量滿足公司規定的管線布置要求。

如何避免管路后期設計變更過多， 個人認為主要注意以下2點： ①需要在每個項目里面加入資深的總布置人員， 在管線布置前期對各種底盤的管線進行統籌處理 （國外比較成功的經驗就是底盤管線的系統化、 平臺化設計）； ②培養每個工程師的CAE分析能力， 在設計管路支架時采用CAE分析， 模擬管路支架的實際工作工況， 可將耐久問題最小化。

3.5 臺架試驗、 環模試驗及耐久試驗在系統開發中的重要應用

臺架試驗要嚴格要求， 保證零部件的品質。 項目發布D圖 （Design Drawing， 設計階級圖紙） 時，伴隨著DVP （Design Verification Plan & Report，設計驗證計劃及報告） 和DFMEA （Ddsign Failure Mode and Effects Analysis， 設計失效模式和影響分析） 同時發布。 對所有專用件按照要求發布資料，對供應商提供的臺架報告給予嚴格審核。 在此項目中， 印象較深刻的是對鼓風機的耐久試驗標準中，有一項電刷的耐久磨損量的臺架試驗方法及時間爭論較大。 在經過嚴格的臺架試驗后， 零部件自身基本沒出問題。 多次進行環模試驗， 保證系統目標達成， 項目雖小， 但是空調系統通過公司的空調屬性（空調系統性能） 簽發。 分別針對駕駛室單、 雙排左右盤車分別進行除霜及降溫的多次對比試驗， 保證系統達到了設定目標。

此項目遺憾之處在于： ①由于項目原因， 前期半工裝件及手工樣件 （均可實現功能） 樣車只有2臺， 后期天氣情況不適合進行道路試驗； ②沒有進行車內噪聲影響評估、 整車熱氣候主觀駕評和整車道路降溫試驗。 后期整車屬性工程師駕評反映N698空調系統性能優于J116車， 順利通過屬性簽發。 關鍵之處在于優化了蒸發器芯體的性能 （下面會重點介紹）。 耐久試驗標準及需關注的重點清單的制定也很重要。 耐久試驗解決了不少前期設計中出現的問題， 為設計提供了修正和驗證的機會。 空調高低壓管支架和高低壓管斷裂給我留下了深刻印象， 分析原因是由于結構設計不合理 （管路懸臂過長、 支架懸臂過長、 管夾設計不牢固） 導致的。 后期涉及的支架也是通過工裝 （全部專用件為開模零部件）車輛耐久驗證滿足的。

3.6 蒸發器芯體新技術的采用

主要是通過改變蒸發器芯體流程的變化、 熱成像儀熱力圖的使用、 蒸發器進出管在集流管上位置的變化， 來優化蒸發器芯體的散熱性能 （適當地增加了冷媒阻力和通風阻力)， 因涉及到技術機密， 這里不作詳細解釋。 臺架試驗顯示N698車優于J116車。 通過新老芯體的臺架試驗數據對比， 特別是在中低風速3 m/s時 （皮卡車和輕型載貨汽車常用風速） 性能提高很多。 因為流程的細化使冷媒分布更均勻， 特別是在中低風速時， 不會造成冷媒換熱一塊多一塊少、 小部分完全換熱達到過熱度、 部分冷媒流出蒸發器還沒有吸熱等現象， 并使冷媒在芯體內部流動更均勻， 提高換熱效率， 減小吹風面熱力圖溫差， 使乘員感覺更舒服。 環模試驗和整車駕評顯示空調系統降溫效率N698車均優于目標車輛J116車 （在鼓風機風量稍小的情況下）。

3.7 風管與儀表板裝配問題經驗總結

裝車過程中發現的問題主要有： ①除霜口通風管與格柵不配合； ②風管上鉚接鐵支架角度偏差較大； ③右小風管與右導風管連接處漏風； ④右小風管與右端蓋板裝配配合較難。 風管的整改時間經過了2年， 中間還經歷了更換供應商， 物料難滿足項目進度的艱難過程。 在項目開展前期， 專門針對N698問題制作了風管專用件清單用于跟蹤風管的整改， 要求廠家定期給予反饋。

