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HVAC总成设计指南

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XXXX股份有限公司

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00

2012-09-06

初版建立

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目录3

1HVAC简要说明4

1.1该零件综述4

1.2.适用范围4

1.3HVAC基本组成4

1.4设计构想4

1.4.1设计原则4

1.4.2功能要求4

1.4.3顾客要求4

1.4.4性能要求5

1.4.5设计步骤和参数5

2.HVAC的测试规范13

2.1测试内容13

2.2测试标准、方法13

3一般注意事项14

4图纸模式14

4.1图纸主要内容和形式14

4.2图纸的技术要求：

14

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1HVAC简要说明

1.1该零件综述

HVAC为汽车提供制冷、取暖、除霜、空气过滤和湿度控制、车内出风大小控制的功能，使乘室内人员更加舒适，驾驶更加安全,由制冷装置、采暖装置、通风装置、净化装置、电控单元组成，这些装置组成了完整的HVAC功能。

HVAC的类型：

HVAC的类型按功能分：

冷热混合型、单制热型、单制冷型；

HVAC的类型按控制方式分：

自动、电动、手动；

HVAC的类型按区域分：

单区域、双区域、多区域。

1.2.适用范围设计指南本部分适用范围为乘用车HVAC总成。

1.3HVAC基本组成

HVAC总成的组成由：

进风口、鼓风机、蜗壳、调速电阻、蒸发器芯体-膨胀阀、加热器芯体、

风门、出风口、微电机、拉丝、运动机构、传感器、线束、紧固件等组成。

1.4设计构想

1.4.1设计原则

1、满足整车提供的布置空间要求。

2、根据整车定位考虑HVAC的选型（自动控制、电动控制、手动拉丝控制、单区、双区）

3、对HVAC单体的噪音值进行合理定义（最终满足整车的噪音要求）。

4、满足整车装配要求，方便安装和拆卸。

1.4.2功能要求

1、满足整车通风、制冷、制热、除霜除雾的功能要求。

2、满足相关功能指示、显示的功能。

1.4.3顾客要求

1、制冷、采暖效果良好。

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2、除霜除雾效率高。

3、空调开启时噪音小。

4、安装拆卸方便，便于维修，使用寿命长。

1.4.4性能要求

DVP试验主要分为：

可靠性试验、性能实验、法规试验、舒适性试验。

可靠性实验：

道路试验、抗振强度、耐温度实验、耐压力实验、耐久实验、腐蚀实验、过电压、过电流实验、绝缘性能、阻燃性能等。

性能实验：

制冷能力、采暖能力、空气体积流量、滤清器过滤性能。

法规实验：

鼓风机、微电机EMC实验，电源线射频传导发射、射频辐射发射、瞬态电压发射等。

舒适性实验：

噪音、操纵性能、线性实验、挥发性、气味性实验等。

1.4.5设计步骤和参数

1.4.5.1HVAC设计的步骤

1.4.5.1.1设计输入

1、整车空调系统配置表的确定

根据空调系统的VTS，由采购部门、销售公司、项目组、设计部门共同讨论确定空调的配置，明确空调系统的档次，是否采用功能或结构上的新技术等。

进而确定空调的类型：

手动空调、全自动空调或是电动空调。

2、根据整车空间的大小、销售市场、顾客需求及竞争车型的空调配置来确认是不是需要开发多个

HVAC总成（如果需要开发两个：

一般情况下一个布置在仪表台下，一个布置在顶部或是布置在车后部）；

3、根据整车的配置来确定是采用单区域还是采用多区域空调，然后对HVAC的结构进行设计

4、根据销售区域的不同来确定是冷暖分开型、或是冷暖合一型或是全功能的HVAC。

1.4.5.2HVAC的设计

1.蒸发器芯体的设计⑴.蒸发器芯体的类型：

管片式、管带式、层叠式。

⑵.蒸发器的作用

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蒸发器是汽车空调制冷系统中另一个热交换器，结构形式与冷凝器基本相同，其作用是将经过节流降压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾汽化，吸收蒸发器表面周围的热量而之降温，电动机驱动的鼓风机再将冷风吹到车室内，使进入其中的制冷剂与其外部空气完成热交换，蒸发器外部的空气放热冷却，达到降温的目的；蒸发器是由铝制芯管和散热片组成。

