蘇曉勤

摘 要：文章針對一款空調(diào)系統(tǒng)工程開發(fā)過程中出現(xiàn)的除霜風(fēng)門抖動(dòng)問題，通過理論分析、設(shè)計(jì)改善及試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)合實(shí)際工藝進(jìn)行問題解析整改，進(jìn)一步明確工程開發(fā)過程中零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、工藝驗(yàn)證的重要性，以及開發(fā)前期充分運(yùn)用CATIA運(yùn)動(dòng)仿真DMU驗(yàn)證的必要性，進(jìn)而從根本上縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和產(chǎn)品上市時(shí)間。

關(guān)鍵詞：工程開發(fā);風(fēng)門抖動(dòng);問題解析;設(shè)計(jì)驗(yàn)證;工藝驗(yàn)證

中圖分類號：U462.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）13-106-04

A Section Air-Conditioning System Air Throttle Vibration Question Analysis

Su Xiaoqin

（Dongfeng Automobile Co.， Ltd， Hubei Wuhan 430057）

Abstract： Targeting at the vibration of defroster damper in the engineering development of a microbus air conditioning system， this paper， based on theoretical analysis， design improvement and test verification， analyzes the problem in consideration to the actual process for rectification， further determines the significance of verification of design of part structure and process during engineering development， as well as the necessity to maximize the utilization of the CATIA motion simulation DMU in the early stage of development， so as to shorten the cycle of product development and accelerate the entry to market radically.

Keywords： Engineering development;Vibration of defroster damper;Question parsing;Design verification ; Process verification

CLC NO.： U462.1? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）13-106-04

前言

近年來，世界經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程大大加快，各國汽車企業(yè)競爭越來越激烈，用戶對整車質(zhì)量要求越來越高。如何才能在最短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出一款成功的新車型，是各個(gè)企業(yè)傾心研究的重要課題。

微客市場從2009年呈爆發(fā)式增長，增長率達(dá)到83.3%，全年銷售195萬輛。從微客細(xì)分市場的用途來看，其功能相對集中，適用于載客、載貨和家庭日常使用。用戶對微客關(guān)注度最高的仍是價(jià)格、品牌、質(zhì)量、安全、尺寸五大項(xiàng)，同時(shí)對微客整體滿意度較低的方面包括：經(jīng)濟(jì)性、減震性能、車內(nèi)噪聲和維修費(fèi)用等。

從國內(nèi)汽車行業(yè)的總體發(fā)展趨勢和用戶不斷提高的需求來看，國內(nèi)微客逐步升級，向低油耗、高配置、高可靠性和高駕乘舒適性方向發(fā)展。

該車型作為一款構(gòu)建在全新微型車平臺基礎(chǔ)上的微型客車，保留了市場上現(xiàn)有微客車型主流配置，吸收采用轎車部分配置，提高微客的駕乘舒適性、安全性和車載娛樂功能。并且搭載高性能自主品牌發(fā)動(dòng)機(jī)，通過優(yōu)化匹配傳動(dòng)比將整車工況油耗降低至7L/100km以下，有廣闊的發(fā)展前景。

1 項(xiàng)目概況

該車型是公司全面進(jìn)軍微型客車市場，拓展公司事業(yè)新構(gòu)架的全新微客產(chǎn)品。該車型搭載兩款自主品牌發(fā)動(dòng)機(jī)，開發(fā)全新白車身、采用整體式側(cè)圍，除具有市場同類車型已有的中控遙控、電動(dòng)窗、頂置空調(diào)、鋁合金車輪、MP3+收音機(jī)配置外，首次在國內(nèi)微客領(lǐng)域匹配電子助力轉(zhuǎn)向、ABS+EBD、MP5、倒車影音夜視系統(tǒng)配置。整車可靠性高、造型新穎大氣、舒適性好、油耗低、配置好，性價(jià)比高，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

