某出口右盘轻型载货汽车空调系统项目开发总结

杜天义， 赵 地

（江铃汽车股份有限公司， 江西 南昌 330001）

1 N698开发背景、 开发原理及开发目标

1.1 开发背景和开发原理

N698是在现行左盘凯运车， 一款基于日本五十铃NKR车底盘技术自主开发驾驶室的轻型载货汽车（以下简称J116） 基础上开发而成， 它是为满足出口右盘车的市场需求而进行开发的。 其空调系统开发原理为： ①因转向盘右置， 驾驶室部分及驾驶室部分镜像开发而重新开发； ②蒸发器 （芯体、 壳体及温控器的位置）、 鼓风机 （电动机及壳体）、 暖风机 （仅壳体）、 控制面板、 风管等重新开发； ③底盘部分暖水管走向及固定形式、 空调管走向及固定形式重新开发， 以改善老车型干涉等风险。 其开发总原则为： 以J116车为基础， 在不影响产品性能和可靠性的前提下， 尽可能借用或参考现有J116车型的成熟空调系统部件或结构， 尽可能利用江铃汽车已有的配套体系和零部件， 从而保证新产品的可靠性和经济性。

1.2 开发目标

N698空调系统开发目标为： ①采用优化设计方法， 在保证空调系统其它性能的基础上， 优化除霜设计； ②现有J116车空调系统存在问题， 在充分考虑到成本和周期的情况下进行适当改进； ③空调系统整体目标不低于J116车 （标杆车）。

2 空调系统的开发内容和布置形式

2.1 开发内容

1） 空调制冷性能指标同J116车，制冷量为3 500 kcal/h； 暖风系统换热量约为4600W （风量380 m3/h、进水流量6L/min）。

2） 空调系统制冷剂选用R134a， 一种对臭氧层无破坏作用、 温室效应影响小的制冷剂。

3） 根据转向盘及仪表板的右置设计全套风管部件重新进行设计布置， 使气流布置合理， 满足系统的性能要求， 并满足除霜、 除雾的国家标准。

4） 鼓风机、 蒸发器及暖风机这3个总成， 基本参照J116凯运车的布置形式及性能指标开发。 其中鼓风机进风口的形状及尺寸重新设计， 使气流行程更加合理高效； 暖风机电动机重新开发 （顺时针旋向）， 壳体外形结构、 风机的冷却形式、 风门机构及安装形式参照J116并做相应的对称； 借用暖风机散热芯体， 重新开发暖风机壳体； 蒸发器总成的制冷芯体大小不变 （同J116）， 但对制冷剂在芯体的流程 （制冷剂在芯体中的流通顺序） 通过试验后进行调整， 并采用新技术来优化温控器温度控制点的位置， 塑料壳体做调整性对称及加强设计。

5） 底盘部分则因压缩机处驾驶室地板降低，更改了空调管路的布置及自身的结构， 根据驾驶室能否翻转的原因开发了2套不同的空调管路及支架。

6） 根据发动机型号及发动机进气布置位置的不同， 重新设计布置了暖水管的走向， 重新开发了暖水管支架， 优化了暖水管与暖水阀干涉的问题。因仪表板的对称开发， 重新优化了暖水管拉丝的走向， 重新开发了多股拉丝的新控制面板。

2.2 布置形式

2.2.1 HVAC布置

HVAC （Ventilation and Air Conditioning， 供热通风与空气调节， 包含暖风装置、 空调装置和通风装置） 的布置如图1所示。 HVAC部分根据暖风机中心在车身Y0位置 （参见QC/T490—2000 《汽车车身标准》 的第6.9节） 做镜像开发。 由于N698空调系统性能目标为不低于J116车型， 因此采用了与J116类似的HVAC布置形式， 但做了以下改进。