要求蒸发器具有效率高、尺寸小、质量轻等特点。

⑶.蒸发器芯体的设计主要是制冷能力的计算（下面以某一车型实例为主）：

根据现有的条件，计算汽车空调蒸发器总传热外表面积，对比分析现有蒸发器的制冷能力。

1.工况要求

制冷剂为R134a,换热量Q=5809w。

制冷剂循环量qmr=0.046kg/s,蒸发温度tf=2℃,蒸发器进风干球温度ta1=24℃．湿球温度ta1=17℃,出风口干球温度ta2=7.25℃．湿球温度ta2=6.5℃,取迎风面风速为a=3m/s.

2.计算

1.按热平衡关系计算制冷剂进出口参数根据制冷量和制冷剂循环量,可求出制冷剂进出口比焓差

hr=hr2hr1=Q/qmr=5809/0.046j/kg=126.28kj/kg

制冷剂入口干度通常在20%~30%之间,取制冷剂进口干度为0.3,根据蒸发温度查HFC134a和空气热力性质表,可计算得制冷剂出口比焓值

hr2=hr1+hr=（261.62+126.2⑻kj/kg=387.9kj/kg

蒸发器出口制冷剂温度tr2=8℃,过热度为6℃

2.干工况下空气侧表面传热系数a

根据已知条件,按空气进口的平均温度的平均值ta=20℃,查取空气的热力性能表和热物理性质

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图计算空气侧表面传热系数

a

根据已知条件,查空气进出口风温下的热力性质表和热物理性质图,可以求得:

eq，a=

a=1.855×143.56w/（㎡·k）=266.3w/（㎡·k）

4.计算制冷剂侧表面传热系数r

查tf=2℃下的HFC134a饱和状态下的热力性质表和热物理性质图,计算出

r=3965w/（㎡·k）

5.计算总传热系数及传热面积

如果忽略管壁热阻及接触热阻，忽略制冷剂侧污垢热阻，取空气侧污垢热阻

ra=0.0003㎡·k/w，则传热系数K为

ta1　ta2

ta1tfln

tm=ta2tf

=127.5w/（㎡·k）

对数平均温差tm为

2410

242ln

102℃=13.84℃

由于管片式蒸发器的流程较少,另外湿工况在增大空气侧表面传热系数的同时也增加了液膜阻力,因

表面为基准）Ao为

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Ao=Q/（K·tm）=1.2×5809/（127.5×13.8⑷㎡=3.95㎡

所需圆管长度L为

L=Ao/45Aa=3.95/（45×0.424⑻m=0.2066m

取L=210mm另实际传热面积与计算传热面积的对比可以通过比较管长来反映出制冷能力,XX项目引用XXXX车型的蒸发器管长为263mm,计算长度仅为:

210mm。

通过以上计算可以推算出空调蒸发器的外型尺寸，根据推算出来的外型尺寸的来选择合适的蒸发器芯体。

2、加热器芯体的设计

⑴.加热器芯体的作用加热器芯体是为整车提供热量转化的，一般都是铝质材料，因为铝质的材料导热系数比较大，重量轻，适合在汽车有效的空间上布置。

加热器芯体的热源来源于发动机防冻液，故加热器芯体的换热能力和换热速率很大程度上取决于发动机的防冻液的温度变化。

⑵.加热器芯体的结构形式：

管片式、管带式、层叠式、平行流。

目前大多数汽车空调的加热器芯体采用层叠式，层叠式热交换能力比较高，一般可以达到80％以上，比较先进的平行流式热交换能

力更好一点可达到90％以上。

⑶.加热器芯体的选型根据整车内空间的大小，乘员的多少来计算需要多大的热换能力，具体计算过程参考蒸发器芯体的计算过程及方法，来计算加热器芯体的尺寸，并选择适合的加热器芯体。

