儀表臺出風(fēng)口設(shè)計及布置研究

黃偉，杜濤，張明，薛國銀，任德買

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

隨著汽車內(nèi)飾的不斷發(fā)展，消費(fèi)者早已不僅僅滿足汽車內(nèi)飾的基本功能需求，對內(nèi)飾的舒適性、可靠性和外觀提出了更高的要求。汽車空調(diào)作為汽車的一個最基本的配置，儀表臺風(fēng)口的結(jié)構(gòu)、風(fēng)量的分配以及風(fēng)口位置的布置關(guān)系到駕駛室的舒適性需求，已越來越被汽車工程師及消費(fèi)者所重視。

1 出風(fēng)口簡介

儀表臺出風(fēng)口大小以及布置直接影響了空調(diào)氣體的流向和流速，對駕駛員及乘客的舒適性有重要影響。

通常儀表臺有至少4個吹面風(fēng)口，2個吹腳風(fēng)口。如圖1所示，A、B、C、D為吹面風(fēng)口，E、F為吹腳風(fēng)口。吹面風(fēng)口通常兩兩對稱設(shè)計，左側(cè)兩風(fēng)口滿足駕駛員的使用需求，右側(cè)兩風(fēng)口則滿足副駕駛的使用需求。有些車型上吹面風(fēng)口又有區(qū)別，能夠通過葉片調(diào)節(jié)使氣流吹到駕駛員的上半身（頭部、胸部）稱為上身出風(fēng)口，能夠通過葉片調(diào)節(jié)使氣流吹到駕駛員全身（頭部、胸部、膝部）稱為全身出風(fēng)口。一般情況下要保證每側(cè)至少有一個全身出風(fēng)口，如圖 2所示 A、B為上身出風(fēng)口。

圖1

圖2

2 出風(fēng)口的結(jié)構(gòu)

2.1 外觀和材料

常見的出風(fēng)口有筒型和雙葉片型。筒型風(fēng)口結(jié)構(gòu)較為簡單，通常有一套可動的葉片和軸，整體可以繞軸旋轉(zhuǎn)。雙葉片型結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些，有兩套轉(zhuǎn)動的葉片控制Y向和Z向的風(fēng)向。

常見的風(fēng)口通常由葉片、撥鈕、撥輪、殼體等結(jié)構(gòu)組成。有些為了外觀的需求，還安裝了鍍鉻裝飾條。風(fēng)口通常為黑匣子件，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如拉桿機(jī)構(gòu)、風(fēng)門密封機(jī)構(gòu)由專業(yè)的供應(yīng)商設(shè)計完成。圖3為風(fēng)口的基本組成機(jī)構(gòu)。

圖3

出風(fēng)口的零件基本都為注塑成型，具體的材料參考如下：

面框、殼體：ABS+PC

曲柄連桿：POM

風(fēng)門、撥輪包膠：EPDM

葉片：PA6

風(fēng)門骨架：PP

鍍鉻裝飾條：ABS

2.2 詳細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù)

葉片數(shù)量：由風(fēng)口的尺寸和葉片的間距決定，葉片的數(shù)量=風(fēng)口尺寸/葉片間隙。

葉片尺寸要求：考慮的葉片的剛度，葉片的肉厚大多選擇2.8mm。長度則由風(fēng)口尺寸決定。

葉片間距：葉片間距會影響到對氣流的限制和渦流損失，一般要求在4mm到12mm之間。

3 出風(fēng)口面積和風(fēng)量的確定

單個吹面風(fēng)口的最小面積要大于4000mm2。圖4為一商用車的風(fēng)口面積參考。

圖4

從舒適性的方面來考慮，吹面的最大風(fēng)速希望在 7～10 m/s。而在一定的氣流流量下，出風(fēng)口有效開口面積=風(fēng)量/風(fēng)速，相應(yīng)地，對出風(fēng)口的開口面積有一個最低要求。 例如：空調(diào)系統(tǒng)的最大氣體流量是 532m3/h，最大氣流速度定位9m/s，那么最小的吹面風(fēng)口有效面積應(yīng)該為 532m3/h/ 9m/s=16420mm2。

