乘用車后排出風(fēng)口風(fēng)特性評價(jià)方法研究

言俊苓

(一汽豐田汽車有限公司技術(shù)研發(fā)分公司 天津 300462)

0 引 言

出風(fēng)口作為車輛室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的重要零部件，已經(jīng)成為汽車中不可或缺的一部分。近年來，市場上推出的新車型中沒有后排出風(fēng)口的車型越來越少，作為A級車后排僅有的出風(fēng)設(shè)備，副儀表板部位后排風(fēng)口已經(jīng)成為A級乘用車的標(biāo)準(zhǔn)配件，如圖1所示。

針對乘用車空調(diào)系統(tǒng)性能的評價(jià)，目前并沒有任何強(qiáng)制性的試驗(yàn)評價(jià)要求可以參照，僅有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T658—2000《汽車空調(diào)整車降溫性能試驗(yàn)方法》為依據(jù)[1]，同時試驗(yàn)后的評價(jià)要求也沒有任何推薦數(shù)值供參考。

國內(nèi)各主機(jī)廠針對空調(diào)性能的評價(jià)都是企業(yè)內(nèi)部自行制定的要求。整個空調(diào)系統(tǒng)對于整車來說是否合適都是根據(jù)各主機(jī)廠車輛企劃階段的定義及經(jīng)驗(yàn)確定的。故目前大部分主機(jī)廠只將出風(fēng)口作為內(nèi)飾零部件與其他內(nèi)飾一同進(jìn)行內(nèi)飾的相關(guān)試驗(yàn)評價(jià)，而對于出風(fēng)口單品的風(fēng)特性評價(jià)并沒有過多的試驗(yàn)考核方法。

本文基于實(shí)際車型，總結(jié)了后排出風(fēng)口風(fēng)特性相關(guān)試驗(yàn)的評價(jià)目的與評價(jià)方法。

1 后排出風(fēng)口風(fēng)特性評價(jià)項(xiàng)目

從以人為本的理念出發(fā)，后排出風(fēng)口要滿足使用中的可靠性和舒適性。在風(fēng)口使用的過程中，出風(fēng)口不能出現(xiàn)基本功能失效、不舒適噪聲和降溫性能不足。根據(jù)以上幾個要點(diǎn)，將后排出風(fēng)口風(fēng)特性評價(jià)項(xiàng)目匯總?cè)绫?所示。

表1 風(fēng)特性評價(jià)項(xiàng)目匯總Tab.1 Summary of wind characteristic evaluation items

以上評價(jià)項(xiàng)目主要包括 3方面，即基本功能評價(jià)、噪聲相關(guān)評價(jià)與舒適度評價(jià)。這 3方面的評價(jià)都是由風(fēng)相關(guān)性能衍生而來，其他內(nèi)裝與機(jī)能相關(guān)的評價(jià)并沒有涵蓋其中。

2 風(fēng)特性試驗(yàn)方法

2.1 基本功能評價(jià)

此項(xiàng)基本功能評價(jià)僅指與風(fēng)相關(guān)的出風(fēng)口機(jī)能評價(jià)。出風(fēng)口中的葉片、風(fēng)門等部件都是可以運(yùn)動的，如在出風(fēng)口使用過程中由于風(fēng)速過快導(dǎo)致葉片與風(fēng)門的機(jī)能失效，這就會給乘客帶來不好的體驗(yàn)。所以與風(fēng)相關(guān)的功能評價(jià)分為風(fēng)壓試驗(yàn)與風(fēng)泄露試驗(yàn)2項(xiàng)。

2.1.1 風(fēng)壓試驗(yàn)

在后排出風(fēng)口使用過程中，風(fēng)的方向與風(fēng)量都是可以根據(jù)乘客的需要進(jìn)行調(diào)整的。會出現(xiàn)在前排乘客需要把風(fēng)量調(diào)到最大，而后排乘客需要中等風(fēng)量的情況；又或者會出現(xiàn)后排乘客也需要最大風(fēng)量，但是出風(fēng)方向需要最高角度的情況，后排出風(fēng)口就會出現(xiàn)下述工況：

①出風(fēng)口進(jìn)風(fēng)處流入最大風(fēng)量，風(fēng)門處于半開狀態(tài)；

②出風(fēng)口進(jìn)風(fēng)處流入最大風(fēng)量，風(fēng)門全開，葉片處于最高角度狀態(tài)。

以上 2種工況的后排出風(fēng)口風(fēng)門或葉片都是上揚(yáng)的姿態(tài)，如果無法長時間保持在乘客設(shè)定的狀態(tài)下，就不能給乘客提供所需的出風(fēng)效果，乘客將認(rèn)為出風(fēng)口基本功能存在問題，車輛也會遭到客戶投訴。所以在車輛開發(fā)階段，對出風(fēng)口的運(yùn)動部件進(jìn)行以上極限工況下是否可以保持基本姿態(tài)的判定試驗(yàn)就顯得尤為重要。

