从鼓风机电流反推系统风量阻力特性曲线

崔学平

（北汽福田汽车股份有限公司，北京 昌平 102206）

从鼓风机电流反推系统风量阻力特性曲线

崔学平

（北汽福田汽车股份有限公司，北京 昌平 102206）

从整车鼓风机电流表现，利用台架标定得到空调系统风量和流道阻力的关系，进而得到整车空调系统鼓风机工作点，为系统的优化和改进提供帮助和借鉴。

鼓风机曲线；电流；风量阻力特性；气流

如何管理好汽车室内气流关系到空调系统的性能和乘客的舒适性，我们希望整个车室内空气流经的通道有最小的阻力和最优的风阻系数，合理的气流规划能提高整个车室内空气流量和降低能耗。在空调系统外循环工作时，可以近似认为空气流经如下的串联管段：室外新风→新风进风格栅和钣金通风道→空调箱→仪表板风道和格栅→车室内部→车身泄压阀，然后流出车室外部。典型的整车空调系统流量-阻力特性曲线如图1所示。

目前，车用空调系统的制冷是通过压缩机、膨胀阀、蒸发器以及连接管路组成的制冷循环提供冷量的，而制热（对于传统内燃发动机车辆）通常采用发动机的余热（或辅助电加热）提供的热量进行采暖。

吹面全冷模式下，空气流经蒸发器降温后直接流出空调箱体，然后经由吹面风道、出风格栅到达车室内部；而全热吹脚或除霜模式下空气流过蒸发器后全部通过暖风芯体加热，然后流出空调箱体，经由吹脚或除霜出风格栅到达车室内部。这导致了全热模式下的气流阻力大于全冷模式下的气流阻力，对于中间状态，气流阻力则介于全冷和全热之间。

同样的鼓风机档位，由于气流通道阻力的不同而使风量不同。在同一坐标绘出不同模式下空调系统气流通道的风量—阻力特性曲线，然后将鼓风机的性能曲线插入，两条曲线的交点就是空调系统在不同模式下的工作点，从该交点可以得到系统在正常工作时可能达到的风量和系统阻力。

由图1可以看到从吹面到除霜、吹脚模式，其曲线的斜率是增大的，即气流通道的阻力是依次增加的，其风量随着阻力的增加而减小。与之对应，这3种模式下鼓风机的工作电流也是有差异的。空调系统的阻力特性曲线则是通过鼓风机在不同模式不同阻力情况下表现的电流差异来反向得到的。

1 整车气流通道与阻力

流体力学关系式为

式中：ΔP——管段阻力或压力损失，Pa；R——管路阻抗，Pa·s2／l2或Pa·min2／kg2；V——空气的体积流量，m3／h或l／s。

由上式可以得到管段阻力和阻抗以及系统流量的关系，阻抗为管段的固有特性，因此阻力与流量的平方成正比关系。

为了分析方便，取ΔPAirinlet、ΔPHVAC、ΔPDuct、ΔPVehicle表示新风进风格栅和钣金通风道阻力、空调箱阻力、仪表板风道和格栅阻力、车室内部和车身泄压阀阻力。

通常情况下，在空调箱开发阶段，会对空调箱的风量阻力特性ΔPHVAC做出定义，一般取空调箱可能达到的最大风量对应的压力降作为限值。通常在20～25℃，50%～70%RH工况下，吹面全冷模式450 CMH流量下阻力不超过400Pa，全热吹脚模式330 CMH流量下不超过650Pa，全热除霜模式330CMH流量下不超过600Pa。通过对箱体在不同风量下的对应风阻进行测试，会得到整个空调箱体的风量阻力特性曲线。

可以认为空调箱是鼓风机单体耦合在空调箱壳体形成的一个小系统，也就是鼓风机与空调箱壳体组成的风道对应不同的风量会产生不同的工作点；加装新风进风段和仪表板风道后，又可以认为是串联了2个不同的管段ΔPAirinlet和ΔPDuct；上述3个部分安装在整车上后，相当于串联了ΔPVehicle。至此ΔPAirinlet、ΔPHVAC、ΔPDuct、ΔPVehicle串联在一起，组成了整车空调系统的管段阻力特性。鼓风机的性能曲线可以很方便地从厂家得到，而整个空调系统气流通道的风量阻力特性曲线的获得就成为关键。

通过GMW3067、GMW3058、GMW7023或者CFD等测试或者仿真方法，我们可以得到上述每个部件的阻力降和整个气流通道总的阻力降，以及车室内不同静压下空调系统能达到的空气流量，为空调系统和整车的气流设计和管理提供可靠数据。

2 从鼓风机电流标定风阻风量曲线

2.1 鼓风机单体性能及标定方法

本文试从另一个角度反向得到空调系统气流通道的流量和阻力的关系，可供在系统开发或改型中快速获取所需空调系统风量阻力数据或者对原设计进行校核、修正。

鼓风机单体（电机和蜗壳都确定的情况下）性能与转速、电流、电压以及效率是呈一定关系的，也称为鼓风机单体的性能曲线。图2为某车辆鼓风机单体在12V电压下的性能曲线。

由图2可以得知，要想获得较高的静压就要以牺牲风量为前提，每个不同的状态点，其电流、静压、风量等都是一一对应的。通过改变鼓风机端电压（也就是改变鼓风机电流），我们可以得到一组鼓风机性能曲线图。当把鼓风机放在不同的风道中，鼓风机特性曲线与风道特性曲线的交点就是鼓风机在此工况下的工作点。如前所述，由工作点会得到此工况下的流量和阻力，如果此时鼓风机电压（电流）改变或者管段阻力特性改变，会导致工作点发生变化而产生新的工作点，如图3所示。

