汽車空調多風口風量測試實驗臺研究

吳楠楠，韓岳彬，黃琴，劉宗昀，趙亮

（1.淮陰工學院 工程訓練中心，江蘇淮安，223000；2.淮陰工學院 江蘇省先進制造重點實驗室，江蘇淮安，223000）

汽車空調各出風口風量是汽車空調舒適性開發的重點之一，研究汽車空調箱風量分配規律是為汽車空調控制提供基礎數據，最終達到提高駕乘人員舒適性體驗的目的［1］?？照{箱由鼓風機、內外循環電機、出風模式電機、溫度電機以及進風口、暖風芯體、出風口等結構組成。鼓風機用來控制空調箱轉速，而內外循環電機則通過調整內外循環風門位置，完成對車內外循環的連續調節。出風模式電機的運動狀態，對應了吹面模式、吹腳模式、吹窗模式、吹面吹腳模式、吹面吹窗模式、吹腳吹窗模式和吹面吹腳吹窗模式。溫度電機的連續運動用于調節流經暖風芯體的風量大小，從而實現車內溫度目標。汽車空調系統就是通過控制鼓風機轉速和電動機位置，完成空調的模式、溫度、風量調節。不同鼓風機轉速、出風模式和溫度電機位置的組合所對應的空調箱出風口風量測試的工況點，是復雜多樣的。同時，汽車空調箱出風口往往包括多個吹窗、吹面、吹腳出風口。

而當前風量測量方式為各出風口逐個測量，風量測量裝置需要在各個出風口之間進行拆裝，試驗工況需要在各出風口測量時重復實施。如此，在試驗工況點多，任務量大的基礎上，又造成了工作的大量重復，試驗效率低下。

開發一種連接汽車空調箱出風口和風量測量裝置，可以有效避免風量測量裝置在多個出風口之間拆裝，試驗工況重復實施，可以提高工作效率。并且在測量目標出風口風量時，不影響其他出風口出風，能夠有效還原空調箱出風狀態，測量出空調箱正常工作時出風口風量［2］。本文將以提高空調舒適性為目的，來研究如何測量汽車空調多個出風口的風量。該裝置可以大幅提高風量的測試效率，便于得到更多的風量數據，為汽車空調系統控制提供數據支撐。

1 汽車空調多風口風量測試實驗臺設計方案

1.1 汽車空調多風口測試實驗臺總體方案

該實驗臺總體結構分為臺架、管道連接結構和風量測量裝置三部分。臺架用于固定空調箱，結構簡單且便于移動。管道連接結構一端連接汽車空調的各個出風口，另一端連接風量測量裝置［3，4］。風量測量裝置用于風量數據的采集和顯示［5］。

1.2 臺架設計

基于目前市場上汽車空調箱的結構尺寸，對臺架的結構及尺寸進行設計。結構設計為長方體空心框架，其足夠的長和寬可以保證容納所有型號的汽車空調箱。臺架底面的四個角分別安裝了滾輪，可以360°旋轉，便于移動臺架。如圖1所示。

圖1 臺架

臺架上面開了個凹槽，可以插入相應尺寸的移動支撐板，板面上有許多按規律排列的方塊，如圖2所示?？照{箱在工作時會產生震動，因此需要使其固定在臺架上并保持穩定。在臺架凹槽的左右兩側分別插入一個移動支撐板，構成一個水平面，起到支撐空調箱的作用。支撐板可以在臺架的槽內水平橫向移動，在進行不同型號空調箱實驗時，可以通過移動支撐板進行位置調整，臺架裝配體如圖3所示。

圖2 移動支撐板

圖3 汽車空調臺架裝配體

1.3 管道連接裝置設計

1.3.1 管道連接裝置設計

為了實現在測量目標出風口風量時，不影響其他出風口出風，能夠有效還原空調箱出風狀態，測量出空調箱正常工作時出風口風量的目的，進行多進單出的結構設計［6］。進風箱體設置五個進風口，分別與空調箱的出風口連接。進風箱體和出風箱體中心開設與管道內徑相同的孔，組合形成五個進風通道。出風箱體設置一個出風口，用于測試風口出風導流，連接風量測量裝置，如圖4和5所示。

