10.16638/jki.1671-7988.2019.15.022
汽车空调吹脚风道结构改进及对驾驶员
舒适度影响分析
温敏，任平
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：文章利用CFD软件和假人模型，对驾驶员脚部感知的风速压力和气流流线分布进行分析，指出原设计的不合理处，并对其结构设计提出改进。通过结果对比，改进后驾驶员左右脚部风速明显提高，气流走向更合理，提高了驾驶舒适度，为汽车空调吹脚风道的结构设计提供参考。
关键词：风道设计；汽车流体力学；舒适度
中图分类号：U461.3 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)15-59-03
Analysis on the Improvement of the Structure of Air Duct and Its Influence
on Driver Comfort
Wen Min, Ren Ping
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )
Abstract:Using CFD software and dummy model, this paper analyzes the perceived wind speed pressure and airflow distribution of the driver's foot, points out the irrationality of the original design, and puts forward the improvement of its structure design. Through the comparison of the results, the driver's left and right foot wind speed increased obviously after the improvement, the air flow direction was more reasonable, and the driving comfort was improved.
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Keywords: Wind tunnel design; Vehicle Fluid Mechanics; Comfortable
CLC NO.: U461.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)15-59-03
前言
随着汽车的应用普及和汽车技术的飞速发展，人们对汽车的驾乘体验要求也越来越高。相应的，汽车制造商从对汽车产品的耐久可靠性和安全性等传统技术指标的单一追求逐步向驾乘舒适性、智能网联等新技术指标与传统指标相结合转移，本文所述的空调取暖性能已成为舒适度评价的重要指标之一。
本文以某款车型吹脚风道设计为例，利用CFD软件和假人模型，对汽车空调吹脚风道的风速、风量，及驾驶员脚部感知的压力分布进行合理化分析和设计改进。
1 吹脚风道概述
吹脚风道作为空调系统风道重要组成部分，以往行业内设计关注较少，易造成驾乘人员左右脚感知温度不均、风量分配不合理[1]。在中国北方地区冬季时，车外温度甚至低至-40℃，易造成脚部区域“冻脚”/“左右脚冰火两重天”等主观感受，吹脚风道取暖设计的合理性凸显得尤为重要。
吹脚的风道布置通常分为不带后排吹脚/带后排吹脚两个方式，如图1所示，取决于该车型的平台定位和成本定位。有多个风道和风口时，截面积按照一定的比例进行分配，不同的汽车厂家有不同的分配标准。
作者简介：温敏，高级工程师，硕士，就职于安徽江淮汽车集团股
份有限公司，主要从事整车性能开发与实验研究。
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汽车实用技术
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新款兰德酷路泽图1 空调吹脚风道和风口的常见布置
前排吹脚风道因布置空间受限，风道通常是集成在空调
主机上，后排则通过一段较长的风道集成在地板上，到达后排乘客脚部区。风道在设计中要注意几项基本的设计原则，如风道截面避免突变、出风口风速均匀等。
本文研究的车型空调吹脚为带后排吹脚设置，如图2所示，前排后排各两个出风口，此次考察驾驶员舒
适性，对驾驶员侧风道进行重点分析研究。因空调主机与前排风口相对距离较近，周边布局紧凑，故驾驶侧吹脚风口布置在驾驶员右脚的右侧，集成在副仪表台上。吹脚风口呈梯形，设计高度70mm，宽度27-49mm渐变，一段长22.5mm的格栅段连接空调主机出口和吹脚风口，5片格栅间距10mm。如图3所示。本文从舒适性角度分析驾驶员侧取暖风道设计的合理性。
图2 本车型吹脚风口的布置示意图
图3 本车型驾驶员侧吹脚风道的设计尺寸图
2 计算流程
图4 计算流程图lexus nx200t
计算流程包括设计数模处理、网格划分、建立CFD有限元模型、定义边界参数、求解分析、方案改进再建模分析直至性能达标。
3 CFD分析
3.1 模型的建立和边界的定义
本分析所述的设计模型包括空调主机（HV AC）、吹脚风道、封闭乘员舱（95%的模拟假人、座椅、方向盘、仪表台、副仪表台、ABC柱、风窗等）。
在前处理软件Hyper-mesh中对以上所述的数模进行网格划分后进入Star-ccm+软件中进行分析。诸多理论研究表明，空气在空调风道里的流动适宜于采用不可压缩流体的k-ε模型描述。假设整个流体是稳态湍流，不考虑流体重力，忽视分子间的粘性[5]。表1为模型中的物理特性设置。
表1 模型中的物理特性设置昊锐价格
3.2 分析结果
分析用的假人模型模拟行驶中驾驶员坐姿，左脚放在搁脚踏板上，右脚放在加速踏板上。
经分析，驾驶员侧气流避开了驾驶员脚部，只有左脚有少许气流流过，气流吹到了驾驶员左边的门板上，左右脚流线分布和风速不均衡，主观感受“冻脚”/“左右脚冰火两重天”。
图4 驾驶员左右脚风速云图和流线图
4 改进建议与对比分析
图5 驾驶员侧吹脚风道改进尺寸图
为了让气流兼顾左右脚不同的位置，修改原风道内的格栅段设计，图5给出了详细的改进方法。对比图3看出，风道开口还是成梯形设计，尺寸和位置不变，将风道内的格栅段由22.5mm加长至26mm，将原设计的水平格栅调整为上
温敏 等：汽车空调吹脚风道结构改进及对驾驶员舒适度影响分析
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三片13°，下两片22°，共计5片格栅，间距10mm 。
图6  改进后驾驶员左右脚风速云图和流线图
图7  驾驶员脚部风速和压力对比图 表2  改进前后左右脚平均风速
对改进前后设计进行对比分析，改进后驾驶员左右脚都有气流直接吹上，且左右脚平均风速增加，主观感受脚部取暖效果明显提高。
5 结束语
本文利用CFD 软件和假人模型，对驾驶员脚部感知的风速压力和气流流线分布进行分析，指出原设计的不合理处，并对其结构设计提出改进。通过结果对比，改进后驾驶员左右脚部风速明显提高，气流走向更合理，提高了驾驶舒适度，为汽车空调吹脚风道的结构设计提供参考。
参考文献
[1] 张伟利，刘国平.基于CFD 分析对汽车吹足风道设计结构优化[J].
如何提高汽车舒适性
汽车实用技术: 2016,5:95-97.
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试验方法[S]北京：国家发展和改革委员会2007:1.
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[4] 张蕾，汽车空调[M].北京：机械工业出版社,2006.
[5] 范平清，王岩松，陆倩芸.汽车空调吹脚风门的改进设计与试验验
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