輕型商用車頂雜物盒的設(shè)計(jì)研究

□ 陳黨輝 □ 操 倩 □ 許明春

江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心 合肥 230601

儲(chǔ)物設(shè)計(jì)是汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)中十分重要的一部分，隨著人們生活水平的提高和生活方式的變化，現(xiàn)代的輕型商用車已不再是簡(jiǎn)單的交通運(yùn)輸工具，已逐漸成為集工作、休息、娛樂為一體的第三空間。隨著汽車生活的豐富多樣，儲(chǔ)物行為及方式也越來越復(fù)雜，一個(gè)完善的汽車儲(chǔ)物空間將大大提高現(xiàn)代人們的汽車生活質(zhì)量。然而，通常的儲(chǔ)物方式如儀表板、副儀表板、門內(nèi)板和座椅存在儲(chǔ)物空間小、儲(chǔ)物物質(zhì)單一、取用方便性差等缺陷，已不能滿足人們對(duì)儲(chǔ)物更高層次的需求；為豐富座艙空間的儲(chǔ)物利用率，充分利用頂部的空間，開發(fā)了新的儲(chǔ)物方式即頂雜物盒，為人們提供更加豐富的儲(chǔ)物空間。

1 頂雜物盒的分類方式與材料選擇

1.1 頂雜物盒的分類

頂雜物盒按其造型風(fēng)格可分為分體開口式頂雜物盒、分體封閉式頂雜物盒、整體開口式頂雜物盒和整體封閉式頂雜物盒，如圖1所示。分體式的頂雜物盒可根據(jù)客戶的需求選擇性裝配，既能根據(jù)客戶的不同需求靈活地選擇配置，又可緩解整車的成本壓力；整體式的頂雜物盒則可實(shí)現(xiàn)模塊化集成設(shè)計(jì)，集成頂燈、內(nèi)后視鏡、行車記錄儀、MP5、液晶顯示屏和語音交互系統(tǒng)，為整車的布置提供更合理的選擇。

▲圖1 頂雜物盒的分類方式

1.2 頂雜物盒的材料選擇

頂雜物盒的成型工藝為注塑成型，常用的材料為ABS和PP，但為了滿足材料的力學(xué)性能和表面質(zhì)量要求，通常采用改性PP材料PP-T20+EPDM；但有時(shí)為了成本的考慮也可采用PP-T20，見表1。

表1 三種材料的力學(xué)參數(shù)對(duì)比

2 頂雜物盒的布置校核

頂雜物盒布置的好壞直接影響到乘員的使用方便性、安全性和空間利用率，合理的設(shè)計(jì)需要充分考慮法規(guī)、舒適性和人機(jī)工程等要求。

2.1 儲(chǔ)物空間的設(shè)置校核

儲(chǔ)存空間的設(shè)置需要總布置工程師和市場(chǎng)規(guī)劃部根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告來決定具體的存儲(chǔ)物質(zhì)，根據(jù)具體的存儲(chǔ)物質(zhì)模擬三維數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲(chǔ)物質(zhì)的校核。

以某商用車項(xiàng)目為例，明確定義雜物盒的存儲(chǔ)物質(zhì)為A4紙（210mm×297mm）、票據(jù)以及駕駛證等常用物質(zhì)，故雜物盒的設(shè)計(jì)可模擬A4紙和駕駛證等數(shù)模進(jìn)行儲(chǔ)物空間的校核，保證與周邊的最小距離a≥5mm，如圖2所示。

▲圖2 儲(chǔ)物空間校核示意圖

2.2 視野法規(guī)的校核

頂雜物盒位于車頂部上空，在滿足空間布置要求的同時(shí)，還需要滿足整車的上視野［1］要求和頭部碰撞［2］空間要求。以某頂雜物盒的設(shè)置進(jìn)行具體的說明：頂雜物盒下邊緣應(yīng)位于上視野線的上方，與頭部碰撞區(qū)包絡(luò)的距離b滿足b≥50mm，如圖3所示。

▲圖3 視野法規(guī)和乘員保護(hù)的校核

2.3 操作舒適性的布置校核

考慮到輕型商用車的駕駛包括女性駕駛員，故頂雜物盒的使用需滿足大部分乘員的要求，為滿足這一要求，現(xiàn)使用5th女性人體［3］進(jìn)行操作方便性的校核，使其能順利操作到頂雜物盒的邊緣，如圖4所示。

