汽车空调泛亚出风口校核设计指导.docx

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汽车空调泛亚出风口校核设计指导

汽车空调出风口校核设计指导手册

AutomotiveHVACOutletCheckDesignGuidelineHandbook

目录TableofContents

1SubsystemIntroduction　子系统介绍

在整个汽车空调系统中，空调出风口是系统的输出终端，担负着将经过处理（温度，湿度，清洁度）的气流送到车厢空间里，以完成车厢内通风，制冷，加热，除霜除雾，净化空气等的功能。

由于位置的不同，往往有吹脸出风口，吹脚出风口，吹窗出风口之分。

按功能出发，各个出风口往往是满足不同要求，像吹脸出风口主要为了制冷降温，吹脚出风口为了加热升温，吹窗出风口为了车窗除霜除雾。

空调出风口的布置，大小，型式直接影响到车内气流速度，流动方向，流场组织，从而对空调系统性能，车内安静程度，乘客舒适性有着相当重要的影响。

好的空调出风口设计甚至可以起到压缩机，鼓风机等空调系统主要部件无法实现的功效。

所以对汽车空调设计而言，空调出风口的设计对整体性能显得尤为关键，往往是空调工程师特别关注的领域。

然而，空调出风口大部分处于乘客可见区域，如吹脸出风口和吹窗出风口，属于外观零件，属于“A面”零件，属于“面子”工程，造型设计师会对它们的形状，外观，颜色，表面处理等进行重点设计，以达到期望的美学效果。

另外，就空调出风口零件本身而言，属于整个车厢内饰的一部分，通常又由内饰工程师来负责具体结构，表面装饰等工程实现的完成工作。

从上述可见，空调出风口属于多个部门共同关注的焦点零件，不同的部门对其有着不同的设计要求，往往可能产生要求相左的情况。

举例说明，为了夺人眼球，设计师往往希望空调出风口造型新颖，前卫，时尚，一鸣惊人，而这样造型的出风口，往往损害空调系统的性能，甚至让内饰工程师无法完成零件的工程实现。

所以，各个部门需要相互合作，相互为其他相关部门提供相关的输入，做到相互兼顾，才能实现空调出风口的优化设计。

其中，空调部门的要求是从系统性能角度出发的，是最根本的要求。

从系统性能要求而言，空调出风口的面积大小，布置，型式会直接影响空调出风口气流速度，方向，流动组织，气流噪音等，对它们的校核设计需要分别进行详尽的描述。

2Requirement相关要求

2.1LegalRegulations法规要求

中国标准：

中华人民共和国国家标准汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法，GB11556-94

中华人民共和国国家标准汽车风窗玻璃除雾系统的性能要求及试验方法，GB11555-94

其他国家标准：

阿根廷

Article30/NControlsandDisplayIdentification;Article779/95FlammabilityofInteriorMaterials

澳大利亚

ADR12/00GlareReductioninFieldofView;ADR15/01DemistingofWindscreen;ADR21/00InstrumentPanel

巴西

CONAMA13/95;CONTRANResolution6LocalisationandIdentificationofControls&FlammabilityofInteriorMaterials

加拿大

CMVSS101ControlLocation,Identification,andIllumination;CMVSS103WindshieldDefrostingandDefoggingSystem;CMVSS201OccupantProtectioninInteriorImpact;CMVSS302FlammabilityofInteriorMaterials;Bill101charteroftheFrenchLanguage.

捷克

Reg102/1995（Art.33）Controlandtelltaleequipment;Art.40FlammabilityofInteriorMaterials&InteriorFittings;Art.68W/SDefrostingandDemisting;Art.72HeatingSystems

丹麦

10.03.021RearWindowDefrosterUnits;N1481Sunroofs.

欧盟

ECER21.01（Suppl.2）InteriorFittings;74/60/EEC（78/632/EEC）InteriorFittings;78/316/EEC（94/53/EEC）ControlsandDisplayIdentification;78/317/EECW/SDefrostandDemisting;78/548/EECHeatingSystems;95/28/ECBurningBehaviourofVehicles（InteriorMaterials）;ECER（Draft）TRANS/WP29/GRSG/1999/28（15.09.1999）GlobalStandardforWindscreenDefrosting/DemistingSystems.