3、鼓风机的设计与选配

⑴.鼓风机的作用鼓风机是把加热器芯体和蒸发器芯体产生的热量和冷度吹到室内为驾驶员和乘客提供热风和冷风来提高整车的舒适性；鼓风机为除霜除雾提供强有力的风源；鼓风机为驾驶室内的通风、换气提供动力。

⑵.鼓风机的类型：

有刷电机、无刷电机。

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⑶.鼓风机的功率：

鼓风机在轿车上的额定电压为12V，功率为100W～500W鼓风机根据实际的需要相适应的功率，具体如下：

1.根据整车的室内空间的大小，采用CFD分析，使空气在室内的流动在规定的时间内温度场的分析来确定鼓风机的风量及风速；

2.进行除霜除雾的CFD的分析，根据企业标准和国标以及美标fmvss103/saej902v003的规定时间，在有效的时间内把玻璃上的霜或是雾除掉，根据除霜的效果来推算鼓风机的风量及风速是否满足要求，风量小，增加鼓风机的风量（也就是功率）；

3.鼓风机的选择还要考虑到噪声的问题，一般噪音有严格的规定，详见国标，鼓风机的噪音和功率是成正比的，就是说功率越大噪音越大；所以在选择鼓风机时要考虑鼓风机的功率和噪音的平衡点；

4.鼓风机在高档车上一般采用无刷电机，这样即可以降低噪音，也不会损失相应的功率。

4、HVAC总成的壳体设计

⑴.HVAC壳体设计要考虑的问题

1.首先要考虑HVAC总成本身的最大尺寸（长、宽、高），以及整车可以提供的最大的布置空间（在副驾驶的仪表台下）；

2.根据实际的布置空间及HVAC总成的大概的重量来确定HVAC的固定方式及固定结构的设计，一般固定在防火墙上和IP支架上；

3.根据整车的布置舒适性来考虑设计后排脚部出风口的布置及HVAC本身的出风口设计；还要

考虑是否向B柱处通风的配置（出于整车舒适性配置的要求）；

4.根据整车舒适性要求考虑是采用自动控制、电动控制、手动拉丝控制，如果采用拉丝控制，就要考虑拉丝的布置，需要给除霜除雾及吹面的风道留有足够的布置空间，布置空间是否合适采用CFD分析验证；

5.无论温度和分配器的调节装置处于何位置，也无论鼓风机处于何档位，都不允许发出如哨声、嘘声、呜声和振颤抖声一类的干扰性噪声；

6.在蒸发器上出现的冷凝水必须通过排水管正常排出壳体，而且在路试试验中不允许出现水流不畅

的现象；

7.HVAC与相关联的对接风道间均应增加密封措施（如加贴密封海绵等）：

1、以防止漏风量过大，

导致HVAC功效下降，不能满足整车性能要求；2、密封不严风噪加大，导致整车噪音过大；

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⑧.与HVAC相关联的对接风道走向应避免过渡不自然（出现直角或锐角转弯）：

1、造成风道内风阻

过大或扰流，导致HVAC功效下降，不能满足整车性能要求；2、风管截面积小风阻大，导致噪音增大。

⑵.HVAC总成的布置及相关设计注意事项

1.HVAC总成的布置及相关设计;在正式模具开模前首先要用手工样件进行实际装车确认，装车

确认没有问题了，才进行正式的开模并进行环境模拟试验摸底是否满足企业标准要求；

2.HVAC的布置还要结合除霜风道和吹脚风道进行布置，并进行CFD分析确保除霜风道、吹面

风道、吹脚风道的吹风的均匀性（一般要求吹面的仪表台四个出风口的风速允许在±0.5的差值;除霜

分配要在A区的风量占的比重大一点至少要大于60％；吹脚的风量分配要求均匀，驾驶员及后排脚

部出风口的风速分配允许在±2的差值）；

3.HVAC总成的试验验证

对HVAC总成的工装样件进行试验验证，严格按照车用HVAC总成企业标准每项试验都要做完并且合格后进行正式的认可，试验不合格的项目，需要供应商更改后再进行相关的试验，直到试验合格。

