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原创!斯巴鲁森林人加装后排空调出风口及测试效果!!
1 319 发布于 2018-06-27 22:17:24 只看楼主 热门标准
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一 心路历程


        2012年本人硕士毕业,顺利参加了工作,主要从事钻井机械工具的研发、设计和施工,没事经常跑野外的那种。同年,父亲出钱给我买了人生中的第一辆车——12款斯巴鲁森林人。当时激动的心情现在还记得,一晃6年了,主要上下班跑,跑的不多,6万公里,也发过3万公里的总结(我以前的帖子链接https://club.autohome.com.cn/bbs/thread/69fce0bafb045ecd/43534683-1.html)。这6年期间,小森跟着我经历过各种恶劣天气,碎石泥泞路段,从来没掉过链子。我也一直在4S保养,好好对它。这个车就是操控好,我喜欢液压助力带给我紧绷扎实的路感。它时时刻刻都在告诉我车子压了什么,哪怕走越野路方向盘很打手,我都不在乎就是喜欢。平时四驱不显山漏水,关键时刻总是给你惊喜。有一次下雪路滑,我跟着一辆奥迪A6L拐弯,我俩一个速度,结果这货在我面前突然来了个180度掉头,吓得我赶紧踩刹车一把方向躲开,结果这哥们和我后面的车亲密接触了。我回头看了看老婆和孩子睡的呼呼的。顿时心中感觉老爽了!
       记得刚提车的时候,我还喜欢跟人家比比红绿灯加速之类的,挑战过途观,迈腾 还有3.6的大黄蜂,战绩还可以,反正是越开越喜欢的那种感觉。为此,我还给车子安装了一套TCR加强件。那时候的我真心不在乎配置,满脑子想的汽车就是三大件:发动机、变速箱、底盘极限,其他都是浮云,好开才是王道!但是后来结婚了有孩子了,才意识到该有的配置也得有啊。记得第一次见老丈人,老丈人家是辆顶配途观,第一代途观带自动泊车的那种(那时候可是个高端配置,新鲜玩意儿),加价提的车。老丈人看到我的车就说怎么弄这么个车啊,满车大塑料板子,我说你可以开开试试,他上去试了试,说提速反应挺快啊,就是配置比途观也太少了。我也没多说什么。
       慢慢的随着年龄增大,激情不多了,开车也很规矩了。老婆孩子坐车上什么路怒症都没了,被人家别到了,也就嘴上骂骂算了。记得孩子刚出月子那会儿,经常要打预防针,带着他打完针一通乱哭。回来的路上我开着车,老婆坐在后面抱着哄孩子,孩子哭一会儿就睡着了,但是睡的不踏实。结果到了家,我卸完了东西,砰地一声一关后备箱门,孩子又哇哇大哭来。老婆直接气呼呼的把孩子递给我说:“好容易把他哄睡着了我好休息会,你一下子弄醒了,你来哄!”当时我就郁闷的要死要死的,心里就想要是有个电动尾门该多好啊!    
       后来,孩子长大了,爱坐车出去玩了。我经常拉着他去附近的公园玩,小孩精力太旺盛,不猛跑跑晚上睡觉不实。我跟着他在公园里跑了很久,累地我呼哧呼哧的,他到玩的很开心,结果一上车他坐在后排就喊热,要开空调!结果小森没有后排空调出风口,为了满足他前排几乎得全开。但是我满头大汗怕又直吹,结果在车里给我的感觉就是前排冷的扑街,吹得我胳膊疼,后排降温还不快,孩子还不满意。期间家里老人说必须要二胎,趁他们年轻赶紧帮我把孩子带起来,这都属于政治任务了。老人们还打算换一辆大一点的车。于是,我们去试驾了奥德赛还有汉兰达。哎,这俩车空间是打,但开起来太不爽了,完全就是电动车,非常不灵活,开起来感觉笨笨的,比家里的途观还笨。回头又看了看小森,它有个好处,就是满车大塑料板子6年了也不显得旧,精洗一下内饰还和刚提车的时候一样。当时心想要是能升级一下配置就好了,论坛查了查老森还真没有加装电动尾门的作业。空调出风口倒是有改装的。说实话小森也该有后排出风口了,起码很多比它便宜的国产车都有了。于是在淘宝上买了一套所谓的座椅底下的延长管,装车之后说实话没什么卵用,贴着地吹,脚底的灰都吹起来了,风量还不大,直接丢弃。
后来,我又上网查了查其他车型,关于后排出风口的改装作业,基本都是改的中央扶手箱。说实话大部分改的都不太好,功能还行就是看着有点粗糙。而且得拆中控,工程量不小。就一款科帕奇改的还行,但是用的途观的后排出风口配件,跟科帕奇本身的内饰风格不太相符。我自己也去拆了拆小森的中央扶手箱,发现了很多问题。小森的中央扶手箱没有安装出风口的条件。第一,小森的扶手箱底部比较浅,加上与四驱传动轴只间隔一层很薄的隔音棉,不能像科帕奇那样利用扶手箱的底部那一层走风管,如果小森的扶手箱走了风管,扶手箱基本上放不了什么东西了;第二,小森的扶手箱固定铰链比较长,不能再扶手箱的斜面上开洞,安装出风口。如果开在铰链下面,一是出风口太低,几乎紧贴中央隆起的地板了,二是那个位置扶手箱内部还有USB线和AUX插孔,改起来也很费劲。要动原车线路,太麻烦。看到这个结果我一度郁闷了,看样子是改不了,差点死心了。
       有一天,刚从野外施工回来,无聊的我在浏览汽车之家网站的时候,突然看到劳斯莱斯古斯特的B柱有两个圆形的出风口,一看就是后来手工添加的(因为看起来这个出风口和B柱不是一体的)。这个看起来不错!小森行不行呢?我自己寻思着,又看了看小森的B柱,发现内饰板上有个台阶(如图1)!能不能设计一个B柱出风口挂在上面呢?顿时,我眼前一亮,干脆试试,好歹我也玩机械设计的。于是自己稀里糊涂的开启了一段艰苦的旅程……