圖5

風(fēng)量的分配采用平均原則，但可以考慮主駕駛優(yōu)先。圖5為某一商用車的風(fēng)量分配比例。

4 出風(fēng)口的位置和角度布置

4.1 出風(fēng)口位置的布置

出風(fēng)方向的要求：當(dāng)座椅在它的最后位置時，從左側(cè)風(fēng)口吹來的風(fēng)要求能調(diào)節(jié)到能吹到駕駛員的右側(cè)肩膀。從中間風(fēng)口吹來的風(fēng)要求能吹到駕駛員的左側(cè)肩膀和副駕駛成員的右側(cè)肩膀；從右側(cè)風(fēng)口吹來的風(fēng)要求能調(diào)節(jié)吹到副駕駛成員的左側(cè)肩膀。此原則可以通過CFD分析和實車進(jìn)行驗證。圖6為某商用車吹面CFD分析結(jié)果。

圖6

在座椅從最后位置往前滑動直到與儀表板表面相切的過程中，從中間風(fēng)口和兩側(cè)風(fēng)口出來的風(fēng)頂端要求能吹到99%的假人頭部的眼點區(qū)間，往下要求能吹到50%假人的大腿。當(dāng)風(fēng)吹到H點時，風(fēng)門要求能開啟50%，當(dāng)風(fēng)吹到眼點時，風(fēng)門開啟要求為80%。吹風(fēng)距離最大不得大于653mm。如圖7所示。

圖7

4.2 出風(fēng)口角度的布置

確定H,C,B1,B2,A點，1和2線。

H點：代表駕駛員臀部位置，由總布置來確定。

A點：代表駕駛員眼睛位置，眼球橢球軌跡中心，由總布置確定。

直線1：連接H，A點的直線。

直線2：與1線垂直，在H點上方325mm的直線。

B1點：代表駕駛員胸部右半部分，位于直線1和2交點的左邊75mm處。

B2點：代表駕駛員胸部左半部分，位于直線1和2交點的右邊75mm處。

C點：代表駕駛員膝蓋部分，H點垂直上方的125mm處。

見圖8。

圖8

檢查出風(fēng)方向角度。

對上身出風(fēng)口，確定A1,B1和U角。

A1角：上下方向，調(diào)節(jié)上身出風(fēng)口的出風(fēng)導(dǎo)向從正常狀態(tài)到A點所需的角度。

B1角：上下方向，調(diào)節(jié)上身出風(fēng)口的出風(fēng)導(dǎo)向從正常狀態(tài)到B1點所需的角度。

U角：A1和B1中的最大角度。

見圖9。

圖9

對全身出風(fēng)口，確定A2,B2,C2和T角。

A2角：上下方向，調(diào)節(jié)全身出風(fēng)口的出風(fēng)導(dǎo)向從正常狀態(tài)到A點所需的角度。

圖10

B2角：上下方向，調(diào)節(jié)全身出風(fēng)口的出風(fēng)導(dǎo)向從正常狀態(tài)到B2點所需的角度。

C2角：調(diào)節(jié)全身出風(fēng)口的出風(fēng)導(dǎo)向從正常狀態(tài)到 C點所需的角度。

T角：A2,B2和C2中的最大角度。

見圖10。

確定S1,S2角。

S1角：水平方向上，調(diào)節(jié)上身出風(fēng)口的出風(fēng)方向從正常狀態(tài)到A點所需的角度。

S2角：水平方向上，調(diào)節(jié)全身出風(fēng)口的出風(fēng)方向從正常狀態(tài)到A點所需的角度。

見圖11。

圖11

4.3 出風(fēng)口角度的評價標(biāo)準(zhǔn)

我們用BLK參數(shù)來評價駕駛員側(cè)出風(fēng)口的位置。

U=上半身風(fēng)口，此風(fēng)口主要負(fù)責(zé)對駕駛員的臉、胸部提供風(fēng)量。

T=全身風(fēng)口，此風(fēng)口主要負(fù)責(zé)臉、胸部以及膝蓋位置提供風(fēng)量。

BLK=從目標(biāo)點投射到出風(fēng)口時被方向盤擋住的面積與風(fēng)口面積的百分比。（此評價出氣流被方向盤遮擋的程度）

表1 評價標(biāo)準(zhǔn)

對出風(fēng)口的角度和方向進(jìn)行評價，評價標(biāo)準(zhǔn)：

表2

參考文獻(xiàn)

[1] 胡成臺.汽車空調(diào)出風(fēng)口及風(fēng)道設(shè)計[M].

[2] 曹渡.汽車內(nèi)外飾設(shè)計與實戰(zhàn)[M],機(jī)械工業(yè)出版社.