摘要：汽车安全驾驶需要良好的视野。为了保证驾驶员良好的驾驶视野，空调设计时需要充分考虑前挡风玻璃除霜问题。本文以某重型汽车为案例，详细介绍了驾驶室除霜的性能要求、视野区划分、风温曲线获取，并通过试验对除霜性能进行验证。
关键词：视野区、CFD分析、风量分配、试验
前言：
随着汽车产业的快速发展，世界范围内车辆的保有量逐年增加，道路上的汽车也越来越多，人们对安全驾驶越来越关注。良好的驾驶视野对安全驾驶来说至关重要，而驾驶视野又受到空调除霜性能的影响，前挡风玻璃的除霜性能成为空调设计过程中需要考虑的重要因素。
性能要求
1.1前风窗玻璃
试验开始后40min，C区域有95%完成除霜;
试验开始后40min，A区域有80%完成除霜。
1.2侧窗玻璃
试验开始后40min，各视野区域有95%完成除霜。
视野区划分
2.1前风窗视野区划分
A区和C区划分，见表1。
A区和C区的确定以SAE J941规定的眼椭圆为基准，按照SAE J198表1中的“卡车、CBEandCAE”的角度要求确定。
2.2侧窗视野区划分
根据眼椭圆及后视镜，补盲镜布置位置划分侧窗玻璃视野区。
CFD模式分析
3.1目标
3.1.1除霜分量分配比例
前挡风玻璃风量比例80%±4%，左侧窗玻璃风量比例10%±2%，右侧窗玻璃10%±2%，前挡玻璃主驾区域风量大于副驾区域风量;
3.1.2除霜面积要求
除霜进行40min时，前挡玻璃C区除霜面积95%，前挡玻璃A区除霜面积80%，侧窗玻璃视野区除霜面积95%;
3.1.3视野区玻璃表面平均风速
视野区玻璃表面平均风速≥1.8m/s;大于2m/s风速区域面积不小于75%;
3.1.4各出风口风速
前挡玻璃各出风口风速为3m/s-12m/s，大于5m/s风口占比不小于80%;主驾侧平均风速大于副驾侧。
侧窗玻璃出风口风速≥7m/s;
3.1.5温度分布
除霜进行40min时各视野区玻璃平均温度≥28℃;
3.1.6除霜风落点
前挡玻璃各风口吹风落点距A区下沿距离≤150mm，
侧窗玻璃吹风落点应在两个视野区中间位置;
3.2输入
3.2.1空调箱温升曲线
空调箱温升曲线为CDF进行除霜分析的重要边界条件，影响空调出风口温升曲线的因素有发动机温升、发动机冷却液流量和空调箱制热性能，其中发动机温升和冷却液流量受限于发动机转速。获取温升曲线可以按照以下方法：
3.2.1.1对标分析
按照除霜试验方法，对对标车型进行除霜试验，测量空调箱除霜出风口温度，根据此测量值形成温升曲线进行CFD分析。
3.2.1.2台架实验测量法
根据除霜试验条件，在-18℃下发动机转速为5min怠速，10min50%功率转速，20min90%功率转速，由发动机厂家按此条件提供发动机水温上升曲线，并提供不同转速下的暖风水流量。根据发动机温升曲线和水流量由台架试验测量空调箱出风口温度。
3.2.1.4分析拟合法
前期设计中无法进行实验，只有通过计算和CFD模拟分析来得到温升曲线。可以参考以下步骤来获取同款发动机的温升曲线：
发动机温升曲线可以参考同款发动机的温升数据;
根据发动机性能、冷却模块数据、暖风管路数据等信息进行CFD分析得到不同转速下的暖风水流量;
根据得到的发动机温升、暖风水流量、空调箱数据进行分析计算得到空调箱出风口温升曲线。
3.2.2空调箱风量
空调箱除霜风口风量是CFD进行除霜分析的重要边界条件，但通常除霜CFD分析时不考虑除霜风道的风量损失，所以提供风量参数时需要考虑除霜风道的风量损失。
通常空调箱增加除霜风道后风量损失在10%-20%之间，分析时可按损失15%来计算。
3.3输出
根据3.1的目标值输出相关分析结果。
4除霜试验准备
4.1空调箱状态确认
除霜试验前需要对空调箱状态进行检查确认，主要包含以下内容：