    


二 外观件设计过程


        既然定下来初步的设计方案,我就要验证这个方案的可行性了,说实话自己搞机械设计绘图也就9年多,积累的经验也就那样。而且是石油等重型机械方面的,对于塑料材质我了解的也不多。并且我主要是金属管柱类工具的设计、绘图以及力学分析,学过流体力学,但研究的是液体方面的流体力学,空调出风口应该属于气体流体,也不太懂。但想了想还是试试吧。弄坏了B柱大不了买拆车件复原。我看了看小森的B柱倒是挺厚实的,拆开之后对比了一下老款蒙迪欧致胜的,感觉能走一道风管。虽然B柱很厚实,但是里面的空间也是有限的,加上小森的车内背景灯是红色的,于是我选择的奥迪A6L的B柱出风口作为小森的出风口。主要是因为奥迪的确实整体比较薄,体积也小,灯的颜色和小森背景灯基本一样。
       我确定好了出风口的形状大小了,再确定出风口的位置。为此我拆了自己的B柱内饰板,在上面用儿童玩的泥巴捏了个简单的泥塑,之后晾干,测出出风口的大概位置,出风口的朝向,尽量使其符合人体工程学,用着不那么别扭。此外,我还根据出风口叶片的拨动范围确定了出风口的基本角度,使其即能够直吹后排乘客,也能拨到一边不被直吹。下可以吹到膝盖以下一个拳头位置,上可以吹到头顶以上一拳左右,横向拨片转向内侧可以吹到坐在中间的乘客,转向外侧可以直吹窗户除雾。为了达到以上目的,光泥塑就做了好几个。具体测量过程就不发图了,因为是复杂曲面,所以测量图片超级多,就挑几张说明一下整体轮廓吧(如图2)。


        整体轮廓出来了,大概数据也确定出来了,不过这些数据都是相对于B柱为基点测量的数据,具体B柱的数据是什么,我也不清楚,这种汽车内饰的原始机械图纸文件肯定属于车厂最高的商业机密了,我是不可能拿到的。于是,我在58同城找了家搞3D扫描的,帮忙扫描了一下(为了把重点问题描述清楚还是当面交流靠谱点,重点扫描的东西也好交代清楚,于是找的58同城,没找淘宝)。扫描的精度说是有0.1mm,听起来还不错。拿到的文件看着也行(如图3)


