發(fā)布時(shí)間：2020-07-16所屬分類(lèi)：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：汽車(chē)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(diào)設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮前擋風(fēng)玻璃除霜問(wèn)題。本文以某重型汽車(chē)為案例，詳細(xì)介紹了駕駛室除霜的性能要求、視野區(qū)劃分、風(fēng)溫曲線獲取，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)除霜性能進(jìn)行驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：視野區(qū)、CFD
摘要：汽車(chē)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(diào)設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮前擋風(fēng)玻璃除霜問(wèn)題。本文以某重型汽車(chē)為案例，詳細(xì)介紹了駕駛室除霜的性能要求、視野區(qū)劃分、風(fēng)溫曲線獲取，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)除霜性能進(jìn)行驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：視野區(qū)、CFD分析、風(fēng)量分配、試驗(yàn)
前言：
隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，世界范圍內(nèi)車(chē)輛的保有量逐年增加，道路上的汽車(chē)也越來(lái)越多，人們對(duì)安全駕駛越來(lái)越關(guān)注。良好的駕駛視野對(duì)安全駕駛來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，而駕駛視野又受到空調(diào)除霜性能的影響，前擋風(fēng)玻璃的除霜性能成為空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的重要因素。
性能要求
1.1前風(fēng)窗玻璃
試驗(yàn)開(kāi)始后40min，C區(qū)域有95%完成除霜;
試驗(yàn)開(kāi)始后40min，A區(qū)域有80%完成除霜。
1.2側(cè)窗玻璃
試驗(yàn)開(kāi)始后40min，各視野區(qū)域有95%完成除霜。
視野區(qū)劃分
2.1前風(fēng)窗視野區(qū)劃分
A區(qū)和C區(qū)劃分，見(jiàn)表1。
A區(qū)和C區(qū)的確定以SAE J941規(guī)定的眼橢圓為基準(zhǔn)，按照SAE J198表1中的“卡車(chē)、CBEandCAE”的角度要求確定。
2.2側(cè)窗視野區(qū)劃分
根據(jù)眼橢圓及后視鏡，補(bǔ)盲鏡布置位置劃分側(cè)窗玻璃視野區(qū)。
CFD模式分析
3.1目標(biāo)
3.1.1除霜分量分配比例
前擋風(fēng)玻璃風(fēng)量比例80%±4%，左側(cè)窗玻璃風(fēng)量比例10%±2%，右側(cè)窗玻璃10%±2%，前擋玻璃主駕區(qū)域風(fēng)量大于副駕區(qū)域風(fēng)量;
3.1.2除霜面積要求
除霜進(jìn)行40min時(shí)，前擋玻璃C區(qū)除霜面積95%，前擋玻璃A區(qū)除霜面積80%，側(cè)窗玻璃視野區(qū)除霜面積95%;
3.1.3視野區(qū)玻璃表面平均風(fēng)速
視野區(qū)玻璃表面平均風(fēng)速≥1.8m/s;大于2m/s風(fēng)速區(qū)域面積不小于75%;
3.1.4各出風(fēng)口風(fēng)速
前擋玻璃各出風(fēng)口風(fēng)速為3m/s-12m/s，大于5m/s風(fēng)口占比不小于80%;主駕側(cè)平均風(fēng)速大于副駕側(cè)。
側(cè)窗玻璃出風(fēng)口風(fēng)速≥7m/s;
3.1.5溫度分布
除霜進(jìn)行40min時(shí)各視野區(qū)玻璃平均溫度≥28℃;
3.1.6除霜風(fēng)落點(diǎn)
前擋玻璃各風(fēng)口吹風(fēng)落點(diǎn)距A區(qū)下沿距離≤150mm，
側(cè)窗玻璃吹風(fēng)落點(diǎn)應(yīng)在兩個(gè)視野區(qū)中間位置;
3.2輸入
3.2.1空調(diào)箱溫升曲線
空調(diào)箱溫升曲線為CDF進(jìn)行除霜分析的重要邊界條件，影響空調(diào)出風(fēng)口溫升曲線的因素有發(fā)動(dòng)機(jī)溫升、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流量和空調(diào)箱制熱性能，其中發(fā)動(dòng)機(jī)溫升和冷卻液流量受限于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。獲取溫升曲線可以按照以下方法：
3.2.1.1對(duì)標(biāo)分析
