汽车空调出风口校核设计指导手册

Automotive HVAC Outlet CheckDesign Guideline Handbook

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目录 Table of Contents

1	SUBSYSTEM INTRODUCTION 子系统介绍**...........................................4**
2	REQUIREMENT 相关要求**.........................................................................5**
2.1	Legal Regulations 法规要求**..................................................................5**
2.2	Enterprise Specifications 企业要求**......................................................5**
2.3	System and Sub-system Performance 系统和子系统性能要求**...........5**
2.4	Assembly and Manufacturing 安装和制造**............................................6**
2.5	Aftersales售后**.........................................................................................6**
3	DESIGN PRINCIPLES 设计准则**...............................................................6**
3.1	Design Process 设计过程**......................................................................6**
3.2	Appearance 外观**..................................................................................21**
3.3	Material 材料**.........................................................................................21**
3.4	Technologies 技术**...............................................................................21**
3.5	Attachment and GD&T strategy 安装和GD&T策略**............................21**
3.6	Interface control 配合控制**...................................................................21**
3.7	Criteria 标准**..........................................................................................21**
4	TEST & VALIDATION 试验验证**..............................................................22**
5	APPENDIX................................................................................................22
5.1	Terms and Abbreviations 术语和缩写**.................................................23**
5.2	Reference 参考**.....................................................................................23**
5.3	Design Tools (optional) 设计工具**(可选择)..........................................23**

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1 SUBSYSTEM INTRODUCTION 子系统介绍

在整个汽车空调系统中，空调出风口是系统的输出终端，担负着将经过处理（温度， 湿度，清洁度）的气流送到车厢空间里，以完成车厢内通风，制冷，加热，除霜除 雾，净化空气等的功能。由于位置的不同，往往有吹脸出风口，吹脚出风口，吹窗出 风口之分。按功能出发，各个出风口往往是满足不同要求，像吹脸出风口主要为了制 冷降温，吹脚出风口为了加热升温，吹窗出风口为了车窗除霜除雾。

空调出风口的布置，大小，型式直接影响到车内气流速度，流动方向，流场组织，从 而对空调系统性能，车内安静程度，乘客舒适性有着相当重要的影响。好的空调出风 口设计甚至可以起到压缩机，鼓风机等空调系统主要部件无法实现的功效。所以对汽 车空调设计而言，空调出风口的设计对整体性能显得尤为关键，往往是空调工程师特 别关注的领域。

然而，空调出风口大部分处于乘客可见区域，如吹脸出风口和吹窗出风口，属于外观 零件，属于“ A 面”零件，属于“面子”工程，造型设计师会对它们的形状，外观，颜色， 表面处理等进行重点设计，以达到期望的美学效果。

另外，就空调出风口零件本身而言，属于整个车厢内饰的一部分，通常又由内饰工程 师来负责具体结构，表面装饰等工程实现的完成工作。

从上述可见，空调出风口属于多个部门共同关注的焦点零件，不同的部门对其有着不 同的设计要求，往往可能产生要求相左的情况。举例说明，为了夺人眼球，设计师往 往希望空调出风口造型新颖，前卫，时尚，一鸣惊人，而这样造型的出风口，往往损 害空调系统的性能，甚至让内饰工程师无法完成零件的工程实现。

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所以，各个部门需要相互合作，相互为其他相关部门提供相关的输入，做到相互兼 顾，才能实现空调出风口的优化设计。其中，空调部门的要求是从系统性能角度出发 的，是最根本的要求。