        拿到这个文件,我根据自己之前测量的数据开始编辑绘图,一切看起来都很正常,也很顺利。说实话画图有难度,但是没有想象中的那么难,前前后后画了一周多,当然只是平时在办公室没事的时候画,毕竟这只是个业余爱好。很快外观件就画好了。并且尝试在电脑上模拟配合了一下,一切看起来是那么完美(如图4)


        心里想这么简单就搞定了,我还沾沾自喜一番。于是,我在淘宝上找了一家口碑还不错的3D打印店铺进行了打印加工,并且很快邮寄到我手里。我还记得那天我满心欢喜的拿着件准备试装一下,结果悲剧了。配合度很差,也就是勉强能配合上,3个零件之间的接缝很大,很不均匀,买的那个奥迪A6L的出风口也是勉强能塞进去(如图5)。开斯巴鲁的都是有品位的人,这个样子直接无法接受。我当时犹如被浇了一盆凉水,怎么会这样?我还找淘宝卖家询问是不是打印的质量有问题。结果的确不是人家的原因,因为3D打印机也有0.1mm的表面误差。最初0.1mm的误差我真没当回事,觉得0.1mm很小的数值,肉眼是看不出来的。的确如果只是在平面上,长短方面0.1mm的确肉眼看不出来,但是在三维空间里面,在复杂曲面组成的图形里,曲线的长度、方向、曲率等等都有0.1mm的误差的话,当这些误差结合在一起的时候,无限放大的误差就很恐怖了。当扫描仪和3D打印机在无法缩小抵消误差的时候,或者误差持续叠加到设备得到的数据之间无法对接的时候,它会强制收敛数据,用自己认定的方式来走线,甚至是直接画直线,以求能得到扫描或者3D打印的文件。没有原始数据的机械图纸就是有这个麻烦。人家淘宝卖家说的也对,如果扫描都很精准的话,中国的汽车工业也不会落后这么多了,买台奔驰拆碎了零件扫描之后再组装不就行了吗。哎!是我自己太天真了。


       当时看着这个烂零件,我顿时就灰心了。这该怎么改?看着这些问题我都不知道该怎么改,复杂曲面怎么测量,直线好办有游标卡尺,曲线没法测量啊,只能凭自己的经验和感觉去画了,测量之后的精度如何也不知道,即使修订好了曲面,3D打印机那边的误差怎么减小,全是问题。弄得我一度又想放弃了。但是看看小森老是不甘心。期间,被这几个问题折磨的睡不着觉,都有点强迫症了。有一天,我在躺在床上突然想起了初中几何学的平面曲线5点作图法。X轴,Y轴数据作为一个点的坐标可以确定平面上的一个点。同样三维空间应该是X轴Y轴Z轴3个数据就可以确定一个点。这样,只要自己假设一个基本坐标系,根据这个坐标系来测量一个个所需的各点在这个假设的坐标系里的XYZ轴的数据就能描绘出这条曲线,多条曲线就可以组合成一个面了。画曲线找5个点是最基本的,再按照曲率的变化可以平滑的画出一条曲线。但是这个配件大部分的曲线并不是平滑的,在特定的部位只能加大测量密度。虽然麻烦,好歹这也算是个解决问题的办法。哎,有的时候为了画一条精准的曲线,最多的时候需要20多个点,一条曲线就要测量60个数据,4条曲线来确定一个曲面,至少要测240个数据。就这样,这么多曲面我就一点一点的测量,每天处理大量的数据,一点一点的修改。最初的文件先测量,再打腻子粉,然后再测量得出对比数据,之后再扫描进行测量,对比修复。如此反复扫描、修改、打印,再修改。反反复复折腾了很久,最后竟然弄好了。虽然还是有误差但起码看起来精度不错(如图7)弄完之后顿时感觉自己的绘图水平也提高不少,万里长征走出来了。