5、膨胀阀的设计

⑴.膨胀阀的作用汽车空调制冷系统使用的膨胀阀是一种感压和感温自动控制式膨胀阀，膨胀阀安装在蒸发器入口管路上。

其作用有：

一是降低制冷剂压力，保证在蒸发器内沸腾蒸发；二是调节流入蒸发器的制冷剂流量，以适应制冷负荷变化的需要。

需要注意的是膨胀阀并不控制蒸发器的温度。

⑵.膨胀阀的类型：

内平衡热力膨胀阀、外平衡热力膨胀阀、孔管（膨胀管）、H形膨胀阀、F形膨

胀阀，组合阀等形式。

⑶.膨胀阀的性能特点及匹配要求

①.汽车空调膨胀阀的制冷能力用容量来表达，容量单位也为KW；

②.汽车空调膨胀阀容量的选择主要根据空调系统的制冷能力。

膨胀阀容量应是汽车空调系统制冷能力1.5倍左右，太大则易诱发系统工作不稳定，再某些特定的工况时造成液击；太小则在特定工况下造成系统制冷能力不足；

3.膨胀阀时间常数：

膨胀阀动作过程中，通过感温包接收到动作信号后，达到最终变化量63.2％

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时所需要的时间。

时间常数大小反映了膨胀阀灵敏度好坏；

4.可靠性的要求：

在其耐振、耐久性、耐热、耐寒、耐压、气密、耐腐蚀等方面有较高的可靠性要求。

热力膨胀阀耐久性要求，一般在进行10万次试验后，其静止过热度变化（用压力变化表示）应小于0.014Mpa；

5.膨胀阀对工作环境要求比较高，在膨胀阀的布置上要尽量避开发动机的排气管处的周边环

境。

6、HVAC总成线束的设计

HVAC线束的设计要满足线束国标中的要求。

1.4.5.3HVAC所用材料的选型

（HVAC上所用材料及厂家建议从下表中选择，若零部件有特殊要求可根据性能要求另行选择）

表2-11HVAC零部件材料

零部件名称

使用材料

材料厂家

HVAC壳体

PP-T20

风门

PP-T40

传动机构

POM

蒸

发

器

芯

体

铝管

Alu.TubeAA3003

铝箔

AA1100

支板

AA3003

分液管

AA3003

回气管

AA3003

膨胀阀

X653436F

加

热

器

水室

PA6630%FV

铝箔

1100H19（REF.1200H19/

8011H1⑻

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芯

体

铝管

Al（3003-OOR3103-O）

紊流丝

Al5754（AG3M）H18

密

封材料

进风口密封圈

橡塑泡沫（PVCNBR）

蒸发器进出口海绵

橡塑泡沫（PVCNBR）

吹面密封海绵

橡塑泡沫（PVCNBR）

散热器连接海绵

橡塑泡沫（PVCNBR）

吹脚出风口

PU

排水管

PA66-GF30

1.4.6HVAC的制作和认可

跟踪供应商的制作情况，认可流程可按公司的PPAP。

1.4.7HVAC的EBOM数据

表2-12HVACEBOM

序号

零件号

名称

箭头

系统

数

量

责任

人

备

注

1

□○○—8107010

HVAC总成

3Y

1

2

□○○—8107061

混合风门微电机总成

4Y

1

3

□○○—8107063

吹面风门微电机总成

4Y

1

4

□○○—8107065

除霜风门微电机总成

4Y

1

5

□○○—8107710

内外循环操纵机构总成

4Y

1

6

□○○—8107019

蒸发器壳体

3

1

7

□○○—8107035

外保护垫

3

1

8

□○○—8106010

膨胀阀总成

3

1

9

□○○—8107150

蒸发器芯总成

