儀表板剛度改善分析

楊春光，湯艷，李朔，李小登

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

儀表板剛度改善分析

楊春光，湯艷，李朔，李小登

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

儀表板作為內(nèi)飾部件中重要的組成部分，其剛度是否滿足要求，對(duì)乘員安全的保護(hù)以及儀表、空調(diào)系統(tǒng)等電子部件的安裝都有重要影響。 文章闡述了儀表板剛度的驗(yàn)證方法以及法規(guī)要求，并對(duì)某車型儀表板剛度問(wèn)題進(jìn)行分析并制定改善方案，通過(guò)制定的改善方案和驗(yàn)證，使儀表板剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

儀表板；剛度；改善分析

Abstract:The instrument panel as an important part of interior trim parts, Whether the stiffness meet the requirements, and the passenger safety protection to the instrument, the installation of air conditioning syetem and other electronic components has important influence. This paper expounds the instrument panel stiffness verification methods and regulations, and analysis of a car instrument stiffness probiem and develop improvement plan,by making improvement plan and validation to make the instrument panel stiffness to meet the design requirements.

Keywords: instrument panel; stiffness; analysis and improvement

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-189-03

前言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代人們不但看重汽車性能，對(duì)內(nèi)飾的要求也越來(lái)越高。儀表板作為內(nèi)飾的重要組成部分，與安全氣囊、座椅等一起保護(hù)著人員的安全，尤為引人注目。并且直接影響顧客對(duì)內(nèi)飾的評(píng)價(jià)，因此對(duì)它的造型、品質(zhì)等以及對(duì)成員的保護(hù)都有很高的要求[1]。儀表板剛度作為一項(xiàng)內(nèi)飾品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，應(yīng)從設(shè)計(jì)初始階段給以充分考慮和有效驗(yàn)證，以確保產(chǎn)品在各種使用環(huán)境下均能表現(xiàn)出色性能，提升內(nèi)飾品質(zhì)。

某車型儀表板樣件在試制階段檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：局部區(qū)域剛度不足的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為車輛密閉狀態(tài)下，陽(yáng)光高溫（環(huán)境溫度≥32℃）直射時(shí)，儀表板局部區(qū)域偏軟，檢測(cè)分析不滿足要求。本文通過(guò)分析現(xiàn)有儀表板剛度設(shè)計(jì)完成情況和驗(yàn)證的實(shí)施情況，提出改善方案并達(dá)成設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1 儀表板剛度設(shè)計(jì)要求

對(duì)于儀表板剛度的設(shè)計(jì)要求，目前國(guó)內(nèi)大部分汽車廠商對(duì)儀表板主要采用逆向設(shè)計(jì)，相應(yīng)的要求很少被關(guān)注到。參照我公以往車型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及評(píng)價(jià)情況設(shè)定剛度設(shè)計(jì)要求：加載力 50N，加載面積 10mm*10mm 時(shí)各加載區(qū)域變形量<1.5mm。

2 儀表板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證過(guò)程

按其表面質(zhì)感可分為硬質(zhì)和軟質(zhì)儀表板。相比軟質(zhì)儀表板，硬質(zhì)儀表板具有工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保（VOC總量低）、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，非常適合在經(jīng)濟(jì)型轎車上使用。硬質(zhì)儀表板一般用改性PP單層注塑成型。由于PP較軟，較大注塑件常導(dǎo)致局部強(qiáng)度不足。某注塑儀表板組成如下圖1所示。

各部件的材料和成型工藝見(jiàn)表 1。考慮到該儀表板左右方向尺寸較大，設(shè)計(jì)之初已考慮增加焊接加強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)。

圖1 儀表板組成示意

2.2 儀表板剛度設(shè)計(jì)驗(yàn)證

儀表板設(shè)計(jì)驗(yàn)證主要分三個(gè)階段進(jìn)行：1.結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)基本完成后進(jìn)行CAE分析；2.根據(jù)確認(rèn)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)加工CNC模型進(jìn)行組裝評(píng)價(jià)；3.工裝樣件試驗(yàn)及評(píng)價(jià)。所有問(wèn)題力求在前兩個(gè)階段得以識(shí)別和改善。儀表板剛度在這三個(gè)階段均有分析和評(píng)價(jià)。以下對(duì)分析過(guò)程予以說(shuō)明：