       本以为外观件弄好了,风管儿包在B柱内饰板里精度应该要求不高很好弄了,我当时为了图省事,直接想买个波纹管,就像之家论坛里其他车型改造中央扶手箱出风口一样,波纹管直连结果连上前排主风管。结果装车以后原车的风力并不强,而且波纹管还带有哨音。风量还不大还有哨音,无法满足后排制冷的需要还很吵。嘛嗨,又遇到困难了。想想都走到这一步了,只能继续了。当时,我发现老森的空调即使全调到吹脚底那个档位,前排最两侧的出风口打开还是会有风窜出来的,说明这个车几个分支风管的挡板密封并不严格。真是天无绝人之路啊,我眼前一亮,可以设计风机通过底座的两个风管对前排主风腔进行抽吸凉气,这样制冷就满足了。于是下一步的目标是寻找或者设计合适的风机,又一段艰苦的旅程开始了……

三 风机的寻找与设计


        一开始我又想简单了,想直接找个电脑服务器的散热风扇来代替风机,结果几乎找遍了淘宝所有卖散热风扇的卖家,以自己的经验去购买了一些二手的散热风扇,不论大的还是小的,都不能满足这个空调的要求。因为散热风扇抽吸力较低,基本不再管道内工作,所以产生的风压也不高,虽然低速运转很安静,但是风量无法满足后排制冷的需求,风压也不大。汽车B柱出风口由于先天性结构原因,风管的90°直角弯太多,所以管道阻力比较大。因此,很多汽车原厂都是用中央扶手箱最为出风口的,这样出风最直接,制造成本还低。所以小森如果想走B柱出风口只能找抽吸力大的风机,但是抽吸力大的风机噪音也大,空调噪音大了坐后排也不舒服。天气炎热刚上车的时候开到最大,呼呼的风声,暂时不会惹人烦,但是等温度降下来了,还有风声我想大部分人都不会接受的。因此,必须设计一个低速运转很安静,高速抽吸力够大还不那么吵的风机。于是我前前后后选了很多风机,没有一款很合适的,要么很安静风量低,要么噪音特别大自己都接受不了。最搞笑的是淘宝买来的很多风机都虚标参数,导致实际测试的结果都不理想。此外,由于是两个B柱出风口,需求的风机必须正转反转性能和噪音是一样的,结果有一个风机正转性能不错,反转就不太合适了。本来想通过修改调节电路希望能改善,但是结果还是不行,忍痛放弃了。后来我找到了一个风机,风量很大,转子加工的不错,但是定子底座不太均匀,另一个风机很静音风量小,转子扭矩不好,但是为了静音,定子底座做的很平滑,轴度也很好。我本着死马当活马医的心态,拆了第一个风机的转子和第二个静音风机的定子,拼了个风机。连上电试了试,竟然不错,效果达到了。那天心里别提多高兴了。我赶紧用solidworks2016,按照尺寸把风机画下来。接下来的工作——风管优化设计。


四 风管的优化设计


       确定了风机,然后根据座椅以及B柱的内部空间来设计风管,风管不能太窄,否则空气流动阻力太大,不适合风机的发挥。也不能太厚,虽然厚了流动阻力小,但是在B柱内过厚的话会影响安全带的收放。而且还要考虑如何将风管放入座椅底部狭小的空间里,不仅要放进去还要留出伸手进去调整的空间。就这样风管在矛盾中设计着,为了能够安全配合,我先在座椅底部打泥塑,之后再优化泥塑,结合自己所学的流体力学知识,确定出了风管尺寸数据。之后,再进行机械制图。同时,为了保证风管内风量尽可能大而且安静,我尽量希望风管里的冷气以牛顿流体状态来运行,很少出现紊流状态。本着这几个原则,我设计出了以下风管。同样根据泥塑的测量数据,用solidwork2016画出了风管的模型,并在电脑上模拟装配出来,视觉效果还不错。(如图8、图9)


五 电路设计和图纸加工


        由于电路本人不是很懂,是找一位修电脑的师傅设计的。电路本身自带熔断保险和过热保护,也是为了行车安全。我和他队整个电路进行了测试,包括连接车载电瓶,在汽车启动时产生波动电流、波动压力的条件下,电路板的运转平顺度,电路板的发热量,调节灵敏度以及电路板的功耗等等。测试结果也比较满意。该电路属于PWM脉宽调节电路,可以对风机进行无极调速,调节过程稳定平滑。另外安装时,整个电路板又额外接了车用保险丝,这样的双保险更安全。
       电路搞定,图纸也搞定,我赶紧找淘宝帮忙3D打印了所有的设计,得到的结果如图10。说实话看着这些零件我自己都很激动。想想之前吃过的苦头,感觉自己挺强的(哈哈!有点自恋了!)。