制热性能满足要求——台架试验报告
除霜风量满足条件——台架试验报告
除霜模式下其他风口漏风量满足要求——台架试验报告
空调箱装配完后，各风道接口处密封良好，不漏风——车上装配实验效果检查
空调箱无卡滞异响等其他问题——开启空调检查
4.2整车状态确认
整车状态确认包括以下项目：
发动机水温上升正常，未达到节温器开启温度时冷却风扇不工作
驾驶室密封性良好，62.5Pa时泄漏量≤180CFM
空调工作正常，风量、温度、内/外循环、模式等调节正常
测量各风口风速满足要求
测量视野区玻璃表面风速，视野区平均风速≥1.2m/s
检查暖风管路无凹憋，水路循环正常，水阀开启正常
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5除霜试验
5.1试验条件
5.1.1试验环境温度-18℃±3℃，其温度控制测点应在汽车风窗外表面玻璃中部前方300mm的汽车纵向中心平面上;
5.1.2试验应在足以容纳被实验车辆的低温室内进行，室内应配有制冷空气循环装置，并使冷空气循环，试验汽车在进入低温室前，室温应维持在-18℃±3℃范围内至少24h;
5.1.3低温室空气流速水平分量应低于2.2m/s，其测量点与5.1.1相同;
5.1.4车辆蓄电池应处于充满状态;
5.1.5试验期间，除了加热和通风系统的进、出风口外，关闭车门和其他通风口;
5.2实验仪器设备
5.2.1试验造霜喷枪应符合如下要求：
a) 喷嘴孔直径1.7mm
b) 工作压力350Kpa±20Kpa
c) 液流速率0.395L/min
d) 距喷嘴200mm处形成的喷射锥直径为300mm±50mm
5.2.2温度计或其他测温仪器;
5.2.3发动机转速表;
5.2.4秒表或其他计时仪器;
5.2.5风速仪或其他测速仪器;
5.2.6电压表;
5.2.7记号笔、记录纸、照相机、热成像仪及其他画线、记录工具。
5.3试验方法
5.3.1样车在进入低温环境前，应检查车况，并更换除霜试验期间合适的机油，燃油和适合环境温度的发动机冷却液;
5.3.2样车在除霜试验前，进行汽车前风窗玻璃A、C区的面积划分，侧窗A、B区划分，打上10mmx10mm的方格线;
5.3.3在发动机出水处、暖风进水处、暖风出水处、前档出风口处、侧窗出风口处、前风窗内表面A区中心、前风窗内表面C区中心、侧窗玻璃视野区中心布置温度传感器;
5.3.4试验车进入低温环境后熄火，在试验温度下至少停放8h;如果发动机冷却液、润滑剂等温度确知已稳定在试验温度时，停放时间可缩短;
5.3.5试验前，对风窗玻璃内外表面用含甲醇的酒精或类似去污剂彻底清除油污，待干后再用干棉布擦拭。造霜时，喷枪喷嘴应垂直于玻璃表面，相距200mm-250mm，将0.044g/cm²x风窗玻璃面积的水量均匀的喷射到玻璃外表面，生成均匀的冰层;
5.3.6汽车风窗玻璃形成冰层后，汽车应在低温室停放30min-40min，然后由1名或2名实验人员进入驾驶室，关闭车门和窗门，启动发动机，关闭AC打开暖风系统，开启除霜模式、内循环、风速最大档位、温度设定最大值;
5.3.7对于柴油发动机，启动后先怠速5min，然后按50%额定转速运行10min，最后按90%额定转速运行至试验结束;
5.3.8试验自发动机启动后正式开始，试验期间可以使用汽车的自动刮水器。
5.4实验记录
5.4.1试验开始后至试验结束，每5min用记号笔在驾驶室风窗玻璃内表面画出除霜的融化曲线;
5.4.2记录发动机转速;
5.4.3记录环境温度和空气吹汽车风窗的风速;
5.4.4每2min记录一次温度传感器数值;
5.4.5试验若重复进行，除霜面积应取其平均值;
5.4.6记录实验结果并整理.——论文作者：胡青青
