某出口右盤輕型載貨汽車空調(diào)系統(tǒng)項目開發(fā)總結(jié)

杜天義， 趙 地

（江鈴汽車股份有限公司， 江西 南昌 330001）

1 N698開發(fā)背景、 開發(fā)原理及開發(fā)目標(biāo)

1.1 開發(fā)背景和開發(fā)原理

N698是在現(xiàn)行左盤凱運車， 一款基于日本五十鈴NKR車底盤技術(shù)自主開發(fā)駕駛室的輕型載貨汽車（以下簡稱J116） 基礎(chǔ)上開發(fā)而成， 它是為滿足出口右盤車的市場需求而進行開發(fā)的。 其空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)原理為： ①因轉(zhuǎn)向盤右置， 駕駛室部分及駕駛室部分鏡像開發(fā)而重新開發(fā)； ②蒸發(fā)器 （芯體、 殼體及溫控器的位置）、 鼓風(fēng)機 （電動機及殼體）、 暖風(fēng)機 （僅殼體）、 控制面板、 風(fēng)管等重新開發(fā)； ③底盤部分暖水管走向及固定形式、 空調(diào)管走向及固定形式重新開發(fā)， 以改善老車型干涉等風(fēng)險。 其開發(fā)總原則為： 以J116車為基礎(chǔ)， 在不影響產(chǎn)品性能和可靠性的前提下， 盡可能借用或參考現(xiàn)有J116車型的成熟空調(diào)系統(tǒng)部件或結(jié)構(gòu)， 盡可能利用江鈴汽車已有的配套體系和零部件， 從而保證新產(chǎn)品的可靠性和經(jīng)濟性。

1.2 開發(fā)目標(biāo)

N698空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)為： ①采用優(yōu)化設(shè)計方法， 在保證空調(diào)系統(tǒng)其它性能的基礎(chǔ)上， 優(yōu)化除霜設(shè)計； ②現(xiàn)有J116車空調(diào)系統(tǒng)存在問題， 在充分考慮到成本和周期的情況下進行適當(dāng)改進； ③空調(diào)系統(tǒng)整體目標(biāo)不低于J116車 （標(biāo)桿車）。

2 空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)內(nèi)容和布置形式

2.1 開發(fā)內(nèi)容

1） 空調(diào)制冷性能指標(biāo)同J116車，制冷量為3 500 kcal/h； 暖風(fēng)系統(tǒng)換熱量約為4600W （風(fēng)量380 m3/h、進水流量6L/min）。

2） 空調(diào)系統(tǒng)制冷劑選用R134a， 一種對臭氧層無破壞作用、 溫室效應(yīng)影響小的制冷劑。

3） 根據(jù)轉(zhuǎn)向盤及儀表板的右置設(shè)計全套風(fēng)管部件重新進行設(shè)計布置， 使氣流布置合理， 滿足系統(tǒng)的性能要求， 并滿足除霜、 除霧的國家標(biāo)準(zhǔn)。

4） 鼓風(fēng)機、 蒸發(fā)器及暖風(fēng)機這3個總成， 基本參照J(rèn)116凱運車的布置形式及性能指標(biāo)開發(fā)。 其中鼓風(fēng)機進風(fēng)口的形狀及尺寸重新設(shè)計， 使氣流行程更加合理高效； 暖風(fēng)機電動機重新開發(fā) （順時針旋向）， 殼體外形結(jié)構(gòu)、 風(fēng)機的冷卻形式、 風(fēng)門機構(gòu)及安裝形式參照J(rèn)116并做相應(yīng)的對稱； 借用暖風(fēng)機散熱芯體， 重新開發(fā)暖風(fēng)機殼體； 蒸發(fā)器總成的制冷芯體大小不變 （同J116）， 但對制冷劑在芯體的流程 （制冷劑在芯體中的流通順序） 通過試驗后進行調(diào)整， 并采用新技術(shù)來優(yōu)化溫控器溫度控制點的位置， 塑料殼體做調(diào)整性對稱及加強設(shè)計。