芬兰

3329RearWindowDefrosting

法国

Visib–Visibility/Glazing/Mirrors/Washers/Wipers/Demisters

德国

Sec35bSafeDrivingEquipmentforVehicles（visibility）;Sec35cHeatingandVentilation.

海湾国家

GS135MethodsofTestForEngineRadiators;GS98FlammabilityofInteriorMaterials;GS136MotorVehiclesEngineRadiators

以色列

Item13.32（78/317/EEC）DemisterofWindscreen;Item13.64DefrosterforRearWindow;Item13.10（74/60/EEC）InteriorFittings;Item13.31（78/316/EEC）IdentificationofControls;Item13.49（IsraeliStd344）AirConditioning;Item13.50CFCBaninACSystems;Item13.51（FMVSS302）FlammabilityofInteriorMaterials

日本

Article13ControlsandDisplays;Article20（TRIAS34）RidingAccommodation（InteriorImpact）;Article20（TRIAS48）RidingAccommodation（Flammability）;Article45（TRIAS28-2）WindshieldWiper/Washer&Defrosting/Demisting

约旦

JS1064/1998DefrostingandDemistingSystems;JS1083/1998HeatingSystems.

墨西哥

NMX-D-039-1977AutomobilesandTrucksA/CPerformance;NMX-D-108-1997WindshieldDefrostingandDefogging;NMX-D-123-1978HeaterSystemPerformanceVerification;NMX-D-241-1986AlkalineTestsofAnti-freeze/coolant;NMX-D-243-1986[pH]TestonAntifreeze/coolant;NMX-D-244-1986CorrosionTestsforAnti-freeze/coolant;NMX-D-045-1979Leaks,PressureandVibrationTestsforRadiators;NMX-D-046-1980RadiatorsforICEngines;NMX-D-039-1978RadiatorCapSpecifications;NMX-D-147-1979SimulatedServiceLifeofRadiatorCaps.

挪威

Chap20HeatingandVentilation.

俄罗斯

GOSTInteriorFittings,OST37.001.482HeatingandVentilationSystems;GOSTR50992-96GeneralTechnicalRequirementsforLowTemperatures.

沙特阿拉伯

SSA449FlammabilityofInteriorMaterials;SSA83MethodsofTestForEngineRadiators;SSA1438MotorVehicles–GeneralRequirements;SSA82MotorVehiclesEngineRadiators.

乌克兰

ST37.001.482-88VentilationandHeating

美国

CAA,Sec.609,610&611CFCVehicleAirConditioningUseandLabelling;FMVSS101ControlLocation,Identification,andIllumination;FMVSS103WindshieldDefrostingandDefoggingSystem;FMVSS201OccupantProtectioninInteriorImpact;FMVSS208OccupantCrashProtection;FMVSS302FlammabilityofInteriorMaterials;severalUSstatesrequirecompliancetoSAEJ639,banuseofCFCs,StateofMichigan–PlasticProductLabellingperSAEJ1344,StateofCalifornia–CaliforniaAssemblyLineTestProcedures.

2.2EnterpriseSpecifications企业要求

GMW3037　乘用车最大制冷性能验证试验

GMW3040　乘用车最大加热性能验证试验

GMW3049乘用车前风档玻璃，侧窗玻璃及后窗除霜验证试验

GMW3043乘用车前风档玻璃，侧窗玻璃及后窗除雾验证试验

2.3SystemandSub-systemPerformance系统和子系统性能要求

空调出风口作为空调系统气流流动的终端，对气流组织有着至关重要的作用。

空调出风口按照位置分，可以分为以下几种：

1）吹脸出风口，乘客厢内可见区域，外观造型很重要，造型人员会重点造型。

2）吹窗出风口，乘客厢内可见区域，外观造型很重要，造型人员会重点造型。

3）吹脚出风口，乘客厢内不易见区域，造型人员不会专门造型。

空调系统对各种出风口的有着各种不同的要求：

1）吹脸出风口：

通常在车厢降温时用，主要将适当风速适当温度的气流吹到乘客脸部区域，来满足对温度，气流流动的要求，并可通过调节出风口叶片方向，来将气流吹到胸部膝部区域，也能通过调节叶片将气流避开乘客身体部位。