从系统性能要求而言，空调出风口的面积大小，布置，型式会直接影响空调出风口气 流速度，方向，流动组织，气流噪音等，对它们的校核设计需要分别进行详尽的描 述。

2 REQUIREMENT 相关要求

2.1 Legal Regulations 法规要求

中国标准：

中华人民共和国国家标准汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法， GB 1155694

中华人民共和国国家标准汽车风窗玻璃除雾系统的性能要求及试验方法， GB 1155594

其他国家标准：

阿根廷	Article 30/N Controls and Display Identification; Article 779/95 Flammability Interior Materials
澳大利亚	ADR 12/00 Glare Reduction in Field of View; ADR 15/01 Demisting of Windscree ADR 21/00 Instrument Panel
巴西	CONAMA 13/95; CONTRAN Resolution 6 Localisation and Identification of Controls & Flammability of Interior Materials
加拿大	CMVSS101 Control Location, Identification, and Illumination; CMVSS103 Windshield Defrosting and Defogging System; CMVSS201 Occupant Protection in Interior Impact; CMVSS302 Flammability of Interior Materials; Bill101 charter of the French Language.
捷克	Reg 102/1995 (Art. 33) Control and telltale equipment; Art. 40 Flammability of Interior Materials & Interior Fittings; Art. 68 W/S Defrosting and Demisting; Art. 72 Heating Systems
丹麦	10.03.021 Rear Window Defroster Units; N1481 Sunroofs.
欧盟	ECE R21.01 (Suppl.2) Interior Fittings; 74/60/EEC (78/632/EEC) Interior Fittings; 78/316/EEC (94/53/EEC) Controls and Display Identification; 78/317/EEC W/S Defrost and Demisting; 78/548/EEC Heating Systems; 95/28/EC Burning Behaviour of Vehicles (Interior Materials); ECE R(Draft) TRANS/WP29/GRSG/1999/28

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	(15.09.1999) Global Standard for Windscreen Defrosting/Demisting Systems.
芬兰	3329 Rear Window Defrosting
法国	Visib – Visibility/Glazing/Mirrors/Washers/Wipers/Demisters
德国	Sec 35b Safe Driving Equipment for Vehicles (visibility); Sec 35c Heating and Ventilation.
海湾国家	GS 135 Methods of Test For Engine Radiators; GS 98 Flammability of Interior Materials; GS 136 Motor Vehicles Engine Radiators
以色列	Item 13.32 (78/317/EEC) Demister of Windscreen; Item 13.64 Defroster for Rear Window; Item 13.10 (74/60/EEC) Interior Fittings; Item 13.31 (78/316/EEC) Identification of Controls; Item 13.49 (Israeli Std 344) Air Conditioning; Item 13.50 CFC Ban in AC Systems; Item 13.51 (FMVSS302) Flammability of Interior Materials
日本	Article 13 Controls and Displays; Article 20 (TRIAS 34) Riding Accommodation (Interior Impact); Article 20 (TRIAS 48) Riding Accommodation (Flammability); Article 45 (TRIAS28-2) Windshield Wiper/Washer & Defrosting/Demisting
约旦	JS 1064/1998 Defrosting and Demisting Systems; JS 1083/1998 Heating Systems.
墨西哥	NMX-D-039-1977 Automobiles and Trucks A/C Performance; NMX-D-108-1997 Windshield Defrosting and Defogging; NMX-D-123-1978 Heater System Performance Verification; NMX-D-241-1986 Alkaline Tests of Anti-freeze/coolant; NMX-D-243-1986 [pH] Test on Antifreeze/coolant; NMX-D-244-1986 Corrosion Tests for Anti-freeze/coolant; NMX-D-045-1979 Leaks, Pressure and Vibration Tests for Radiators; NMX-D-046-1980 Radiators for IC Engines; NMX-D-039-1978 Radiator Cap Specifications; NMX-D-147- 1979 Simulated Service Life of Radiator Caps.
挪威	Chap20 Heating and Ventilation.
俄罗斯	GOST Interior Fittings, OST 37.001.482 Heating and Ventilation Systems; GOST R 50992-96 General Technical Requirements for Low Temperatures.
沙特阿拉伯	SSA 449 Flammability of Interior Materials; SSA 83 Methods of Test For Engine Radiators; SSA 1438 Motor Vehicles – General Requirements; SSA 82 Motor Vehicles Engine Radiators.
乌克兰	ST 37.001.482-88 Ventilation and Heating
美国	CAA, Sec. 609, 610 & 611 CFC Vehicle Air Conditioning Use and Labelling; FMVSS101 Control Location, Identification, and Illumination; FMVSS103 Windshield Defrosting and Defogging System; FMVSS201 Occupant Protection in Interior Impact; FMVSS 208 Occupant Crash Protection; FMVSS302 Flammability of Interior Materials; several US states require compliance to SAE J639, ban use of CFCs, State of Michigan – Plastic Product Labelling per SAE J1344, State of California – California Assembly Line Test Procedures.