表1 儀表板各部件材料及工藝

2.2.1 儀表板剛度CAE分析

首先對(duì)數(shù)模建立有限元模型，如圖2。

圖2 儀表板有限元模型

接下來(lái)對(duì)各部件賦予材料屬性，如表2。

表2 儀表板部件材料屬性

之后根據(jù)實(shí)車裝配結(jié)構(gòu)對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行約束，如圖3。

約束：與車身連接點(diǎn)全約束；

載荷：在選定區(qū)域12.5×12.5mm的區(qū)域施加50N的力，方向垂直于加載面。

圖3 儀表板約束示意

最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取5~6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加載分析，加載區(qū)域及變形云圖如圖4，分析結(jié)果如表3。

圖4 儀表板加載示意

表3 剛度分析結(jié)果

分析結(jié)果表明：P5、P6、P9、P10點(diǎn)剛度均不滿足<1.5mm目標(biāo)值要求。

2.2.2 儀表板CNC模型組裝評(píng)價(jià)

CNC模型是采用類ABS材料快速加工而成，一般周期為30天，各部件均是全尺寸全結(jié)構(gòu)，可模擬工裝產(chǎn)品狀態(tài)進(jìn)行組裝，主要對(duì)系統(tǒng)的裝配工藝性、結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行直觀的驗(yàn)證評(píng)價(jià)。某車型儀表板系統(tǒng)的 CNC模型組裝完成后，儀表板剛度進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，良好。

2.2.3 儀表板工裝樣件試驗(yàn)及評(píng)價(jià)

對(duì)儀表板工裝樣件進(jìn)行零部件試驗(yàn)和整車路試試驗(yàn)，均未反饋儀表板剛度相關(guān)問(wèn)題。

3 問(wèn)題分析及改善方案

3.1 問(wèn)題分析

在小批試制階段，儀表板剛度不足的問(wèn)題陸續(xù)有反饋，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察，最終確認(rèn)為當(dāng)室外持續(xù)高溫（環(huán)境溫度≥32℃）車輛密閉狀態(tài)下，陽(yáng)光直射時(shí)儀表板局部區(qū)域手按偏軟，主觀不良感明顯。問(wèn)題狀態(tài)下，儀表板表面溫度測(cè)得超過(guò)80℃，基于塑料特性，故對(duì)儀表板所用材料增加高溫狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度和彎曲模量測(cè)試，結(jié)果如表4。

表4 各溫度狀態(tài)下材料機(jī)械性能

3.2 改善方案

對(duì)實(shí)物重新選點(diǎn)進(jìn)行CAE分析，結(jié)果表明在常溫狀態(tài)下儀表板剛度也不達(dá)標(biāo)。儀表板右側(cè)結(jié)構(gòu)需加強(qiáng)。先期方案重點(diǎn)考慮在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上新增加強(qiáng)筋改善剛度，經(jīng)對(duì)比分析該方案雖有一定的改善效果，但不能從根本上解決問(wèn)題。最終確認(rèn)對(duì)加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)同時(shí)更換為剛度更高的材料。表5為方案對(duì)比分析結(jié)果。

表5 方案對(duì)比分析結(jié)果

新的加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)相比原方案主要在兩個(gè)方面進(jìn)行了改善：a.由平板結(jié)構(gòu)變更為縱橫雙向貫通筋結(jié)構(gòu)，如圖 5；b.材料由PP+EPDM-T20變更為剛性更高的PP-T20。

圖5 加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)變更

圖6 加強(qiáng)板材料變更

4 實(shí)物驗(yàn)證及總結(jié)

對(duì)整改件進(jìn)行剛度分析，最大變形量均小于目標(biāo)值 1.5 mm，滿足要求；完成高溫存放試驗(yàn)后，在儀表板表面溫度達(dá)到80℃時(shí)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)剛度滿足要求。

通過(guò)本次的原因分析和改善方案的實(shí)施驗(yàn)證，識(shí)別了前期驗(yàn)證過(guò)程中的局限性，同時(shí)加深了對(duì)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的理解，對(duì)公司后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和分析有重要的借鑒意義。

[1] 張志軍.汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)概論.[M] 人民交通出版社. 2008,(01).

（請(qǐng)作者核對(duì)本文圖片，比較亂，不知排版是否正確）

Instrument panel stiffness design r analysis and improvement

Yang Chunguang, Tang Yan, Li Shuo, Li Xiaodeng
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

U467文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-189-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.066

楊春光，（1984-）本科，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。從事汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)工作。