按照除霜試驗(yàn)方法，對(duì)對(duì)標(biāo)車(chē)型進(jìn)行除霜試驗(yàn)，測(cè)量空調(diào)箱除霜出風(fēng)口溫度，根據(jù)此測(cè)量值形成溫升曲線進(jìn)行CFD分析。
3.2.1.2臺(tái)架實(shí)驗(yàn)測(cè)量法
根據(jù)除霜試驗(yàn)條件，在-18℃下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為5min怠速，10min50%功率轉(zhuǎn)速，20min90%功率轉(zhuǎn)速，由發(fā)動(dòng)機(jī)廠家按此條件提供發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升曲線，并提供不同轉(zhuǎn)速下的暖風(fēng)水流量。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)溫升曲線和水流量由臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)量空調(diào)箱出風(fēng)口溫度。
3.2.1.4分析擬合法
前期設(shè)計(jì)中無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只有通過(guò)計(jì)算和CFD模擬分析來(lái)得到溫升曲線。可以參考以下步驟來(lái)獲取同款發(fā)動(dòng)機(jī)的溫升曲線：
發(fā)動(dòng)機(jī)溫升曲線可以參考同款發(fā)動(dòng)機(jī)的溫升數(shù)據(jù);
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)性能、冷卻模塊數(shù)據(jù)、暖風(fēng)管路數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行CFD分析得到不同轉(zhuǎn)速下的暖風(fēng)水流量;
根據(jù)得到的發(fā)動(dòng)機(jī)溫升、暖風(fēng)水流量、空調(diào)箱數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算得到空調(diào)箱出風(fēng)口溫升曲線。
3.2.2空調(diào)箱風(fēng)量
空調(diào)箱除霜風(fēng)口風(fēng)量是CFD進(jìn)行除霜分析的重要邊界條件，但通常除霜CFD分析時(shí)不考慮除霜風(fēng)道的風(fēng)量損失，所以提供風(fēng)量參數(shù)時(shí)需要考慮除霜風(fēng)道的風(fēng)量損失。
通常空調(diào)箱增加除霜風(fēng)道后風(fēng)量損失在10%-20%之間，分析時(shí)可按損失15%來(lái)計(jì)算。
3.3輸出
根據(jù)3.1的目標(biāo)值輸出相關(guān)分析結(jié)果。
4除霜試驗(yàn)準(zhǔn)備
4.1空調(diào)箱狀態(tài)確認(rèn)
除霜試驗(yàn)前需要對(duì)空調(diào)箱狀態(tài)進(jìn)行檢查確認(rèn)，主要包含以下內(nèi)容：
制熱性能滿足要求——臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告
除霜風(fēng)量滿足條件——臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告
除霜模式下其他風(fēng)口漏風(fēng)量滿足要求——臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告
空調(diào)箱裝配完后，各風(fēng)道接口處密封良好，不漏風(fēng)——車(chē)上裝配實(shí)驗(yàn)效果檢查
空調(diào)箱無(wú)卡滯異響等其他問(wèn)題——開(kāi)啟空調(diào)檢查
4.2整車(chē)狀態(tài)確認(rèn)
整車(chē)狀態(tài)確認(rèn)包括以下項(xiàng)目：
發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升正常，未達(dá)到節(jié)溫器開(kāi)啟溫度時(shí)冷卻風(fēng)扇不工作
駕駛室密封性良好，62.5Pa時(shí)泄漏量≤180CFM
空調(diào)工作正常，風(fēng)量、溫度、內(nèi)/外循環(huán)、模式等調(diào)節(jié)正常
測(cè)量各風(fēng)口風(fēng)速滿足要求
測(cè)量視野區(qū)玻璃表面風(fēng)速，視野區(qū)平均風(fēng)速≥1.2m/s
檢查暖風(fēng)管路無(wú)凹憋，水路循環(huán)正常，水閥開(kāi)啟正常
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5除霜試驗(yàn)
5.1試驗(yàn)條件
5.1.1試驗(yàn)環(huán)境溫度-18℃±3℃，其溫度控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)在汽車(chē)風(fēng)窗外表面玻璃中部前方300mm的汽車(chē)縱向中心平面上;