2.2 Enterprise Specifications 企业要求

GMW3037 乘用车最大制冷性能验证试验

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GMW3040 乘用车最大加热性能验证试验

• GMW3049 乘用车前风档玻璃，侧窗玻璃及后窗除霜验证试验

• GMW3043 乘用车前风档玻璃，侧窗玻璃及后窗除雾验证试验

2. 3 System and Sub-system Performance 系统和子系统性能要求

空调出风口作为空调系统气流流动的终端，对气流组织有着至关重要的作用。

空调出风口按照位置分，可以分为以下几种：

• 1. 吹脸出风口，乘客厢内可见区域，外观造型很重要，造型人员会重点造型。
• 2. 吹窗出风口，乘客厢内可见区域，外观造型很重要，造型人员会重点造型。
• 3. 吹脚出风口，乘客厢内不易见区域，造型人员不会专门造型。

空调系统对各种出风口的有着各种不同的要求：

• 1. 吹脸出风口：通常在车厢降温时用，主要将适当风速适当温度的气流吹到乘客脸部 区域，来满足对温度，气流流动的要求，并可通过调节出风口叶片方向，来将气流 吹到胸部膝部区域，也能通过调节叶片将气流避开乘客身体部位。同时，为了达到 车内安静要求，要求风速要合适，过大会造成噪音过大。最大风速一般要求在 7.5~10.5m/s范围内。
• 2. 吹窗出风口：在进行除霜除雾或防止起霜起雾时用，将气流吹到前风档玻璃及前侧 窗玻璃上。出风口的开口面积，位置与角度应适当来保证以下满足要求：

  • a) 将适当速度适当温度的气流吹到前风档及侧窗玻璃上，达到除霜除雾或防止起 霜起雾的目的，并且除霜除雾的形状及速度需满足系统要求，从而满足驾驶员 视野要求。

  • b) 最先“化霜”点可以出现驾驶员眼睛高度的前风档玻璃区域。

  • c) 对驾驶员视野要求区域除霜除雾的形状及速度必须满足VTS要求。

  • d) 气流顺着玻璃表面流动，覆盖整个玻璃，而不从玻璃上反弹，这样保证整个玻 璃的除霜除雾。

  • e) 为了噪音要求，最高的风速不应过大，通常在6~9m/s范围内。过大会造成驾驶 员眼睛干涉及噪音过大问题。

• 3. 吹脚出风口：通常在车厢加热时用，主要将气流吹到乘客脚部区域，来满足对温 度，气流流动的要求。

对不同的车型，出风口的数量及位置也会不同。

吹脸出风口有前排吹脸出风口和后排吹脸出风口之分，吹脚出风口有前排吹脚出风口 和后排吹脚出风口之分，吹窗出风口有前吹窗出风口和侧吹窗出风口之分。

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一般地，普通带两排座位的装空调系统的车，都配有前排吹脸出风口，前排吹脚出风 口，前吹窗出风口和侧吹窗出风口。

一些档次较高的车，为了照顾后排乘客的舒适性，往往会增配后排吹脸出风口和后排 吹脚出风口。

还有，一些三排座位的旅行车或更多排座位的大型车，往往还需增配第三排出风口或 更多的出风口。

2.4 Assembly and Manufacturing 安装和制造

N/A. 不涉及

• 2.5 Aftersales 售后

N/A. 不涉及

3 DESIGN PRINCIPLES 设计准则

3.1 Design Process 设计过程

下面将分别阐述前排吹脸出风口，后排吹脸出风口，吹脚出风口（前排和后排），前 吹窗出风口，侧吹窗出风口的设计过程。

3.1.1 前排吹脸出风口：

一般地，前排吹脸出风口的数量需要四个，两两对称设计。两个吹向驾驶员，另两个 吹向副驾驶。单独地，驾驶员侧两个前排吹脸出风口，一般要求其中一个通过调节叶 片能够使得气流吹到驾驶员身体上半部（头部，胸部），称之为上身出风口，另外一 个通过调节叶片能够使得气流吹到驾驶员整个身体（头部，胸部，膝部），称之为全 身出风口。

