基于SNT評價方法的某輕客乘員空調(diào)舒適性的優(yōu)化

摘要：在某輕客開發(fā)過程中，采用指標分解的方法對空調(diào)吹臉性能進行評價，通過測試現(xiàn)生產(chǎn)車型與競品車型的相關(guān)指標參數(shù)，確定了大改款車型空調(diào)吹臉性能目標值;以現(xiàn)生產(chǎn)車型為基礎建立仿真模型與試驗結(jié)果對標驗證仿真方法的合理性。采用自定義的仿真分析方法對新開發(fā)車型乘員空調(diào)舒適性進行了優(yōu)化，最終使大改款車型空調(diào)性能達成目標值。

關(guān)鍵詞：乘員舒適性;SNT;CFD;優(yōu)化

中圖分類號：U463.4收稿日期：2022-06-09

DOI：10.19999lj.cnki.1004-0226.2022.07.010

1 SNT 評價方法介紹

SNT（System Numerical Target）系統(tǒng)客觀目標，是將規(guī)定的目標盡可能以計量方式去設定[1-2]。在空調(diào)吹臉的SNT指標設定上，充分考慮駕駛員實際感受，風口調(diào)節(jié)能力等因素設定表1所示的五項指標。

如圖1所示，測試選用95分位假人模型，確定駕駛員EP點（兩個眼睛連線的中間點）位置后，通過調(diào)節(jié)出風口格柵角度測試5個SNT指標，由于測試時主要考察駕駛員側(cè)兩出風口，所以乘員側(cè)出風口格柵調(diào)至最下位置。測試過程中，關(guān)閉車窗，開啟空調(diào)風機最大擋，全冷吹臉模式，內(nèi)循環(huán)。

2試驗結(jié)果

本文試驗車共3臺，包括一輛現(xiàn)生產(chǎn)輕客BASE，以及競品A、競品B。

2.1 HAVC總成風量測試結(jié)果

在進行SNT前期，已在臺架上完成對三臺車HAVC總成的吹臉最大風量測試：BASE （381.3 m/h）、競品A（294.3 m3/h）、競品B（367.7 m3/h），從風量上來說，BASE風量優(yōu)于兩款競品車。

2.2 SNT 測試結(jié)果

表2所示為三款車的SNT吹臉測試結(jié)果，EP-face指標BASE與競品B接近，明顯優(yōu)于競品A;EP-left指標BASE與競品B相同，略差于競品A;EP-right指標 BASE與兩款競品差距較大;EP-down指標三款車整體接近;EP-up指標BASE 表現(xiàn)最佳。

整體上看，BASE車在HAVC風量較大的情況下，SNT 指標表現(xiàn)一般，主要差距體現(xiàn)在EP-right、 EP-left以及EP-down三個考察出風口范圍的指標上，需要采取相應改善措施?；谠囼瀸?，設定的大改款車型空調(diào)吹臉SNT指標如表3所示。

3仿真與試驗對標

3.1仿真模型搭建

基于BASE車型搭建駕駛室內(nèi)流場計算模型，保留乘員艙內(nèi)飾、儀表板、座椅、吹臉風道、出風口（帶格柵）以及假人（95分位）。在網(wǎng)格劃分上，細化風道、出風口、假人表面，邊界層設置上采用3層、拉伸比1.3，總厚度4 mm。最終計算模型總網(wǎng)格數(shù)為500萬左右，如圖3所示。

本次分析主要通過調(diào)整出風口格柵角度而與試驗測試的五種狀態(tài)對標，BASE車型出風口格柵上下左右調(diào)節(jié)極限角度均為30°，假設設計狀態(tài)（最大開度）格柵角度為0°，則上極限為+30°，下極限為-30°，左極限為+30°，右極限為-30°。同時確定假人EP點整車坐標為（2 590，-464，1761），在3D數(shù)模上分別校核出駕駛員側(cè)左右出風口吹向EP點的上下左右偏轉(zhuǎn)角度，最終形成如表4所示的SNT仿真計算格柵角度。

