韓雪，張鑫杰，夏攀

重型卡車門護板除霜風道設計及優(yōu)化

韓雪，張鑫杰，夏攀

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對卡車舒適性、可靠性和安全性等方面的要求越來越高。除霜效果的好壞，直接影響著卡車的舒適性和安全性。針對某款車型門護板和邊界結(jié)構(gòu)，設計了注塑成型的門護板除霜風道。通過CFD分析驗證除霜效果，并根據(jù)分析結(jié)果進行風道結(jié)構(gòu)優(yōu)化。為后續(xù)門護板除霜風道的設計提供了思路和理論依據(jù)。

側(cè)除霜；風道；結(jié)構(gòu)；CFD分析

引言

冬天和陰雨天車外溫度較低的情況下，汽車內(nèi)人員的散熱及呼氣量會使汽車內(nèi)部溫度升高，汽車內(nèi)外溫差加大，造成風窗玻璃在車速及冷風的影響下開始結(jié)霜。這種情況下，如果除霜系統(tǒng)性能不好，玻璃就會成為盲區(qū)，影響駕駛員視野，對汽車行車安全造成危害。因此，車輛除霜性能是內(nèi)飾件設計過程中需要著重考慮的問題。

1 除霜風道概述

1.1 除霜原理

由除霜風道吹出的氣流在汽車玻璃內(nèi)表面形成一道熱風幕。其作用是將車內(nèi)的空氣與玻璃隔開，并通過對流以及輻射向玻璃內(nèi)表面散熱，使玻璃的內(nèi)表面溫度升高，從而除去風窗上形成的霜。

1.2 除霜風道的基本結(jié)構(gòu)

常見的重型卡車的除霜風道一般都由前除霜風道、側(cè)除霜風道、導風板、出風口格柵等組成。見圖1所示。

1.3 除霜風道常見結(jié)構(gòu)及工藝

常規(guī)情況下，除霜風道一般用PE吹塑而成，這種結(jié)構(gòu)的風道體積小，模具簡單、成型快、密封性好。特殊情況下，當受門護板造型和車門鈑金結(jié)構(gòu)限制，留給除霜風道的空間有限，無法布置吹塑風道時，也可采用PP材料添加一定比例的滑石粉注塑成型，與門護板扣到一起，形成一個封閉的腔體。

圖1 除霜風道結(jié)構(gòu)

2 側(cè)除霜風道結(jié)構(gòu)設計

2.1 邊界條件

側(cè)除霜風道布置于門護板和白車身車門鈑金之間，確保從前除霜風道引流過來的氣流可以吹到側(cè)窗玻璃正確的位置，并沿著側(cè)窗玻璃向上流動，盡可能覆蓋視野區(qū)域。因此側(cè)除霜風道結(jié)構(gòu)設計時，需要考慮的邊界條件主要有白車身車門鈑金、門護板、側(cè)窗玻璃等。

2.2 除霜區(qū)域劃分

風道設計之前，需要將駕駛室地板、座椅、儀表臺、側(cè)窗玻璃、后視鏡等數(shù)據(jù)搭建完整，由人機工程師確定駕駛員視野范圍，進而得出側(cè)除霜區(qū)域。見圖2所示。

圖2 側(cè)除霜區(qū)域

2.3 風道設計

收到門護板CAS面、白車身車門鈑金、車門進風口、側(cè)除霜區(qū)域等輸入條件以后，就可以開始風道設計了。風道設計時，要求走向盡量平滑，避免出現(xiàn)急劇收窄或者變大的結(jié)構(gòu)。截面形狀盡量規(guī)整，避免出現(xiàn)異形截面。

由于門護板與白車身車門內(nèi)鈑金之間Y向距離較小，而吹塑風道需要一定的Y向尺寸為風道走向變化提供空間。因此經(jīng)過分析，風道結(jié)構(gòu)采用PP材料注塑而成，與門護板螺釘連接，形成空腔。氣流從車門進風口進入空腔，受導風板和風道壁的導向作用，從門護板出風口吹到側(cè)窗玻璃的正確位置，達到除霜效果。初版除霜風道見圖3所示。

圖3 初版風道結(jié)構(gòu)

3 CFD仿真分析

傳統(tǒng)的除霜風道設計主要依賴經(jīng)驗，該方法無法知道除霜風道內(nèi)的空氣流動情況，使得除霜風道的優(yōu)化過程沒有理論可以依照，必須通過試驗測量以后才可以知道優(yōu)化后風道的除霜性能的好壞。所以傳統(tǒng)的除霜風道設計方法不能為問題整改提供依據(jù)。甚至需要反復試制和測試，增加車輛開發(fā)成本，延長開發(fā)時間。而CFD分析能夠得到詳細的流場信息，不但可以驗證設計的合理性，也可以為改進設計提供依據(jù)。能夠大大縮短開發(fā)時間，大幅降低開發(fā)成本。