其經驗教訓總結如下： ①風管屬于空調專用件里面看似較容易， 實際需要較精確的部件， 需要選擇技術實力和生產能力很好的廠家。 ②風管前期除了需要滿足空調系統的功能要求 （CFD制作RP件驗證功能和裝配）， 還需要對風管及鉚接支架進行生產工藝分析， 電子樣車多次評審。 ③風管的模具、檢具、 工裝等必須保證與數模一致， 如后期需要更改再調整。 ④風管的模具材料、 工藝必須滿足項目立項車輛數量的需要， 避免模具重開。 ⑤建立數模、 修改數模時要考慮模具較容易實現的方案， 風管數模需要多次評審， 評審中請模具制造商、 供應商一起參與。 ⑥要深刻認識風管與儀表板2個零部件的關系， 因為多次發生無法判定哪個零部件不合格的情況。 要求儀表板符合儀表板骨架的檢具， 風管符合風管的檢具后， 假如需要調整風管 （風管較小的原則）， 需要穩定儀表板數據。

3.8 技術資料的有效總結和梳理

在整個項目進行中， 對技術資料進行有效更新， 明細表和專用件管理表、 增減件清單隨時更新， 在項目后期， 對整個項目開發中的技術資料進行了有效總結和梳理。 其主要表現如下。

1） 空調管路數模更新及時。 空調管路雖然設計變更了五六次 （大的調整一次）， 但是沒有一次是因為數據的原因而進行的。

2） 借鑒老風管失敗的經驗。 在充分分析老的風管數模及實際出現的裝車問題后， 空調風管的重新開模的數模在電子樣車上組織小組評審及修改5次， 請專家和模具廠評審2次， RP件實體評審1次，雖然花的時間和精力較多， 但考慮到能把以前風管出現的問題都避免， 還是非常值得的。

3） 借鑒福特汽車的DVP （設計驗證計劃） 要求和老工程師保留的DVP 資料。 DVP 嚴格參照FORD的標準， 并考慮N698車的實際要求編寫。 對供應商提供的臺架報告及試驗部分進行的整車試驗部分嚴格要求， 除了壓縮機安裝支架設計不合理斷裂以外， 未出現其它大的問題和風險。

4） N698整車空調環模試驗、 整車除霜試驗資料保存良好。 因以前沒保存J116單、 雙排的試驗數據， 而N698的系統目標是不低于J116車型， 所以N698車型整車空調環模試驗、 整車除霜試驗效果優于J116車型的試驗效果， 才符合項目屬性部門前期制定的目標， 從而得到順利簽發。

5） 空調系統較大的品質整改和設計變更都在AIMS （江鈴開發的一款項目問題管理系統） 上有記錄， 后期追溯性較好。

6） 圖紙和數模全部更新到最新狀態。

7） 保留完整的空調系統可靠性試驗報告。

完成9 000 km壞路耐久試驗后， 空調系統功能正常， 只是空調控制面板暖風拉絲回彈， 后來優化成為多股拉絲控制面板后， 所有功能正常。

4 結束語

隨著中國汽車產業海外市場拓展的腳步加大，越來越多的右盤車市場將被打開， 汽車空調作為一個舒適性的指標將越來越受到海外消費者的關心。開發海外出口空調系統除了應該在國內原型空調的基礎上加以優化， 也需要滿足出口國家對環境溫度、 除霜等不一致的特殊差異化的要求。 另外， 良好的空調性能也能成為一個很好的賣點。

［1］ 方貴銀， 李 輝. 汽車空調技術［M］. 北京： 機械工業出版社， 1993.

［2］ 陳江平， 牛永明， 穆景陽， 等. 轎車空調風道的計算流體動力學分析［J］. 汽車工程， 2002， （2）： 134-136.

［3］ 李和平. 制冷技術［M］. 上海： 上海交通出版社， 1989.

［4］ 劉寶山. 制冷系統設計手冊［M］. 北京： 北京大學出版社，1988.

［5］ 李 芳. 傳熱學［M］. 南通： 南通大學出版社， 1990.

［6］QC/T490—2000， 汽車車身標準［S］.