一種新型儀表板前除霜風道結構探討

陳其亮，姜建，魏愛思，葉永亮

(寧波吉利汽車研究開發有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

隨著汽車產業的高速發展，人們在追求靚麗的車身外形、澎湃動力、精美內飾的同時，對安全越來越重視，其中儀表板前風擋玻璃除霜除霧效果的好壞直接影響駕駛員的能見度以及行車時候的前方視野，特別是在冬天寒冷的東北地區尤為重要,GB 11555-2009《汽車風窗玻璃除霜和除霧系統的性能和試驗方法》中有明確規定。除霜除霧要在規定的時間內達到規定的效果。

1 儀表板前除霜的設計要求

1.1 儀表板前除霜風道目標點的確定

(1)設計最靠后的人體模型點H[1]，如圖1所示。

(2)建立 95%的人的眼球區域的二維眼橢圓[2]，如圖1所示。

圖1 95%的人的眼球區域的二維眼橢圓

(3)建立一個平面，其與二維眼橢圓下部相切，與水平方向成α角。這個平面在垂直截面的投影參考直線與風擋玻璃在垂直截面中的交點來確定除霜器的氣流方向與風擋玻璃的交點[2]。與水平向下成α角的平面由圖1和表1確定。

表1 點H距離和α角的關系

1.2 儀表板前除霜風口角度確定

(1)儀表板前除霜風口與前風擋夾角在20°～30°之間。

(2)儀表板前除霜風道吹風中心到前除霜目標點的距離應不小于80 mm，如圖2所示。

(3)儀表板前除霜風口與前風擋的水平距離應為45～100 mm[3]，如圖2所示。

1.3 儀表板前除霜風口的尺寸及開口面積

儀表板前除霜風口的尺寸及開口面積要求為：前除霜Y向開口長度≥前擋風玻璃基底寬度的80%；中小型車儀表板前除霜風口的開口面積≥9 600 mm2；大型車儀表板前除霜風口的開口面積≥1 290 mm2；重卡車前除霜風口的開口面積≥16 000 mm2。

圖2 儀表板前除霜風道吹風中心到前除霜目標點的距離

2 儀表板前除霜風道的結構形式

2.1 強制排風型除霜風道結構形式

強制排風型除霜風道為一個倒置的帽子結構，與IP骨架采用振動摩擦焊進行焊接[4]，截面積不小于4 000 mm2。

2.2 魚尾型除霜風道結構形式

魚尾型除霜風道的出口長度不小于35 mm，風道的出口面積不小于進口面積的50%，內壁應光滑，側壁不可沒有阻擋氣流的結構[5]。

3 現有儀表板前除霜風道的設計結構及缺點

3.1 現有儀表板前除霜風道的設計結構

儀表板除霜風道是每輛車所必備的功能件，目前市場上大部分車型為多件組裝在一起。從而導致儀表板內部零件布置空間不足、零件數量多、質量比較大等問題[5]。已上市車型中有類似結構如圖3所示。

圖3 已上市車型除霜風道結構

3.2 現有儀表板前除霜風道的缺點

(1)現有儀表板除霜風道總成的數量過多，儀表板前除霜風道總成的數量達到了5個，數量過多導致儀表板總成質量過大，零件成本增加[6]。

(2)儀表板前除霜風道是卡接或螺釘安裝，零件一致性不好。

(3)儀表板內部零件多，布置空間緊湊,后續零件間摩擦容易產生異響，如圖4所示。

圖4 現有儀表板前除霜風道結構

4 新型儀表板前除霜風道結構優化設計及分析

4.1 新型儀表板前除霜風道結構設計特點

(1)針對儀表板除霜風道數量問題，除霜風道數量由5個零件減少到2個。

(2)針對零件減重問題，儀表板除霜風道質量能降低15%。

(3)針對零件一致性問題，由于儀表板除霜風道采用焊接，能提高零件一致性[7]。

(4)針對儀表板內部零件布置空間問題，前除霜風道采用焊接(超聲波/振動摩擦焊接)到儀表板本體上，相對螺釘安裝能有效節省內部空間，從而改善儀表板內部零件布置空間，減少后續儀表板內部零件摩擦產生的異響問題[7]。

4.2 新型儀表板前除霜風道結構設計方案

儀表板前部風道由以下部件組成，如圖5所示。

對儀表板前除霜風道斷面結構進行圓滑過渡處理，調整風道的轉折半徑[8]、最大限度的消除風道內部的渦流，同時加大除霜風霜風道導風距離(由原來30 mm加大到42 mm)，如圖6所示。

圖5 新型儀表板前除霜風道結構設計圖

圖6 改進儀表板前除霜風道結構

優化儀表板前除霜風道結構，即把儀表板除霜上面板、左側除霜風道、右側除霜風道和儀表板上本體焊接加強板合并成一個零件，如圖7所示[9]。

優化儀表板前除霜風道內部導流片外漏，即去掉除霜風道內部導流片、采用格柵葉片左右導風，如圖8所示[10]。

儀表板前除霜由除霜下面板采用超聲波焊接到除霜下面板上，除霜上、下面板采用振動摩擦焊接到儀表板上本體上，如圖9所示。

圖7 優化儀表板前除霜結構示意圖

圖8 優化儀表板前除霜風道內部結構

圖9 新型儀表板前除霜焊接流程

5 結論

新型儀表板前除霜風道結構優化設計完成后提交到熱管理部門進行CFD分析，經熱管理部門的CFD分析，此新型儀表板前除霜風道符合GB 11555-2009《汽車風窗玻璃除霜和除霧系統的性能和試驗方法》[10]中的規定，如圖10—圖11所示。并在后續車型量產階段的實車驗證中優于國標的要求，且該公司后續開發車型都采用此結構。

圖10 新型儀表板前除霜CAE分析結果

圖11 新型儀表板側除霜CAE分析結果