該項(xiàng)目首次在國內(nèi)的微型車中采用中置式組合儀表，并在組合儀表上增加瞬時(shí)燃油消耗顯示功能，便于用戶實(shí)時(shí)了解車輛油耗。中控臺上配備有5.0寸16：9液晶屏的影音娛樂系統(tǒng)，具有影音娛樂、導(dǎo)航、夜視及倒車可視等功能，極大地改善了微型車駕乘的娛樂性和安全性，緊跟目前市場電子化潮流，滿足年輕購車者對車載娛樂系統(tǒng)的需求。

通過改進(jìn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)總成實(shí)現(xiàn)了橫置改為縱置，同時(shí)采用高充氣效率塑料進(jìn)氣歧管、DIS直接點(diǎn)火系統(tǒng)、 VVT和無聲鏈條組合技術(shù)、配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行輕量化改進(jìn)設(shè)計(jì)。并開發(fā)了節(jié)能潤滑油，整車油耗降低4%，整車100km油耗值明顯低于其它國內(nèi)主要微車。

該車身采用整體式側(cè)圍，從結(jié)構(gòu)上保證了整車外觀品質(zhì)和車身模態(tài)。采用了大容量高性能的免維護(hù)蓄電池，改善了微型車的冷啟動(dòng)性能，保證了車輛在高寒地區(qū)的使用可靠性。手剎增加防扭機(jī)構(gòu)，改善國內(nèi)微車因拉索調(diào)節(jié)螺母預(yù)緊力過大而產(chǎn)生的拉索形變，提高了拉索的使用壽命。并且采用二級配電系統(tǒng)，有效防止了汽車自燃。整車在經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性上表現(xiàn)突出，有廣闊的發(fā)展前景。

2 空調(diào)系統(tǒng)工程開發(fā)

2.1 整車空調(diào)系統(tǒng)制冷量設(shè)計(jì)目標(biāo)計(jì)算確定

2.1.1 按汽車空調(diào)熱負(fù)荷的構(gòu)成計(jì)算

據(jù)《空調(diào)系統(tǒng)熱負(fù)荷邊界條件》，選取夏季設(shè)計(jì)計(jì)算條件：

車內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)：溫度26℃，相對濕度50%;車外設(shè)計(jì)參數(shù)：溫度38℃，相對濕度65%;太陽輻射強(qiáng)度：1000 W/m2，車速：40km/h;汽車空調(diào)熱負(fù)荷的構(gòu)成如下：

QO=k（QB+QG+QP+QA+QE+QF+QS）? ? ? ? ? ? （1）

式中：

QO：汽車空調(diào)設(shè)計(jì)制冷量，單位為W;

QB：通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量，單位為W;

QG：通過各玻璃表面以對流方式傳入的熱量，單位為W;

QP：乘員散發(fā)的熱量，單位為W;

QA：由通風(fēng)和密封性泄露進(jìn)入車內(nèi)的熱量，單位為W;

QE：發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量，單位為W;

QF：通風(fēng)系統(tǒng)中傳入的熱量，單位為W;

QS：車內(nèi)電器散發(fā)的熱量，單位為W;

k：修正系數(shù)，可取k=1.05～1.15，這里取k=1.1。

QO=4499W

考慮到整車的舒適性需求，整車空調(diào)系統(tǒng)制冷量確定為QT=5000W，前后蒸發(fā)器的能力分配為2.33。

2.1.2 整車制熱量設(shè)計(jì)計(jì)算

Qe = Q車身+ Q玻璃+Q新風(fēng)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

Q=a*Qe? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：

a：儲備系數(shù)，取a=1.2;

Qe：車身總熱負(fù)荷;

Q車身：車體傳出的熱量;

Q玻璃：玻璃傳出的熱量;

Q新風(fēng)：新風(fēng)熱

依據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，整車空調(diào)系統(tǒng)制熱量確定為Q=4800W。

2.2 該車型整車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定

（1）依據(jù)整車制熱量需求為4800W，暖風(fēng)芯體選用平行流式暖風(fēng)芯體，芯體尺寸為225×186×32，單芯體設(shè)計(jì)目標(biāo)為在360m3/h風(fēng)量條件下，制熱量為5400W。

