發布時間：2020-07-16所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：汽車安全駕駛需要良好的視野。為了保證駕駛員良好的駕駛視野，空調設計時需要充分考慮前擋風玻璃除霜問題。本文以某重型汽車為案例，詳細介紹了駕駛室除霜的性能要求、視野區劃分、風溫曲線獲取，并通過試驗對除霜性能進行驗證。 關鍵詞：視野區、CFD
摘要：汽車安全駕駛需要良好的視野。為了保證駕駛員良好的駕駛視野，空調設計時需要充分考慮前擋風玻璃除霜問題。本文以某重型汽車為案例，詳細介紹了駕駛室除霜的性能要求、視野區劃分、風溫曲線獲取，并通過試驗對除霜性能進行驗證。
關鍵詞：視野區、CFD分析、風量分配、試驗
前言：
隨著汽車產業的快速發展，世界范圍內車輛的保有量逐年增加，道路上的汽車也越來越多，人們對安全駕駛越來越關注。良好的駕駛視野對安全駕駛來說至關重要，而駕駛視野又受到空調除霜性能的影響，前擋風玻璃的除霜性能成為空調設計過程中需要考慮的重要因素。
性能要求
1.1前風窗玻璃
試驗開始后40min，C區域有95%完成除霜;
試驗開始后40min，A區域有80%完成除霜。
1.2側窗玻璃
試驗開始后40min，各視野區域有95%完成除霜。
視野區劃分
2.1前風窗視野區劃分
A區和C區劃分，見表1。
A區和C區的確定以SAE J941規定的眼橢圓為基準，按照SAE J198表1中的“卡車、CBEandCAE”的角度要求確定。
2.2側窗視野區劃分
根據眼橢圓及后視鏡，補盲鏡布置位置劃分側窗玻璃視野區。
CFD模式分析
3.1目標
3.1.1除霜分量分配比例
前擋風玻璃風量比例80%±4%，左側窗玻璃風量比例10%±2%，右側窗玻璃10%±2%，前擋玻璃主駕區域風量大于副駕區域風量;
3.1.2除霜面積要求
除霜進行40min時，前擋玻璃C區除霜面積95%，前擋玻璃A區除霜面積80%，側窗玻璃視野區除霜面積95%;
3.1.3視野區玻璃表面平均風速
視野區玻璃表面平均風速≥1.8m/s;大于2m/s風速區域面積不小于75%;
3.1.4各出風口風速
前擋玻璃各出風口風速為3m/s-12m/s，大于5m/s風口占比不小于80%;主駕側平均風速大于副駕側。
側窗玻璃出風口風速≥7m/s;
3.1.5溫度分布
除霜進行40min時各視野區玻璃平均溫度≥28℃;
3.1.6除霜風落點
前擋玻璃各風口吹風落點距A區下沿距離≤150mm，
側窗玻璃吹風落點應在兩個視野區中間位置;
3.2輸入
3.2.1空調箱溫升曲線
空調箱溫升曲線為CDF進行除霜分析的重要邊界條件，影響空調出風口溫升曲線的因素有發動機溫升、發動機冷卻液流量和空調箱制熱性能，其中發動機溫升和冷卻液流量受限于發動機轉速。獲取溫升曲線可以按照以下方法：
3.2.1.1對標分析
按照除霜試驗方法，對對標車型進行除霜試驗，測量空調箱除霜出風口溫度，根據此測量值形成溫升曲線進行CFD分析。
3.2.1.2臺架實驗測量法
根據除霜試驗條件，在-18℃下發動機轉速為5min怠速，10min50%功率轉速，20min90%功率轉速，由發動機廠家按此條件提供發動機水溫上升曲線，并提供不同轉速下的暖風水流量。根據發動機溫升曲線和水流量由臺架試驗測量空調箱出風口溫度。
3.2.1.4分析擬合法
前期設計中無法進行實驗，只有通過計算和CFD模擬分析來得到溫升曲線。可以參考以下步驟來獲取同款發動機的溫升曲線：
發動機溫升曲線可以參考同款發動機的溫升數據;
根據發動機性能、冷卻模塊數據、暖風管路數據等信息進行CFD分析得到不同轉速下的暖風水流量;
根據得到的發動機溫升、暖風水流量、空調箱數據進行分析計算得到空調箱出風口溫升曲線。
3.2.2空調箱風量
空調箱除霜風口風量是CFD進行除霜分析的重要邊界條件，但通常除霜CFD分析時不考慮除霜風道的風量損失，所以提供風量參數時需要考慮除霜風道的風量損失。