3.2后處理

試驗中風速測量使用的儀器為精度 0.1m/s的手持葉輪式風速儀，為與試驗結(jié)果盡可能對應，對五項SNT指標進行相應的后處理方式，具體處理方式如下：

對于EP-left、 EP-right， EP-down三項距離評價指標，采取如圖4所示的處理方式，在EP點坐標處截取向斷面，添加標量場，函數(shù)選取velocity[i]，標尺范圍不小于0.1。量取EP點至輪廓水平最左側(cè)點Y向距離，即為EP-left指標的值，以此類推其他兩項指標。

對于EP-face、EP-up兩項速度評價指標，采取如圖5所示，在EP點前方25 mm處截取Y向斷面，添加標量場，函數(shù)選取velocity，顯示等值線及數(shù)值，讀取EP投影值該截面位置風速，如圖5所示為EP-face仿真結(jié)果示意圖。

3.3 BASE車仿真與試驗對標結(jié)果

表5所示為BASE車型吹臉SNT仿真與試驗結(jié)果，EP-face與EP-up兩項指標與試驗值吻合度較高， EP- left， EP-right、 EP-down三項指標仿真與試驗存在一定差異，差異較大的達到30mm，這主要由于試驗過程中儀器的靈敏度不足和駕駛室內(nèi)氣流兩方面因素影響臨界位置的確定而導致。

同時結(jié)合流線與試驗主觀判斷，EP-right指標很差，駕駛員左側(cè)出風口即使調(diào)節(jié)格柵至最右側(cè)依舊無法直接吹至人面部，僅能達到左耳處，是后續(xù)主要改進方向。圖6所示為EP-right指標仿真流線。仿真結(jié)果與試驗吻合度較高，仿真結(jié)果略小于試驗結(jié)果，若仿真結(jié)果滿足要求，則基本可判斷試驗結(jié)果可達成，此仿真方法可作為新開發(fā)車型吹臉SNT指標優(yōu)化的方法。

3.4大改款車型仿真計算結(jié)果

依據(jù)上文仿真方法，對大改款車型第一版風道、出風口數(shù)據(jù)進行計算，計算結(jié)果及云圖分別如表6、圖7所示。

從第一版數(shù)據(jù)仿真計算結(jié)果來看，目前存在的問題主要有：a.左右出風口調(diào)節(jié)范圍不夠，特別是左出風口出風基本無法吹至EP點右側(cè);b.左右出風口上下調(diào)節(jié)范圍不一致，左側(cè)偏高，右側(cè)偏低;c.氣流從風口出來不聚集，存在發(fā)散問題。

4改進方案及效果

針對上述描述，改進方案及效果如下：

a.出風口壁面設置臺階結(jié)構(gòu)，增強左右格柵導向能力。如圖8所示，初版大改款出風口左右調(diào)節(jié)格柵位于內(nèi)部，由于出風口壁面的影響，即使格柵調(diào)節(jié)至臨界位置，氣流依舊沿壁面流出。針對此項問題，對出風口位置處設置臺階結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

b.調(diào)整格棚型面。如圖10所示，針對左右出風口上下調(diào)節(jié)范圍差距較大的情況，對上下調(diào)節(jié)格柵型面進行調(diào)整，將格柵內(nèi)端收窄，其中綠色為原方案，紅色為優(yōu)化方案。

c.適當縮小出風口面積。由于初版方案計算結(jié)果顯示氣流存在一定發(fā)散，所以將出風口適當縮小，縮小出風口可使氣流聚攏，增大氣流流速。如圖11所示，其中綠色為原方案，紅色為優(yōu)化方案。

經(jīng)過計算，雖然縮小出風口面積的方案，能有效提高EP-face風速，且改善發(fā)散情況，但是此方案需要更改出風口造型，變動較大，所以并未被采納。大改善出風口最終同時采納方案一及方案二，五項指標均達成目標值，圖12所示為改善后仿真結(jié)果云圖，改善后各目標值如表7所示。

參考文獻：

[1]陳億.某汽車空調(diào)性能的CFD分析與優(yōu)化[D].重慶：重慶大學2022.

[2]陳楊華，馮英.某型汽車空調(diào)風道的CFD數(shù)值模擬計算應用[J].南昌大學學報（理科版）.2012，36（3）：282-285.

作者簡介

陳陽，男，1992年生，助理工程師，研究方向為計算流體動力學仿真。