摘  要：文章針對一款空調(diào)系統(tǒng)工程開發(fā)過程中出現(xiàn)的除霜風(fēng)門抖動問題，通過理論分析、設(shè)計改善及試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)合實(shí)際工藝進(jìn)行問題解析整改，進(jìn)一步明確工程開發(fā)過程中零件結(jié)構(gòu)設(shè)計驗(yàn)證、工藝驗(yàn)證的重要性，以及開發(fā)前期充分運(yùn)用CATIA運(yùn)動仿真DMU驗(yàn)證的必要性，進(jìn)而從根本上縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和產(chǎn)品上市時間。

作者信息：
姓名：蘇曉勤
簡介：蘇曉勤，高級工程師，就職于東風(fēng)汽車股份有限公司，研究方向：汽車制造。

前  言

近年來，世界經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程大大加快，各國汽車企業(yè)競爭越來越激烈，用戶對整車質(zhì)量要求越來越高。如何才能在最短的時間內(nèi)開發(fā)出一款成功的新車型，是各個企業(yè)傾心研究的重要課題。

微客市場從2009年呈爆發(fā)式增長，增長率達(dá)到83.3%，全年銷售195萬輛。從微客細(xì)分市場的用途來看，其功能相對集中，適用于載客、載貨和家庭日常使用。用戶對微客關(guān)注度最高的仍是價格、品牌、質(zhì)量、安全、尺寸五大項(xiàng)，同時對微客整體滿意度較低的方面包括：經(jīng)濟(jì)性、減震性能、車內(nèi)噪聲和維修費(fèi)用等。

從國內(nèi)汽車行業(yè)的總體發(fā)展趨勢和用戶不斷提高的需求來看，國內(nèi)微客逐步升級，向低油耗、高配置、高可靠性和高駕乘舒適性方向發(fā)展。

該車型作為一款構(gòu)建在全新微型車平臺基礎(chǔ)上的微型客車，保留了市場上現(xiàn)有微客車型主流配置，吸收采用轎車部分配置，提高微客的駕乘舒適性、安全性和車載娛樂功能。并且搭載高性能自主品牌發(fā)動機(jī)，通過優(yōu)化匹配傳動比將整車工況油耗降低至7L/100km以下，有廣闊的發(fā)展前景。

1 項(xiàng)目概況

該車型是公司全面進(jìn)軍微型客車市場，拓展公司事業(yè)新構(gòu)架的全新微客產(chǎn)品。該車型搭載兩款自主品牌發(fā)動機(jī)，開發(fā)全新白車身、采用整體式側(cè)圍，除具有市場同類車型已有的中控遙控、電動窗、頂置空調(diào)、鋁合金車輪、MP3+收音機(jī)配置外，首次在國內(nèi)微客領(lǐng)域匹配電子助力轉(zhuǎn)向、ABS+EBD、MP5、倒車影音夜視系統(tǒng)配置。整車可靠性高、造型新穎大氣、舒適性好、油耗低、配置好，性價比高，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
該項(xiàng)目首次在國內(nèi)的微型車中采用中置式組合儀表，并在組合儀表上增加瞬時燃油消耗顯示功能，便于用戶實(shí)時了解車輛油耗。中控臺上配備有5.0寸16：9液晶屏的影音娛樂系統(tǒng)，具有影音娛樂、導(dǎo)航、夜視及倒車可視等功能，極大的改善了微型車駕乘的娛樂性和安全性，緊跟目前市場電子化潮流，滿足年輕購車者對車載娛樂系統(tǒng)的需求。

通過改進(jìn)汽油發(fā)動機(jī)總成實(shí)現(xiàn)了橫置改為縱置，同時采用高充氣效率塑料進(jìn)氣歧管、DIS直接點(diǎn)火系統(tǒng)、 VVT和無聲鏈條組合技術(shù)、配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行輕量化改進(jìn)設(shè)計。并開發(fā)了節(jié)能潤滑油，整車油耗降低4%，整車100km油耗值明顯低于其它國內(nèi)主要微車。

