汽车仪表板风道风口结构设计.docx
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汽车仪表板风道风口结构设计
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毕业设计(论文)
汽车仪表板风道风口结构设计
DESIGNOFCARDASHBOARDAIROUTLET
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摘要
汽车仪表板风道风口不仅是汽车内饰的重要组成部分,也是汽车空调系统的重要组成部分,其作用是将汽车空调系统的气流输送到驾驶室内,调节驾驶室内环境的湿度和温度,并且去除玻璃窗上的结霜和雾气。
所以其造型,材料以及装配的可靠性对整体内饰起着很大影响。
设计时要结合人机工程,造型,工艺等,来增加性能的可靠性、乘员的舒适性和使用的方便性。
风道是汽车空调系统与汽车驾驶室连接的通道,其设计的好坏,不仅关系的汽车空调的调节功能的好坏,还会影响车内乘员的乘车的舒适性及气流流动是产生噪声的大小。
所以在仪表盘风道的设计过程中,要通过相关方程的计算和对管内气流的分析,对风道结构和位置进行优化。
采取必要的隔热保温、减小噪声和降低管内阻力的相关措施。
汽车仪表盘出风口不仅要满足调节气流大小、方向的作用,而且要满足驾驶员视野的需要。
出风口可以调节气流的大小及方向,进而调节驾驶室内空气的湿度和温度,满足乘坐人员冷热的舒适感的需求。
因此仪表盘出风口的设计对驾驶的舒适感尤为重要。
关键词:
风道;风口;人机工程;内饰
Abstract
Cardashboardairoutletisanimportantpartoftheautomotiveinteriors,whoseroleistocarryautomotiveairconditioningsystemairflowtothewheel,adjustthedriveindoorairhumidityandtemperatureanddefrostinganddemisting.Itsstyling,reliabilityofmaterialsandAssemblyofInteriorasawholeplaysabigimpact.Designcombinesergonomics,styling,technology,toincreasethereliabilityofperformance,occupantcomfortandeaseofuse.
Channelisachannelwithautoairconditioningsystemandcab,itsdesignwillnotonlyconcernedwiththeregulatoryfunctionofautoairconditioning,alsoaffectstheridecomfortoftheoccupantinthecarandhaveanoiselevelofairflowis.Sointhedashboardductinthedesignprocess,throughtherelevantequationsforthecalculationandanalysisofflowinpipe,ductconstructionandlocationoptimization.Takethenecessarythermalinsulation,noisereductionandrelatedmeasurestoreduceresistanceofpipes
Cardashboardairoutletsizetomeetnotonlyregulateairflowanddirectionrole,butalsotomeettheneedsofthedriver.Outletsizeanddirectionoftheairflowcanbeadjustedandadjustdriveindoorairhumidityandtemperature,meettakecoldcomfortneeds.Instrumentpaneloutletdesignedfordrivercomfortisespeciallyimporta
Keywords:
AutomobileductTuyereErgonomicInteriors
1绪论
随着时代的变迁、技术的飞速发展,汽车已经从最初的伟大发明、批量生产的产品、有钱人的奢侈品、人类的代步工具到现在人类生活的必需品。
汽车在一百年多年的成长中,不同年代的人对“她”有不同的定义,但相同的是对“她”进行完美的追求。
有人说“上帝创造最完美的事物是女人,而人类创造最完美的事物是跑车”。
可见汽车已经以完美的姿态生活在人类的心中,来和女人争夺花冠。
汽车的发展已经有一百多年历史了,从1886年,卡尔本茨发明的第一辆汽车,即汽车的诞生;到福特流水线生产汽车;在到现在,《速度与激情7》里面的超级跑车。
汽车的发展可以说是翻天覆地的,与其说是时代推动了汽车的发展,不如说是汽车成就了时代。
相对于德美日等汽车发达国家,中国的汽车已经输在起跑线上了。
1954年10月,中央人民政府委员会第30次会议上,毛泽东说:
我们会造什么?