5） 底盤部分則因壓縮機處駕駛室地板降低，更改了空調(diào)管路的布置及自身的結(jié)構(gòu)， 根據(jù)駕駛室能否翻轉(zhuǎn)的原因開發(fā)了2套不同的空調(diào)管路及支架。

6） 根據(jù)發(fā)動機型號及發(fā)動機進氣布置位置的不同， 重新設(shè)計布置了暖水管的走向， 重新開發(fā)了暖水管支架， 優(yōu)化了暖水管與暖水閥干涉的問題。因儀表板的對稱開發(fā)， 重新優(yōu)化了暖水管拉絲的走向， 重新開發(fā)了多股拉絲的新控制面板。

2.2 布置形式

2.2.1 HVAC布置

HVAC （Ventilation and Air Conditioning， 供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)， 包含暖風(fēng)裝置、 空調(diào)裝置和通風(fēng)裝置） 的布置如圖1所示。 HVAC部分根據(jù)暖風(fēng)機中心在車身Y0位置 （參見QC/T490—2000 《汽車車身標(biāo)準(zhǔn)》 的第6.9節(jié)） 做鏡像開發(fā)。 由于N698空調(diào)系統(tǒng)性能目標(biāo)為不低于J116車型， 因此采用了與J116類似的HVAC布置形式， 但做了以下改進。

1） 整個HVAC相對于車身Y0做了對稱開發(fā)，HVAC殼體全部重新開發(fā)。

2） 將蒸發(fā)器芯體的流程調(diào)整， 并采用新技術(shù)（紅外拍照感溫） 來優(yōu)化溫控器溫度控制點的位置，在芯體大小不改變的情況下優(yōu)化了制冷性能 （后面試驗得到了驗證）。

3） 鼓風(fēng)機電動機重新開發(fā)， 電動機轉(zhuǎn)動方向改為順時針 （因布置形式改變必須改為順時針）。

4） 蒸發(fā)器管路加長 （便于總裝裝配時蒸發(fā)器管路與底盤空調(diào)管路裝配對接）。

5） 暖水管用黑色橡膠包裹 （外漏部分包裹起來， 與車身的內(nèi)飾保持協(xié)調(diào)）。

6） 蒸發(fā)器上固定ECU支架的殼體支座加高3 mm（ECU安裝時與殼體增加間隙， 避免干涉）。

2.2.2 空調(diào)風(fēng)道布置

空調(diào)風(fēng)道布置如圖2所示。 風(fēng)道 （風(fēng)管） 部分根據(jù)儀表板變化基本上也做鏡像開發(fā)。

由于項目造型的要求， 風(fēng)管出風(fēng)口位置及風(fēng)管出風(fēng)的角度沿用了J116的角度。

2.2.3 空調(diào)管路布置

空調(diào)管路布置如圖3所示。 根據(jù)蒸發(fā)器位置變化、 壓縮機位置車身高度變化以及考慮優(yōu)化J116空調(diào)管路的要求， 重新布置空調(diào)管路部分。

1） 由于駕駛室對稱開發(fā)時座椅的變化， 壓縮機處車身鈑金件下降， 壓縮機與車身鈑金距離減小， 選擇壓塊結(jié)構(gòu)， 將高低壓管做成一個合件， 管路從側(cè)面引出。

2） 高低壓管合件固定支架前期設(shè)計時采用懸臂結(jié)構(gòu)， 后期耐久試驗出現(xiàn)斷裂后改為目前的加強結(jié)構(gòu)。

3） 前端管線 （包含其它系統(tǒng)的管線） 經(jīng)過4輪的優(yōu)化， 改為目前的狀態(tài)， 目前間隙及裝配效果都很好。

4） 優(yōu)化過程中， 充分考慮管路與壓縮機及鈑金的間隙問題， 避免了與壓縮機、 儲液罐、 車身干涉的風(fēng)險。

3 項目經(jīng)驗總結(jié)