1） 整个HVAC相对于车身Y0做了对称开发，HVAC壳体全部重新开发。

2） 将蒸发器芯体的流程调整， 并采用新技术（红外拍照感温） 来优化温控器温度控制点的位置，在芯体大小不改变的情况下优化了制冷性能 （后面试验得到了验证）。

3） 鼓风机电动机重新开发， 电动机转动方向改为顺时针 （因布置形式改变必须改为顺时针）。

4） 蒸发器管路加长 （便于总装装配时蒸发器管路与底盘空调管路装配对接）。

5） 暖水管用黑色橡胶包裹 （外漏部分包裹起来， 与车身的内饰保持协调）。

6） 蒸发器上固定ECU支架的壳体支座加高3 mm（ECU安装时与壳体增加间隙， 避免干涉）。

2.2.2 空调风道布置

空调风道布置如图2所示。 风道 （风管） 部分根据仪表板变化基本上也做镜像开发。

由于项目造型的要求， 风管出风口位置及风管出风的角度沿用了J116的角度。

2.2.3 空调管路布置

空调管路布置如图3所示。 根据蒸发器位置变化、 压缩机位置车身高度变化以及考虑优化J116空调管路的要求， 重新布置空调管路部分。

1） 由于驾驶室对称开发时座椅的变化， 压缩机处车身钣金件下降， 压缩机与车身钣金距离减小， 选择压块结构， 将高低压管做成一个合件， 管路从侧面引出。

2） 高低压管合件固定支架前期设计时采用悬臂结构， 后期耐久试验出现断裂后改为目前的加强结构。

3） 前端管线 （包含其它系统的管线） 经过4轮的优化， 改为目前的状态， 目前间隙及装配效果都很好。

4） 优化过程中， 充分考虑管路与压缩机及钣金的间隙问题， 避免了与压缩机、 储液罐、 车身干涉的风险。

3 项目经验总结

3.1 设计阶段应加大投入

项目设计阶段应该投入更多精力， 避免后期整改及设计变更工作量过大。 项目设计阶段投入精力不足主要表现为： 项目开展前期在扫描数模及建模过程和电子样车评审过程中， 技术人员对方案及数模布置参与力度不足， 数模及方案评审把关不足。其原因主要有： ①个人参与项目经验不足， 系统级别的电子样车评审力度不足； ②项目无专门的人员进行整车性质的电子样车布置评审把关； ③时间和精力不足 （项目开展前期， 同时参与几个项目， 其中有项目处于关键的投产前的设计改进期等）； ④虽然总装和质量部门参与了相关的总装生产工艺评审， 但评审的力度不够。

这样一来， 产生的直接影响包括： ①导致后期大量的设计变更 （对原设计内容进行修改、 完善、优化）， 专用件 （针对某种具体车型重新开发的零部件） 数目增加； ②空调系统布置方案不太合理；③静态评审不充分导致后期装配多处发生干涉而变更设计 （部分原因是零部件问题造成， 这部分也是评审中空调零部件与其它系统零部件间隙过小的原因；） ④整车耐久试验中出现几个N698车的专有问题， 比如空调部分空调管支架 （压缩机位置处） 断裂、 空调软管与驾驶室地板干涉等； ⑤增大了后期优化及改进工作量。

3.2 深入分析除霜问题

因项目前期安排CAE公司对空调系统的除霜效果进行过CAE分析， 认为空调除霜试验可以通过， 而在实际的工装件装车进行除霜环模试验 （在高低温室内模拟低温的路况对整车进行除霜试验） 后才发现离国标的要求还差很远， 甚至比标杆车J116差距明显， 于是花费了大量人力与物力对除霜进行整改。

从中总结的教训如下： ①前期应该坚持本系统零部件开发要求 （SDR要求）， 如图4和图5所示。设计初期一开始就提出将仪表板出风口位置后移的方案， 风管角度能够更加优化， 使风能够吹得更高（A、 B区）， 但是由于牵涉到仪表台造型的更改而没有采用。 ②CFD分析 （运用计算机对流体进行模拟分析） 与试制样件进行试验同步结合。 国内的CFD分析需与实际的数模制作RP件 （快速成型件， 可用来模拟装配及进行试验分析） 安排除霜试验相结合， 因为目前国内CFD分析公司对空调部分参数设定并不专业。 ③试验前期的准备工作非常重要。N698项目本人参与除霜试验有7次， 因为前期的准备工作不到位， 试验不得不终止甚至失败了几次。其中准备工作包括： 清洗车辆； 检查驾驶室气密性； 更换机油滤清器、 机油、 低温柴油； 检查暖水管路、 风管密封状态； 检查暖风系统工作状态， 使空调暖水阀门处于通路状态 （防止冷却液冻住）；准备油漆笔和衣服等。

3.3 深入探讨空调通风管开发方式

一直在追赶项目进度是对通风管设计开发的最大感受。 根据仪表板的造型， 通风管设计时左右做了镜像开发， 在某家分析公司进行CFD分析时就发现左右4个出风口分风不均， 实际RP件台架试验 （模拟整车的情况在台架上进行试验） 测试风速也不均。因前期理论分析的主要精力都用在除霜方面分析，所以没有继续进行理论计算。 而主要是由项目制作RP件来反复调整风管的内部结构。 由于RP件材质特别脆， 整改破坏后再利用的机会很小， 直到制作了3批RP件才最终将风速调匀。 为满足工装件开模和装车， 耗时2个月在试验室进行RP件改制和试验。