該車身采用整體式側(cè)圍，從結(jié)構(gòu)上保證了整車外觀品質(zhì)和車身模態(tài)。采用了大容量高性能的免維護(hù)蓄電池，改善了微型車的冷啟動性能，保證了車輛在高寒地區(qū)的使用可靠性。手剎增加防扭機(jī)構(gòu)，改善國內(nèi)微車因拉索調(diào)節(jié)螺母預(yù)緊力過大而產(chǎn)生的拉索形變，提高了拉索的使用壽命。并且采用二級配電系統(tǒng)，有效防止了汽車自燃。整車在經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性上表現(xiàn)突出，有廣闊的發(fā)展前景。

2 空調(diào)系統(tǒng)工程開發(fā)

2.1整車空調(diào)系統(tǒng)制冷量設(shè)計目標(biāo)計算確定

2.1.1按汽車空調(diào)熱負(fù)荷的構(gòu)成計算

據(jù)《空調(diào)系統(tǒng)熱負(fù)荷邊界條件》，選取夏季設(shè)計計算條件：

車內(nèi)設(shè)計參數(shù)：溫度26℃，相對濕度50％；車外設(shè)計參數(shù)：溫度38℃，相對濕度65％；太陽輻射強(qiáng)度：1000 W/m2，車速：40km/h；汽車空調(diào)熱負(fù)荷的構(gòu)成如下：

QO=k(QB+QG+QP+QA+QE+QF+QS)

式中：QO：汽車空調(diào)設(shè)計制冷量，單位為W；QB：通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量, 單位為W；QG：通過各玻璃表面以對流方式傳入的熱量, 單位為W；QP：乘員散發(fā)的熱量, 單位為W；QA：由通風(fēng)和密封性泄露進(jìn)入車內(nèi)的熱量, 單位為W；QE：發(fā)動機(jī)室傳入的熱量, 單位為W；QF：通風(fēng)系統(tǒng)中傳入的熱量, 單位為W；QS：車內(nèi)電器散發(fā)的熱量, 單位為W；k：修正系數(shù)，可取k=1.05~1.15，這里取k=1.1。

QO=4499W

考慮到整車的舒適性需求，整車空調(diào)系統(tǒng)制冷量確定為QT=5000W，前后蒸發(fā)器的能力分配為2.33。

2.1.2整車制熱量設(shè)計計算

Qe = Q車身+ Q玻璃+Q新風(fēng)

Q=a*Qe

式中：a：儲備系數(shù)，取a=1.2；Qe：車身總熱負(fù)荷；Q車身：車體傳出的熱量；Q玻璃：玻璃傳出的熱量；Q新風(fēng)：新風(fēng)熱。

依據(jù)設(shè)計計算，整車空調(diào)系統(tǒng)制熱量確定為Q=4800W。

2.2該車型整車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案確定

（1） 依據(jù)整車制熱量需求為4800W，暖風(fēng)芯體選用平行流式暖風(fēng)芯體，芯體尺寸為225×186×32，單芯體設(shè)計目標(biāo)為在360m3/h風(fēng)量條件下，制熱量為5400W。

（2） 依據(jù)整車前蒸制冷量需求為3500W，前蒸發(fā)器芯體選用平行流式結(jié)構(gòu)，芯體尺寸為222×260×41，芯體設(shè)計目標(biāo)為420m3/h風(fēng)量條件下，制冷量為4000W。

（3） 依據(jù)設(shè)計計算，后蒸制冷量需求為1500W，后蒸選用管片式結(jié)構(gòu)，芯體設(shè)計目標(biāo)為220m3/h風(fēng)量條件下，制冷量為1500W。