5.1.2試驗(yàn)應(yīng)在足以容納被實(shí)驗(yàn)車(chē)輛的低溫室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)應(yīng)配有制冷空氣循環(huán)裝置，并使冷空氣循環(huán)，試驗(yàn)汽車(chē)在進(jìn)入低溫室前，室溫應(yīng)維持在-18℃±3℃范圍內(nèi)至少24h;
5.1.3低溫室空氣流速水平分量應(yīng)低于2.2m/s，其測(cè)量點(diǎn)與5.1.1相同;
5.1.4車(chē)輛蓄電池應(yīng)處于充滿狀態(tài);
5.1.5試驗(yàn)期間，除了加熱和通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)、出風(fēng)口外，關(guān)閉車(chē)門(mén)和其他通風(fēng)口;
5.2實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備
5.2.1試驗(yàn)造霜噴槍?xiě)?yīng)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(jì)或其他測(cè)溫儀器;
5.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表;
5.2.4秒表或其他計(jì)時(shí)儀器;
5.2.5風(fēng)速儀或其他測(cè)速儀器;
5.2.6電壓表;
5.2.7記號(hào)筆、記錄紙、照相機(jī)、熱成像儀及其他畫(huà)線、記錄工具。
5.3試驗(yàn)方法
5.3.1樣車(chē)在進(jìn)入低溫環(huán)境前，應(yīng)檢查車(chē)況，并更換除霜試驗(yàn)期間合適的機(jī)油，燃油和適合環(huán)境溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液;
5.3.2樣車(chē)在除霜試驗(yàn)前，進(jìn)行汽車(chē)前風(fēng)窗玻璃A、C區(qū)的面積劃分，側(cè)窗A、B區(qū)劃分，打上10mmx10mm的方格線;
5.3.3在發(fā)動(dòng)機(jī)出水處、暖風(fēng)進(jìn)水處、暖風(fēng)出水處、前檔出風(fēng)口處、側(cè)窗出風(fēng)口處、前風(fēng)窗內(nèi)表面A區(qū)中心、前風(fēng)窗內(nèi)表面C區(qū)中心、側(cè)窗玻璃視野區(qū)中心布置溫度傳感器;
5.3.4試驗(yàn)車(chē)進(jìn)入低溫環(huán)境后熄火，在試驗(yàn)溫度下至少停放8h;如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液、潤(rùn)滑劑等溫度確知已穩(wěn)定在試驗(yàn)溫度時(shí)，停放時(shí)間可縮短;
5.3.5試驗(yàn)前，對(duì)風(fēng)窗玻璃內(nèi)外表面用含甲醇的酒精或類(lèi)似去污劑徹底清除油污，待干后再用干棉布擦拭。造霜時(shí)，噴槍噴嘴應(yīng)垂直于玻璃表面，相距200mm-250mm，將0.044g/cm²x風(fēng)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(chē)風(fēng)窗玻璃形成冰層后，汽車(chē)應(yīng)在低溫室停放30min-40min，然后由1名或2名實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)入駕駛室，關(guān)閉車(chē)門(mén)和窗門(mén)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，關(guān)閉AC打開(kāi)暖風(fēng)系統(tǒng)，開(kāi)啟除霜模式、內(nèi)循環(huán)、風(fēng)速最大檔位、溫度設(shè)定最大值;
5.3.7對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)后先怠速5min，然后按50%額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行10min，最后按90%額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行至試驗(yàn)結(jié)束;
5.3.8試驗(yàn)自發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后正式開(kāi)始，試驗(yàn)期間可以使用汽車(chē)的自動(dòng)刮水器。
5.4實(shí)驗(yàn)記錄
5.4.1試驗(yàn)開(kāi)始后至試驗(yàn)結(jié)束，每5min用記號(hào)筆在駕駛室風(fēng)窗玻璃內(nèi)表面畫(huà)出除霜的融化曲線;
5.4.2記錄發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;
5.4.3記錄環(huán)境溫度和空氣吹汽車(chē)風(fēng)窗的風(fēng)速;
5.4.4每2min記錄一次溫度傳感器數(shù)值;
5.4.5試驗(yàn)若重復(fù)進(jìn)行，除霜面積應(yīng)取其平均值;
5.4.6記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并整理.——論文作者：胡青青
