陳其亮，姜建，魏愛思，葉永亮

(寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們?cè)谧非箪n麗的車身外形、澎湃動(dòng)力、精美內(nèi)飾的同時(shí)，對(duì)安全越來越重視，其中儀表板前風(fēng)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(shí)候的前方視野，特別是在冬天寒冷的東北地區(qū)尤為重要,GB 11555-2009《汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法》中有明確規(guī)定。除霜除霧要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定的效果。

1 儀表板前除霜的設(shè)計(jì)要求

1.1 儀表板前除霜風(fēng)道目標(biāo)點(diǎn)的確定

(1)設(shè)計(jì)最靠后的人體模型點(diǎn)H[1]，如圖1所示。

(2)建立 95%的人的眼球區(qū)域的二維眼橢圓[2]，如圖1所示。

圖1 95%的人的眼球區(qū)域的二維眼橢圓

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

表1 點(diǎn)H距離和α角的關(guān)系

1.2 儀表板前除霜風(fēng)口角度確定

(1)儀表板前除霜風(fēng)口與前風(fēng)擋夾角在20°～30°之間。

(2)儀表板前除霜風(fēng)道吹風(fēng)中心到前除霜目標(biāo)點(diǎn)的距離應(yīng)不小于80 mm，如圖2所示。

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

1.3 儀表板前除霜風(fēng)口的尺寸及開口面積

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

圖2 儀表板前除霜風(fēng)道吹風(fēng)中心到前除霜目標(biāo)點(diǎn)的距離

2 儀表板前除霜風(fēng)道的結(jié)構(gòu)形式

2.1 強(qiáng)制排風(fēng)型除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式

強(qiáng)制排風(fēng)型除霜風(fēng)道為一個(gè)倒置的帽子結(jié)構(gòu)，與IP骨架采用振動(dòng)摩擦焊進(jìn)行焊接[4]，截面積不小于4 000 mm2。

2.2 魚尾型除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式

魚尾型除霜風(fēng)道的出口長度不小于35 mm，風(fēng)道的出口面積不小于進(jìn)口面積的50%，內(nèi)壁應(yīng)光滑，側(cè)壁不可沒有阻擋氣流的結(jié)構(gòu)[5]。

3 現(xiàn)有儀表板前除霜風(fēng)道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及缺點(diǎn)

3.1 現(xiàn)有儀表板前除霜風(fēng)道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

儀表板除霜風(fēng)道是每輛車所必備的功能件，目前市場(chǎng)上大部分車型為多件組裝在一起。從而導(dǎo)致儀表板內(nèi)部零件布置空間不足、零件數(shù)量多、質(zhì)量比較大等問題[5]。已上市車型中有類似結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 已上市車型除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)

3.2 現(xiàn)有儀表板前除霜風(fēng)道的缺點(diǎn)

(1)現(xiàn)有儀表板除霜風(fēng)道總成的數(shù)量過多，儀表板前除霜風(fēng)道總成的數(shù)量達(dá)到了5個(gè)，數(shù)量過多導(dǎo)致儀表板總成質(zhì)量過大，零件成本增加[6]。

(2)儀表板前除霜風(fēng)道是卡接或螺釘安裝，零件一致性不好。

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

圖4 現(xiàn)有儀表板前除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)

4 新型儀表板前除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析

4.1 新型儀表板前除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)針對(duì)儀表板除霜風(fēng)道數(shù)量問題，除霜風(fēng)道數(shù)量由5個(gè)零件減少到2個(gè)。

(2)針對(duì)零件減重問題，儀表板除霜風(fēng)道質(zhì)量能降低15%。

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

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

4.2 新型儀表板前除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

儀表板前部風(fēng)道由以下部件組成，如圖5所示。

對(duì)儀表板前除霜風(fēng)道斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行圓滑過渡處理，調(diào)整風(fēng)道的轉(zhuǎn)折半徑[8]、最大限度的消除風(fēng)道內(nèi)部的渦流，同時(shí)加大除霜風(fēng)霜風(fēng)道導(dǎo)風(fēng)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(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖6 改進(jìn)儀表板前除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)

優(yōu)化儀表板前除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)，即把儀表板除霜上面板、左側(cè)除霜風(fēng)道、右側(cè)除霜風(fēng)道和儀表板上本體焊接加強(qiáng)板合并成一個(gè)零件，如圖7所示[9]。

優(yōu)化儀表板前除霜風(fēng)道內(nèi)部導(dǎo)流片外漏，即去掉除霜風(fēng)道內(nèi)部導(dǎo)流片、采用格柵葉片左右導(dǎo)風(fēng)，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(dòng)摩擦焊接到儀表板上本體上，如圖9所示。

圖7 優(yōu)化儀表板前除霜結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 優(yōu)化儀表板前除霜風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖9 新型儀表板前除霜焊接流程

5 結(jié)論

新型儀表板前除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)完成后提交到熱管理部門進(jìn)行CFD分析，經(jīng)熱管理部門的CFD分析，此新型儀表板前除霜風(fēng)道符合GB 11555-2009《汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法》[10]中的規(guī)定，如圖10—圖11所示。并在后續(xù)車型量產(chǎn)階段的實(shí)車驗(yàn)證中優(yōu)于國標(biāo)的要求，且該公司后續(xù)開發(fā)車型都采用此結(jié)構(gòu)。

圖10 新型儀表板前除霜CAE分析結(jié)果

圖11 新型儀表板側(cè)除霜CAE分析結(jié)果