六 出风口安装教程


       首先,要拆下小森的B柱内饰板,然后用刻刀按照以下形状切割B柱内饰板的上半部分,以及把中间的横向的加强筋一并切除,注意08-11款的老森B柱中部有个黑色的安全带导向槽(如图11),放心切除即可,对安全带伸缩无影响。因为12款的森林人,这个部件就没了。将B柱切成如下图12的形状,B柱下面,前门门框装饰板内侧,翻开黑色绒面,会看到一个白色的树脂压条,一样将延伸至B柱下方的部分一并切除,切的时候一定要用修理花草树木的剪子,尽量用刻刀割,实在只能用刻刀那也要从下往上挑着割,以免划破电路以及送油管。然后开始装车。




       第二步,将汽车前排座椅调到最靠前,坐垫调到最高如上图13所示,然后将B柱下弯管从座椅前端沿着座椅底部塞到B柱位置如图14所示



     第三步,安装B柱风管,并将风机调节线沿着B柱拉伸到空调出风口的位置。如图15所示



     第四步,固定风机控制线旋钮以及连接奥迪A6L出风口的指示灯插头如图16所示



      第五步,将出风口外观件卡在在B柱上端,同时将B柱内饰板的卡扣对准B柱安装孔,但是不要***去。之后拉开B柱车门的密封胶条,然后扣上外观件,注:要从B柱前端开始先挂住外观件,然后将B柱内饰板的上端卡到B柱上内饰板上,之后将B柱内饰板的后端也卡在B柱上内饰板上,然后在卡上出风口的外观件,最后将奥迪A6L的出风口安装在外观件上。最后,一只手从B下内饰板前端伸进去按住风管,另一只手在外观件上按住奥迪A6L出风口,稍微用力往中间一挤,将风管与出风口对接。最后,调整B柱卡扣,使其对准B柱安装孔位,用力挤压安装B柱,如图17所示



        第六步,安装座椅底部风管和固定风机,以及连接车载ACC电源线。这个比较简单,根据风管形状插接起来就行,需要注意的是安装座椅风管前,第一要先将座椅调节的坐垫最高和最靠后的位置;第二要将风机放入座椅底部与B柱弯接头相连,然后在安装出风口连接头和底部弯管。此处空间比较小,但是原车的底部风口可以适当的里外活动。因此,能够顺利安装上所有风管,电路连接很简单和汽车行车记录仪一样的,正极接车载ACC并串联2A电阻丝,负极搭铁。小森车内保险盒正好有3个ACC电源接口,一个接行车记录仪,剩下的两个一边一个串联2A电阻丝再接风机。安装过程如图18所示,终于大功告成!!



        最终安装效果包括保险盒接线如图19所示。图18中座椅底部的风管在前排坐垫比较靠前的位置。这样,后排乘客即使将脚伸到坐垫下面,也不会碰到风管,风管紧贴B柱不占用后排空间。此外,由于A6L出风口的指示灯和小森的背景灯颜色一致。因此,我把A6L出风口的指示灯的亮度调节与风机转速并联在调节电路上,这样出风口指示灯的亮度就代表着后排出风口的风量大小。因为这个风机低速运转声音很小,几乎听不见声音,哪怕你原地怠速不开空调压缩机的时候,都很察觉到它是否在运转。我怕熄火前忘记关闭风机。因此,出风口指示灯这样的改进可以方便我在熄火下车前看看后排出风口是否关闭,灯亮着就是没有关闭,风机还在运转,可以手动关掉,以保护汽车电瓶,节约用电。到了夜晚由于出风口指示灯和小森的背景灯颜色一样都是红色,顿时感觉整车豪华感提升了一个档次,这也算是个意外收获吧(图19)!