（2）依據(jù)整車前蒸制冷量需求為3500W，前蒸發(fā)器芯體選用平行流式結(jié)構(gòu)，芯體尺寸為222×260×41，芯體設(shè)計(jì)目標(biāo)為420m3/h風(fēng)量條件下，制冷量為4000W。

（3）依據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，后蒸制冷量需求為1500W，后蒸選用管片式結(jié)構(gòu)，芯體設(shè)計(jì)目標(biāo)為220m3/h風(fēng)量條件下，制冷量為1500W。

（4）依據(jù)整車制冷量需求為5000W，冷凝器的散熱量一般設(shè)計(jì)等于整車需求制冷量的1.5倍，Qc=m Qe（m為符合系統(tǒng)，取1.5）。冷凝器需求制冷量為7500W，冷凝器選用平行流結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸為570×353×16，芯體設(shè)計(jì)目標(biāo)為2.5m/s風(fēng)速條件下，換熱量為8000W。

（5）壓縮機(jī)選用渦旋式結(jié)構(gòu)，排氣量為86cm3/r，通過查取壓縮機(jī)性能曲線，該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為2200r/min時(shí)，制冷量為5100W。傳動(dòng)比選用1：1.35在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1600r/min時(shí)，壓縮機(jī)制冷量可以滿足整車需求。

（6）膨脹閥選用現(xiàn)在常用的H型膨脹閥，依據(jù)前蒸制冷量為3500W，選用1.5RT膨脹閥，后蒸制冷量為1500W，選用0.8RT膨脹閥。（1RT=3516.7W），一般膨脹閥制冷量選用不小于系統(tǒng)制冷量的1.2倍。

（7）系統(tǒng)管路采用適用于R134a的空調(diào)膠管，空調(diào)硬管采用目前已批量使用的通用規(guī)格產(chǎn)品，高壓管壓縮機(jī)至冷凝器部分選用φ11規(guī)格，冷凝器至蒸發(fā)器部分選用φ8.2規(guī)格，蒸發(fā)器至冷凝器部分選用φ16規(guī)格。

2.3 該車型空調(diào)系統(tǒng)過程開發(fā)

2.3.1 過程開發(fā)生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃

依據(jù)該車型整車項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，制訂空調(diào)系統(tǒng)過程開發(fā)生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃，分為5個(gè)階段：（1）計(jì)劃和項(xiàng)目確定;（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)與驗(yàn)證（S-lot）;（3）過程設(shè)計(jì)與驗(yàn)證（ET）;（4）產(chǎn)品和過程確認(rèn)（工藝正規(guī)化PT）;（5）持續(xù)改進(jìn)（對應(yīng)SOP后）。

2.3.2 過程開發(fā)中各階段主要工作內(nèi)容

（1）計(jì)劃和項(xiàng)目確定：成立APQP小組、制訂APQP計(jì)劃。

（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)與驗(yàn)證（S-lot）：零件總成BOM清單、DFMEA、可裝配和可制造性分析、產(chǎn)品圖樣設(shè)計(jì)（3D/2D）、關(guān)鍵特性確定、材料標(biāo)準(zhǔn)確定、設(shè)計(jì)評審、產(chǎn)品驗(yàn)證-樣件試制、樣件檢驗(yàn)與試驗(yàn)、S-lot裝車驗(yàn)證與改進(jìn)。

（3）過程設(shè)計(jì)與驗(yàn)證（ET）：工藝方案設(shè)計(jì)及評審、工藝流程圖、關(guān)鍵/重要特性清單、控制計(jì)劃、工序控制明細(xì)表、分供方清單、PFMEA、作業(yè)指導(dǎo)書、包裝規(guī)范、工裝設(shè)計(jì)/制造、檢具設(shè)計(jì)/制造、生產(chǎn)準(zhǔn)備進(jìn)度（新增設(shè)備/模夾具/量檢具/試驗(yàn)計(jì)劃）、物流包裝方案、樣件ET裝車驗(yàn)證。