風(fēng)壓試驗(yàn)的基本原理就是模擬風(fēng)口在極限風(fēng)量條件下風(fēng)門、葉片在幾個典型位置是否會發(fā)生姿態(tài)保持失效的試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方法詳見表 2。其中關(guān)于試驗(yàn)狀態(tài)中列舉的各項(xiàng)試驗(yàn)可以根據(jù)后排出風(fēng)口實(shí)際的結(jié)構(gòu)與工況進(jìn)行全部或部分實(shí)施。

表2 風(fēng)壓試驗(yàn)方法Tab.2 Wind pressure test method

2.1.2 風(fēng)泄露試驗(yàn)

風(fēng)泄露試驗(yàn)主要針對車上部分乘客需要使用空調(diào)，而另一部分乘客并不想吹風(fēng)的情況。不想吹風(fēng)的乘客將進(jìn)行“臨近出風(fēng)口關(guān)閉后是否還會有風(fēng)被此乘客感知”的試驗(yàn)，如前排開啟空調(diào)出風(fēng)口后排關(guān)閉的情況下后排風(fēng)口是否漏風(fēng)。此項(xiàng)試驗(yàn)主要評價(jià)風(fēng)口在使用過程中風(fēng)門與風(fēng)筒或葉片與風(fēng)筒之間是否存在風(fēng)的泄露。雖然無法將風(fēng)泄露量完全控制到 0，但是需要保證泄露的風(fēng)不能被乘客明顯感知。

如果所漏風(fēng)速過快勢必會被乘客感覺到，那么乘客就會抱怨風(fēng)口雖然設(shè)計(jì)了關(guān)閉功能，但是卻無法完全關(guān)閉，進(jìn)而造成對零件或者車輛品質(zhì)的投訴。所以特別設(shè)定風(fēng)泄露試驗(yàn)在試驗(yàn)階段對其進(jìn)行評價(jià)，具體試驗(yàn)方法詳見表3。

表3 風(fēng)泄露試驗(yàn)方法及評價(jià)要求Tab.3 Wind leakage test method and evaluation requirements

2.2 噪聲相關(guān)評價(jià)

乘用車噪聲和振動與聲振粗糙度(NVH)性能會直接影響到乘坐舒適性?？照{(diào)出風(fēng)口嘯叫是一種常見的NVH問題，會引起乘客不適與疲勞[2]。

空調(diào)出風(fēng)口的嘯叫聲屬于氣動噪聲，氣動噪聲具有隨機(jī)特征，是流體運(yùn)動產(chǎn)生的非定常壓力脈動，并以波動形式向外傳播[3]。出風(fēng)口的嘯叫聲也僅僅是出風(fēng)口與風(fēng)相關(guān)噪聲中的一種，嘯叫可以理解為異常尖銳、頻率較高的噪聲，而出風(fēng)口吹風(fēng)過程中也經(jīng)常聽到一類雖然不尖銳，但非常特別的聲音，這一類噪聲可以歸類為異常噪聲。還有一種就是單純的大分貝噪聲，因?yàn)槌丝烷L時間處于分貝值過大的環(huán)境中，也會產(chǎn)生不適的感覺。所以將噪聲相關(guān)評價(jià)分為異常噪聲試驗(yàn)、嘯叫聲試驗(yàn)與吹風(fēng)噪聲評價(jià)3項(xiàng)。

2.2.1 異常噪聲試驗(yàn)

出風(fēng)口作為汽車內(nèi)飾中為數(shù)不多的機(jī)能零件之一，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，且構(gòu)成零件很多。在風(fēng)吹過的過程中有可能產(chǎn)生異常的噪聲，如風(fēng)中的旗幟抖動“吧嗒吧嗒”的聲音。

在目前汽車市場上 NVH被重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)境下，這就要求在零部件評價(jià)階段專門針對此項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，切實(shí)防止此類異常噪聲出現(xiàn)。具體的試驗(yàn)方法詳見表4。

表4 異常噪聲試驗(yàn)方法及評價(jià)要求Tab.4 Abnormal noise test method and evaluation requirements

2.2.2 嘯叫聲試驗(yàn)

空氣在流動時會產(chǎn)生擾動，擾動發(fā)生后會產(chǎn)生氣動噪聲。噪聲頻率在一定范圍內(nèi)，宏觀上就會聽到嘯叫聲。在我們的生活中，由氣體擾動發(fā)出嘯叫的情況有很多，如圖2的3種形式。