同时，为了达到车内安静要求，要求风速要合适，过大会造成噪音过大。

最大风速一般要求在7.5~10.5m/s范围内。

2）吹窗出风口：

在进行除霜除雾或防止起霜起雾时用，将气流吹到前风档玻璃及前侧窗玻璃上。

出风口的开口面积，位置与角度应适当来保证以下满足要求：

a）将适当速度适当温度的气流吹到前风档及侧窗玻璃上，达到除霜除雾或防止起霜起雾的目的，并且除霜除雾的形状及速度需满足系统要求，从而满足驾驶员视野要求。

b）最先“化霜”点可以出现驾驶员眼睛高度的前风档玻璃区域。

c）对驾驶员视野要求区域除霜除雾的形状及速度必须满足VTS要求。

d）气流顺着玻璃表面流动，覆盖整个玻璃，而不从玻璃上反弹，这样保证整个玻璃的除霜除雾。

e）为了噪音要求，最高的风速不应过大，通常在6~9m/s范围内。

过大会造成驾驶员眼睛干涉及噪音过大问题。

3）吹脚出风口：

通常在车厢加热时用，主要将气流吹到乘客脚部区域，来满足对温度，气流流动的要求。

对不同的车型，出风口的数量及位置也会不同。

吹脸出风口有前排吹脸出风口和后排吹脸出风口之分，吹脚出风口有前排吹脚出风口和后排吹脚出风口之分，吹窗出风口有前吹窗出风口和侧吹窗出风口之分。

一般地，普通带两排座位的装空调系统的车，都配有前排吹脸出风口，前排吹脚出风口，前吹窗出风口和侧吹窗出风口。

一些档次较高的车，为了照顾后排乘客的舒适性，往往会增配后排吹脸出风口和后排吹脚出风口。

还有，一些三排座位的旅行车或更多排座位的大型车，往往还需增配第三排出风口或更多的出风口。

2.4AssemblyandManufacturing安装和制造

N/A.不涉及

2.5Aftersales售后

N/A.不涉及

3DesignPrinciples设计准则

3.1DesignProcess设计过程

下面将分别阐述前排吹脸出风口，后排吹脸出风口，吹脚出风口（前排和后排），前吹窗出风口，侧吹窗出风口的设计过程。

3.1.1前排吹脸出风口：

一般地，前排吹脸出风口的数量需要四个，两两对称设计。

两个吹向驾驶员，另两个吹向副驾驶。

单独地，驾驶员侧两个前排吹脸出风口，一般要求其中一个通过调节叶片能够使得气流吹到驾驶员身体上半部（头部，胸部），称之为上身出风口，另外一个通过调节叶片能够使得气流吹到驾驶员整个身体（头部，胸部，膝部），称之为全身出风口。