（4）產(chǎn)品和過程確認(rèn)（工藝正規(guī)化PT）：產(chǎn)品/模具改進(jìn)、工裝完善、檢具改進(jìn)、工位器具設(shè)計(jì)/制造/評審/改進(jìn)/確認(rèn)、PT裝車驗(yàn)證。

（5）持續(xù)改進(jìn)（SOP）：批量生產(chǎn)控制（SOP）、產(chǎn)品/過程的持續(xù)改進(jìn)。

3 開發(fā)中問題整改實(shí)例（風(fēng)門抖動(dòng)）

3.1 空調(diào)除霜風(fēng)門抖動(dòng)現(xiàn)象

問題來源：該車型在ET試制階段，裝車中發(fā)現(xiàn)除霜風(fēng)門在最大風(fēng)量下，由除霜模式調(diào)節(jié)至除霜吹腳模式時(shí)（風(fēng)門處于半開狀態(tài)），除霜風(fēng)門發(fā)生節(jié)律性振動(dòng)而產(chǎn)生噠噠噠異響的故障現(xiàn)象。

3.2 除霜風(fēng)門抖動(dòng)問題原因解析

（1）在除霜吹腳模式下，除霜連桿運(yùn)動(dòng)方向與聯(lián)動(dòng)板滑槽運(yùn)動(dòng)方向約30度夾角，從而導(dǎo)致?lián)u臂受力在聯(lián)動(dòng)板運(yùn)動(dòng)方向上有較大分力，容易帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)板的運(yùn)動(dòng)。

（2）風(fēng)門材料為PP，質(zhì)輕，剛性較差，在受力情況下容易發(fā)生形變。風(fēng)門結(jié)構(gòu)為弧形板面，且面積較大。因結(jié)構(gòu)板面面積大，受力面積及力矩會增大，受氣流沖擊時(shí)易產(chǎn)生受力不平衡。

（3）初期使用的鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2900RPM，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高風(fēng)速大，對風(fēng)門的沖擊力很大，導(dǎo)致風(fēng)門抖動(dòng)。為減小風(fēng)門所受的氣流作用力，需要適度降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過試驗(yàn)驗(yàn)證滿足空調(diào)性能要求即可。

（4）除霜連桿/聯(lián)動(dòng)板/風(fēng)門軸/殼體之間各零部件的配合間隙過大，會直接導(dǎo)致除霜風(fēng)門的抖動(dòng)。除霜連桿與滑槽配合間隙過大，會導(dǎo)致風(fēng)門在模式止點(diǎn)仍然有轉(zhuǎn)動(dòng)空間。風(fēng)門軸與殼體配合間隙過大，會導(dǎo)致風(fēng)門軸的徑向串動(dòng)。除霜連桿與風(fēng)門軸的配合間隙過大，會導(dǎo)致風(fēng)門軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。聯(lián)動(dòng)板與殼體配合間隙過大，會導(dǎo)致聯(lián)動(dòng)板的晃動(dòng)，進(jìn)而直接影響到聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，拉絲環(huán)與聯(lián)動(dòng)板配合間隙過大，會造成聯(lián)動(dòng)板在模式止點(diǎn)有較大轉(zhuǎn)動(dòng)余量，導(dǎo)致聯(lián)動(dòng)板帶動(dòng)風(fēng)門的運(yùn)動(dòng)空間增加。

綜上所述，引起除霜風(fēng)門抖動(dòng)的主要因素可以概括為：產(chǎn)品設(shè)計(jì)因素（聯(lián)動(dòng)板/風(fēng)門/鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高）和工藝因素（各零部件配合間隙過大）。

3.3 問題整改方案的具體實(shí)施及驗(yàn)證

3.3.1 聯(lián)動(dòng)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整改

聯(lián)動(dòng)板的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，更改設(shè)計(jì)軌跡，風(fēng)門角度不變。

已知條件有：

（1）操縱機(jī)構(gòu)模式的行程

（2）聯(lián)動(dòng)板的轉(zhuǎn)動(dòng)角度（已知聯(lián)動(dòng)板的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為33.5mm）