通常地，上身出风口位于仪表板中间，在驾驶员内侧；全身出风口位于仪表板两侧或 门板上，在驾驶员外侧。见下图示。

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前吹窗出风口口
侧吹窗出风口
上身出风口（吹
全身出风口（吹

吹向驾驶员的两个吹脸出风口由于受到方向盘，仪表盘的限制，往往是设计的关注所 在。

下面就它们的设计过程给予阐述。

• 1. 造型设计人员造型，与产品工程人员一起确定出风口的型式

一般地，吹脸出风口有以下两种型式：

a) 桶型出风口。

经济而简单。通常有一套可动的叶片和轴，整体可以绕轴转动。下图给出了几个例 子。

b) 双叶片型出风口。

比桶型出风口复杂，造型灵活多样，成本也较高。整体固定，有两套不同方向可动的 叶片。见下图。

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2. 产品工程对出风口造型，校核出风口开口面积，判断是否满足工程要求。

出风口开口面积的估算方法：

由于出风口的叶片，连杆机构，拨杆，关闭风门的存在会挡住气流，所以真正有意义 的开口面积应该是开口总面积减去被它们遮挡的面积，称之为有效面积。

不同类型的出风口的机构不同，有效面积的计算方法也不同。基于通常经验考虑，两 种出风口的有效面积估算公式如下：

桶型出风口： 出风口有效面积=0.45出风口外轮廓投射到垂直面上的总面积 双叶片型出风口： 出风口有效面积=0.6出风口外轮廓投射到垂直面上的总面积

下图介绍了如何获得出风口轮廓投射到垂直面上的总面积。

在设计初期，往往只需估算的出风口有效面积即可。

如果需要得到精确的有效开口面积，则要通过带有具体结构设计的数模，进行详细的 几何投影计算，方可获得。精确计算要到出风口数模设计完成后才能进行。

校核出风口开口面积是否满足工程要求

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一般地，从舒适性考虑，吹脸出风口的最大风速希望是在7.5~10.5m/s范围。而在一定 的气流流量下，出风口有效开口面积=风量量/风速，相应地，对出风口的开口面积有 一个最低要求。

举例说明，对有前吹脸口和后副仪表板吹脸出风口的系统，假定系统最大气流流量是 120l/s，在后排吹脸出风口关闭的情况下，假定要求最大气流速度不超过9m/s。于是 前吹脸出风口有效面积应该至少达到 120l/s / 9m/s =130cm2，在后排吹脸出风口打 开的情况下，假定要求最大气流速度不超过7.5m/s。于是后排吹脸出风口有效面积应 该至少达到 120l/s / 7.5m/2 – 130cm2=30cm2.

另外，为了保持各个出风口风量的均衡性，每个出风口的面积差异不应超过3cm2.

对不同大小的车而言，由于系统风量大小不同，出风口的有效面积也不一样。 以下是对不同车型的出风口面积要求的参考信息。

大型轿车：出风口总有效面积至少达到160cm2 (最大推荐风量在140l/s左右) 中型轿车：出风口总有效面积至少达到140cm2 (最大推荐风量在125l/s左右) 小型轿车：出风口总有效面积至少达到120cm2 (最大推荐风量在110l/s左右)

3) 工程人员校核出风口高宽比，建议出风口主叶片的布置方式 高宽比R

R=H/W

H代表出风口的高度 W代表出风口的宽度

见下图示：

注：

对圆形的出风口，高宽比定为1

对不规则形状的出风口，确定出风口的平均高度和宽度后，再计算高宽比。

主叶片的布置方式

一般地，出风口有两套叶片，分别位于出风口的外面和里面，用以调节气流上下（水

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