▲圖4 5th人體女性假人舒適性校核

3 頂雜物盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

頂雜物盒不僅要滿足布置法規(guī)的要求，其安裝也需要滿足外形美觀、結(jié)構(gòu)可靠的要求。通常頂雜物盒的安裝是通過自攻螺釘安裝在頂雜物盒安裝支架上，頂雜物盒的安裝支架與車身橫梁的連接方式為螺栓與螺母的剛性配合，具體搭接關(guān)系如圖5所示。

4 頂雜物盒的強(qiáng)度分析和可靠性分析

4.1 頂雜物盒的強(qiáng)度分析

頂雜物盒是承載部件，需對(duì)其進(jìn)行承載性分析和剛性分析。為保證頂雜物盒具有足夠的強(qiáng)度，通常在設(shè)計(jì)階段借助CAE對(duì)頂雜物盒本身的強(qiáng)度和安裝點(diǎn)的強(qiáng)度進(jìn)行分析。采用殼單元模擬法，分析頂雜物盒的受力變形和安裝支架的受力變形，根據(jù)材料力學(xué)性能計(jì)算其變形量，驗(yàn)證是否滿足使用要求。

▲圖5 頂雜物盒的安裝斷面

頂雜物盒及安裝支架材料的力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 材料的力學(xué)參數(shù)

根據(jù)頂雜物盒的裝配狀態(tài)設(shè)定其約束方式。約束：模型界斷面處全約束；載荷：雜物盒中心附近10mm×10mm的區(qū)域Z向加載荷50 N的力 （P1、P2），如圖6所示。

▲圖6 約束加載方式

采用殼單元模擬法進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖7和表3。

表3 頂雜物盒裝置的計(jì)算結(jié)果

4.2 頂雜物盒的可靠性分析

頂雜物盒作為主要的功能性零部件，需對(duì)其進(jìn)行總成性能要求和可靠性路試驗(yàn)證分析，由于頂雜物盒處于陽光直射區(qū)域，故其總成對(duì)熱存放試驗(yàn)、耐氣候交變?cè)囼?yàn)和耐刮擦試驗(yàn)有著嚴(yán)格要求。

▲圖7 頂雜物盒的CAE分析結(jié)果

（1）熱存放試驗(yàn)。將頂雜物盒放置于（105±2）℃恒溫箱中500 h后目測(cè)，不得產(chǎn)生變形、扭曲、輪廓和半徑的變形，不能出現(xiàn)氣泡、縮孔、粉化等現(xiàn)象。

（2）耐氣候交變?cè)囼?yàn)。將頂雜物盒總成進(jìn)行30個(gè)周期的循環(huán)，1個(gè)周期為12 h，在下列溫度和濕度條件下進(jìn)行。濕度40 min：在23℃/30%濕度下保溫；90 min：從 23℃降至-35℃；60 min：在-35 ℃下保溫；80 min：加熱至50℃/80%濕度；120 min:在50℃/80%濕度下保溫；30 min：加熱 80℃/30%濕度；240 min:在 80℃/30%濕度下保溫；60 min：冷卻至23℃/30%濕度。觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，要求不得產(chǎn)生變形、扭曲、氣泡、縮孔、粉化等現(xiàn)象。

（3）耐刮擦試驗(yàn)。用回形針在750 g承載力下劃一個(gè)100mm×100mm的正方形，允許出現(xiàn)輕微劃痕。

（4）路試驗(yàn)證。在試驗(yàn)驗(yàn)證階段需要設(shè)置150mm×150mm×3mm的鐵塊放置在頂雜物盒內(nèi)進(jìn)行20萬km的可靠性驗(yàn)證，要求在試驗(yàn)結(jié)束后頂雜物盒無開裂，安裝支架無開裂。

5 總結(jié)

頂雜物盒作為商用車新型的儲(chǔ)物空間設(shè)計(jì)，為用戶提供了更加靈活多變的儲(chǔ)物方式。良好的頂雜物盒設(shè)計(jì)不僅能提升內(nèi)飾的美觀性，更能突破傳統(tǒng)的儲(chǔ)物空間設(shè)計(jì)，豐富整車的儲(chǔ)物設(shè)計(jì)思維，在給客戶帶來更多方便的同時(shí)，給人以溫馨、安全、舒適的感受。

［1］GB 11562-1994，汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法［S］.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，1994.

［2］GB 26512-2011,商用車駕駛室乘員保護(hù)［S］.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，2011.

［3］SAE J833 ，Human PhysicalDimensions ［S］.American National Standard,1989.