3.1 設(shè)計階段應(yīng)加大投入

項目設(shè)計階段應(yīng)該投入更多精力， 避免后期整改及設(shè)計變更工作量過大。 項目設(shè)計階段投入精力不足主要表現(xiàn)為： 項目開展前期在掃描數(shù)模及建模過程和電子樣車評審過程中， 技術(shù)人員對方案及數(shù)模布置參與力度不足， 數(shù)模及方案評審把關(guān)不足。其原因主要有： ①個人參與項目經(jīng)驗不足， 系統(tǒng)級別的電子樣車評審力度不足； ②項目無專門的人員進行整車性質(zhì)的電子樣車布置評審把關(guān)； ③時間和精力不足 （項目開展前期， 同時參與幾個項目， 其中有項目處于關(guān)鍵的投產(chǎn)前的設(shè)計改進期等）； ④雖然總裝和質(zhì)量部門參與了相關(guān)的總裝生產(chǎn)工藝評審， 但評審的力度不夠。

這樣一來， 產(chǎn)生的直接影響包括： ①導(dǎo)致后期大量的設(shè)計變更 （對原設(shè)計內(nèi)容進行修改、 完善、優(yōu)化）， 專用件 （針對某種具體車型重新開發(fā)的零部件） 數(shù)目增加； ②空調(diào)系統(tǒng)布置方案不太合理；③靜態(tài)評審不充分導(dǎo)致后期裝配多處發(fā)生干涉而變更設(shè)計 （部分原因是零部件問題造成， 這部分也是評審中空調(diào)零部件與其它系統(tǒng)零部件間隙過小的原因；） ④整車耐久試驗中出現(xiàn)幾個N698車的專有問題， 比如空調(diào)部分空調(diào)管支架 （壓縮機位置處） 斷裂、 空調(diào)軟管與駕駛室地板干涉等； ⑤增大了后期優(yōu)化及改進工作量。

3.2 深入分析除霜問題

因項目前期安排CAE公司對空調(diào)系統(tǒng)的除霜效果進行過CAE分析， 認(rèn)為空調(diào)除霜試驗可以通過， 而在實際的工裝件裝車進行除霜環(huán)模試驗 （在高低溫室內(nèi)模擬低溫的路況對整車進行除霜試驗） 后才發(fā)現(xiàn)離國標(biāo)的要求還差很遠(yuǎn)， 甚至比標(biāo)桿車J116差距明顯， 于是花費了大量人力與物力對除霜進行整改。

從中總結(jié)的教訓(xùn)如下： ①前期應(yīng)該堅持本系統(tǒng)零部件開發(fā)要求 （SDR要求）， 如圖4和圖5所示。設(shè)計初期一開始就提出將儀表板出風(fēng)口位置后移的方案， 風(fēng)管角度能夠更加優(yōu)化， 使風(fēng)能夠吹得更高（A、 B區(qū)）， 但是由于牽涉到儀表臺造型的更改而沒有采用。 ②CFD分析 （運用計算機對流體進行模擬分析） 與試制樣件進行試驗同步結(jié)合。 國內(nèi)的CFD分析需與實際的數(shù)模制作RP件 （快速成型件， 可用來模擬裝配及進行試驗分析） 安排除霜試驗相結(jié)合， 因為目前國內(nèi)CFD分析公司對空調(diào)部分參數(shù)設(shè)定并不專業(yè)。 ③試驗前期的準(zhǔn)備工作非常重要。N698項目本人參與除霜試驗有7次， 因為前期的準(zhǔn)備工作不到位， 試驗不得不終止甚至失敗了幾次。其中準(zhǔn)備工作包括： 清洗車輛； 檢查駕駛室氣密性； 更換機油濾清器、 機油、 低溫柴油； 檢查暖水管路、 風(fēng)管密封狀態(tài)； 檢查暖風(fēng)系統(tǒng)工作狀態(tài)， 使空調(diào)暖水閥門處于通路狀態(tài) （防止冷卻液凍?。粶?zhǔn)備油漆筆和衣服等。