七 出风口性能参数测试


       为了测试改装后的出风口性能,本人选择了大晴天,艳阳高照,室外温度为33度,将车子暴晒一中午到下午2点半左右开始测试。刚上车,中控台显示温度为35度,用温度计测试的车内温度高达51.5度(如图20所示)。



        启动车辆,原地怠速,打开前排空调。之后,调节前排空调温度最低至18度。用温度计测得出风口的稳定制冷温度为9.9度。然后,调节空调为纯吹脚面模式,此时加装的后排出风口制冷能力为最强,测得后排加装的出风口温度为14.1度(如图21所示),并且还在下降,但是下降的很慢,我就不记录了。


       再次调节前排出风口为3档前排、脚面一起吹,温度设置改为22度(这是我经常用的前排空调设置),此时测得后排出风口的温度为16.9度(如图22所示),坐在后排能够体会到凉气很足,调整好出风口的方向,坐在后排腿和肚皮都能够感受到凉气。


       最后,将前排出风口调节到2档只吹前排,不吹脚面(这也是我常用的一种空调模式),此时后排的冷气只能靠风机抽吸主风管了,也是后排制冷最弱的时候,测得加装的后排出风口温度为19.9度,也能够满足大部分人的需求。(如图23所示)。


八 改装结论


        这次12款小森出风口的改装总体效果我个人比较满意。出风口的风量、温度足够用,能够起到后排辅助降温的作用。毕竟设计的初衷就是利用斯巴鲁森林人主风管内挡板密封不严(森友们可试试,就算把出风口全部调到吹脚模式,打开中控上最边上的两个出风口,还是会有凉气冒出的,同样的原理座椅底部出风口也一样),通过在座椅底部出风口上加装风机抽吸主风管内的凉气至后排,来弥补小森后排制冷的不足。通过双风机的抽吸作用,变相加大了主风机的进气量,从而加快了整车空气的制冷循环。测试的温度和实际使用的感受是一样的。虽然不能够达到前排出风口的低温9.9度。但是炎炎夏日,室外35度,坐在车内,吹着十八九度的凉气,也是很惬意的。
        总之,我比较欣慰,斯巴鲁的工程师恰好在B柱给我留了个台阶,使其能够挂住我自己设计的出风口外观件,也给我留下了足够的空间去铺设风管和风机。想想自己改装路上遇到的各种困难,每天处理大量复杂的数据,面对各种机械、电路问题,各种设计方面的矛盾,还有平时的工作,家庭孩子的事情等等,那时候我真想着要放弃了,很多同事也觉得这事不太可能,一路磕磕绊绊,最终的我还是成功了。现在我都是让我老婆开车,我自己在后排享受着自己的劳动成果。
       通过这次改装,我自己也学到了很多知识,说实话如果不是这次改装小森的后排出风口,我可能这辈子也不会涉及到塑料件打泥塑、测量以及复杂曲面的绘图。我也就一直从事石油工具类的研发、设计和施工了。经过这次折腾,的确变相的拓宽了我在机械领域的知识面,提高了我机械制图的能力。我相信这对我以后的工作有不小的帮助。最后,感谢广大森友能看完我的改装作业。还是那句话生命不息,折腾不止。顺便发一张工作照作总结。哥还是石油人!


       注意:以上的改装件只是套样板,还没有批量生产。单独3D打印一套性价比很低(按重量算的,单位是克,淘宝有价格,2500元左右),要是有喜欢的森友可以加我关注给我私信。我感觉大家凑钱一起开模最好了,这东西一批量就便宜多了,但是这个车保有量低,还不知道需求的人有多少,人多的话开模最划算了。喜欢的车友可以帮我分享一下,凑凑人气。人数够了可以考虑开模。但是批量生产估计还有些工艺问题要解决,对我来说又是一项挑战。竟我不是商家,只是一位从事石油行业并且热爱森林人的普通车友(废话!商家哪有拿一辆停产的车型研发改装件的!)。13-18款的森林人,我没有车,也不知道能不能改装,但愿能改。另外,山东东营附近的森友可以约个时间参观一下我的车,实际体验一下效果。最后,祝福咱们森坛越来越好,斯巴鲁的改装大神越来越多,希望版主给个认可,多谢!

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