主动进气格栅的研究

郭长青

摘   要：主动进气格栅是一项节能减排技术，此技术已经在欧美中高端车型中大量被采用，目前国内各大主机厂争相采用这项技术。本文根据公司主动进气格栅自主研发项目，结合工程开发经验，对AGS的产品结构进行了分析和CAE模拟，并对AGS的控制逻辑进行了说明，其主要研究内容如下：AGS的产品结构、CAE模拟分析等。

关键词：主动进气格栅  模拟分析

中图分类号：U463.83                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0080-02

随着AGS产品在市场上日益增多，对产品的布局、结构、装配方式、安装方法等都提出了更高的要求，为了满足不同设计式样，对产品的表面处理也提出了更高的要求，为了更精准的优化设计，提高产品的设计质量，需要借助CAE模拟分析来预测产品结构上存在的设计缺陷。本篇文章就AGS产品的结构设计，CAE模拟分析进行研究和分析。

1  AGS产品零部件爆炸图

如图1所示。

1.1 外框的设计

外框零件一般位于散热器前面，散热器格栅后面的位置，外框是保证叶片平稳运转的基础部件。从产品使用环境考虑，外框的材料要选择耐高温，尺寸稳定性和刚性都较好的材料，热变形温度建议135°以上，通常采用玻纤增强聚丙烯， 聚丙烯通过玻纤增强后，机械性能、耐蠕变性和尺寸稳定性得以提高， 具有很好的耐低温性能和较高的冲击强度，耐热性、刚性更佳;从产品刚度结构考虑，为了增加产品的刚性，一般在产品四周增加加强筋，增加圆角等，以便提高产品的刚性;同时产品也要有一定的韧性，避免装配到整车上，行车过程中因震动造成外框开裂等问题。

1.2 导流罩的设计

导流罩是安装在外框前面的一段软胶零件。其主要目的是：把进气风量尽量导入到格栅内部，有效的控制进风量;同时防止汽车怠速时散热风扇将排出的热风又回吸入冷气散热器，间接造成散热不良的情形出现，这是夏天冷气怠速冷气不冷的原因之一。导流罩零件采用软胶的原因，主要考虑减震降噪，吸收部分公差，一般采用TPV材料。导流罩的设计也要考虑一定的刚性，在软胶部分设计一些凹槽，同时材料的硬度也不能太低，建议SHA75以上;其与外框可以采用装配的方式安装，也可以采用双色注塑的方式制作为一体。

1.3 叶片的设计

叶片是安装在外框转动的部件，除了需要满足耐热性、刚性、尺寸稳定和冲击性外，还要满足耐磨性的要求。叶片零件一般分驱动叶片和被动叶片两种，驱动叶片是带动被动叶片转动的主动叶片。一般在叶片背部增加不同形状的筋条，提高其刚性;为了使叶片运转灵活，叶片的转动轴通常设计成腰鼓形状，保证运转灵活的同时，减少摩擦接触面。

驱动叶片上通常需要设计驱动轴，这个驱动轴和电机的孔配合。为了保证电机的输出力矩有效传递，应保证叶片输出轴长度不能太短，一般要求有效配合长度12～15mm。为了避免在传动中轴受力断裂，应加考虑的强度设计。

1.4 基座的设计

基座是为了安装、拆卸叶片的方便性而设计的零件。基座一般安装在外框的两端或者中间部位，其与外框的安装一般采用自攻螺钉固定，或者采用卡接的结构安装，或者采用自攻螺钉和卡接的方式固定，同时基座结构上也要考虑强度的设计，如增加筋条。

1.5 連杆的设计

连杆是驱动所有叶片运转的部件，因此设计连杆时，不但要考虑与叶片的配合尺寸要求，而且要保证连杆强度的要求，保证力传递的有效性。不同式样的AGS产品，连杆的形状会有不同，这要根据客户的要求进行设计。连杆的材料和外框的材料相同，壁厚一般建议3～3.5mm。设计连杆的时候，应考虑安装的便利性以及配合的有效性，防止连杆从叶片中脱出，造成叶片无法运转的问题出现。

1.6 电机的设计

电机是AGS产品总成中特别重要的零件，它是叶片转动的动力零件。目前市场一般采用小功率的步进电机或者直流无刷电机，电机内部安装有单片机芯片，可以根据客户的需求对程序进行改写。电机与外框的安装位置，可以根据客户的需求以及空间的大小，安装在AGS中间部位或者两端部位。安装部位应考虑电机如何驱动叶片转动的，建议放在在中间位置较好，力的传递会更高效。有时为了避开摄像头或者ACC装置等，电机会安装在偏离Y0（车身坐标）的位置。电机安装方位，还应考虑电机接插件以及线束的排布，方便接插件的安装。如果有必要，应在外框上设计安装线束的固定结构。

1.7 螺钉

螺钉是固定电机或者固定基座使用的，一般采用自攻螺钉ST3.9，ST4.2两种规格，安装扭矩0.8～1.2N·m，有耐腐蚀性要求，具体情况可以根据客户要求进行性能的测试。

2  CAE模拟分析

为了优化AGS数据，降低产品开发风险，我们采用CAE辅助分析的方法来指导设计。对于AGS产品，CAE分析项目主要如下：刚性分析、热变形分析、震动分析、模流分析、风压分析、扭转分析、壁厚优化、载荷分析等等。

（1）震动分析，主要模拟产品在车上震动的情况。3g加速度，30HZ频率震动分析，同时考虑重力加速度1g的影响，车身X、Y、Z方向分别震动100万次。

（2）热变形分析，分析从室温（23℃）分别到120℃和-40℃的变形受力情况，单元类型采用二阶单元C3D10MT，产品变形主要集中在产品长度方向上，设计时应该叶片与外框两零件的间隙，防止因为温度变化引起的变形，造成叶片无法转动或者脱落问题出现，见图2。

（3）扭转分析，模拟叶片的开闭循环疲劳，在每一速度工况下，叶片采用交替变换的动压力进行，应考虑多种速度工况叠加的影响，各种速度工况产生的应力叠加上去。叶片在40MPa以下，不会产生塑性应变，没有产品破坏，见图3。

3  结语

（1）根据不同零部件的环境条件和使用要求，结合产品性能需求，应有根据零件的不同特点针对性的进行设计，设计时应考虑产品的结构、加工制造、刚性要求。对于有配合尺寸、间隙、面差要求的部位，重点进行管控。

（2）通过对上述结构进行研究，目前可以独立的进行同步设计，能够承接AGS的开发制造，弥补了公司此类产品的空白，提升了公司在此行业内的竞争力。

（3）AGS产品目前国内市场前景广大，OEM厂由之前的观望状态，迫于国家节能减排的要求，转变为大力推广。我们应不断提高创新意识，不断探索，设计出性能更好的产品，来满足市场的需求，使公司在此行业内占有一席之地。

参考文献

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[2] 张斌，余小松，潘乐燕.主动进气格栅对整车性能的影响[J].客车技术，2015（1）：11-14.

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