（4） 依據(jù)整車制冷量需求為5000W，冷凝器的散熱量一般設(shè)計等于整車需求制冷量的1.5倍，Qc=m Qe（m為符合系統(tǒng)，取1.5）。冷凝器需求制冷量為7500W，冷凝器選用平行流結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸為570×353×16，芯體設(shè)計目標(biāo)為2.5m/s風(fēng)速條件下，換熱量為8000W。

（5） 壓縮機(jī)選用渦旋式結(jié)構(gòu)，排氣量為86cm3/r，通過查取壓縮機(jī)性能曲線，該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為2200r/min時，制冷量為5100W。傳動比選用1:1.35在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1600r/min時，壓縮機(jī)制冷量可以滿足整車需求。

（6） 膨脹閥選用現(xiàn)在常用的H型膨脹閥，依據(jù)前蒸制冷量為3500W，選用1.5RT膨脹閥，后蒸制冷量為1500W，選用0.8RT膨脹閥。（1RT=3516.7W），一般膨脹閥制冷量選用不小于系統(tǒng)制冷量的1.2倍。

（7） 系統(tǒng)管路采用適用于R134a的空調(diào)膠管，空調(diào)硬管采用目前已批量使用的通用規(guī)格產(chǎn)品，高壓管壓縮機(jī)至冷凝器部分選用φ11規(guī)格，冷凝器至蒸發(fā)器部分選用φ8.2規(guī)格，蒸發(fā)器至冷凝器部分選用φ16規(guī)格。

2.3該車型空調(diào)系統(tǒng)過程開發(fā)

2.3.1過程開發(fā)生產(chǎn)準(zhǔn)備計劃

依據(jù)該車型整車項(xiàng)目開發(fā)計劃，制訂空調(diào)系統(tǒng)過程開發(fā)生產(chǎn)準(zhǔn)備計劃，分為5個階段：（1）計劃和項(xiàng)目確定；（2）產(chǎn)品設(shè)計與驗(yàn)證（S-lot）；（3） 過程設(shè)計與驗(yàn)證（ET）；（4）產(chǎn)品和過程確認(rèn)（工藝正規(guī)化PT）；（5）持續(xù)改進(jìn)（對應(yīng)SOP后）。

2.3.2過程開發(fā)中各階段主要工作內(nèi)容

（1） 計劃和項(xiàng)目確定：成立APQP小組、制訂APQP計劃。

（2） 產(chǎn)品設(shè)計與驗(yàn)證（S-lot）：零件總成BOM清單、DFMEA、可裝配和可制造性分析、產(chǎn)品圖樣設(shè)計（3D/2D）、關(guān)鍵特性確定、材料標(biāo)準(zhǔn)確定、設(shè)計評審、產(chǎn)品驗(yàn)證-樣件試制、樣件檢驗(yàn)與試驗(yàn)、S-lot裝車驗(yàn)證與改進(jìn)。

（3） 過程設(shè)計與驗(yàn)證（ET）：工藝方案設(shè)計及評審、工藝流程圖、關(guān)鍵/重要特性清單、控制計劃、工序控制明細(xì)表、分供方清單、PFMEA、作業(yè)指導(dǎo)書、包裝規(guī)范、工裝設(shè)計/制造、檢具設(shè)計/制造、生產(chǎn)準(zhǔn)備進(jìn)度（新增設(shè)備/模夾具/量檢具/試驗(yàn)計劃）、物流包裝方案、樣件ET裝車驗(yàn)證。

（4）產(chǎn)品和過程確認(rèn)（工藝正規(guī)化PT）：產(chǎn)品/模具改進(jìn)、工裝完善、檢具改進(jìn)、工位器具設(shè)計/制造/評審/改進(jìn)/確認(rèn)、PT裝車驗(yàn)證。

