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
Abstract: Safe driving requires a good field of vision.In order to ensure a good driving field of vision for the driver, front Windscreen defrosting needs to be fully considered in air conditioning design.Taking a heavy-duty vehicle as an example, this paper describes in detail the performance requirements of cab defrosting, field of vision division, wind temperature curve acquisition and verifies the defrosting performance through tests.
Key words: Field of vision, CFD analysis, Air distribution, Test
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。
1、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。
2、 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。
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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。
3、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。
表二
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3.2.1.3通过整车除霜试验测量
以下为通过整车试验测得的某车型温升曲线
表三
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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：
a)发动机温升曲线可以参考同款发动机的温升数据；
b)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；
c)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：
a)制热性能满足要求——台架试验报告
b)除霜风量满足条件——台架试验报告
c)除霜模式下其他风口漏风量满足要求——台架试验报告
d)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
e)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：
a)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
b)驾驶室密封性良好，62.5Pa时泄漏量≤180CFM
c)空调工作正常，风量、温度、内/外循环、模式等调节正常
d)测量各风口风速满足要求
e)测量视野区玻璃表面风速，视野区平均风速≥1.2m/s
f)检查暖风管路无凹憋，水路循环正常，水阀开启正常
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。