重型卡车门护板除霜风道设计及优化

韩雪，张鑫杰，夏攀

重型卡车门护板除霜风道设计及优化

韩雪，张鑫杰，夏攀

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

随着社会经济的快速发展，人们对卡车舒适性、可靠性和安全性等方面的要求越来越高。除霜效果的好坏，直接影响着卡车的舒适性和安全性。针对某款车型门护板和边界结构，设计了注塑成型的门护板除霜风道。通过CFD分析验证除霜效果，并根据分析结果进行风道结构优化。为后续门护板除霜风道的设计提供了思路和理论依据。

侧除霜；风道；结构；CFD分析

引言

冬天和阴雨天车外温度较低的情况下，汽车内人员的散热及呼气量会使汽车内部温度升高，汽车内外温差加大，造成风窗玻璃在车速及冷风的影响下开始结霜。这种情况下，如果除霜系统性能不好，玻璃就会成为盲区，影响驾驶员视野，对汽车行车安全造成危害。因此，车辆除霜性能是内饰件设计过程中需要着重考虑的问题。

1 除霜风道概述

1.1 除霜原理

由除霜风道吹出的气流在汽车玻璃内表面形成一道热风幕。其作用是将车内的空气与玻璃隔开，并通过对流以及辐射向玻璃内表面散热，使玻璃的内表面温度升高，从而除去风窗上形成的霜。

1.2 除霜风道的基本结构

常见的重型卡车的除霜风道一般都由前除霜风道、侧除霜风道、导风板、出风口格栅等组成。见图1所示。

1.3 除霜风道常见结构及工艺

常规情况下，除霜风道一般用PE吹塑而成，这种结构的风道体积小，模具简单、成型快、密封性好。特殊情况下，当受门护板造型和车门钣金结构限制，留给除霜风道的空间有限，无法布置吹塑风道时，也可采用PP材料添加一定比例的滑石粉注塑成型，与门护板扣到一起，形成一个封闭的腔体。

图1 除霜风道结构

2 侧除霜风道结构设计

2.1 边界条件

侧除霜风道布置于门护板和白车身车门钣金之间，确保从前除霜风道引流过来的气流可以吹到侧窗玻璃正确的位置，并沿着侧窗玻璃向上流动，尽可能覆盖视野区域。因此侧除霜风道结构设计时，需要考虑的边界条件主要有白车身车门钣金、门护板、侧窗玻璃等。

2.2 除霜区域划分

风道设计之前，需要将驾驶室地板、座椅、仪表台、侧窗玻璃、后视镜等数据搭建完整，由人机工程师确定驾驶员视野范围，进而得出侧除霜区域。见图2所示。

图2 侧除霜区域

2.3 风道设计

收到门护板CAS面、白车身车门钣金、车门进风口、侧除霜区域等输入条件以后，就可以开始风道设计了。风道设计时，要求走向尽量平滑，避免出现急剧收窄或者变大的结构。截面形状尽量规整，避免出现异形截面。

由于门护板与白车身车门内钣金之间Y向距离较小，而吹塑风道需要一定的Y向尺寸为风道走向变化提供空间。因此经过分析，风道结构采用PP材料注塑而成，与门护板螺钉连接，形成空腔。气流从车门进风口进入空腔，受导风板和风道壁的导向作用，从门护板出风口吹到侧窗玻璃的正确位置，达到除霜效果。初版除霜风道见图3所示。

图3 初版风道结构

3 CFD仿真分析

传统的除霜风道设计主要依赖经验，该方法无法知道除霜风道内的空气流动情况，使得除霜风道的优化过程没有理论可以依照，必须通过试验测量以后才可以知道优化后风道的除霜性能的好坏。所以传统的除霜风道设计方法不能为问题整改提供依据。甚至需要反复试制和测试，增加车辆开发成本，延长开发时间。而CFD分析能够得到详细的流场信息，不但可以验证设计的合理性，也可以为改进设计提供依据。能够大大缩短开发时间，大幅降低开发成本。