（5）持續(xù)改進(jìn)（SOP）：批量生產(chǎn)控制（SOP）、產(chǎn)品/過程的持續(xù)改進(jìn)。

3 開發(fā)中問題整改實(shí)例（風(fēng)門抖動）

3.1 空調(diào)除霜風(fēng)門抖動現(xiàn)象

問題來源：該車型在ET試制階段，裝車中發(fā)現(xiàn)除霜風(fēng)門在最大風(fēng)量下，由除霜模式調(diào)節(jié)至除霜吹腳模式時（風(fēng)門處于半開狀態(tài)），除霜風(fēng)門發(fā)生節(jié)律性振動而產(chǎn)生噠噠噠異響的故障現(xiàn)象。

3.2 除霜風(fēng)門抖動問題原因解析

（1）在除霜吹腳模式下，除霜連桿運(yùn)動方向與聯(lián)動板滑槽運(yùn)動方向約30度夾角，從而導(dǎo)致?lián)u臂受力在聯(lián)動板運(yùn)動方向上有較大分力，容易帶動聯(lián)動板的運(yùn)動。

（2） 風(fēng)門材料為PP，質(zhì)輕，剛性較差，在受力情況下容易發(fā)生形變。風(fēng)門結(jié)構(gòu)為弧形板面，且面積較大。因結(jié)構(gòu)板面面積大，受力面積及力矩會增大，受氣流沖擊時易產(chǎn)生受力不平衡。


圖1 風(fēng)門結(jié)構(gòu)及受力示意圖

（3） 初期使用的鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2900RPM，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高風(fēng)速大，對風(fēng)門的沖擊力很大，導(dǎo)致風(fēng)門抖動。為減小風(fēng)門所受的氣流作用力，需要適度降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過試驗(yàn)驗(yàn)證滿足空調(diào)性能要求即可。

（4） 除霜連桿/聯(lián)動板/風(fēng)門軸/殼體之間各零部件的配合間隙過大，會直接導(dǎo)致除霜風(fēng)門的抖動。除霜連桿與滑槽配合間隙過大，會導(dǎo)致風(fēng)門在模式止點(diǎn)仍然有轉(zhuǎn)動空間。風(fēng)門軸與殼體配合間隙過大，會導(dǎo)致風(fēng)門軸的徑向串動。除霜連桿與風(fēng)門軸的配合間隙過大，會導(dǎo)致風(fēng)門軸的轉(zhuǎn)動。聯(lián)動板與殼體配合間隙過大，會導(dǎo)致聯(lián)動板的晃動，進(jìn)而直接影響到聯(lián)動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，拉絲環(huán)與聯(lián)動板配合間隙過大，會造成聯(lián)動板在模式止點(diǎn)有較大轉(zhuǎn)動余量，導(dǎo)致聯(lián)動板帶動風(fēng)門的運(yùn)動空間增加。

綜上所述，引起除霜風(fēng)門抖動的主要因素可以概括為：產(chǎn)品設(shè)計因素（聯(lián)動板/風(fēng)門/鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高）和工藝因素（各零部件配合間隙過大）。

3.3 問題整改方案的具體實(shí)施及驗(yàn)證

3.3.1聯(lián)動板的結(jié)構(gòu)設(shè)計整改

聯(lián)動板的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，更改設(shè)計軌跡，風(fēng)門角度不變。

已知條件有：

（1） 操縱機(jī)構(gòu)模式的行程



（2） 聯(lián)動板的轉(zhuǎn)動角度（已知聯(lián)動板的轉(zhuǎn)動半徑為33.5mm）



（3）吹臉風(fēng)門轉(zhuǎn)動的角度


圖2 吹臉風(fēng)門轉(zhuǎn)動角度示意圖

（4） 除霜風(fēng)門轉(zhuǎn)動的角度


圖3除霜風(fēng)門轉(zhuǎn)動角度示意圖

由以上已知條件，即可確定搖臂的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而可以確定搖臂聯(lián)動柱在各個模式狀態(tài)時的位置點(diǎn)，從而得到搖臂聯(lián)動柱的設(shè)計軌跡。