3.3 深入探討空調(diào)通風(fēng)管開發(fā)方式

一直在追趕項目進度是對通風(fēng)管設(shè)計開發(fā)的最大感受。 根據(jù)儀表板的造型， 通風(fēng)管設(shè)計時左右做了鏡像開發(fā)， 在某家分析公司進行CFD分析時就發(fā)現(xiàn)左右4個出風(fēng)口分風(fēng)不均， 實際RP件臺架試驗 （模擬整車的情況在臺架上進行試驗） 測試風(fēng)速也不均。因前期理論分析的主要精力都用在除霜方面分析，所以沒有繼續(xù)進行理論計算。 而主要是由項目制作RP件來反復(fù)調(diào)整風(fēng)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 由于RP件材質(zhì)特別脆， 整改破壞后再利用的機會很小， 直到制作了3批RP件才最終將風(fēng)速調(diào)勻。 為滿足工裝件開模和裝車， 耗時2個月在試驗室進行RP件改制和試驗。

圖6為通風(fēng)管設(shè)計的兩種驗證方式。 風(fēng)管設(shè)計應(yīng)該強化CFD分析和安排RP件驗證兩種方式， 并在風(fēng)管開模之前同時完成。

3.4 空調(diào)管路設(shè)計變更頻繁原因分析

在目前主機廠開發(fā)過程中， 空調(diào)管路都為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計變更最頻繁的部件， N698項目也不例外。本項目變更的原因主要有以下幾點： ①避讓排氣制動閥管路和閥體； ②避讓儲液罐； ③避讓白車身；④配合整個底盤的管線重新優(yōu)化； ⑤壓縮機固定支架在耐久試驗中斷裂后重新設(shè)計固定方案導(dǎo)致管路變化； ⑥駕駛室翻轉(zhuǎn)軸上固定方式的優(yōu)化； ⑦制冷劑加注閥和視液鏡位置的調(diào)整； ⑧蒸發(fā)器連接處外露管路長度的調(diào)整； ⑨軟管長短的調(diào)整； ⑩避開壓縮機。 其中帶翻轉(zhuǎn)的空調(diào)管路設(shè)計變更了6次， 不帶翻轉(zhuǎn)車型空調(diào)管路設(shè)計變更了5次。

空調(diào)管路的最終設(shè)計要達到以下幾點： ①解決耐久試驗中出現(xiàn)的干涉、 斷裂問題； ②解決總裝裝車出現(xiàn)的裝配困難； ③使管路順暢、 清晰， 盡量滿足公司規(guī)定的管線布置要求。

如何避免管路后期設(shè)計變更過多， 個人認(rèn)為主要注意以下2點： ①需要在每個項目里面加入資深的總布置人員， 在管線布置前期對各種底盤的管線進行統(tǒng)籌處理 （國外比較成功的經(jīng)驗就是底盤管線的系統(tǒng)化、 平臺化設(shè)計）； ②培養(yǎng)每個工程師的CAE分析能力， 在設(shè)計管路支架時采用CAE分析， 模擬管路支架的實際工作工況， 可將耐久問題最小化。

3.5 臺架試驗、 環(huán)模試驗及耐久試驗在系統(tǒng)開發(fā)中的重要應(yīng)用

臺架試驗要嚴(yán)格要求， 保證零部件的品質(zhì)。 項目發(fā)布D圖 （Design Drawing， 設(shè)計階級圖紙） 時，伴隨著DVP （Design Verification Plan & Report，設(shè)計驗證計劃及報告） 和DFMEA （Ddsign Failure Mode and Effects Analysis， 設(shè)計失效模式和影響分析） 同時發(fā)布。 對所有專用件按照要求發(fā)布資料，對供應(yīng)商提供的臺架報告給予嚴(yán)格審核。 在此項目中， 印象較深刻的是對鼓風(fēng)機的耐久試驗標(biāo)準(zhǔn)中，有一項電刷的耐久磨損量的臺架試驗方法及時間爭論較大。 在經(jīng)過嚴(yán)格的臺架試驗后， 零部件自身基本沒出問題。 多次進行環(huán)模試驗， 保證系統(tǒng)目標(biāo)達成， 項目雖小， 但是空調(diào)系統(tǒng)通過公司的空調(diào)屬性（空調(diào)系統(tǒng)性能） 簽發(fā)。 分別針對駕駛室單、 雙排左右盤車分別進行除霜及降溫的多次對比試驗， 保證系統(tǒng)達到了設(shè)定目標(biāo)。