3.1 输入条件

参照重型卡车使用工况和以往实际试验数据，进行CFD仿真分析时，环境温度设置为-18℃，入口流量为510m3/h，温度曲线如图4所示：

图4 温升曲线

风量分配见表1所示：

表1 风量分配表

除霜要求：

a:40min除去驾驶员侧侧窗A区的100%；

b:40min除去副驾驶员侧侧窗A区的100%。

3.2 分析结果

CFD分析结果显示，角窗处出风口平均风速比后窗出风口平均风速高41%，风速分析结果见图5。

图5 风速分析结果

根据图2可知，主驾的A、B区位于后窗，副驾的A、B区位于角窗。因此对于除霜结果最直接的影响，就是角窗实际风量大于后窗，驾驶员A区和副驾驶C区的40分钟除尽率分别为57.4%和60.1%,不满足要求。除霜效果云图见图6所示。

图6 除霜效果云图

4 风道结构优化

从CFD分析结果来看，角窗处出风口的风量比后窗大，根据划分的视野区域来看，主驾的A、B区在后窗，副驾的A、B区在角窗。因此进行风道结构优化时，左、右风道不能依照常规做成对称件。主驾侧风道结构要求后窗出风量更大，副驾侧风道结构要求角窗出风量更大。

4.1 优化方案

4.1.1主驾侧风道优化方案

主驾侧风道优化时，需要重新进行风量分配，将风量更多的引到后窗去。可以在角窗处增加导风板，减少角窗流量分配。同时将后窗处风道壁收窄，使气流在此处的流向尽量直吹A、B区。同时，需要增大门护板上后窗出风口的尺寸。优化后的主驾侧风道见图7。

图7 优化后的主驾侧风道

4.1.2副驾侧风道优化方案

由于副驾的A、B区位于角窗，优化前的风道结构角窗风量大，已经可以满足副驾A、B区的除霜需求。因此副驾风道不需要再增加隔板将风量分配到后窗，只需要增加门护板后窗出风口的尺寸，使后窗气流能够沿着后窗玻璃更多的向上流动，最大限度的覆盖C区。

4.2 优化结果及对比

对优化后的左、右风道重新进行CFD分析，输入条件相同。分析结果显示，主副驾的气流趋势基本合理，基本可以覆盖整个视野区。视野区的驾驶员A区的40min除尽率为100%，副驾驶C区的除尽率为74.3%。除霜效果比优化前的结构均有很大提升，满足除霜要求。优化前后的除霜效果对比见表2，除霜云图见图8。

表2 优化前后的视野区40min除尽率对比

5 总结

文章针对门护板和白车身车门钣金结构的特殊性，摒弃传统的吹塑结构风道，设计了一种利用注塑工艺成型的风道。并对风道结构进行CFD分析，针对分析结果，对风道结构进行优化，验证了优化效果。为后续门护板除霜风道设计提供了思路和依据。

[1] 钟凌.浅析汽车空调除霜风道设计.[J]汽车零部件,2015年第3期.

[2] 李朔.仪表板除霜风道设计.[J]机械,2017年第10期.

[3] 孙刚,徐海港.某车型除霜性能CFD优化分析.[J]农业装备与车辆工程,2016年第6期.

Design and Optimization of Defrosting Duct for Heavy Truck Door Guard

Han Xue, Zhang Xinjie, Xia Pan

（Automotive Engineering Research Institute, Shaanxi Heavy-duty Automobile Co., LTD, Shaanxi Xi'an 710200）

With the rapid development of social economy, people are demanding more and more on truck comfort, reliability and safety. Defrosting effect the quality of the truck directly affects the comfort and safety of the truck. According to the door guard plate and boundary structure of a certain vehicle model, an injection molded defrosting air duct for the door guard plate is designed. Through CFD analysis, the defrosting effect was verified and the air duct structure was optimized according to the analysis results. It provides the train of thought and theoretical basis for the subsequent design of defrosting duct for door guards.

Side defrosting; Air duct; Structure; CFD analysis

A

1671-7988(2019)18-61-03

U463.85+1

A

1671-7988(2019)18-61-03

U463.85+1

韩雪，就职于陕西重型汽车有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.021