先在整车门窗开启的情况下（模拟整车零压车身最大风量），测试不同模式下鼓风机的电压和电流并记录，为了减小误差，可以采用外接电源的方法。

然后在台架上对空调箱体施以对应的电压，通过调节进风侧或吸风侧阻力使电流逼近整车状态下测试的电流，此时外部施加的阻力近似认为是整车状态下空调系统气流通道的阻力。根据电压-电流-风量-阻力对应关系，可以根据测得的电流和电压反推得到系统的风量阻力特性；通过风量测试台架，我们会得到上述对应工况的风量。

我们需要得到的是不同模式下电流与气流阻力分布关系，因此忽略次要因素并作如下假设：①认为施加在空调箱体进风侧和出风侧的阻力（背压）对空调系统的阻力特性影响是近似一致的；②忽略电流测量误差对测量结果精度的影响；③整个空气流道按照串联考虑，认为各部分的阻力之和为空调系统总的阻力；④忽略由于读数误差对结果造成的影响而导致的R值非线性。

2.2 测试及标定步骤

2.2.1 数据准备工作

整车状态，在车门窗开启的情况下（模拟整车零压车身最大风量），测试空调系统不同档位不同模式下电流、电压并记录。

为了消除蓄电池电量等电压不稳定因素影响，采用外接电源方式进行测试，步长0.5V，见表1。

2.2.2 风阻标定和数据处理

在测试台架上面连接空调箱体和风量测试设备进行测试，测试台架如图4所示。

表1 不同模式下的电压、电流数据

通过外接电源施加第1步所述电压，然后通过出风口阻尼板改变出风侧风阻，直至电流读数达到表1电流数值。通过风量测试台架，我们会得到每个电压下对应的风量和静压数值，见表2。

表2 每个电压下对应的风量和静压数值

对表2测的数据进行图线化处理，得到标定风阻曲线，如图5所示。

通过对上述数据和风阻标定曲线进行处理，进而得到风量和风阻曲线，如图6所示。

这样首先通过对整车电流电压的测量得到整车状态下电流电压关系→进行系统台架模拟，通过固定电压，调整阻尼板阻力逼近测试电流，收集得到风量与阻力关系→进行数据转化处理→得到所需气流通道风量阻力特性曲线。

2.3 如何得到部件及系统的风量阻力特性

上面我们得到的风阻流量曲线为空调箱阻力ΔPHVAC和连接新风进风段ΔPAirinlet以及仪表板风道ΔPDuct状态下得到的空气流道的总阻力，即ΔPAirinlet+ ΔPHVAC+ΔPDuct段的阻力。根据空调箱体的风量阻力特性，减去同风量下箱体的阻力就会得到ΔPAirinlet+ ΔPDuct段的阻力。

在整车上测试电流电压时，如果去除仪表板风道进行测试，就得到ΔPAirinlet+ΔPHVAC段的阻力。同样如果在车窗车门关闭状态下进行测试鼓风机电流电压，由于车身和泄压阀阻力的加入，将会导致电流发生改变，这时得到的就是ΔPAirinlet+ΔPHVAC+ΔPDuct+ ΔPVehicle，即整个空调系统在整车上的流量阻力特性。

通过简单的台架测试和加减法，会得到空调箱的阻力ΔPHVAC、新风进风段阻力ΔPAirinlet和仪表板风道的阻力ΔPDuct以及上述部分的阻力组合。这时就可以根据得到的特性曲线和鼓风机特性曲线来拟合整车状态下工作点，进而得到所需风量和阻力。

3 结束语

把得到的整车风量数值与原设计进行对比，如果发现实测数值偏大，表明选择的鼓风机有进一步优化（比如减小功率等）空间；如果数值较原设计偏小，则需要考虑加大鼓风机功率或对整车气流通道进行优化，以降低风阻而提高整车风量。

上述测试方法在测量精度方面会存在一定误差，但在实际工程应用中会得到所需的数据和趋势图线，为新风进风通道或仪表板风道以及空调系统的性能改进和提升提供很大的借鉴意义。

［1］阙雄才，陈江平.汽车空调实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］GMW3067 Validation of Static Body Air Leakage［S］.

［3］GMW3058 Validation of HVA／C Airflow at Zero Interior Body Pressure［S］.

［4］GMW7023 Dynamic Body Airflow［S］.

（编辑杨景）

Deducing Air Flow Resistance Characteristics Curve by Air Blower Current

CUI Xue-ping
（Beiqi Foton Motor Co.，Ltd.，Beijing 102206，China）

The relation between air flow and flow resistance of air conditioning system can be deduced by bench calibration from the performance of vehicle air blower current. The operating point of air blower for air conditioning systemcanalsobededucedtoofferhelpandpreferencefortheoptimizationandimprovementofthesystem.

air blower curve；current；air flow resistance characteristics；air flow

U464.138

A

1003－8639（2014）06－0009－03

2014-01-13；

2014-01-26

崔学平（1975-），男，工程师，从事汽车空调开发与研究。