除了桌子椅子,连一辆汽车都造不出来。
我国第一辆汽车诞生于1956年,足足晚了半个世纪。
先不说历史,就现在,中国是汽车第一消费大国,但路上跑的都上其他国家的品牌车。
高档汽车几乎被通过霸占,顶级跑车更是空白。
汽车市场竞争非常激烈。
所以汽车企业要想在激烈的市场竞争中占用优势,就必须迎合消费者的需要。
不断的完善汽车的动力性能、安全性能以及内外饰等等。
而仪表盘风道风口的既是内饰仪表盘的主要部件,又是调节驾驶室环境的重要的功能部件。
所以仪表盘风道风口的设计及改进具有非常重要的意义。
俗话说得好“细节决定成败”。
仪表盘的风道风口就是汽车的细节之一。
仪表盘风道风口不仅属于内饰,即汽车的外观零件,又是连接汽车空调与驾驶室的管路,起到调节驾驶室空气温度与湿度、除霜除雾的作用。
所以对仪表盘风道风口的设计尤为重要。
风窗玻璃的除霜除雾区域以及时间完全由仪表盘风道和出风口决定,并在欧美法规中有详细要求。
在仪表盘的开发初期,在仪表盘辅助面具备之后,会根据仪表盘造型和空间大致定义出风道的形状和出风口的位置,在完成出风口以及风道数据以后,会提供驾驶室的内饰数据给相关工程师,而工程师就会根据提供的内饰数据分析风道内部的流场以及整车内的流场,并把结果反馈给设计部,设计部门就会根据反馈结果不断的优化风道以及出风口的结构以及位置。
在汽车仪表盘风道风口的设计过程中,首先要了解汽车内饰的结构,主要是汽车仪表盘上其他部件的基本信息,确定仪表盘风道与风口的大体尺寸和空间位置。
然后根据一系列的方程进行计算和验算调整,如利用能量守恒定律方程、动量守恒定律方程和质量守恒定律方程等对仪表盘风道风口的气流进行数值模拟。
还要利用计算机辅助设计(CAD)对仪表盘风道风口进行结构优化设计。
此外,还要结合汽车人机工程学,对仪表盘风道风口结构进一步优化,以达到功能优良、结构简单、操作方便和符合人的审美观的最佳效果。
2仪表盘风道与风口介绍
整个仪表盘系统是整车内饰中最为重要的系统,其设计的直接影响了整车内饰的品质。
俗话说的好“细节决定成败”。
对于汽车来说,细节更是决定着汽车的品质、品牌以及品味,仪表盘就是其中的“细节”之一,因为仪表盘是驾驶员面对和操作最多的,其设计的水平、做工的质量很大程度上决定了驾驶员驾驶汽车的舒适性、操作性、安全性以及视觉的可视性。
而汽车仪表盘风道风口又是仪表盘的主要组成部分,其结构的设计就尤其重要。
所以在仪表盘风道风口的设计过程中不仅要考虑其能满足调节驾驶室空气的质量的性能要求,还有考虑其美观的视觉要求。
2.1汽车空调的介绍
汽车空调也就是汽车驾驶室内空气调节的意思,调节驾驶室内的温度、湿度、气流湿度、洁净度等参数指标,从而为人们创造清新舒适的乘车环境。
其功能可以主要概括为以下四个方面:
A、调节驾驶室内温度
现在大多数汽车,即低档轿车,为了减低生产成本,采用的空调系统结构简单,只具备调节驾驶室内温度的单一作用。
但对正常的气候,这空调已经可以飞乘员提供一个舒适的乘车环境了,即能满足人体对温度的舒适性的需求。
B、调节驾驶室内湿度
当车内温度超过一定的范围,人体才会对空气湿度比较敏感,要求就高。
对于车用空调来说,要具备调节驾驶室内空气湿度的功能,则要求空调的结构复杂,自然而然的其成本就会很高,所以只有高级豪华轿车上用的空调系统具备调节湿度的功能。
C、调节驾驶室内的空气流速
空调系统调节、输送到驾驶室内的气流是具备一定速度,而气流的速度会影响乘员的舒适性,除此之外,气流的方向也会有一定的影响。
车内温度高是,如夏季乘车,人体急需散热,这时大的气流速度,有利于带走人体内的热量,达到迅速降温的作用,经验得出舒适的气流速度一般为0.25m/s左右。
与此恰恰相反的是,环境温度较低时,人体不需要较低的气流速度,这时舒适的气流速度一般为0.12m/s-0.20m/s左右。
还有,人体的不同部位对温度的需求是不相同的,比如人的头部所需的温度较脚部低,所以给头部提供冷风。
D、过滤净化空气
由于汽车整体结构的影响,驾驶室内的空气很小很小,仅满足人乘坐的需要。
在这样一个狭小的空间内,如果比及时的通风换气或者过滤净化驾驶室内的空气,车内很容易出现一氧化碳、二氧化碳含量过高的现象。