圖2 常見氣動發(fā)聲示意Fig.2 Common pneumatic sounds

第一種是空氣通過細(xì)小縫隙產(chǎn)生氣體渦流擾動發(fā)出嘯叫，如我們吹口哨的聲音。

第二種是空氣通過尖銳邊緣時產(chǎn)生渦流擾動發(fā)出嘯叫，如我們平常比賽中常見的哨子。

第三種是空氣通過長管類形狀的空間，空氣在管壁產(chǎn)生反彈擾動發(fā)出嘯叫，如風(fēng)大時在隧道中聽到的風(fēng)聲。

出風(fēng)口的風(fēng)門、葉片、風(fēng)筒這 3部分之間配合結(jié)構(gòu)涵蓋了上述 3種氣動發(fā)聲的常見情況，如圖 3所示。此類結(jié)構(gòu)為出風(fēng)口比較常見的結(jié)構(gòu)形式，除了在設(shè)計(jì)階段通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化來減少嘯叫風(fēng)險(xiǎn)外，后期試驗(yàn)評價(jià)階段也要通過試驗(yàn)來驗(yàn)證。具體試驗(yàn)方法詳見表 5。

圖3 常見出風(fēng)口斷面Fig.3 Common air outlet section

表5 嘯叫聲試驗(yàn)方法及評價(jià)要求Tab.5 Test method and evaluation requirements for whistling noise

2.2.3 吹風(fēng)噪聲試驗(yàn)

我們的生活環(huán)境中都是存在噪聲的，過大的噪聲將直接影響人們的身心健康，通過表6可以直觀地了解到我們生活環(huán)境中的各種噪聲的分貝值。由此可見，當(dāng)身處于電鋸周圍時，由于聲音過大想要遠(yuǎn)離的情況其實(shí)是自覺排斥過大噪聲的正?，F(xiàn)象。

表6 環(huán)境中各類型噪聲對應(yīng)分貝值Tab.6 Corresponding decibel values of various types of noise in environment

出風(fēng)口在吹風(fēng)的過程中也會產(chǎn)生噪聲，如果噪聲過大的話也會引起乘員的不適，自覺地遠(yuǎn)離車輛將導(dǎo)致消費(fèi)者對車輛評價(jià)降低。所以我們需要對出風(fēng)口吹風(fēng)噪聲進(jìn)行評價(jià)，保證噪聲分貝值在一個可接受的范圍內(nèi)。具體試驗(yàn)方法詳見表7。

表7 吹風(fēng)噪聲試驗(yàn)方法及評價(jià)要求Tab.7 Test method and evaluation requirements for blowing noise

2.3 舒適度評價(jià)

在舒適度評價(jià)方面，與出風(fēng)口風(fēng)特性相關(guān)的就是風(fēng)指向性這一方面的評價(jià)。出風(fēng)口在空調(diào)系統(tǒng)中的主要作用就是調(diào)節(jié)風(fēng)量大小和改變出風(fēng)方向。所以出風(fēng)口配合系統(tǒng)中的空調(diào)與風(fēng)道必須滿足前期設(shè)計(jì)的最大導(dǎo)風(fēng)角度。

此試驗(yàn)方法闡述了僅使用出風(fēng)口單品進(jìn)行風(fēng)指向性的評價(jià)手段，且不再需要搭配空調(diào)與風(fēng)道，減少了試驗(yàn)及設(shè)備方面的投入。

出風(fēng)口除了需要保證正常出風(fēng)的功能外，另外一項(xiàng)重要功能就是導(dǎo)風(fēng)，即按照乘員的需求改變吹風(fēng)的方向。前期設(shè)計(jì)階段按照整車布置的要求會設(shè)定出風(fēng)口葉片旋轉(zhuǎn)角度，此角度在理論上要滿足布置要求，但實(shí)際吹風(fēng)時由于距離的原因，風(fēng)的流動方向與流動速度是會發(fā)生改變的，這就需要后期實(shí)物驗(yàn)證階段進(jìn)行出風(fēng)口風(fēng)指向性的試驗(yàn)評價(jià)。具體試驗(yàn)方法詳見表8。

表8 風(fēng)指向性試驗(yàn)方法及評價(jià)要求Tab.8 Test method and evaluation requirements forwind directivity

3 結(jié) 論

通過以上幾種方法可以對出風(fēng)口單品進(jìn)行風(fēng)特性性能評價(jià)，由于其中包含了整車室內(nèi)降溫試驗(yàn)所不具備的考核維度，將更加全面地評價(jià)出風(fēng)口單品的功能。

與此同時，還可以使用試制件在正式開模前對噪聲與風(fēng)指向性進(jìn)行前期設(shè)計(jì)驗(yàn)證，以避免在生準(zhǔn)階段反復(fù)修改。而基本功能方面的評價(jià)還是需用正式零件進(jìn)行試驗(yàn)，原因是出風(fēng)口葉片與風(fēng)門的姿態(tài)保持力，大部分出風(fēng)口還是通過結(jié)構(gòu)上部品之間的間隙與材料特性來保證，以試制品進(jìn)行此方面試驗(yàn)結(jié)果并不能在后續(xù)正式零件上借鑒。

此方法可以用于汽車生產(chǎn)企業(yè)在前期設(shè)計(jì)階段對零件設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，以保證在開發(fā)中及后期實(shí)車評價(jià)階段相關(guān)問題的發(fā)生，也為零部件單品的試驗(yàn)評價(jià)提供參考。