（3）吹臉風(fēng)門轉(zhuǎn)動(dòng)的角度

（4）除霜風(fēng)門轉(zhuǎn)動(dòng)的角度

由以上已知條件，即可確定搖臂的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而可以確定搖臂聯(lián)動(dòng)柱在各個(gè)模式狀態(tài)時(shí)的位置點(diǎn)，從而得到搖臂聯(lián)動(dòng)柱的設(shè)計(jì)軌跡。

依據(jù)設(shè)計(jì)軌跡，即可在聯(lián)動(dòng)板上作出導(dǎo)向槽，就確定了聯(lián)動(dòng)板上的聯(lián)動(dòng)槽了。

設(shè)計(jì)軌跡結(jié)果，如圖所示：

對設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行CATIA運(yùn)動(dòng)仿真DMU驗(yàn)證，通過模擬控制面板控制整個(gè)模式行程，經(jīng)過吹臉、吹臉&吹腳、吹腳、吹腳&除霜、除霜五個(gè)行程。DMU驗(yàn)證的結(jié)果為：

聯(lián)動(dòng)板結(jié)構(gòu)變更前后的零件實(shí)物對比：

為適應(yīng)新結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)板，搖臂狀態(tài)相應(yīng)變更如下表7：

3.3.2 風(fēng)門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整改

為了抵消氣流對風(fēng)門的沖擊力，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對風(fēng)門進(jìn)行局部更改，在除霜風(fēng)門上增加筋位，起擾流平衡作用。

3.3.3 鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低

為減小風(fēng)門所受的氣流作用力，適度降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由2900RPM降到2400RPM，通過試驗(yàn)驗(yàn)證滿足空調(diào)性能要求即可。

為驗(yàn)證鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后的空調(diào)性能變化情況，依據(jù)GB/T 21361-2008進(jìn)行CV03雙蒸發(fā)器系統(tǒng)試驗(yàn)（風(fēng)量降低對比）。（試驗(yàn)條件：蒸發(fā)器A/C室空氣側(cè)進(jìn)口干球溫度：27℃，濕球溫度：19.5℃;前蒸/后蒸風(fēng)壓：0Pa;前蒸/后蒸風(fēng)機(jī)電壓：13.5V;冷凝器室干球溫度：35℃;壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速：1000rpm、2500rpm;冷凝器風(fēng)速：4.5m/s。）

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，空調(diào)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.4 各零部件的配合間隙尺寸公差優(yōu)化

鑒于塑膠件的尺寸涉及模具、工藝、材料等諸多因素以及測量誤差等原因，前期測量雖不能完全反映真實(shí)狀態(tài)，但足以說明各零部件的配合間隙過大確實(shí)存在發(fā)生。需要調(diào)整配合尺寸公差，修整模具。

經(jīng)過一系列的模具修整及工藝優(yōu)化調(diào)整，再次隨機(jī)抽測檢驗(yàn)各零部件的配合尺寸結(jié)果，公差優(yōu)化后配合間隙有很大改善。

3.3.5 整改方案實(shí)施后的效果驗(yàn)證

經(jīng)過以上聯(lián)動(dòng)板、除霜搖臂和除霜風(fēng)門的結(jié)構(gòu)改善，以及各零部件之間的配合尺寸公差優(yōu)化，對除霜風(fēng)門抖動(dòng)現(xiàn)象再次進(jìn)行相關(guān)組裝驗(yàn)證。經(jīng)核實(shí)，以上方案改善有效，抖動(dòng)現(xiàn)象沒有再現(xiàn)。

4 結(jié)論

通過對除霜風(fēng)門抖動(dòng)問題的解析整改及驗(yàn)證，充分說明空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)過程中零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、工藝驗(yàn)證的重要性，以及開發(fā)前期充分運(yùn)用CATIA運(yùn)動(dòng)仿真DMU驗(yàn)證的必要性。在整車開發(fā)過程中，要關(guān)注各零部件的配合尺寸公差，將關(guān)鍵配合尺寸列入產(chǎn)品關(guān)鍵特性進(jìn)行管控，從根本上縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和產(chǎn)品上市時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 21361-2008《汽車用空調(diào)》的要求著錄.