通常地，上身出风口位于仪表板中间，在驾驶员内侧；全身出风口位于仪表板两侧或门板上，在驾驶员外侧。

见下图示。

上身出风口（吹脸）

全身出风口（吹脸）

侧吹窗出风口

前吹窗出风口口

吹向驾驶员的两个吹脸出风口由于受到方向盘，仪表盘的限制，往往是设计的关注所在。

下面就它们的设计过程给予阐述。

1）造型设计人员造型，与产品工程人员一起确定出风口的型式

一般地，吹脸出风口有以下两种型式：

a）桶型出风口。

经济而简单。

通常有一套可动的叶片和轴，整体可以绕轴转动。

下图给出了几个例子。

b）双叶片型出风口。

比桶型出风口复杂，造型灵活多样，成本也较高。

整体固定，有两套不同方向可动的叶片。

见下图。

2）产品工程对出风口造型，校核出风口开口面积，判断是否满足工程要求。

出风口开口面积的估算方法：

由于出风口的叶片，连杆机构，拨杆，关闭风门的存在会挡住气流，所以真正有意义的开口面积应该是开口总面积减去被它们遮挡的面积，称之为有效面积。

不同类型的出风口的机构不同，有效面积的计算方法也不同。

基于通常经验考虑，两种出风口的有效面积估算公式如下：

桶型出风口：

　出风口有效面积=0.45*出风口外轮廓投射到垂直面上的总面积

双叶片型出风口：

出风口有效面积=0.6*出风口外轮廓投射到垂直面上的总面积

下图介绍了如何获得出风口轮廓投射到垂直面上的总面积。

在设计初期，往往只需估算的出风口有效面积即可。

如果需要得到精确的有效开口面积，则要通过带有具体结构设计的数模，进行详细的几何投影计算，方可获得。

精确计算要到出风口数模设计完成后才能进行。

校核出风口开口面积是否满足工程要求

一般地，从舒适性考虑，吹脸出风口的最大风速希望是在7.5~10.5m/s范围。

而在一定的气流流量下，出风口有效开口面积=风量量/风速，相应地，对出风口的开口面积有一个最低要求。

举例说明，对有前吹脸口和后副仪表板吹脸出风口的系统，假定系统最大气流流量是

120l/s，在后排吹脸出风口关闭的情况下，假定要求最大气流速度不超过9m/s。

于是前吹脸出风口有效面积应该至少达到　120l/s/9m/s=130cm2，在后排吹脸出风口打开的情况下，假定要求最大气流速度不超过7.5m/s。

于是后排吹脸出风口有效面积应该至少达到　120l/s/7.5m/2–130cm2=30cm2.

另外，为了保持各个出风口风量的均衡性，每个出风口的面积差异不应超过3cm2.