此項目遺憾之處在于： ①由于項目原因， 前期半工裝件及手工樣件 （均可實現(xiàn)功能） 樣車只有2臺， 后期天氣情況不適合進行道路試驗； ②沒有進行車內(nèi)噪聲影響評估、 整車熱氣候主觀駕評和整車道路降溫試驗。 后期整車屬性工程師駕評反映N698空調(diào)系統(tǒng)性能優(yōu)于J116車， 順利通過屬性簽發(fā)。 關(guān)鍵之處在于優(yōu)化了蒸發(fā)器芯體的性能 （下面會重點介紹）。 耐久試驗標(biāo)準(zhǔn)及需關(guān)注的重點清單的制定也很重要。 耐久試驗解決了不少前期設(shè)計中出現(xiàn)的問題， 為設(shè)計提供了修正和驗證的機會。 空調(diào)高低壓管支架和高低壓管斷裂給我留下了深刻印象， 分析原因是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理 （管路懸臂過長、 支架懸臂過長、 管夾設(shè)計不牢固） 導(dǎo)致的。 后期涉及的支架也是通過工裝 （全部專用件為開模零部件）車輛耐久驗證滿足的。

3.6 蒸發(fā)器芯體新技術(shù)的采用

主要是通過改變蒸發(fā)器芯體流程的變化、 熱成像儀熱力圖的使用、 蒸發(fā)器進出管在集流管上位置的變化， 來優(yōu)化蒸發(fā)器芯體的散熱性能 （適當(dāng)?shù)卦黾恿死涿阶枇屯L(fēng)阻力)， 因涉及到技術(shù)機密， 這里不作詳細(xì)解釋。 臺架試驗顯示N698車優(yōu)于J116車。 通過新老芯體的臺架試驗數(shù)據(jù)對比， 特別是在中低風(fēng)速3 m/s時 （皮卡車和輕型載貨汽車常用風(fēng)速） 性能提高很多。 因為流程的細(xì)化使冷媒分布更均勻， 特別是在中低風(fēng)速時， 不會造成冷媒換熱一塊多一塊少、 小部分完全換熱達到過熱度、 部分冷媒流出蒸發(fā)器還沒有吸熱等現(xiàn)象， 并使冷媒在芯體內(nèi)部流動更均勻， 提高換熱效率， 減小吹風(fēng)面熱力圖溫差， 使乘員感覺更舒服。 環(huán)模試驗和整車駕評顯示空調(diào)系統(tǒng)降溫效率N698車均優(yōu)于目標(biāo)車輛J116車 （在鼓風(fēng)機風(fēng)量稍小的情況下）。

3.7 風(fēng)管與儀表板裝配問題經(jīng)驗總結(jié)

裝車過程中發(fā)現(xiàn)的問題主要有： ①除霜口通風(fēng)管與格柵不配合； ②風(fēng)管上鉚接鐵支架角度偏差較大； ③右小風(fēng)管與右導(dǎo)風(fēng)管連接處漏風(fēng)； ④右小風(fēng)管與右端蓋板裝配配合較難。 風(fēng)管的整改時間經(jīng)過了2年， 中間還經(jīng)歷了更換供應(yīng)商， 物料難滿足項目進度的艱難過程。 在項目開展前期， 專門針對N698問題制作了風(fēng)管專用件清單用于跟蹤風(fēng)管的整改， 要求廠家定期給予反饋。