依據(jù)設(shè)計軌跡，即可在聯(lián)動板上作出導(dǎo)向槽，就確定了聯(lián)動板上的聯(lián)動槽了。

設(shè)計軌跡結(jié)果，如圖所示：


圖4設(shè)計軌跡結(jié)果示意圖

對設(shè)計軌跡進(jìn)行CATIA運(yùn)動仿真DMU驗(yàn)證，通過模擬控制面板控制整個模式行程，經(jīng)過吹臉、吹臉&吹腳、吹腳、吹腳&除霜、除霜五個行程。DMU驗(yàn)證的結(jié)果為：




圖5 DMU驗(yàn)證結(jié)果示意圖

聯(lián)動板結(jié)構(gòu)變更前后的零件實(shí)物對比：


圖6 聯(lián)動板結(jié)構(gòu)變更前后對比示意圖

為適應(yīng)新結(jié)構(gòu)的聯(lián)動板，搖臂狀態(tài)相應(yīng)變更如下：


圖7 搖臂結(jié)構(gòu)變更前后對比示意圖

3.3.2風(fēng)門的結(jié)構(gòu)設(shè)計整改

為了抵消氣流對風(fēng)門的沖擊力，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對風(fēng)門進(jìn)行局部更改，在除霜風(fēng)門上增加筋位，起擾流平衡作用。

3.3.3鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低

為減小風(fēng)門所受的氣流作用力，適度降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由2900RPM降到2400RPM，通過試驗(yàn)驗(yàn)證滿足空調(diào)性能要求即可。

為驗(yàn)證鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后的空調(diào)性能變化情況，依據(jù)GB/T 21361-2008進(jìn)行CV03雙蒸發(fā)器系統(tǒng)試驗(yàn)（風(fēng)量降低對比）。（試驗(yàn)條件：蒸發(fā)器A/C室空氣側(cè)進(jìn)口干球溫度：27℃，濕球溫度：19.5℃；前蒸/后蒸風(fēng)壓：0Pa；前蒸/后蒸風(fēng)機(jī)電壓：13.5V；冷凝器室干球溫度：35℃；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速：1000rpm、2500rpm；冷凝器風(fēng)速：4.5m/s。）

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，空調(diào)性能滿足設(shè)計要求。

3.3.4各零部件的配合間隙尺寸公差優(yōu)化

鑒于塑膠件的尺寸涉及模具、工藝、材料等諸多因素以及測量誤差等原因，前期測量雖不能完全反映真實(shí)狀態(tài)，但足以說明各零部件的配合間隙過大確實(shí)存在發(fā)生。需要調(diào)整配合尺寸公差，修整模具。

經(jīng)過一系列的模具修整及工藝優(yōu)化調(diào)整，再次隨機(jī)抽測檢驗(yàn)各零部件的配合尺寸結(jié)果，公差優(yōu)化后配合間隙有很大改善。

3.3.5整改方案實(shí)施后的效果驗(yàn)證

經(jīng)過以上聯(lián)動板、除霜搖臂和除霜風(fēng)門的結(jié)構(gòu)改善，以及各零部件之間的配合尺寸公差優(yōu)化，對除霜風(fēng)門抖動現(xiàn)象再次進(jìn)行相關(guān)組裝驗(yàn)證。經(jīng)核實(shí)，以上方案改善有效，抖動現(xiàn)象沒有再現(xiàn)。

4 結(jié)論

通過對除霜風(fēng)門抖動問題的解析整改及驗(yàn)證，充分說明空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)過程中零件結(jié)構(gòu)設(shè)計驗(yàn)證、工藝驗(yàn)證的重要性，以及開發(fā)前期充分運(yùn)用CATIA運(yùn)動仿真DMU驗(yàn)證的必要性。在整車開發(fā)過程中，要關(guān)注各零部件的配合尺寸公差，將關(guān)鍵配合尺寸列入產(chǎn)品關(guān)鍵特性進(jìn)行管控，從根本上縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和產(chǎn)品上市時間。