圖4 進風箱體內部

圖5 出風箱體內部

在五個連接管道上分別開設矩形口，管道上面設置套筒，套筒上開設與管道的缺口相同的矩形口。通過電機驅動齒輪控制套筒運動，使空氣從管道內部向外逸出或在內部正常通過進入風量測試裝置，如圖6所示。

圖6 管道連接裝置進風箱體

在進風箱體的斜上方45°開一個長方形的孔，該孔貫穿中部通風入口后并深入一部分。制作一個前端是半圓形，其余部分是長方形的擋風板，該板與齒條相連，利用齒輪齒條可以使擋風板沿著一條直線進行反復移動，擋住進風入口，阻止風的進入。同樣地，在出風箱體中心出風口的四周開設相同的孔，貫穿到進風箱體的一部分，采用齒輪齒條的方式控制擋風板來回移動。如圖7所示。

圖7 管道連接裝置出風箱體

假設進風箱體外側中部進風口為A1，上部進風口為B1，左側進風口為C1，右側進風口為D1，下部進風口為E1。假設進風箱體內側中部進風口為A2，上部進風口為B2，左側進風口為C2，右側進風口為D2，下部進風口為E2。通過相應的程序控制電機，使小齒輪帶動大齒輪旋轉，即A1的套筒旋轉將管道的矩形口封閉，空氣將在管道內部流動，B1、C1、D1、E1的矩形口與套筒矩形口相對，空氣將從矩形口流出。而另一邊，擋風板A2處于非遮擋狀態，空氣從A1流至A2到達出風口，進入風量測量裝置。而B2、C2、D2、E2處的擋風板處于遮擋狀態，四個進風入口的空氣從矩形口流出至環境，如圖8所示。

圖8 管道連接裝置整體結構

1.3.2 管道連接裝置箱體設計

管道連接裝置箱體設計為長方體結構，頂部封閉，具有防塵作用。底板設置固定結構，用于固定支撐內部結構。側板做成類似百葉窗的結構，其目的是平衡裝置內外壓力。進風板與進風箱體對應位置開設進風口，出風板與出風箱體對應位置開設出風口，如圖9所示。

圖9 管道連接裝置箱體

1.4 風量測量裝置

常見的流量測量裝置有渦輪流量計、電磁流量計、超聲流量計、科氏力質量流量計、渦街流量計、差壓流量計等［7，8］。

差壓式流量計原理：當管道內的流體流過噴嘴這種節流件時，會在噴嘴前后產生壓差，利用導壓管將壓差傳送到差壓變送器中，最后可以在流量顯示儀上看到相應的流量。根據流體介質分類，有液體、氣體和蒸汽，管道中流動的是空氣，因此在眾多流量測量裝置中，本文所選裝置為差壓式流量計。

2 汽車空調多風口風量測試實驗臺的裝配

將進風箱體與出風箱體組合，上、下和兩側的連接彎管分別連接在兩箱體合并形成的通道上，利用螺栓螺母進行連接固定。中部連接管道固定在出風箱體中心，在出風箱體中，分別將四塊連接著齒條的擋風板插入矩形洞口內，隨后將小齒輪與電機在箱體相應位置固定，并調整小齒輪和齒條的相對位置，使其能夠完美嚙合及對齊。同樣地，在進風箱體重復上述操作。中部連接管道固定在進風箱體中心，薄壁軸承分別套在管道的凸起部分，之后將連接著大齒輪的套筒安裝在管道上，并使薄壁軸承嵌入大齒輪內，其邊界處于同一水平面。

臺架安裝在管道連接裝置左側，汽車空調箱放置于臺架上，使用多個可彎曲變形的透明軟管將汽車空調箱各出風口與管道連接裝置的向外伸出的多個管道相連接。然后右側出口管道直接連接風量測量裝置，如圖10所示。

圖10 汽車空調多風口風量測試實驗臺總體裝配

3 結論

本文設計了一種汽車空調多風口風量測試實驗臺，主要包括臺架、管道連接結構和風量測量裝置三部分。當前風量測量方式為各出風口逐個測量，而本文設計的實驗臺在不增設流量計的基礎上，可以同時測量五個出風口的風量，并且在測量目標出風口風量時，不影響其他出風口出風，能夠有效還原空調箱出風狀態，極大程度地縮短了實驗所需時間。