此外车外环境中的灰尘等也会进入驾驶室内,影响人的呼吸和健康。
所以,这就要求汽车空调系统具有过滤净化驾驶室内空气的作用,为乘员提高一个新鲜、绿色、无污染的乘车环境。
2.2汽车仪表板风道的介绍
风道的结构直接决定了驾驶室内的空气的质量,如空气的湿度、温度。
风道的设计过程中考虑减少空气的阻力,避免空气流动而产生噪声。
汽车仪表盘风道作为是汽车空调系统的重要组成部分,不仅关系着车厢结构和空调的制冷、制热系统,还与空调风道的结构以及形状密切相关。
仪表盘风道安装位置的布置、占用空间的大小以及气流的流速等,均影响空调的制冷效果与系统的经济性和外观。
图2-1仪表板风道管
2.3汽车仪表板风口的介绍
仪表盘出风口不仅是经过汽车空调处理后的空气通过风道进入驾驶室内的出口,也是仪表盘上主要的部件之一,属于汽车内饰的范围。
因此要求出风口不仅结构简单、工作可靠,而且外观要美观、与仪表盘相协调,此外,还要能够在最短的时间内满足驾驶员、乘员对行车的需求和舒适性需求。
仪表盘出风口处于汽车内最显眼的低风,属于内饰零件,设计过程中不仅充分考虑出风口的形状的美观性,还要与仪表盘的总体形状风格相协调。
通常情况下,汽车出风口的导风叶片主要是对风流起导向调节作用,而风门叶片则与旋钮开关总成一起控制出风口风量的大小、控制出风口是否出风空调出风口作为空调通风系统的终端,对气流组织有着至关重要的作用。
图2-2仪表板风道口
2.4相关法规及标准要求
2.4.1FCC相关标准要求
GMW3037乘用车制冷性能的验证试验。
2.4.2国家/政府/行业法规要求
汽车内饰材料的燃烧特性GB8410-2006
轿车内部凸出物法规GB11552-2009(等同ECE/EEC法规)
机动车强制认证(CCC)-内饰材料CNCA-02C-060
3仪表盘风道设计
3.1风道设计要求
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5人机工程学设计理论
5.1机工程学的定义
“Ergonomics”,”HumanEngineering”
日语称为”人间工学“
美国:
”HumanFactors”
国际人机工程学会(InternationalErgonomicsAssociation,简称IEA)的定义为:
“人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器及环境的相互作用;以及在工作中、家庭生活中和休假时怎样同意工作效率,人的健康、安全和舒适等问题的科学”。
图5-1人机系统构成图
5.2设计要求
a.环境温度
一般认为,温度在18-24摄氏度是人体感觉舒适的温度。
但人体对温度的要求并不是一成不变的,不同年龄的人或者不同的环境状况,可能人体对环境的要求会完全不相同。
例如,不同的性别和年龄,舒适温度也不相同,一般女子身体感觉的舒适温度比男子所需的温度高出0.55摄氏度。
40岁以上的人感觉舒适的温度比青年人约高出0.55摄氏度。
b.环境湿度
人体感觉舒适的湿度一般在40%-60%范围内。
超过或者低于这个范围的话,人体会感觉不舒适,严重时会影响驾驶员的驾驶。
车内空气湿度X%与车内温度t一个满足一定的关系,目前常用:
X=188-7.2t(t小于26摄氏度)公式来计算不同温度下所需的空气湿度
例如:
如果室温t=15摄氏度是,经过计算的湿度最好是X=188-7.2*15=80,即相对湿度最好为80%左右。
如果汽车内的温度比较的合适符合人体感觉的舒适温度,则人体对环境的湿度要求不高,如果汽车内温度过高或者过低,不在人体感觉的舒适温度的范围内,人体对湿度的要求将会很高。
因此,汽车空调应该调节荷藕温度。
c.气流速度
乘员除了对空气温度和湿度有要求,还对气流的速度有一定的要求。
当车内乘员数不多时,空气流动的最佳速度应该控制为0.5m/s左右。
如果车内坐满了乘员,空气流动的最佳速度应该控制为0.4m/s左右。
车内温度和湿度很高时,为了给乘员提高一个较好的乘车环境,空调提供的空气流动的最佳的速度应该控制在1m/s-2m/s范围内。
5.3车内微气候的设计