其經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)如下： ①風(fēng)管屬于空調(diào)專用件里面看似較容易， 實際需要較精確的部件， 需要選擇技術(shù)實力和生產(chǎn)能力很好的廠家。 ②風(fēng)管前期除了需要滿足空調(diào)系統(tǒng)的功能要求 （CFD制作RP件驗證功能和裝配）， 還需要對風(fēng)管及鉚接支架進行生產(chǎn)工藝分析， 電子樣車多次評審。 ③風(fēng)管的模具、檢具、 工裝等必須保證與數(shù)模一致， 如后期需要更改再調(diào)整。 ④風(fēng)管的模具材料、 工藝必須滿足項目立項車輛數(shù)量的需要， 避免模具重開。 ⑤建立數(shù)模、 修改數(shù)模時要考慮模具較容易實現(xiàn)的方案， 風(fēng)管數(shù)模需要多次評審， 評審中請模具制造商、 供應(yīng)商一起參與。 ⑥要深刻認(rèn)識風(fēng)管與儀表板2個零部件的關(guān)系， 因為多次發(fā)生無法判定哪個零部件不合格的情況。 要求儀表板符合儀表板骨架的檢具， 風(fēng)管符合風(fēng)管的檢具后， 假如需要調(diào)整風(fēng)管 （風(fēng)管較小的原則）， 需要穩(wěn)定儀表板數(shù)據(jù)。

3.8 技術(shù)資料的有效總結(jié)和梳理

在整個項目進行中， 對技術(shù)資料進行有效更新， 明細(xì)表和專用件管理表、 增減件清單隨時更新， 在項目后期， 對整個項目開發(fā)中的技術(shù)資料進行了有效總結(jié)和梳理。 其主要表現(xiàn)如下。

1） 空調(diào)管路數(shù)模更新及時。 空調(diào)管路雖然設(shè)計變更了五六次 （大的調(diào)整一次）， 但是沒有一次是因為數(shù)據(jù)的原因而進行的。

2） 借鑒老風(fēng)管失敗的經(jīng)驗。 在充分分析老的風(fēng)管數(shù)模及實際出現(xiàn)的裝車問題后， 空調(diào)風(fēng)管的重新開模的數(shù)模在電子樣車上組織小組評審及修改5次， 請專家和模具廠評審2次， RP件實體評審1次，雖然花的時間和精力較多， 但考慮到能把以前風(fēng)管出現(xiàn)的問題都避免， 還是非常值得的。

3） 借鑒福特汽車的DVP （設(shè)計驗證計劃） 要求和老工程師保留的DVP 資料。 DVP 嚴(yán)格參照FORD的標(biāo)準(zhǔn)， 并考慮N698車的實際要求編寫。 對供應(yīng)商提供的臺架報告及試驗部分進行的整車試驗部分嚴(yán)格要求， 除了壓縮機安裝支架設(shè)計不合理斷裂以外， 未出現(xiàn)其它大的問題和風(fēng)險。

4） N698整車空調(diào)環(huán)模試驗、 整車除霜試驗資料保存良好。 因以前沒保存J116單、 雙排的試驗數(shù)據(jù)， 而N698的系統(tǒng)目標(biāo)是不低于J116車型， 所以N698車型整車空調(diào)環(huán)模試驗、 整車除霜試驗效果優(yōu)于J116車型的試驗效果， 才符合項目屬性部門前期制定的目標(biāo)， 從而得到順利簽發(fā)。

5） 空調(diào)系統(tǒng)較大的品質(zhì)整改和設(shè)計變更都在AIMS （江鈴開發(fā)的一款項目問題管理系統(tǒng)） 上有記錄， 后期追溯性較好。

6） 圖紙和數(shù)模全部更新到最新狀態(tài)。

7） 保留完整的空調(diào)系統(tǒng)可靠性試驗報告。

完成9 000 km壞路耐久試驗后， 空調(diào)系統(tǒng)功能正常， 只是空調(diào)控制面板暖風(fēng)拉絲回彈， 后來優(yōu)化成為多股拉絲控制面板后， 所有功能正常。

4 結(jié)束語

隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)海外市場拓展的腳步加大，越來越多的右盤車市場將被打開， 汽車空調(diào)作為一個舒適性的指標(biāo)將越來越受到海外消費者的關(guān)心。開發(fā)海外出口空調(diào)系統(tǒng)除了應(yīng)該在國內(nèi)原型空調(diào)的基礎(chǔ)上加以優(yōu)化， 也需要滿足出口國家對環(huán)境溫度、 除霜等不一致的特殊差異化的要求。 另外， 良好的空調(diào)性能也能成為一個很好的賣點。

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［6］QC/T490—2000， 汽車車身標(biāo)準(zhǔn)［S］.