图6为通风管设计的两种验证方式。 风管设计应该强化CFD分析和安排RP件验证两种方式， 并在风管开模之前同时完成。

3.4 空调管路设计变更频繁原因分析

在目前主机厂开发过程中， 空调管路都为空调系统设计变更最频繁的部件， N698项目也不例外。本项目变更的原因主要有以下几点： ①避让排气制动阀管路和阀体； ②避让储液罐； ③避让白车身；④配合整个底盘的管线重新优化； ⑤压缩机固定支架在耐久试验中断裂后重新设计固定方案导致管路变化； ⑥驾驶室翻转轴上固定方式的优化； ⑦制冷剂加注阀和视液镜位置的调整； ⑧蒸发器连接处外露管路长度的调整； ⑨软管长短的调整； ⑩避开压缩机。 其中带翻转的空调管路设计变更了6次， 不带翻转车型空调管路设计变更了5次。

空调管路的最终设计要达到以下几点： ①解决耐久试验中出现的干涉、 断裂问题； ②解决总装装车出现的装配困难； ③使管路顺畅、 清晰， 尽量满足公司规定的管线布置要求。

如何避免管路后期设计变更过多， 个人认为主要注意以下2点： ①需要在每个项目里面加入资深的总布置人员， 在管线布置前期对各种底盘的管线进行统筹处理 （国外比较成功的经验就是底盘管线的系统化、 平台化设计）； ②培养每个工程师的CAE分析能力， 在设计管路支架时采用CAE分析， 模拟管路支架的实际工作工况， 可将耐久问题最小化。

3.5 台架试验、 环模试验及耐久试验在系统开发中的重要应用

台架试验要严格要求， 保证零部件的品质。 项目发布D图 （Design Drawing， 设计阶级图纸） 时，伴随着DVP （Design Verification Plan & Report，设计验证计划及报告） 和DFMEA （Ddsign Failure Mode and Effects Analysis， 设计失效模式和影响分析） 同时发布。 对所有专用件按照要求发布资料，对供应商提供的台架报告给予严格审核。 在此项目中， 印象较深刻的是对鼓风机的耐久试验标准中，有一项电刷的耐久磨损量的台架试验方法及时间争论较大。 在经过严格的台架试验后， 零部件自身基本没出问题。 多次进行环模试验， 保证系统目标达成， 项目虽小， 但是空调系统通过公司的空调属性（空调系统性能） 签发。 分别针对驾驶室单、 双排左右盘车分别进行除霜及降温的多次对比试验， 保证系统达到了设定目标。

此项目遗憾之处在于： ①由于项目原因， 前期半工装件及手工样件 （均可实现功能） 样车只有2台， 后期天气情况不适合进行道路试验； ②没有进行车内噪声影响评估、 整车热气候主观驾评和整车道路降温试验。 后期整车属性工程师驾评反映N698空调系统性能优于J116车， 顺利通过属性签发。 关键之处在于优化了蒸发器芯体的性能 （下面会重点介绍）。 耐久试验标准及需关注的重点清单的制定也很重要。 耐久试验解决了不少前期设计中出现的问题， 为设计提供了修正和验证的机会。 空调高低压管支架和高低压管断裂给我留下了深刻印象， 分析原因是由于结构设计不合理 （管路悬臂过长、 支架悬臂过长、 管夹设计不牢固） 导致的。 后期涉及的支架也是通过工装 （全部专用件为开模零部件）车辆耐久验证满足的。

3.6 蒸发器芯体新技术的采用

主要是通过改变蒸发器芯体流程的变化、 热成像仪热力图的使用、 蒸发器进出管在集流管上位置的变化， 来优化蒸发器芯体的散热性能 （适当地增加了冷媒阻力和通风阻力)， 因涉及到技术机密， 这里不作详细解释。 台架试验显示N698车优于J116车。 通过新老芯体的台架试验数据对比， 特别是在中低风速3 m/s时 （皮卡车和轻型载货汽车常用风速） 性能提高很多。 因为流程的细化使冷媒分布更均匀， 特别是在中低风速时， 不会造成冷媒换热一块多一块少、 小部分完全换热达到过热度、 部分冷媒流出蒸发器还没有吸热等现象， 并使冷媒在芯体内部流动更均匀， 提高换热效率， 减小吹风面热力图温差， 使乘员感觉更舒服。 环模试验和整车驾评显示空调系统降温效率N698车均优于目标车辆J116车 （在鼓风机风量稍小的情况下）。