3.1 輸入條件

參照重型卡車使用工況和以往實際試驗數(shù)據(jù)，進行CFD仿真分析時，環(huán)境溫度設置為-18℃，入口流量為510m3/h，溫度曲線如圖4所示：

圖4 溫升曲線

風量分配見表1所示：

表1 風量分配表

除霜要求：

a:40min除去駕駛員側(cè)側(cè)窗A區(qū)的100%；

b:40min除去副駕駛員側(cè)側(cè)窗A區(qū)的100%。

3.2 分析結(jié)果

CFD分析結(jié)果顯示，角窗處出風口平均風速比后窗出風口平均風速高41%，風速分析結(jié)果見圖5。

圖5 風速分析結(jié)果

根據(jù)圖2可知，主駕的A、B區(qū)位于后窗，副駕的A、B區(qū)位于角窗。因此對于除霜結(jié)果最直接的影響，就是角窗實際風量大于后窗，駕駛員A區(qū)和副駕駛C區(qū)的40分鐘除盡率分別為57.4%和60.1%,不滿足要求。除霜效果云圖見圖6所示。

圖6 除霜效果云圖

4 風道結(jié)構(gòu)優(yōu)化

從CFD分析結(jié)果來看，角窗處出風口的風量比后窗大，根據(jù)劃分的視野區(qū)域來看，主駕的A、B區(qū)在后窗，副駕的A、B區(qū)在角窗。因此進行風道結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，左、右風道不能依照常規(guī)做成對稱件。主駕側(cè)風道結(jié)構(gòu)要求后窗出風量更大，副駕側(cè)風道結(jié)構(gòu)要求角窗出風量更大。

4.1 優(yōu)化方案

4.1.1主駕側(cè)風道優(yōu)化方案

主駕側(cè)風道優(yōu)化時，需要重新進行風量分配，將風量更多的引到后窗去?？梢栽诮谴疤幵黾訉эL板，減少角窗流量分配。同時將后窗處風道壁收窄，使氣流在此處的流向盡量直吹A(chǔ)、B區(qū)。同時，需要增大門護板上后窗出風口的尺寸。優(yōu)化后的主駕側(cè)風道見圖7。

圖7 優(yōu)化后的主駕側(cè)風道

4.1.2副駕側(cè)風道優(yōu)化方案

由于副駕的A、B區(qū)位于角窗，優(yōu)化前的風道結(jié)構(gòu)角窗風量大，已經(jīng)可以滿足副駕A、B區(qū)的除霜需求。因此副駕風道不需要再增加隔板將風量分配到后窗，只需要增加門護板后窗出風口的尺寸，使后窗氣流能夠沿著后窗玻璃更多的向上流動，最大限度的覆蓋C區(qū)。

4.2 優(yōu)化結(jié)果及對比

對優(yōu)化后的左、右風道重新進行CFD分析，輸入條件相同。分析結(jié)果顯示，主副駕的氣流趨勢基本合理，基本可以覆蓋整個視野區(qū)。視野區(qū)的駕駛員A區(qū)的40min除盡率為100%，副駕駛C區(qū)的除盡率為74.3%。除霜效果比優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)均有很大提升，滿足除霜要求。優(yōu)化前后的除霜效果對比見表2，除霜云圖見圖8。

表2 優(yōu)化前后的視野區(qū)40min除盡率對比

5 總結(jié)

文章針對門護板和白車身車門鈑金結(jié)構(gòu)的特殊性，摒棄傳統(tǒng)的吹塑結(jié)構(gòu)風道，設計了一種利用注塑工藝成型的風道。并對風道結(jié)構(gòu)進行CFD分析，針對分析結(jié)果，對風道結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，驗證了優(yōu)化效果。為后續(xù)門護板除霜風道設計提供了思路和依據(jù)。

[1] 鐘凌.淺析汽車空調(diào)除霜風道設計.[J]汽車零部件,2015年第3期.

[2] 李朔.儀表板除霜風道設計.[J]機械,2017年第10期.

[3] 孫剛,徐海港.某車型除霜性能CFD優(yōu)化分析.[J]農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2016年第6期.

Design and Optimization of Defrosting Duct for Heavy Truck Door Guard

Han Xue, Zhang Xinjie, Xia Pan

（Automotive Engineering Research Institute, Shaanxi Heavy-duty Automobile Co., LTD, Shaanxi Xi'an 710200）

With the rapid development of social economy, people are demanding more and more on truck comfort, reliability and safety. Defrosting effect the quality of the truck directly affects the comfort and safety of the truck. According to the door guard plate and boundary structure of a certain vehicle model, an injection molded defrosting air duct for the door guard plate is designed. Through CFD analysis, the defrosting effect was verified and the air duct structure was optimized according to the analysis results. It provides the train of thought and theoretical basis for the subsequent design of defrosting duct for door guards.

Side defrosting; Air duct; Structure; CFD analysis

A

1671-7988(2019)18-61-03

U463.85+1

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1671-7988(2019)18-61-03

U463.85+1

韓雪，就職于陜西重型汽車有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.021