对不同大小的车而言，由于系统风量大小不同，出风口的有效面积也不一样。

以下是对不同车型的出风口面积要求的参考信息。

大型轿车：

出风口总有效面积至少达到160cm2（最大推荐风量在140l/s左右）

中型轿车：

出风口总有效面积至少达到140cm2（最大推荐风量在125l/s左右）

小型轿车：

出风口总有效面积至少达到120cm2（最大推荐风量在110l/s左右）

3）工程人员校核出风口高宽比，建议出风口主叶片的布置方式

高宽比R

R=H/W

H代表出风口的高度

W代表出风口的宽度

见下图示：

注：

对圆形的出风口，高宽比定为1

对不规则形状的出风口，确定出风口的平均高度和宽度后，再计算高宽比。

主叶片的布置方式

一般地，出风口有两套叶片，分别位于出风口的外面和里面，用以调节气流上下（水平叶片）和左右（竖直叶片）流动的方向。

主叶片指的是位于外面的叶片。

主叶片

一般地，当R<1时，建议调节气流上下方向的叶片（即水平叶片）为主叶片；当R>1时，建议调节气流左右方向的叶片（即竖直叶片）为主叶片。

当然，由于不同的造型，就会有不同型式，不同高宽比，主叶片布置组合的出风口。

下表列出了各种类型的出风口。

类型代号

高宽比

型式

主叶片

A

0.6<=R<=1.67

桶式，水平轴

水平叶片

B

0.4<=R<0.6，

1.67

桶式，水平轴

水平叶片

C

0.6<=R<=1.67

桶式，竖直轴

竖直叶片

D

0.4<=R<0.6，

1.67

桶式，水平轴

竖直叶片

E

0.6<=R<=1.67

桶式，竖直轴

竖直叶片

F

0.4<=R<0.6，

1.67

桶式，竖直轴

竖直叶片

G

0.6<=R<=1.67

桶式，竖直轴

水平叶片

H

0.4<=R<0.6，

1.67

桶式，竖直轴

水平叶片

I

0.6<=R<=1.67

双叶片式，规则形状

水平叶片

J

0.6<=R<=1.67

双叶片式，不规则形状

水平叶片

K

0.4<=R<0.6，

1.67

双叶片式

水平叶片

L

0.6<=R<=1.67

双叶片式，不规则形状

竖直叶片

M

0.4<=R<0.6，

1.67

双叶片式

竖直叶片

N

其他

4）工程人员校核出风口导向能力

实际上，出风口导向能力主要取决于出风口的布置，放置的高度及倾斜角，型式。

a）确定H,C,B1,B2,A点，1和2线

H点：

代表驾驶员臀部位置，由总布置来确定。

A点：

代表驾驶员眼睛位置，眼球椭球轨迹中心，由总布置确定。

直线1：

连接H，A点的直线

直线2：

与1线垂直，在H点上方325mm的直线。

B1点:

代表驾驶员胸部右半部分，位于直线1和2交点的左边75mm处。

B2点:

代表驾驶员胸部左半部分，位于直线1和2交点的右边75mm处

C点:

代表驾驶员膝盖部分，H点垂直上方的125mm处

见下图示。

b）检查出风方向角度。

对上身出风口，确定A1,B1和U角。

A1角：

上下方向，调节上身出风口的出风导向从正常状态到A点所需的角度。

B1角：

上下方向，调节上身出风口的出风导向从正常状态到B1点所需的角度。

U角：

A1和B1中的最大角度。

见下图示。

对全身出风口，确定A2,B2,C2和T角。

A2角：

上下方向，调节全身出风口的出风导向从正常状态到A点所需的角度。

B2角：

上下方向，调节全身出风口的出风导向从正常状态到B2点所需的角度。

C2角：

调节全身出风口的出风导向从正常状态到C点所需的角度。

T角：

A2,B2和C2中的最大角度。

见下图示。

确定S1,S2角。

S1角：

水平方向上，调节上身出风口的出风方向从正常状态到A点所需的角度

S2角：

水平方向上，调节全身出风口的出风方向从正常状态到A点所需的角度

c）根据校核标准，评估出风方向角度状态。

出风口的导风能力需要从上下和水平方向进行评估。

不同类型的出风口，角度的要求标准有所差异。

具体标准，见本文章节3.7标准

5）工程人员校核出风被阻挡情况

通常只需检查方向盘对驾驶员侧出风的阻挡情况。

a）计算出风口被阻挡的面积百分比。

见下图示。

X：

乘客身上的目标点（脸部A点，胸部B1/B2点，或膝部C点）

S：

方向盘外边缘

I：

仪表板表面

P：

从目标点投影到出风口区域的仪表板面上，与方向盘外边缘相切的直线簇，形成一个特殊的圆锥面。

U：

上身出风口

T：

全身出风口

BLK：

出风口被P（投影线形成的圆锥面）阻挡的面积与整个出风口面积的百分比

b）根据判断标准，评估出风被阻挡的状态。

具体标准，见本文章节3.7标准

6）前排吹脸出风口的关闭风门

关闭风门的功能是让气流不从出风口中吹出来。

一般地，前排吹脸的全身出风口需要设计关闭风门，上身出风口可以不设计关闭风门。

当关闭风门关紧时，对出风口气流泄漏的要求一般是：

250Pa条件下，不超过1.4l/s

3.1.2后排吹脸出风口：

后排出风口的功能主要为了增加后排乘客的舒适性。

是否需要设计后排出风口，取决于系统性能和成本权衡。

对两排座位的轿车来说，从布置的角度而言，后排吹脸出风口一般位于副仪表板上。

下面介绍该种情况的设计校核方法。

出风量及出风口开口面积

一般地，后排出风量占总风量的20%-25%，达到25l/s左右。

有效开口面积应当至少达到30cm2。

出风口的导向能力

一般地，后排出风口位于副仪表板上，位置较低。

因此，后排出风口对气流的导向能力主要取决于出风口的高度，其次取决于出风口表面的角度。

下面就这方面进行校核。

确定后排乘客H点，A点，后排出风口的中心点。

并计算各个角度。

H点：

代表后排乘客臀部位置，由总布置来确定。

A点：

代表后排乘客头部点位置，

a）后排吹脸出风口的高度

应该使得从出风口外边缘做出的，