3

1

10

□○○—8107130

加热器芯总成

3

1

11

□○○—8107027

电机风扇总成

3

1

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□○○—8107031

电子调速模块

3

1

13

□○○—8107037

空调线束总成

3

1

14

□○○—8107015

进风口外壳总成

3

1

15

□○○—8107043

进风温度传感器

3

1

16

□○○—8107045

吹脚散风罩

3

1

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2.HVAC的测试规范

2.1测试内容

1、外观检测⑴.外表面标识是否清晰。

⑵.是否满足图纸要求的外观要求，是否有磕碰,有无划痕、飞边、油污，壳体是否密封，海绵出

风口海绵是否密封完好。

⑶.接插件是否松动，厂家和型号是否满足定义要求，其性能符合国标要求。

⑷.线束颜色及线经是否满足定义要求，线束包裹是否完好，线束是否满足布置要求。

2、尺寸测试

验证HVAC的主要的装配尺寸和外部接口尺寸是否和确认的图纸一致，检测项目详见HVAC总成测试规范。

3、功能检测

按照功能规范检测HVAC各项功能是否正常，检测项目详见HVAC总成测试规范。

4、台架检测

参照HVAC总成测试规范进行检测，检测项目详见HVAC总成测试规范。

5、三万公里道路测试

验证HVAC的可靠性。

2.2测试标准、方法

1、外观检测：

按HVAC测试规范进行目测。

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2、尺寸测试：

按图纸测试。

测试方法：

找出测量基准，用游标卡尺、高度尺、百分表、三坐标检测仪等测量。

3、功能检测：

按HVAC总成测试规范检测。

测试方法：

在台架上按照功能规范描述来操作。

4、台架试验

参照HVAC总成测试规范进行检测。

5、三万公里道路测试

根据整车试验规范执行。

3一般注意事项

1、膨胀阀对工作环境要求比较高，在膨胀阀的布置上要尽量避开发动机的排气管处的周边环境。

2、HVAC自带线束中同一分支不得有线径和颜色都相同的导线存在，线径符合标准要求，HVAC自带线束颜色与整车线束保持一致。

3、不要过载使用导线和端子。

4、排水结构设计满足排水顺畅的要求。

5、在鼓风机进风口处加装滤网保护，防止异物吸入，导致电机堵转烧坏，空调不工作。

4图纸模式

4.1图纸主要内容和形式

CATIAV5R18版本PART3D数据，CATIAV5R18版本2D图纸。

4.2图纸的技术要求：

⒈适用工质R134a⒉蒸发器、加热器芯体结构形式，换热能力；膨胀阀结构形式，制冷能力⒊全冷吹面、全暖除霜通风量；全冷吹面/全暖除霜背压曲线

⒋吹面、吹脚、吹面/吹脚、吹脚除霜、除霜各模式下的风量分配及噪音值

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⒌壳体泄漏量小于30.8m3/h（500Pa）⒍零部件原理图、插接件型号及其电器参数值⒎出风口各点风速值相互差值最大不超过1m/s（取6个测试点）

⒏所用材料及牌号、色彩按双方签订的技术协议执行⒐壳体有良好的外观质量，不允许有孔洞、裂纹、损伤、飞边、毛刺等不良缺陷⒑装配尺寸优于制造尺寸，未注尺寸公差按照GB/T1804-C执行⒒未注尺寸参见双方确认的3D数模，其对应公差按照GB/T1804-C执行⒓电磁兼容性按国家标准执行

⒔零件材料及组件应满足国标要求

⒕微电机性能参数

⒖暖风电机的法规件型号