通常空調箱增加除霜風道后風量損失在10%-20%之間，分析時可按損失15%來計算。
3.3輸出
根據3.1的目標值輸出相關分析結果。
4除霜試驗準備
4.1空調箱狀態確認
除霜試驗前需要對空調箱狀態進行檢查確認，主要包含以下內容：
制熱性能滿足要求——臺架試驗報告
除霜風量滿足條件——臺架試驗報告
除霜模式下其他風口漏風量滿足要求——臺架試驗報告
空調箱裝配完后，各風道接口處密封良好，不漏風——車上裝配實驗效果檢查
空調箱無卡滯異響等其他問題——開啟空調檢查
4.2整車狀態確認
整車狀態確認包括以下項目：
發動機水溫上升正常，未達到節溫器開啟溫度時冷卻風扇不工作
駕駛室密封性良好，62.5Pa時泄漏量≤180CFM
空調工作正常，風量、溫度、內/外循環、模式等調節正常
測量各風口風速滿足要求
測量視野區玻璃表面風速，視野區平均風速≥1.2m/s
檢查暖風管路無凹憋，水路循環正常，水閥開啟正常
相關知識推薦：汽車工程師投稿須知要求什么方面的文章
5除霜試驗
5.1試驗條件
5.1.1試驗環境溫度-18℃±3℃，其溫度控制測點應在汽車風窗外表面玻璃中部前方300mm的汽車縱向中心平面上;
5.1.2試驗應在足以容納被實驗車輛的低溫室內進行，室內應配有制冷空氣循環裝置，并使冷空氣循環，試驗汽車在進入低溫室前，室溫應維持在-18℃±3℃范圍內至少24h;
5.1.3低溫室空氣流速水平分量應低于2.2m/s，其測量點與5.1.1相同;
5.1.4車輛蓄電池應處于充滿狀態;
5.1.5試驗期間，除了加熱和通風系統的進、出風口外，關閉車門和其他通風口;
5.2實驗儀器設備
5.2.1試驗造霜噴槍應符合如下要求：
a) 噴嘴孔直徑1.7mm
b) 工作壓力350Kpa±20Kpa
c) 液流速率0.395L/min
d) 距噴嘴200mm處形成的噴射錐直徑為300mm±50mm
5.2.2溫度計或其他測溫儀器;
5.2.3發動機轉速表;
5.2.4秒表或其他計時儀器;
5.2.5風速儀或其他測速儀器;
5.2.6電壓表;
5.2.7記號筆、記錄紙、照相機、熱成像儀及其他畫線、記錄工具。
5.3試驗方法
5.3.1樣車在進入低溫環境前，應檢查車況，并更換除霜試驗期間合適的機油，燃油和適合環境溫度的發動機冷卻液;
5.3.2樣車在除霜試驗前，進行汽車前風窗玻璃A、C區的面積劃分，側窗A、B區劃分，打上10mmx10mm的方格線;
5.3.3在發動機出水處、暖風進水處、暖風出水處、前檔出風口處、側窗出風口處、前風窗內表面A區中心、前風窗內表面C區中心、側窗玻璃視野區中心布置溫度傳感器;
5.3.4試驗車進入低溫環境后熄火，在試驗溫度下至少停放8h;如果發動機冷卻液、潤滑劑等溫度確知已穩定在試驗溫度時，停放時間可縮短;
5.3.5試驗前，對風窗玻璃內外表面用含甲醇的酒精或類似去污劑徹底清除油污，待干后再用干棉布擦拭。造霜時，噴槍噴嘴應垂直于玻璃表面，相距200mm-250mm，將0.044g/cm²x風窗玻璃面積的水量均勻的噴射到玻璃外表面，生成均勻的冰層;
5.3.6汽車風窗玻璃形成冰層后，汽車應在低溫室停放30min-40min，然后由1名或2名實驗人員進入駕駛室，關閉車門和窗門，啟動發動機，關閉AC打開暖風系統，開啟除霜模式、內循環、風速最大檔位、溫度設定最大值;
5.3.7對于柴油發動機，啟動后先怠速5min，然后按50%額定轉速運行10min，最后按90%額定轉速運行至試驗結束;
5.3.8試驗自發動機啟動后正式開始，試驗期間可以使用汽車的自動刮水器。
5.4實驗記錄
5.4.1試驗開始后至試驗結束，每5min用記號筆在駕駛室風窗玻璃內表面畫出除霜的融化曲線;
5.4.2記錄發動機轉速;
5.4.3記錄環境溫度和空氣吹汽車風窗的風速;
5.4.4每2min記錄一次溫度傳感器數值;
5.4.5試驗若重復進行，除霜面積應取其平均值;
5.4.6記錄實驗結果并整理.——論文作者：胡青青
SCISSCIAHCI