3.7 风管与仪表板装配问题经验总结

装车过程中发现的问题主要有： ①除霜口通风管与格栅不配合； ②风管上铆接铁支架角度偏差较大； ③右小风管与右导风管连接处漏风； ④右小风管与右端盖板装配配合较难。 风管的整改时间经过了2年， 中间还经历了更换供应商， 物料难满足项目进度的艰难过程。 在项目开展前期， 专门针对N698问题制作了风管专用件清单用于跟踪风管的整改， 要求厂家定期给予反馈。

其经验教训总结如下： ①风管属于空调专用件里面看似较容易， 实际需要较精确的部件， 需要选择技术实力和生产能力很好的厂家。 ②风管前期除了需要满足空调系统的功能要求 （CFD制作RP件验证功能和装配）， 还需要对风管及铆接支架进行生产工艺分析， 电子样车多次评审。 ③风管的模具、检具、 工装等必须保证与数模一致， 如后期需要更改再调整。 ④风管的模具材料、 工艺必须满足项目立项车辆数量的需要， 避免模具重开。 ⑤建立数模、 修改数模时要考虑模具较容易实现的方案， 风管数模需要多次评审， 评审中请模具制造商、 供应商一起参与。 ⑥要深刻认识风管与仪表板2个零部件的关系， 因为多次发生无法判定哪个零部件不合格的情况。 要求仪表板符合仪表板骨架的检具， 风管符合风管的检具后， 假如需要调整风管 （风管较小的原则）， 需要稳定仪表板数据。

3.8 技术资料的有效总结和梳理

在整个项目进行中， 对技术资料进行有效更新， 明细表和专用件管理表、 增减件清单随时更新， 在项目后期， 对整个项目开发中的技术资料进行了有效总结和梳理。 其主要表现如下。

1） 空调管路数模更新及时。 空调管路虽然设计变更了五六次 （大的调整一次）， 但是没有一次是因为数据的原因而进行的。

2） 借鉴老风管失败的经验。 在充分分析老的风管数模及实际出现的装车问题后， 空调风管的重新开模的数模在电子样车上组织小组评审及修改5次， 请专家和模具厂评审2次， RP件实体评审1次，虽然花的时间和精力较多， 但考虑到能把以前风管出现的问题都避免， 还是非常值得的。

3） 借鉴福特汽车的DVP （设计验证计划） 要求和老工程师保留的DVP 资料。 DVP 严格参照FORD的标准， 并考虑N698车的实际要求编写。 对供应商提供的台架报告及试验部分进行的整车试验部分严格要求， 除了压缩机安装支架设计不合理断裂以外， 未出现其它大的问题和风险。

4） N698整车空调环模试验、 整车除霜试验资料保存良好。 因以前没保存J116单、 双排的试验数据， 而N698的系统目标是不低于J116车型， 所以N698车型整车空调环模试验、 整车除霜试验效果优于J116车型的试验效果， 才符合项目属性部门前期制定的目标， 从而得到顺利签发。

5） 空调系统较大的品质整改和设计变更都在AIMS （江铃开发的一款项目问题管理系统） 上有记录， 后期追溯性较好。

6） 图纸和数模全部更新到最新状态。

7） 保留完整的空调系统可靠性试验报告。

完成9 000 km坏路耐久试验后， 空调系统功能正常， 只是空调控制面板暖风拉丝回弹， 后来优化成为多股拉丝控制面板后， 所有功能正常。

4 结束语

随着中国汽车产业海外市场拓展的脚步加大，越来越多的右盘车市场将被打开， 汽车空调作为一个舒适性的指标将越来越受到海外消费者的关心。开发海外出口空调系统除了应该在国内原型空调的基础上加以优化， 也需要满足出口国家对环境温度、 除霜等不一致的特殊差异化的要求。 另外， 良好的空调性能也能成为一个很好的卖点。

［1］ 方贵银， 李 辉. 汽车空调技术［M］. 北京： 机械工业出版社， 1993.

［2］ 陈江平， 牛永明， 穆景阳， 等. 轿车空调风道的计算流体动力学分析［J］. 汽车工程， 2002， （2）： 134-136.

［3］ 李和平. 制冷技术［M］. 上海： 上海交通出版社， 1989.

［4］ 刘宝山. 制冷系统设计手册［M］. 北京： 北京大学出版社，1988.

［5］ 李 芳. 传热学［M］. 南通： 南通大学出版社， 1990.

［6］QC/T490—2000， 汽车车身标准［S］.