汽车车内的空间一般是一个相对狭小的封闭空间,因此车内气候舒适性比较是乘员关注的问题,同时也是汽车设计初期阶段需要考虑的问题。
目前,车内微气候是由采暖、通风和空调系统来控制的,
适宜的车内微气候可以维持车内乘员人体热平衡,同时保持体温调节处于正常状态,有利于驾驶员的安全操作和车内乘员的休息和健康。
车内微气候的变动若处于一定的范围内,人体可以通过自身的生理结构的反应,来调节体内温度的恒定,使人体感觉舒适。
如果车内微气候的变动很大,超出人体自身可以调节的范围之外,那么人体的就会处于一种紊乱的状态,长此以往将影响人体的神经、消化、呼吸和循环系统的功能,造成神经紧张、身体疲惫、工作效率下降、反应迟钝或者误操作引发交通安全事故。
如果车内微气候变化过于激烈,也将会对人体健康造成不良的影响。
为使人处于一种健康、舒适的乘车环境,车内必须足够的新鲜空气和及时的更换车内的空气,使外界新鲜的空气不断的输送到驾驶室内。
我们规定车内一氧化碳的含量一个低于0.01mg/L,如果车内的一氧化碳的含量过高,轻则乘员呼吸困难,重则乘员一氧化碳中毒。
二氧化碳的含量也要控制在一定的范围内,一般应该低于1.5mg/L。
车内空气的流动应该是一个均匀的气流流动,而且各部分流速差不宜过大。
冬季,车内温度应该控制在10摄氏度以上。
头部气温应比车内平均温度低2-3摄氏度,腿部以及其下部分温度应高出2-3摄氏度。
5.4乘员热舒适性分析
对汽车内的乘员热舒适性的分析,通常包括以下内容:
A.分析乘员热舒适性的影响因素,包括确定外界环境的参数、车室几何和材料热物理特性参数、HVCA系统参数。
B.建立车内非均匀热环境模型,运用传热学理论和流体力学基本方程对太阳辐射、车内辐射、HVCA系统进行相关计算,以获得车内流场和温度场,如车内气流速度和温度分布。
C.建立人体热调节系统模型,具体的过程是,将车内流场和温度场作为人体热调节模型的输入量,进而计算乘员的热舒适性评价的具体指标(皮肤温度和核心温度),以评价人体的热舒适性。
D.通过分析,对车内结构布置、材料、HVCA系统的设计进行评价和优化。
由于在计算车内流场和温度场时,需要乘员的皮肤温度的数值,而根据人体调节系统模型计算人体的热舒适性评价指标时,所需的是人体各部分肢体周围气流速度和温度分布又是通过流场和温度场计算得到的,因此,整个计算是一个迭代过程,每次迭代都需要比较人体的皮肤温度,直至前后两次迭代人体皮肤温度差控制在允许范围内,则可以停止迭代过程。
5.5车内热环境的计算
车内热环境的预测,主要包括车内几何模型、太阳辐射、车内热辐射、温度调节系统的热计算以及车内三维流场和温度场的计算等内容。
车内太阳辐射包括光线直射辐射和光线散射辐射两种,具体为:
入射到汽车的太阳辐射、天空散射辐射、太阳散射辐射中的地面反射部分以及汽车内部表面对太阳辐射的反射。
驾驶太阳辐射不仅要考虑辐射强度和时间,还要考虑玻璃特性(对光线的透射率)、太阳光线方位以及光谱等因素。
车内热环境的数值模拟通常考虑空调进出口、车内壁面、人体散热散湿、车内取暖器散热等因素给出合适的温度、气流速度、湿度等边界条件。
通过对速度和温度分布进行分析,来观察空调系统参数的选择是否满足要求、送风管路的布置送风合理,出风口的大小以及位置送风恰当等。
结论
汽车仪表盘风道风口的设计,在现实中和汽车发展的过程中的要求越来越高。
人民生活水平不断的提高,人们对汽车产品的越来越挑剔。
汽车企业要提高自己的竞争力,就得不断的改进和提高汽车的各种性能。
仪表盘风道风口不仅要满足调节空气环境的基本性能要求,还要力求满足人民审美观的要求。
所以在本文的设计过程中充分考虑了这两方面的要求。
在外观的设计方面,运用美学的理论结合汽车仪表盘其他部件的外观,力求其外观符合现代人的审美观,且与内饰其他部件相协调统一。
在用材方面,一要考虑其工作环境和要求,二要考虑从减轻质量来达到节约能源和有效的利用能源。
在结构设计方面,不仅满足压力损失不能过大等性能参数要求,还要考虑其工作时产生的噪声,以及进行隔热保温等等的相关措施。
致谢
参考文献
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